DE102014015664A1

DE102014015664A1 - Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Siliziumwafern

Info

Publication number: DE102014015664A1
Application number: DE201410015664
Authority: DE
Inventors: Marty W. Degroot; Yasuyuki ltai; Bainian Qian; Hiroyuki Nakano; David B. James; Naoko Kawai; Katsumasa Kawabata; Koichi Yoshida; Kazutaka Miyamoto; James Murnane; Fengji Yeh
Original assignee: Nitta Haas Inc; Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Nitta DuPont Inc; Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2015-04-30
Also published as: CN104551977A; US8980749B1; JP6463618B2; TWI621166B; MY172804A; TW201535496A; JP2015109437A; CN104551977B; KR20150047444A; KR102359116B1; SG10201406877WA

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, Bereitstellen eines Polierkissens mit einer Polierschicht, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat und ein Härtungsmittelgebinde, wobei das Härtungsmittelgebinde ein Amin-initiiertes Polyol-Härtungsmittel und ein Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht enthält, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,4 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche und dem Siliziumwafer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Polieren von Siliziumwafern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das eine Polierschicht umfasst, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,4 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist.
Siliziumwafer, die in der Halbleiterindustrie verwendet werden, erfordern typischerweise einen sehr hohen Oberflächenperfektionsgrad, bevor sie zur Herstellung von Vorrichtungen bzw. Bauteilen verwendet werden können. Die Siliziumwaferoberflächen werden typischerweise durch chemisch-mechanisches Polieren der Siliziumwaferoberflächen mit einem chemisch-mechanischen Polierkissen in einer Kombination mit einer Polieraufschlämmung erzeugt. Die Oberfläche des Siliziumwafers, der poliert wird, wird im Allgemeinen mit einer Polieraufschlämmung benetzt oder damit gespült, während die Polieroberfläche eines Polierkissens gegen die Oberfläche des Siliziumwafers gedrückt und derart gedreht wird, dass die kombinierte Einwirkung der Polieroberfläche und der Polieraufschlämmung dahingehend wirkt, dass die Oberfläche des Siliziumwafers poliert wird. Idealerweise führt dieser Vorgang zur selektiven Entfernung von vorstehenden Oberflächenmerkmalen, so dass dann, wenn der Vorgang beendet ist, eine bis hinab zu dem feinsten Detailniveau perfekt ebene Oberfläche erzeugt worden ist.
Siliziumwafer werden typischerweise durch ein Verfahren hergestellt, das drei Polierschritte umfasst. Als erstes wird ein erster doppelseitiger „Masseentfernung”-Polierschritt nach dem Sägen, Schleifen und Ätzen von rohen Siliziumwafern von einem zylindrischen Einkristallsiliziumblock durchgeführt, wobei die Schleifbeschädigung in dem Einkristall beseitigt wird und zwei ebene parallele Oberflächen gebildet werden. Typischerweise werden während dieses Masseentfernung-Polierschritts etwa 10 bis 20 μm Material von jeder Seite der Siliziumwafer entfernt. Als zweites wird ein „Fertigpolier”-Polierschritt durchgeführt, bei dem die Vorderseite des Siliziumwafers zum Entfernen von Kratzern und Handhabungsspuren von dem Masseentfernung-Polierschritt poliert wird. Typischerweise werden von der Vorderseite des Siliziumwafers während dieses Fertigpolier-Polierschritts etwa 100 nm bis 5 μm Material entfernt. Drittens wird ein Schritt des „trübungsfreien” Polierens durchgeführt, bei dem die Vorderseite des Siliziumwafers bis zu einem Angstrom-Niveau glatt poliert wird, wie es für die Herstellung von Mikroelektronikchips erforderlich ist. Typischerweise werden während dieses Schritts des trübungsfreien Polierens nur 10 bis 100 nm Material von der Vorderseite des Siliziumwafers entfernt.
Die Anzahl und die zulässige Größe von jedweden Oberflächenfehlern auf der Siliziumwaferoberfläche, die nach dem Polieren zurückbleiben, nehmen kontinuierlich ab. Einige der kritischsten Materialspezifikationen für Siliziumwafer sind: Der Gehalt von Oberflächenmetallen, die Mikrorauheit der Vorderfläche und die Gesamtteilchen pro Einheitsfläche.
Herkömmliche Polierkissen, die zum Polieren von Siliziumwafern verwendet werden, umfassen typischerweise ein Kissen des Velourtyps, das aus einem Polyurethan-imprägnierten Polyestervlies oder einem poromeren weichen Urethanschaum zusammengesetzt ist.
Eine Familie von Polierkissen des poromeren weichen Urethanschaumtyps ist von Iwase et al. in dem US-Patent Nr. 7,897,250 offenbart worden. Iwase et al. offenbaren ein Polierkissen, das eine weiche Urethanschaumlage mit Schaumzellen mit geöffneten Poren umfasst, die auf eine Oberfläche der Schaumlage ausgebildet sind, wobei die geöffneten Poren durch Öffnen der Schaumzellen durch einen Schwabbel- oder Schneidvorgang gebildet werden, wobei der Prozentsatz der geöffneten Poren mit Durchmessern der geöffneten Poren, die in einem Bereich zwischen etwa 30 μm bis 50 μm liegen, mindestens 50% beträgt und die Anzahl von geöffneten Poren pro 1 mm² auf der Oberfläche in einem Bereich zwischen etwa 50 bis 100 liegt, und mindesten einige der Schaumzellen Längen von mindestens etwa 70% einer Länge der weichen Polyurethanlage in einer Dickenrichtung davon aufweisen, und wobei der Durchschnittswert des Verhältnisses von Durchmessern von geöffneten Poren der Schaumzellen auf der Oberfläche, auf der die geöffneten Poren ausgebildet sind, zu Durchmessern der geöffneten Poren bei einer Tiefenposition von mindestens etwa 200 μm von der Oberfläche, auf der die geöffneten Poren ausgebildet sind, in einem Bereich zwischen etwa 0,65 bis 0,95 liegt.
Herkömmliche poromere weiche Urethanschaum-Polierkissen, die zum Polieren verwendet werden, weisen eine tränenartige Porenstruktur auf, bei welcher der Querschnitt der Poren parallel zu der Polieroberfläche der Polierschicht zunimmt, wenn die Polierschicht während des Polierens einem Verschleiß unterliegt, was zu einem Mangel an Polierstabilität während der Lebensdauer des Polierkissens führen kann.
Demgemäß gibt es einen fortlaufenden Bedarf für verbesserte Polierkissen zum Polieren von Siliziumwafern.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Oberfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 25 bis 95 Gew.-% eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,4 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Oberfläche des Siliziumwafers, wobei die Oberfläche des Siliziumwafers poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 25 bis 95 Gew.-% eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,4 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 25 bis 95 Gew.-% eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei das stöchiometrische Verhältnis der reaktiven Wasserstoffgruppen in dem Härtungsmittelgebinde zu den nicht umgesetzten Isocyanatgruppen in dem polyfunktionellen Isocyanat 0,85 bis 1,15 beträgt, und wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,4 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat, wobei das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt ist, und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 25 bis 95 Gew.-% eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist, und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,4 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat, wobei das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt ist, und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 25 bis 95 Gew.-% eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist, und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Diol-Härtungsmitteln und Diamin-Härtungsmitteln, ausgewählt ist, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,6 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat, wobei das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt ist, wobei das polyfunktionelle Isocyanat ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit 2 bis 12 Gew.-% nicht umgesetzten NCO-Gruppen ist, und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 25 bis 95 Gew.-% eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist, und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Diol-Härtungsmitteln und Diamin-Härtungsmitteln, ausgewählt ist, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,6 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat, wobei das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt ist, wobei das polyfunktionelle Isocyanat ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit 2 bis 12 Gew.-% nicht umgesetzten NCO-Gruppen ist, und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: 5 bis 20 Gew.-% des Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel zwei Stickstoffatome pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich 4 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist und wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 200 bis 400 aufweist, 50 bis 75 Gew.-% des Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 10000 bis 12000 aufweist, und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 6 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 10 bis 30 Gew.-% des difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel ein Diamin-Härtungsmittel ist, das aus der Gruppe, bestehend aus 4,4'-Methylen-bis-(2-chloranilin) (MBOCA), 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA) und Isomeren davon, ausgewählt ist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Diol-Härtungsmitteln und Diamin-Härtungsmitteln, ausgewählt ist, wobei das stöchiometrische Verhältnis der reaktiven Wasserstoffgruppen in dem Härtungsmittelgebinde zu den nicht umgesetzten Isocyanatgruppen in dem polyfunktionellen Isocyanat 0,95 bis 1,05 beträgt, wobei die Polierschicht eine Dichte von 0,65 bis 0,85 g/cm³, eine Shore D-Härte von 10 bis 40, eine Bruchdehnung von 150 bis 350% und eine Abtragungsrate von 30 bis 60 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat, wobei das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt ist, wobei das polyfunktionelle Isocyanat ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit 5 bis 7 Gew.-% nicht umgesetzten NCO-Gruppen ist, wobei das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 400 bis 2500 aufweist, und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: 5 bis 20 Gew.-% des Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel zwei Stickstoffatome pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich 4 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist und wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 200 bis 400 aufweist, 50 bis 75 Gew.-% des Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 10000 bis 12000 aufweist, und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 6 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 10 bis 30 Gew.-% des difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel ein Diamin-Härtungsmittel ist, das aus der Gruppe, bestehend aus 4,4'-Methylen-bis-(2-chloranilin) (MBOCA), 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA) und Isomeren davon, ausgewählt ist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Diol-Härtungsmitteln und Diamin-Härtungsmitteln, ausgewählt ist, wobei das stöchiometrische Verhältnis der reaktiven Wasserstoffgruppen in dem Härtungsmittelgebinde zu den nicht umgesetzten Isocyanatgruppen in dem polyfunktionellen Isocyanat 0,95 bis 1,05 beträgt, wobei die Polierschicht eine Dichte von 0,65 bis 0,85 g/cm³, eine Shore D-Härte von 10 bis 40, eine Bruchdehnung von 150 bis 350% und eine Abtragungsrate von 30 bis 60 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers bereit, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Vorderfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat, wobei das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt ist, wobei das polyfunktionelle Isocyanat ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit 5 bis 7 Gew.-% nicht umgesetzten NCO-Gruppen ist, und wobei das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 400 bis 2500 aufweist, und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: 5 bis 20 Gew.-% des Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel zwei Stickstoffatome pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich 4 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist und wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 200 bis 400 aufweist, 50 bis 75 Gew.-% des Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 10000 bis 12000 aufweist, und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 6 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 10 bis 30 Gew.-% des difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel ein Diamin-Härtungsmittel ist, das aus der Gruppe, bestehend aus 4,4'-Methylen-bis-(2-Chloranilin) (MBOCA), 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA) und Isomeren davon, ausgewählt ist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Diol-Härtungsmitteln und Diamin-Härtungsmitteln, ausgewählt ist, wobei das stöchiometrische Verhältnis der reaktiven Wasserstoffgruppen in dem Härtungsmittelgebinde zu den nicht umgesetzten Isocyanatgruppen in dem polyfunktionellen Isocyanat 0,95 bis 1,05 beträgt, wobei die Polierschicht eine Dichte von 0,65 bis 0,85 g/cm³, eine Shore D-Härte von 10 bis 40, eine Bruchdehnung von 150 bis 350% und eine Abtragungsrate von 30 bis 60 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, wobei die Polierschicht ein darin ausgebildetes Spiralrillenmuster aufweist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Vorderfläche des Siliziumwafers, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Seitenansicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und zeigt ein Spiralrillenmuster in der Polieroberfläche der Polierschicht.
3 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und zeigt ein konzentrisches, kreisförmiges Rillenmuster in der Polieroberfläche der Polierschicht.
4 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und zeigt ein X-Y-Gitterrillenmuster in der Polieroberfläche der Polierschicht.
5 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und zeigt Perforationen, die mit einem konzentrischen, kreisförmigen Rillenmuster in der Polieroberfläche der Polierschicht gekoppelt sind.
6 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und zeigt einen Abschnitt eines Rillenmusters in der Polieroberfläche der Polierschicht.
7 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit einem Rillenmuster in der Polieroberfläche, das acht gekrümmte Rillen umfasst.
8 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit einem Rillenmuster in der Polieroberfläche, das acht gekrümmte Rillen umfasst.
9 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht eines chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit einem Rillenmuster in der Polieroberfläche, das acht gekrümmte Rillen umfasst.
10 ist eine auseinander gezogene Ansicht der Rille 404 von 6.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Der Ausdruck „Umfangsanteil mit Rille” oder „CF”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, ist durch die folgende Formel festgelegt:
Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn CF als Funktion des Radius für die Polieroberfläche einer gegebenen Polierschicht konstant ist, der Bruchteil der Polieroberfläche, der gerillt ist (oder nicht gerillt ist), bei einem gegebenen Radius ebenfalls als Funktion des Radius konstant sein wird.
Der Begriff „größter Teil des Abstands” oder „MD”, der hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, steht für 90% des Abstands entlang einer Linie, die von dem Außenradius, R_O, einer Polieroberfläche zu einem Ursprung, O, in der Mitte der Polieroberfläche gezogen ist. D. h., der größte Teil des Abstands ist durch die folgende Gleichung festgelegt: MD = 0,9·R_O.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Polieren eines Siliziumwafers (vorzugsweise zum trübungsfreien Polieren eines Siliziumwafers): Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Oberfläche aufweist (vorzugsweise eine Vorderfläche aufweist), Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% (vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, mehr bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, insbesondere 5 bis 20 Gew.-%) eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält (vorzugsweise wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel ein bis vier Stickstoffatome) pro Molekül enthält, mehr bevorzugt wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel zwei bis vier Stickstoffatome pro Molekül enthält, insbesondere wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel zwei Stickstoffatome pro Molekül enthält), wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen (vorzugsweise 3 bis 6 Hydroxylgruppen, mehr bevorzugt 3 bis 5 Hydroxylgruppen, insbesondere 4 Hydroxylgruppen) pro Molekül aufweist (wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel vorzugsweise ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von ≤ 700, mehr bevorzugt 150 bis 650, noch mehr bevorzugt 200 bis 500, insbesondere 250 bis 300 aufweist), 25 bis 95 Gew.-% (vorzugsweise 35 bis 90 Gew.-%, mehr bevorzugt 50 bis 75 Gew.-%, insbesondere 60 bis 75 Gew.-%) eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist (vorzugsweise 5000 bis 50000, mehr bevorzugt 7500 bis 25000, insbesondere 10000 bis 12000), und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen (vorzugsweise 4 bis 8 Hydroxylgruppen, mehr bevorzugt 5 bis 7, insbesondere 6) pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% (vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-%, mehr bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, insbesondere 10 bis 20 Gew.-%) eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei die Polierschicht eine Dichte von ≥ 0,4 g/cm³ (vorzugsweise ≥ 0,6 g/cm³, mehr bevorzugt 0,6 bis 1,2 g/cm³, noch mehr bevorzugt 0,65 bis 1,1 g/cm³, insbesondere 0,65 bis 0,85 g/cm³), eine Shore D-Härte von 5 bis 40 (vorzugsweise 10 bis 40, mehr bevorzugt 10 bis 30, insbesondere 20 bis 30), eine Bruchdehnung von 100 bis 450% (vorzugsweise 125 bis 425%, mehr bevorzugt 150 bis 350%, insbesondere 150 bis 200%) und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde (vorzugsweise 30 bis 125 μm/Stunde, mehr bevorzugt 30 bis 100 μm/Stunde, insbesondere 30 bis 60 μm/Stunde) aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Oberfläche des Siliziumwafers (vorzugsweise der Vorderfläche des Siliziumwafers), wobei die Oberfläche des Siliziumwafers poliert wird (wobei vorzugsweise die Vorderfläche des Siliziumwafers trübungsfrei poliert wird, mehr bevorzugt wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird (vorzugsweise < 0,075 ppm, mehr bevorzugt < 0,072 ppm, insbesondere < 0,07 ppm)).
Vorzugsweise ist der Siliziumwafer, der in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung poliert wird, ein einkristalliner Siliziumwafer. Vorzugsweise weist der Siliziumwafer eine Vorderfläche auf, wobei die Vorderfläche unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung trübungsfrei poliert wird.
Die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine spezielle Kombination aus einer geringen Härte (d. h., Shore D ≤ 40) zum Bereitstellen eines Poliervermögens mit wenigen Defekten und eine geringen Zugdehnung (d. h., Bruchdehnung ≤ 450%) auf, die sowohl eine Bearbeitbarkeit zum Erleichtern der Bildung von Rillen in der Polierschicht als auch eine Konditionierbarkeit zum Erleichtern des Erneuerns der Polieroberfläche während des Polierens bereitstellt. Darüber hinaus stellt die Ausgewogenheit von Eigenschaften, die durch die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ermöglicht wird, das Vermögen z. B. zum Polieren von Siliziumwafern zur Verminderung der Trübung ohne Schädigung der Waferoberfläche bereit.
Vorzugsweise weist die Polierschicht, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine zentrale Achse 212 auf und ist für eine Drehung um die zentrale Achse angepasst. (Vgl. die 1). Vorzugsweise liegt die Polieroberfläche 214 der Polierschicht 210 in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse 212 ist. Vorzugsweise ist die Polierschicht 210 für eine Drehung in einer Ebene angepasst, die sich bei einem Winkel γ von 80 bis 100° zur zentralen Achse 212 befindet. Mehr bevorzugt ist die Polierschicht 210 für eine Drehung in einer Ebene angepasst, die sich bei einem Winkel γ von 85 bis 95° zur zentralen Achse 212 befindet. Insbesondere ist die Polierschicht 210 für eine Drehung in einer Ebene angepasst, die sich bei einem Winkel γ von 89 bis 91° zur zentralen Achse 212 befindet. Vorzugsweise weist die Polierschicht 210 eine Polieroberfläche 214 auf, die einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur zentralen Achse 212 aufweist. Vorzugsweise variiert der Radius r des Querschnitts der Polieroberfläche 214 senkrecht zur zentralen Achse 212 um ≤ 20% für den Querschnitt. Mehr bevorzugt variiert der Radius r des Querschnitts der Polieroberfläche 214 senkrecht zur zentralen Achse 212 um ≤ 10% für den Querschnitt.
Vorzugsweise enthält das polyfunktionelle Isocyanat, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zwei reaktive Isocyanatgruppen (d. h., NCO).
Vorzugsweise ist das polyfunktionelle Isocyanat, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das polyfunktionelle Isocyanat, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Diisocyanat, das aus der Gruppe, bestehend aus 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Naphthalin-1,5-diisocyanat, Tolidindiisocyanat, para-Phenylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, Cyclohexandiisocyanat und Gemischen davon, ausgewählt ist. Noch mehr bevorzugt ist das polyfunktionelle Isocyanat, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen, das durch die Reaktion eines Diisocyanats mit einem Vorpolymerpolyol gebildet wird.
Vorzugsweise weist das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 2 bis 12 Gew.-% nicht umgesetzte Isocyanat(NCO)-Gruppen auf. Mehr bevorzugt weist das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 2 bis 10 Gew.-% (noch mehr bevorzugt 4 bis 8 Gew.-%, insbesondere 5 bis 7 Gew.-%) nicht umgesetzte Isocyanat(NCO)-Gruppen auf.
Vorzugsweise ist das Vorpolymerpolyol, das zur Bildung des polyfunktionellen Urethanvorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen verwendet wird, aus der Gruppe, bestehend aus Diolen, Polyolen, Polyoldiolen, Copolymeren davon und Gemischen davon ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das Vorpolymerpolyol aus der Gruppe, bestehend aus Polyetherpolyolen (z. B. Poly(oxytetramethylen)glykol, Poly(oxypropylen)glykol und Gemischen davon), Polycarbonatpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycaprolactonpolyolen, Gemischen davon, und Gemischen davon mit einem oder mehreren Polyol(en) mit niedrigem Molekulargewicht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 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 und Tripropylenglykol, ausgewählt. Noch mehr bevorzugt ist das Vorpolymerpolyol aus der Gruppe, bestehend aus Polytetramethylenetherglykol (PTMEG), Polyolen auf Esterbasis (wie z. B. Ethylenadipaten, Butylenadipaten), Polypropylenetherglykolen (PPG), Polycaprolactonpoly-olen, Copolymeren davon und Gemischen davon, ausgewählt. Insbesondere ist das Vorpolymerpolyol aus der Gruppe, bestehend aus PTMEG und PPG, ausgewählt.
Vorzugsweise weist dann, wenn das Vorpolymerpolyol PTMEG ist, das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen eine Konzentration von nicht umgesetztem Isocyanat (NCO) von 2 bis 10 Gew.-% (mehr bevorzugt von 4 bis 8 Gew.-%, insbesondere 6 bis 7 Gew.-%) auf. Beispiele für handelsübliche Urethanvorpolymere mit Isocyanat-Endgruppen auf PTMEG-Basis umfassen Imuthane^®-Vorpolymere (von COIM USA, Inc., erhältlich, wie z. B. PET-80A, PET-85A, PET-90A, PET-93A, PET-95A, PET-60D, PET-70D, PET-75D), Adiprene^®-Vorpolymere (von Chemtura erhältlich, wie z. B. LF 800A, LF 900A, LF 910A, LF 930A, LF 931A, LF 939A, LF 950A, LF 952A, LF 600D, LF 601D, LF 650D, LF 667, LF 700D, LF 750D, LF 751D, LF 752D, LF 753D und L325), Andur^®-Vorpolymere (von Anderson Development Company erhältlich, wie z. B. 70APLF, 80APLF, 85APLF, 90APLF, 95APLF, 60DPLF, 70APLF, 75APLF).
Vorzugsweise weist dann, wenn das Vorpolymerpolyol PPG ist, das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen eine Konzentration von nicht umgesetztem Isocyanat (NCO) von 3 bis 9 Gew.-% (mehr bevorzugt von 4 bis 8 Gew.-%, insbesondere 5 bis 6 Gew.-%) auf. Beispiele für handelsübliche Urethanvorpolymere mit Isocyanat-Endgruppen auf PPG-Basis umfassen Imuthane^®-Vorpolymere (von COIM USA, Inc., erhältlich, wie z. B. PPT-80A, PPT-90A, PPT-95A, PPT-65D, PPT-75D), Adiprene^®-Vorpolymere (von Chemtura erhältlich, wie z. B. LFG 963A, LFG 964A, LFG 740D) und Andur^®-Vorpolymere (von Anderson Development Company erhältlich, wie z. B. 8000APLF, 9500APLF, 6500DPLF, 7501DPLF).
Vorzugsweise ist das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Urethanvorpolymer mit einem geringen Gehalt von freien Isocyanat-Endgruppen, das einen Gehalt von freiem Toluoldiisocyanat(TDI)-Monomer von weniger als 0,1 Gew.-% aufweist.
Es können auch nicht-TDI-basierte Urethanvorpolymere mit Isocyanat-Endgruppen verwendet werden. Beispielsweise sind Urethanvorpolymere mit Isocyanat-Endgruppen, einschließlich diejenigen, die durch die Reaktion von 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und Polyolen, wie z. B. Polytetramethylenglykol (PTMEG), mit optionalen Diolen, wie z. B. 1,4-Butandiol (BDO), gebildet werden, akzeptabel. Wenn solche Urethanvorpolymere mit Isocyanat-Endgruppen verwendet werden, beträgt die Konzentration des nicht umgesetzten Isocyanats (NCO) vorzugsweise 4 bis 10 Gew.-% (mehr bevorzugt 4 bis 8 Gew.-%, insbesondere 5 bis 7 Gew.-%). Beispiele für handelsübliche Urethanvorpolymere mit Isocyanat-Endgruppen in dieser Kategorie umfassen Imuthane^®-Vorpolymere (von COIM USA, Inc., erhältlich, wie z. B. 27-85A, 27-90A, 27-95A), Andur^®-Vorpolymere (von Anderson Development Company erhältlich, wie z. B. IE75AP, IE80AP, IE85AP, IE90AP, IE95AP, IE98AP) und Vibrathane^®-Vorpolymere (von Chemtura erhältlich, wie z. B. B625, B635, B821).
Das Härtungsmittelgebinde, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält vorzugsweise: mindestens 5 Gew.-% (vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, mehr bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, insbesondere 5 bis 20 Gew.-%) eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, 25 bis 95 Gew.-% (vorzugsweise 35 bis 90 Gew.-%, mehr bevorzugt 50 bis 75 Gew.-%, insbesondere 60 bis 75 Gew.-%) eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht und 0 bis 70 Gew.-% (vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-%, mehr bevorzugt 10 bis 15 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, insbesondere 10 bis 20 Gew.-%) eines difunktionellen Härtungsmittels.
Vorzugsweise enthält das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül. Mehr bevorzugt enthält das verwendete Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel ein bis vier (noch mehr bevorzugt zwei bis vier, insbesondere zwei) Stickstoffatom(e) pro Molekül.
Vorzugsweise weist das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül auf. Mehr bevorzugt weist das verwendete Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich drei bis sechs (noch mehr bevorzugt drei bis fünf, insbesondere vier) Hydroxylgruppen pro Molekül auf.
Vorzugsweise weist das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von ≤ 700 auf. Mehr bevorzugt weist das verwendete Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 150 bis 650 (noch mehr bevorzugt 200 bis 500, insbesondere 250 bis 300) auf.
Vorzugsweise weist das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Hydroxylzahl (bestimmt gemäß dem ASTM-Testverfahren D4274-11) von 350 bis 1200 mgKOH/g auf. Mehr bevorzugt weist das verwendete Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel eine Hydroxylzahl von 400 bis 1000 mgKOH/g (insbesondere 600 bis 850 mgKOH/g) auf.

Beispiele für handelsübliche Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel umfassen die Voranol^®-Familie von Amin-initiierten Polyolen (von The Dow Chemical Company erhältlich), die Quadrol^® Specialty-Polyole (N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropylethylendiamin)) (von BASF erhältlich), Pluracol^®-Polyole auf Aminbasis (von BASF erhältlich), Multranol^®-Polyole auf Aminbasis (von Bayer MaterialScience LLC erhältlich), Triisopropanolamin (TIPA) (von The Dow Chemical Company erhältlich) und Triethanolamin (TEA) (von Mallinckrodt Baker Inc. erhältlich). Eine Anzahl von bevorzugten Amin-initiierten Polyol-Härtungsmitteln ist in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Amin-initiiertes Polyol-Härtungsmittel	Anzahl der OH-Gruppen pro Molekül	M_N	Hydroxylzahl (mgKOH/g)
Triethanolamin	3	149	1130
Triisopropanolamin	3	192	877
MULTRANOL^® 9138 Polyol	3	240	700
MULTRANOL^® 9170 Polyol	3	481	350
VORANOL^® 391 Polyol	4	568	391
VORANOL^® 640 Polyol	4	352	638
VORANOL^® 800 Polyol	4	280	801
QUADROL^® Polyol	4	292	770
MULTRANOL^® 4050 Polyol	4	356	630
MULTRANOL^® 4063 Polyol	4	488	460
MULTRANOL^® 8114 Polyol	4	568	395
MULTRANOL^® 8120 Polyol	4	623	360
MULTRANOL^® 9181 Polyol	4	291	770
VORANOL^® 202 Polyol	5	590	475

Ohne dass eine Bindung an eine Theorie beabsichtigt ist, wird davon ausgegangen, dass zusätzlich zur Förderung der gewünschten Ausgewogenheit von physikalischen Eigenschaften in der damit erzeugten Polierschicht die Konzentration des Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, das in dem Härtungsmittelgebinde verwendet wird, auch dahingehend wirkt, dass es dessen Reaktion und die Reaktion von jedwedem difunktionellen Härtungsmittel in dem Härtungsmittelgebinde mit den nicht umgesetzten Isocyanat(NCO)-Gruppen, die in dem polyfunktionellen Diisocyanat vorliegen, autokatalysiert.
Vorzugsweise weist das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 auf. Mehr bevorzugt weist das verwendete Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 5000 bis 50000 auf (noch mehr bevorzugt 7500 bis 25000, insbesondere 10000 bis 12000).
Vorzugsweise weist das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, durchschnittlich drei bis zehn Hydroxylgruppen pro Molekül auf. Mehr bevorzugt weist das verwendete Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich vier bis acht (noch mehr bevorzugt fünf bis sieben, insbesondere sechs) Hydroxylgruppen pro Molekül auf.
Vorzugsweise weist das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Molekulargewicht auf, das höher ist als das Molekulargewicht des Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, das in dem Härtungsmittelgebinde verwendet wird, und es weist eine Hydroxylzahl auf, die niedriger ist als diejenige des Amin-initiierten Härtungsmittels, das in dem Härtungsmittelgebinde verwendet wird.

Beispiele für handelsübliche Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht umfassen Specflex^®-Polyole, Voranol^®-Polyole und Voralux^®-Polyole (von The Dow Chemical Company erhältlich), Multranol^® Specialty-Polyole und Ultracel^® Flexible-Polyole (von Bayer MaterialScience LLC erhältlich), sowie Pluracol^®-Polyole (von BASF erhältlich). Eine Anzahl von bevorzugten Polyol-Härtungsmitteln mit hohem Molekulargewicht ist in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht	Anzahl der OH-Gruppen pro Molekül	M_N	Hydroxylzahl (mgKOH/g)
Multranol^® 3901 Polyol	3,0	6000	28
Pluracol^® 1385 Polyol	3,0	3200	50
Pluracol^® 380 Polyol	3,0	6500	25
Pluracol^® 1123 Polyol	3,0	7000	24
ULTRAGEL^® 3000 Polyol	4,0	7500	30
SPECFLEX^® NC630 Polyol	4,2	7602	31
SPECFLEX^® NC632 Polyol	4,7	8225	32
VORALUX^® HF 505 Polyol	6,0	11400	30
MULTRANOL^® 9185 Polyol	6,0	3366	100
VORANOL^® 4053 Polyol	6,9	12420	31

Vorzugsweise wird das difunktionelle Härtungsmittel, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aus Diolen und Diaminen ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das verwendete difunktionelle Härtungsmittel ein Diamin, das aus der Gruppe, bestehend aus primären Aminen und sekundären Aminen, ausgewählt ist. Noch mehr bevorzugt ist das verwendete difunktionelle Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Diethyltoluoldiamin (DETDA), 3,5-Dimethylthio-2,4-toluoldiamin und Isomeren davon, 3,5-Diethyltoluol-2,4-diamin und Isomeren davon (z. B. 3,5-Diethyltoluol-2,6-diamin), 4,4'-Bis-(sec-butylamino)-diphenylmethan, 1,4-Bis-(sec-butylamino)-benzol, 4,4'-Methylen-bis-(2-chloranilin), 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA), Polytetramethylenoxid-di-p-aminobenzoat, N,N'-Dialkyldiaminodiphenylmethan, p,p'-Methylendianilin (MDA), m-Phenylendiamin (MPDA), 4,4'-Methylen-bis-(2-chloranilin) (MBOCA), 4,4'-Methylen-bis-(2,6-diethylanilin) (MDEA), 4,4'-Methylen-bis-(2,3-dichloranilin) (MDCA), 4,4'-Diamino-3,3'-diethyl-5,5'-dimethyldiphenylmethan, 2,2',3,3'-Tetrachlordiaminodiphenylmethan, Trimethylenglykoldi-p-aminobenzoat und Gemischen davon, ausgewählt. Insbesondere ist das verwendete Diamin-Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus 4,4'-Methylen-bis-(2-Chloranilin) (MBOCA), 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA) und Isomeren davon, ausgewählt.
Vorzugsweise beträgt das stöchiometrische Verhältnis der reaktiven Wasserstoffgruppen (d. h. der Summe der Amin(NH₂)-Gruppen und der Hydroxyl(OH)-Gruppen) in den Komponenten des Härtungsmittelgebindes zu den nicht umgesetzten Isocyanat(NCO)-Gruppen in dem polyfunktionellen Isocyanat 0,85 bis 1,15 (mehr bevorzugt 0,90 bis 1,10, insbesondere 0,95 bis 1,05).
Die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst gegebenenfalls ferner eine Mehrzahl von Mikroelementen. Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Mikroelementen einheitlich innerhalb der Polierschicht verteilt. Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Mikroelementen aus eingeschlossenen Gasblasen, polymeren Materialien mit hohlem Kern, flüssigkeitsgefüllten polymeren Materialien mit hohlem Kern, wasserlöslichen Materialien und einem Material mit unlöslicher Phase (z. B. Mineralöl) ausgewählt. Mehr bevorzugt ist die Mehrzahl von Mikroelementen aus eingeschlossenen Gasblasen und polymeren Materialien mit hohlem Kern, die einheitlich innerhalb der Polierschicht verteilt sind, ausgewählt. Vorzugsweise weist die Mehrzahl von Mikroelementen ein Gewichtsmittel des Durchmessers von ≤ 150 μm auf (vorzugsweise 5 bis 100 μm, mehr bevorzugt 20 bis 75 μm, insbesondere 30 bis 50 μm). Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl von Mikroelementen polymere Mikrokügelchen mit Hüllenwänden aus entweder Polyacrylnitril oder einem Polyacrylnitril-Copolymer (z. B. polymere Expancel^®-Mikrokügelchen von Akzo Nobel). Vorzugsweise wird die Mehrzahl von Mikroelementen in die Polierschicht bei 0 bis 35 Vol.-% Porosität einbezogen (mehr bevorzugt 10 bis 25 Vol.-% Porosität).
Die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann sowohl in porösen als auch in nicht-porösen (d. h. ungefüllten) Konfigurationen bereitgestellt werden. Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Dichte von ≥ 0,4 g/cm³ auf, gemessen gemäß ASTM D1622. Mehr bevorzugt weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Dichte von ≥ 0,6 g/cm³ (mehr bevorzugt 0,6 bis 1,2 g/cm³, noch mehr bevorzugt 0,65 bis 1,1 g/cm³, insbesondere 0,65 bis 0,85 g/cm³) auf, gemessen gemäß ASTM D1622.
Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Shore D-Härte von 5 bis 40 auf, gemessen gemäß ASTM D2240. Mehr bevorzugt weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Shore D-Härte von 10 bis 40 auf (noch mehr bevorzugt 10 bis 30, insbesondere 20 bis 30), gemessen gemäß ASTM D2240.
Herkömmliche Polierschichtformulierungen, die eine Shore D-Härte von weniger als 40 aufweisen, weisen typischerweise sehr hohe Bruchdehnungswerte auf (d. h. > 600%). Materialien, die so hohe Bruchdehnungswerte aufweisen, verformen sich reversibel, wenn sie Bearbeitungsvorgängen unterzogen werden, was zu einer Rillenbildung führt, die inakzeptabel schlecht ist, und zu einer Texturerzeugung während des Diamantkonditionierens führt, die unzureichend ist. Das spezielle Härtungsmittelgebinde, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, stellt jedoch eine geringe Härte gekoppelt mit einer Bruchdehnung von 100 bis 450% bereit, gemessen gemäß ASTM D412. Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Bruchdehnung von 125 bis 425% auf (noch mehr bevorzugt 150 bis 350%, insbesondere 150 bis 200%), gemessen gemäß ASTM D412.
Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde auf, gemessen unter Verwendung des hier in den Beispielen beschriebenen Verfahrens. Mehr bevorzugt weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Abtragungsrate von 30 bis 125 μm/Stunde auf (noch mehr bevorzugt 30 bis 100 μm/Stunde, insbesondere 30 bis 60 μm/Stunde), gemessen unter Verwendung des hier in den Beispielen beschriebenen Verfahrens.
Die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine Polieroberfläche auf, die zum Polieren des Substrats angepasst ist. Vorzugsweise weist die Polieroberfläche eine Makrotextur auf, die aus mindestens einem von Perforationen und Rillen ausgewählt ist. Perforationen können sich von der Polieroberfläche durch einen Teil oder die gesamte Dicke der Polierschicht erstrecken. Vorzugsweise sind Rillen derart auf der Polieroberfläche angeordnet, so dass sich beim Drehen des chemisch-mechanischen Polierkissens während des Polierens mindestens eine Rille über die Oberfläche des Siliziumsubstrats bewegt, das poliert wird. Vorzugsweise weist die Polieroberfläche eine Makrotextur auf, die mindestens eine Rille umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus gekrümmten Rillen, linearen Rillen und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Polieroberfläche auf, die zum Polieren des Substrats angepasst ist, wobei die Polieroberfläche eine Makrotextur aufweist, die ein Rillenmuster aufweist, das darin ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst das Rillenmuster eine Mehrzahl von Rillen. Mehr bevorzugt ist das Rillenmuster aus einer Rillengestaltung ausgewählt. Vorzugsweise ist die Rillengestaltung aus der Gruppe, bestehend aus konzentrischen Rillen (die kreisförmig oder spiralförmig sein können), gekrümmten Rillen, Kreuzrillen (z. B. als ein X-Y-Gitter auf der Kissenoberfläche angeordnet), anderen regelmäßigen Gestaltungen (z. B. Sechsecken, Dreiecken), Mustern des Reifenprofiltyps, unregelmäßigen Gestaltungen (z. B. fraktalen Mustern) und Kombinationen davon, ausgewählt. Mehr bevorzugt ist die Rillengestaltung aus der Gruppe, bestehend aus zufälligen angeordneten Rillen, konzentrischen Rillen, Spiralrillen, Kreuzrillen, X-Y-Gitterrillen, sechseckigen Rillen, dreieckigen Rillen, fraktalen Rillen und Kombinationen davon, ausgewählt. Insbesondere weist die Polieroberfläche ein Spiralrillenmuster auf, das darin ausgebildet ist. Das Rillenprofil ist vorzugsweise aus einem rechteckigen Rillenprofil mit geraden Seitenwänden ausgewählt oder bei dem Rillenquerschnitt kann es um einen „V”-förmigen Rillenquerschnitt, einen „U”-förmigen Rillenquerschnitt, einen sägezahnförmigen Rillenquerschnitt und Kombinationen davon handeln.
In der 2 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigt die 2 eine Polierschicht 300, die eine Polieroberfläche 302 mit einem Rillenmuster aus einer Mehrzahl von gekrümmten Rillen 305 aufweist.
In der 3 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigt die 3 eine Polierschicht 310, die eine Polieroberfläche 312 mit einem Rillenmuster aus einer Mehrzahl von konzentrischen, kreisförmigen Rillen 315 aufweist.
In der 4 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigt die 4 eine Polierschicht 320, die eine Polieroberfläche 322 mit einem Rillenmuster aus einer Mehrzahl von linearen Rillen 325 in einem X-Y-Gittermuster aufweist.
In der 5 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigt die 5 eine Polierschicht 330, die eine Polieroberfläche 332 mit einer Kombination aus einer Mehrzahl von Perforationen 338 und einer Mehrzahl von konzentrischen, kreisförmigen Rillen 335 aufweist.
In der 6 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Polierschicht zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigt die 6 eine Polierschicht 400, wobei die Polierschicht 400 einem Außenradius R_O und eine Polieroberfläche 402 aufweist, wobei die Polieroberfläche 402 eine Makrotextur aufweist, die ein Rillenmuster umfasst, das mindestens eine Rille 404 umfasst. Obwohl in der 6 nur eine einzelne Rille 404 gezeigt ist, kann das Rillenmuster zwei oder mehr Rillen 404 umfassen. (Vgl. z. B. die 7 bis 9). Der Polierschichtradius R wird von einem Ursprung O im Zentrum der Polieroberfläche 402 gemessen. Ein Kreis C_R (gestrichelte Linie), der bei einem Radius R gezeichnet ist und einen Umfang 2πR aufweist, ist in der 6 gezeigt. Der Außenradius der Polierschicht 400 ist R_O. Die mindestens eine Rille 404 erstreckt sich vorzugsweise von dem Basisradius R_B zu dem Außenradius R_O, der den Außenumfang 406 der Polieroberfläche 402 festlegt. Gegebenenfalls erstreckt sich die mindestens eine Rille 404 von einem Punkt zwischen dem Ursprung O und dem Basisradius R_B zu dem Außenumfang 406. Gegebenenfalls erstreckt sich die mindestens eine Rille 404 von dem Ursprung O zu dem Außenumfang 406. Die 10 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht eines Rillensegments einer Rille 404 von 9, die ein kleines Differenzsegment 410 einer Rille 404 zeigt. Bei einem gegebenen Radius R weist die Rille 404 eine gegebene Breite W und eine zentrale Achse A auf, die einen Winkel θ („Rillenwinkel”) bezüglich einer radialen Linie L bildet, die den Ursprung O mit dem gegebenen Radius R verbindet.
Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Polieroberfläche mit einem Rillenmuster auf, das mindestens eine Rille umfasst, wobei CF innerhalb von 25% (vorzugsweise innerhalb von 10%, mehr bevorzugt innerhalb von 5%) von dessen Durchschnittswert als Funktion des Radius R in einem Bereich bleibt, der sich von einem Außenradius R_O der Polieroberfläche bei einem größten Teil des Abstands zu einem Ursprung O im Zentrum der Polieroberfläche erstreckt. Vorzugsweise bleibt CF innerhalb von 25% (vorzugsweise innerhalb von 10%, mehr bevorzugt innerhalb von 5%) von dessen Durchschnittswert als Funktion des Radius R in einem Bereich, der sich von einem Basisradius R_B zu einem Außenradius R_O erstreckt. (Vgl. die 6 bis 9).
Vorzugsweise weist die Polierschicht, die in dem chemisch-mechanischen Polierkissen verwendet wird, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine durchschnittliche Dicke T von 508 bis 3810 μm (20 bis 150 mil) auf. Mehr bevorzugt weist die verwendete Polierschicht eine durchschnittliche Dicke von 762 bis 3175 μm (30 bis 125 mil) (noch mehr bevorzugt 1016 bis 3048 μm (40 bis 120 mil), insbesondere 1270 bis 2540 μm (50 bis 100 mil)) auf. (Vgl. die 1).
Das chemisch-mechanische Polierkissen, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst gegebenenfalls ferner mindestens eine zusätzliche Schicht, die mit der Polierschicht verbunden ist. Vorzugsweise umfasst das chemisch-mechanische Polierkissen, das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, gegebenenfalls ferner eine komprimierbare Basisschicht, die an der Polierschicht angebracht ist. Die komprimierbare Basisschicht verbessert vorzugsweise die Anpassung der Polierschicht an die Oberfläche des Siliziumsubstrats, das poliert wird.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in den folgenden Beispielen detailliert beschrieben.
Beispiele 1 bis 22
Polierschichten wurden gemäß den Formulierungsdetails hergestellt, die in der Tabelle 3 angegeben sind. Insbesondere wurden Polyurethanmassen durch das kontrollierte Mischen des Urethanvorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen bei 51°C (d. h., das Adiprene^® LF667 für die Beispiele 1 bis 9 und 20 bis 22 und das Adiprene^® LFG963A für die Beispiele 10 bis 19, die von Chemtura Corporation erhältlich sind) mit den Komponenten des Härtungsmittelgebindes hergestellt. Das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel (d. h., das Voranol® 800, das von The Dow Chemical Company erhältlich ist) und das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht (d. h., das Voralux^® HF505, das von The Dow Chemical Company erhältlich ist) wurden vorgemischt, bevor die anderen Ausgangsmaterialien zugemischt wurden. Alle Ausgangsmaterialien mit Ausnahme von MBOCA wurden bei einer Vormischtemperatur von 51°C gehalten. Das MBOCA wurde bei einer Vormischtemperatur von 116°C gehalten. Das Verhältnis des Urethanvorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen und des Härtungsmittelgebindes wurde so eingestellt, dass die Stöchiometrie, wie sie durch das Verhältnis von aktiven Wasserstoffgruppen (d. h., der Summe der -OH-Gruppen und der -NH₂-Gruppen) in den Härtungsmitteln zu den nicht umgesetzten Isocyanat(NCO)-Gruppen in dem Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen festgelegt ist, derart war, wie es in der Tabelle 3 angegeben ist.
Eine Porosität wurde in die Polierschichten durch Hinzufügen von Porenbildnern zu dem Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen vor dem Vereinigen mit dem Härtungsmittelgebinde eingebracht, um die gewünschte Porosität und Kissendichte zu erreichen.
Das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit jedwedem eingebrachtem Porenbildner und das Härtungsmittelgebinde wurden durch einen Mischkopf mit hoher Scherung zusammengemischt. Nach dem Austreten aus dem Mischkopf wurde das Gemisch während eines Zeitraums von 5 Minuten in eine kreisförmige Form mit einem Durchmesser von 86,4 cm (34 Zoll) eingebracht, so dass eine Gesamtgießdicke von etwa 10 cm (4 Zoll) erhalten wurde. Das eingebrachte Gemisch wurde 15 Minuten gelieren gelassen, bevor die Form in einen Aushärteofen eingebracht wurde. Die Form wurde dann in dem Aushärteofen unter Verwendung des folgenden Zyklus ausgehärtet: 30 Minuten Anstieg von Umgebungstemperatur zu einem Einstellpunkt von 104°C, dann Halten für 15,5 Stunden bei 104°C und dann 2 Stunden Absenkung von 104°C auf 21°C.
Die ausgehärteten Polyurethanmassen wurden dann aus der Form entnommen und bei einer Temperatur von 30 bis 80°C in etwa vierzig separate 2,0 mm (80 mil) dicke Lagen geschnitten (mittels einer sich bewegenden Klinge geschnitten). Das Schneiden wurde von der Oberseite jeder Masse her durchgeführt. Jedwede unvollständigen Lagen wurden verworfen.
Es sollte beachtet werden, dass Adiprene^® LF667, das in den Beispielen verwendet wurde, ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen auf PTMEG-Basis ist, das ein 50/50 Gewichtsprozent-Gemisch von Adiprene^® LF950A und Adiprene^® LF600D umfasst, das von Chemtura erhältlich ist. Es sollte auch beachtet werden, dass Adiprene^® LFG963A ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen auf PPG-Basis ist, das von Chemtura erhältlich ist.
Die nicht mit Rillen versehenen Polierschichtmaterialien von jedem der Beispiele 1 bis 22 wurden analysiert, um deren physikalischen Eigenschaften zu bestimmen, wie sie in der Tabelle 4 angegeben sind. Es sollte beachtet werden, dass die angegebenen Dichtedaten gemäß ASTM D1622 bestimmt worden sind, die angegebenen Shore D-Härtedaten gemäß ASTM D2240 bestimmt worden sind, die angegebenen Shore A-Härtedaten gemäß ASTM D2240 bestimmt worden sind und die angegebenen Bruchdehnungsdaten gemäß ASTM D412 bestimmt worden sind.
Die Abtragungsrate-Daten, die in der Tabelle 4 angegeben sind, wurden unter Verwendung eines 200 mm Mirra^®-Poliergeräts von Applied Materials gemessen. Dieses Poliergerät ist so gestaltet, dass es ein kreisförmiges chemisch-mechanisches Polierkissen mit einem Nenndurchmesser von 51 cm (20 Zoll) aufnehmen kann. Polierschichten mit einem kreisförmigen Querschnitt wurden so hergestellt, wie es hier in den Beispielen beschrieben ist. Diese Polierschichten wurden dann maschinell mit Rillen versehen, so dass eine Rillenstruktur in der Polieroberfläche bereitgestellt wurde, die eine Mehrzahl von konzentrischen kreisförmigen Rillen mit Abmessungen eines Abstands von 3,05 mm (120 mil), einer Breite von 0,51 mm (20 mil) und einer Tiefe von 0,76 mm (30 mil) umfasste. Die Polierschichten wurden dann an eine Schaum-Unterkissenschicht (SP2310, von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich) laminiert.
Eine Diamantkonditionierscheibe (DiaGrid^® AD3CL-150840-3-Kissenkonditionierer, der von Kinik Company hergestellt worden ist) wurde zum Abtragen der Polieroberfläche der mit Rillen versehenen Polierschichten unter Verwendung der folgenden Verfahrensbedingungen eingesetzt: Die Polieroberfläche der Polierschichten wurde einem kontinuierlichen Abtragen mit der Diamantkonditionierscheibe für einen Zeitraum von 2 Stunden bei einer Plattendrehzahl von 100 U/min, einer Flussrate von entionisiertem Wasser von 150 cm³/min und einer Konditionierscheiben-Andruckkraft von 48,3 kPa (7 psi) unterzogen. Die Abtragungsrate wurde durch Messen der Änderung der durchschnittlichen Rillentiefe im Zeitverlauf bestimmt. Die Rillentiefe wurde unter Verwendung eines Microtrack II Laser Triangulation Sensor von MTI Instruments, der auf einem motorisierten Gleittisch von Zaber Technologies montiert war, gemessen (in μm/Stunde), wobei das Profil der Polieroberfläche jeder Polierschicht von der Mitte zur Außenkante vermessen wurde. Die Abtastgeschwindigkeit des Sensors auf dem Gleittisch betrug 0,732 mm/s und die Abtastrate (Messungen/mm Abtastung) für den Sensor betrug 6,34 Punkte/mm. Die in der Tabelle 4 angegebene Abtragungsrate ist der arithmetische Mittelwert der Verminderung der Rillentiefe im Zeitverlauf auf der Basis der gesammelten Dickenmesswerte, die als > 2000 Punkte über die Polieroberfläche der Polierschicht festgelegt sind.
Polierbeispiele P1 bis P3
Diese Polierexperimente wurden unter Verwendung von 200 mm Si(100)-Wafern, die in einer 0,5 Gew.-%igen Fluorwasserstoffsäurelösung für 90 Sekunden vorgeätzt worden sind, unter Verwendung eines 50,8 cm (20 Zoll)-Plattenpoliergeräts (Strasbaugh) und einer gemäß den Beispielen 20 bis 22 hergestellten Polierschicht, wobei die Polieroberfläche jeder Polierschicht ein Rillenmuster des X-Y-Typs mit einer Tiefe von 0,6 mm, einer Breite von 2,5 mm und einem Abstand von 15,75 mm aufwies, mit einer Andruckkraft von 9,8 kPa, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 300 ml/min, einer Tischdrehzahl von 115 U/min und einer Trägerdrehzahl von 100 U/min durchgeführt. Die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung war NP8030 (Verdünnungsverhältnis 1:30) (von Nitta Haas Inc. erhältlich). Bei jedem der Polierbeispiele P1 bis P3 wurde die Vorderfläche des Siliziumwafers unter den angegebenen Bedingungen für fünf (5) Minuten poliert. Die polierte Vorderfläche von jedem der Siliziumwafer wurde dann bezüglich einer Trübung unter Verwendung des Untersuchungssystem LS6600 für unstrukturierte Wafer analysiert, das von Hitachi High Technologies Corporation erhältlich ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5

Bsp. Nr. Trübung (in ppm)

P1 0,0705

P2 0,0716

P3 0,0733
Vergleichspolierbeispiele PA1 und PA2 und Polierbeispiele P4 bis P9
SPP800S (Okamoto)-Poliergerät – 800 mm Plattengröße, 300 mm Wafergröße.

Diese Polierexperimente wurden unter Verwendung von 300 mm Si(100)-Wafern, die in einer 0,5 Gew.-%igen Fluorwasserstoffsäurelösung für 90 Sekunden vorgeätzt worden sind, unter Verwendung eines 800 mm-Plattenpoliergeräts (SPP800S Okamoto) und den in der Tabelle 6 angegebenen Polierschichten mit einer Andruckkraft von 9,8 kPa, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 1 Liter/min, einer Tischdrehzahl von 40 U/min und einer Trägerdrehzahl von 39 U/min durchgeführt. Die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung war NP8030 (Verdünnungsverhältnis 1:30) (von Nitta Haas Inc. erhältlich). Bei jedem der Vergleichspolierbeispiele PA1 und PA2 und der Polierbeispiele P4 bis P9 wurde die Vorderfläche des Siliziumwafers unter den angegebenen Bedingungen für fünf (5) Minuten poliert. Die polierte Vorderfläche von jedem der Siliziumwafer wurde dann bezüglich einer Trübung unter Verwendung des Untersuchungssystems LS6600 für unstrukturierte Wafer analysiert, das von Hitachi High Technologies Corporation erhältlich ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 7 angegeben. Tabelle 6

Bsp. Nr.	Polierschicht	Rillenmuster
PA1	Ciegal 7355	XY mit einer Tiefe von 0,6 mm, einer Breite von 2,5 mm und einem Abstand von 15,75 mm
PA2	Polypas^®	Geprägt mit einem kreisförmigen Rillenmuster mit einer Tiefe von 0,40 mm, einer Breite von 1,0 mm und einem Abstand von 4,0 mm
P4	Bsp. 6	XY mit einer Tiefe von 0,6 mm, einer Breite von 2,5 mm und einem Abstand von 15,75 mm
P5	Bsp. 9	XY mit einer Tiefe von 0,6 mm, einer Breite von 2,5 mm und einem Abstand von 15,75 mm
P6	Bsp. 4	XY mit einer Tiefe von 0,6 mm, einer Breite von 2,5 mm und einem Abstand von 15,75 mm
P7	Bsp. 4	Spiralrillenmuster mit konstantem Bereich mit 14 Rillen, einer Tiefe von 508 μm (20 mil), einer Breite von 762 μm (30 mil)
P8	Bsp. 4	Spiralrillenmuster mit konstantem Bereich mit 24 Rillen, einer Tiefe von 1016 μm (40 mil), einer Breite von 762 μm (30 mil)
P9	Bsp. 4	Kreisförmiges Rillenmuster mit einer Tiefe von 1016 μm (40 mil), einer Breite von 356 μm (14 mil), einem Abstand von 1778 μm (70 mil)

Ciegal 7355 Fertigpolierkissen sind von Chiyoda Co., Ltd. erhältlich
Polypas^® 27-3-1S Polierkissen sind von Fujibo Ehime Co., Ltd. erhältlich Tabelle 7

Bsp. Nr.	Trübung (in ppm)
PA1	0,0885
PA2	0,0783
P4	0,0715
P5	0,0699
P6	0,1017
P7	0,1049
P8	0,0985
P9	0,1000

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 Patentliteratur

US 7897250 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM-Testverfahren D4274-11 [0047]
ASTM D1622 [0057]
ASTM D2240 [0058]
ASTM D412 [0059]
ASTM D1622 [0077]
ASTM D2240 [0077]
ASTM D412 [0077]

Claims

Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumwafers, der eine Oberfläche aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polierschicht umfasst, die das Reaktionsprodukt von Ausgangsmaterialbestandteilen ist, umfassend: ein polyfunktionelles Isocyanat und ein Härtungsmittelgebinde, umfassend: mindestens 5 Gew.-% eines Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel mindestens ein Stickstoffatom pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich mindestens drei Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 25 bis 95 Gew.-% eines Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 2500 bis 100000 aufweist und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 3 bis 10 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, und 0 bis 70 Gew.-% eines difunktionellen Härtungsmittels, wobei die Polierschicht eine Dichte von mehr als 0,4 g/cm³, eine Shore D-Härte von 5 bis 40, eine Bruchdehnung von 100 bis 450% und eine Abtragungsrate von 25 bis 150 μm/Stunde aufweist, und wobei die Polierschicht eine Polieroberfläche aufweist, die zum Polieren des Siliziumwafers angepasst ist, und Erzeugen eines dynamischen Kontakts zwischen der Polieroberfläche der Polierschicht und der Oberfläche des Siliziumwafers, wobei die Oberfläche des Siliziumwafers poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Siliziumwafers eine Vorderfläche ist und wobei die Vorderfläche des Siliziumwafers bis zu einer Trübung von < 0,075 ppm trübungsfrei poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das stöchiometrische Verhältnis der reaktiven Wasserstoffgruppen in dem Härtungsmittelgebinde zu den nicht umgesetzten Isocyanatgruppen in dem polyfunktionellen Isocyanat 0,85 bis 1,15 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das polyfunktionelle Isocyanat aus der Gruppe, bestehend aus einem aliphatischen polyfunktionellen Isocyanat, einem aromatischen polyfunktionellen Isocyanat und einem Gemisch davon, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das difunktionelle Härtungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Diol-Härtungsmitteln und Diamin-Härtungsmitteln, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das polyfunktionelle Isocyanat ein Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit 2 bis 12 Gew.-% nicht umgesetzten NCO-Gruppen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Härtungsmittelgebinde umfasst: 5 bis 20 Gew.-% des Amin-initiierten Polyol-Härtungsmittels, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel zwei Stickstoffatome pro Molekül enthält, wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel durchschnittlich 4 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist und wobei das Amin-initiierte Polyol-Härtungsmittel ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 200 bis 400 aufweist, 50 bis 75 Gew.-% des Polyol-Härtungsmittels mit hohem Molekulargewicht, wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 10000 bis 12000 aufweist und wobei das Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht durchschnittlich 6 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, 10 bis 30 Gew.-% des difunktionellen Härtungsmittels, wobei das difunktionelle Härtungsmittel ein Diamin-Härtungsmittel ist, das aus der Gruppe, bestehend aus 4,4'-Methylen-bis-(2-chloranilin) (MBOCA), 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA) und Isomeren davon, ausgewählt ist, wobei das stöchiometrische Verhältnis der reaktiven Wasserstoffgruppen in dem Härtungsmittelgebinde zu den nicht umgesetzten Isocyanatgruppen in dem polyfunktionellen Isocyanat 0,95 bis 1,05 beträgt, wobei die Polierschicht eine Dichte von 0,65 bis 0,85 g/cm³, eine Shore D-Härte von 10 bis 40, eine Bruchdehnung von 150 bis 350% und eine Abtragungsrate von 30 bis 60 μm/Stunde aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen 5 bis 7 Gew.-% nicht umgesetzte NCO-Gruppen aufweist und wobei das Urethanvorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, M_N, von 400 bis 2500 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Polierschicht ein darin ausgebildetes Spiralrillenmuster aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Umfangsanteil mit Rille innerhalb von 10% von dessen Durchschnittswert als Funktion eines Radius der Polierschicht in einem Bereich bleibt, der sich von einem Außenumfang der Polieroberfläche in dem größten Teil des Abstands zu einem Zentrum der Polieroberfläche erstreckt.