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HINTERGRUND
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Diese Beschreibung betrifft Polierkissen, die zum Polieren und Planarisieren von Substraten geeignet sind, und insbesondere Planarisierungspolierkissen, die erhöhte Metallentfernungsgeschwindigkeiten mit niedrigen Defektniveaus aufweisen.
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Polyurethan-Polierkissen sind der primäre Kissentyp für verschiedene anspruchsvolle Präzisionspolieranwendungen. Diese Polyurethan-Polierkissen sind zum Polieren von Siliziumwafern, strukturierten Wafern, Flachbildschirmen und magnetischen Speicherplatten effektiv. Insbesondere stellen Polyurethan-Polierkissen die mechanische Integrität und chemische Beständigkeit für die meisten Poliervorgänge bereit, die zur Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden. Beispielsweise weisen Polyurethan-Polierkissen eine hohe Festigkeit, so dass sie einem Zerreißen widerstehen, eine Abriebbeständigkeit zum Vermeiden von Verschleißproblemen während des Polierens und eine Stabilität auf, so dass sie einem Angriff durch stark saure und stark ätzende Polierlösungen widerstehen.
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Die Herstellung von Halbleitern umfasst typischerweise mehrere chemisch-mechanische Planarisierungsvorgänge (CMP-Vorgänge). Bei jedem CMP-Vorgang entfernt ein Polierkissen kombiniert mit einer Polierlösung, wie z. B. einer Schleifmittel-enthaltenden Polieraufschlämmung oder einer Schleifmittel-freien reaktiven Flüssigkeit, überschüssiges Material in einer Weise, so dass zur Aufnahme einer nachfolgenden Schicht eine Planarisierung erreicht wird oder die Ebenheit aufrechterhalten wird. Das Stapeln dieser Schichten führt zu einer Kombination, die eine integrierte Schaltung bildet. Die Herstellung dieser Halbleitervorrichtungen wird aufgrund von Anforderungen für Vorrichtungen mit höheren Betriebsgeschwindigkeiten, geringeren Leck- bzw. Kriechströmen und vermindertem Energieverbrauch immer komplexer. Bezüglich der Vorrichtungsarchitektur führt dies zu feineren Merkmalsgeometrien und erhöhten Metallisierungsniveaus. Diese immer strengeren Anforderungen bezüglich der Vorrichtungsgestaltung treiben bei manchen Anwendungen die Verwendung einer größeren Anzahl von Wolframverbindungspfropfen oder -durchgangs-löchern zusammen mit neuen dielektrischen Materialien mit niedrigeren Dielektrizitätskonstanten voran. Die verschlechterten physikalischen Eigenschaften, die häufig mit Low-k- und Ultra-low-k-Materialien einhergehen, haben zusammen mit der erhöhten Komplexität der Vorrichtungen zu höheren Anforderungen bei den CMP-Verbrauchsmaterialien, wie z. B. Polierkissen und Polierlösungen, geführt.
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Insbesondere Low-k- und Ultra-low-k-Dielektrika neigen dazu, verglichen mit herkömmlichen Dielektrika eine geringere mechanische Festigkeit und eine schlechtere Haftung aufzuweisen, was eine Planarisierung schwieriger macht. Darüber hinaus werden mit kleiner werdenden Merkmalsgrößen von integrierten Schaltungen CMP-induzierte Defekte, wie z. B. ein Verkratzen, zu einem größeren Problem. Ferner erfordert die abnehmende Filmdicke von integrierten Schaltungen Verbesserungen bezüglich der Defekte, während gleichzeitig für ein Wafersubstrat eine akzeptable Topographie bereitgestellt wird, wobei diese Topographieanforderungen immer strengere Vorgaben bezüglich der Planarität, des Dishings und der Erosion erfordern.
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Das Gießen von Polyurethan zu Massen und das Schneiden der Massen in mehrere dünne Polierkissen hat sich als effektives Verfahren zur Herstellung von Polierkissen mit gleichbleibend reproduzierbaren Poliereigenschaften erwiesen. Kulp et al. offenbaren in dem
US-Patent Nr. 7,169,030 die Verwendung von Polierkissen mit hoher Zugfestigkeit zur Verbesserung der Planarisierung, während eine geringe Defektbildung aufrechterhalten wird. Leider weisen Polyurethan-Polierkissen, die aus diesen Formulierungen hergestellt werden, nicht die Metallentfernungsgeschwindigkeit und Poliereigenschaften mit geringer Defekterzeugung auf, die für die meisten anspruchsvollen Polieranwendungen mit geringen Defekten erforderlich sind.
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ANGABE DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der Erfindung umfasst ein Polierkissen, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist, wobei das Polierkissen ein gegossenes Polyurethan-Polymermaterial umfasst, das aus einer Vorpolymerreaktion von H12MDI/TDI mit Polytetramethylenetherglykol zur Bildung eines Reaktionsprodukts mit Isocyanat-Endgruppen gebildet wird, wobei das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen 8,95 bis 9,25 Gew.-% nicht umgesetztes NCO aufweist, ein stöchiometrisches Verhältnis von NH2 zu NCO von 102 bis 109 Prozent aufweist, wobei das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen mit einem 4,4'-Methylenbis(2-chloranilin)-Härtungsmittel ausgehärtet wird, wobei das gegossene Polyurethan-Polymermaterial, gemessen in einem nicht-porösen Zustand, einen Scherspeichermodul G' von 250 bis 350 MPa, gemessen mit einer Torsionsspannvorrichtung bei 30°C und 40°C, und einen Scherverlustmodul G'' von 25 bis 30 MPa, gemessen mit einer Torsionsspannvorrichtung bei 40°C (ASTM D5279), aufweist, und wobei das Polierkissen eine Porosität von 20 bis 50 Volumenprozent und eine Dichte von 0,60 bis 0,95 g/cm3 aufweist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist, wobei das Polierkissen ein gegossenes Polyurethan-Polymermaterial umfasst, das aus einer Vorpolymerreaktion von H12MDI/TDI mit Polytetramethylenetherglykol zur Bildung eines Reaktionsprodukts mit Isocyanat-Endgruppen gebildet wird, wobei das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen 8,95 bis 9,25 Gew.-% nicht umgesetztes NCO aufweist, ein stöchiometrisches Verhältnis von NH2 zu NCO von 103 bis 107 Prozent aufweist, wobei das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen mit einem 4,4'-Methylenbis(2-chloranilin)-Härtungsmittel ausgehärtet wird, wobei das gegossene Polyurethan-Polymermaterial, gemessen in einem nicht-porösen Zustand, einen Scherspeichermodul G' von 250 bis 350 MPa, gemessen mit einer Torsionsspannvorrichtung bei 30°C und 40°C, und einen Scherverlustmodul G'' von 25 bis 30 MPa, gemessen mit einer Torsionsspannvorrichtung bei 40°C (ASTM D5279), aufweist, wobei das Verhältnis von Scherspeichermodul G' bei 40°C zu Scherverlustmodul G' bei 40°C 8 bis 15 beträgt und wobei das Polierkissen eine Porosität von 20 bis 50 Volumenprozent und eine Dichte von 0,60 bis 0,95 g/cm3 aufweist.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Balkendiagramm, das die verbesserten TEOS-Dielektrikum-Entfernungsgeschwindigkeiten zeigt, die mit Polierkissen der Erfindung erreicht worden sind.
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2 ist eine Auftragung, die verbesserte TEOS- und thermisches Oxiddielektrikum-Entfernungsgeschwindigkeiten zeigt, die über einen Bereich von Aufschlämmungsflussraten erreicht worden sind.
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3 ist eine schematische Darstellung, die den Querschnitt eines strukturierten Wafers vor dem chemisch-mechanischen Planarisieren zeigt.
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4 zeigt die Wafermaterialentfernung, die zur Verminderung der Stufenhöhe mit Linie/Abstand (L/S) von 500 μm/500 μm erforderlich ist.
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5 zeigt die Wafermaterialentfernung, die zur Verminderung der Stufenhöhe mit Linie/Abstand (L/S) von 25 μm/25 μm erforderlich ist.
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6 ist eine Messung der Zeit, die zum Erreichen einer Planarisierung erforderlich ist, wenn ein strukturierter TEOS-Wafer poliert wird.
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7 ist eine Auftragung der Wolfram-Entfernungsgeschwindigkeit gegen die Trägerandruckkraft in kPa.
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8 ist ein Balkendiagramm, das die verbesserte Wolfram-Entfernungsgeschwindigkeit der Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Das Polierkissen ist zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet. Insbesondere ist das Kissen zum Polieren von Halbleitersubstraten geeignet. Beispiele für Wafersubstrate, bei denen das Kissen eine besondere Effektivität aufweist, umfassen ein Wolframpolieren und ein TEOS- und ein Flachgrabenisolations- oder STI-Polieren mit Ceroxidteilchen-enthaltenden Aufschlämmungen. Das Polierkissen umfasst ein gegossenes Polyurethan-Polymermaterial, das aus einer Vorpolymerreaktion von H12MDI/TDI mit Polytetramethylenetherglykol zur Bildung eines Reaktionsprodukts mit Isocyanat-Endgruppen gebildet wird. Das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen weist 8,95 bis 9,25 Gew.-% nicht umgesetztes NCO und ein stöchiometrisches Verhältnis von NH2 zu NCO von 102 bis 109 Prozent auf. Vorzugsweise beträgt dieses stöchiometrische Verhältnis 103 bis 107 Prozent. Das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen wird mit einem 4,4'-Methylenbis(2-chloranilin)-Härtungsmittel ausgehärtet.
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Das gegossene Polyurethan-Polymermaterial weist, gemessen in einem nicht-porösen Zustand, einen Scherspeichermodul G' von 250 bis 350 MPa, gemessen mit einer Torsionsspannvorrichtung bei 30°C und 40°C, und einen Scherverlustmodul G'' von 25 bis 30 MPa, gemessen mit einer Torsionsspannvorrichtung bei 40°C (ASTM D5279) bei einer Frequenz von 10 rad/s und einem Temperaturanstieg von 3°C/min auf. Vorzugsweise weist das Kissen ein Verhältnis von Scherspeichermodul G' zu Scherverlustmodul G'' von 8 bis 15 auf, gemessen mit einer Torsionsspannvorrichtung bei 40°C. Insbesondere weist das Kissen ein Verhältnis von Scherspeichermodul G' zu Scherverlustmodul G'' von 8 bis 12 auf, gemessen bei 40°C. Diese Ausgewogenheit von Scherspeichermodul und Scherverlustmodul stellt eine hervorragende Kombination aus einer hohen Entfernungsgeschwindigkeit mit einer geringen Defekterzeugung bereit.
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Das Polymer ist zur Bildung von porösen oder gefüllten Polierkissen effektiv. Für die Zwecke dieser Beschreibung umfasst ein Füllstoff für Polierkissen feste Teilchen, die sich während des Polierens ablösen oder lösen, und flüssigkeitsgefüllte Teilchen oder Kügelchen. Für die Zwecke dieser Beschreibung umfasst eine Porosität gasgefüllte Teilchen, gasgefüllte Kügelchen und Hohlräume, die mit anderen Mitteln erzeugt worden sind, wie z. B. durch mechanisches Einbringen von Gas in ein viskoses System, Injizieren von Gas in die Polyurethanschmelze, Einbringen von Gas in situ unter Verwendung einer chemischen Reaktion mit einem gasförmigen Produkt oder Vermindern des Drucks, so dass gelöstes Gas Blasen bildet. Die porösen Polierkissen enthalten eine Porositäts- oder Füllstoffkonzentration von mindestens 0,1 Volumenprozent. Diese Porosität oder dieser Füllstoff tragen zu dem Vermögen des Polierkissens bei, Polierfluide während des Polierens zu übertragen. Vorzugsweise weist das Polierkissen eine Porositäts- oder Füllstoffkonzentration von 20 bis 50 Volumenprozent auf. Bezüglich der Dichte sind Niveaus von 0,60 bis 0,95 g/cm3 effektiv. Vorzugsweise sind Dichteniveaus von 0,7 bis 0,9 g/cm3 effektiv.
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Bei einer geringeren Porosität weist das Polierkissen nicht die erhöhten Polierentfernungsgeschwindigkeiten auf. Bei einer höheren Porosität weist das Polierkissen nicht die Steifigkeit auf, die für anspruchsvolle Planarisierungsanwendungen erforderlich ist. Gegebenenfalls weisen die Poren einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 100 μm auf. Vorzugsweise weisen die Poren oder Füllstoffteilchen ein Gewichtsmittel des Durchmessers von 10 bis 60 μm auf. Insbesondere weisen die Poren oder Füllstoffteilchen ein Gewichtsmittel des Durchmessers von 15 bis 50 μm auf.
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Das Einstellen der Konzentration von nicht umgesetztem NCO ist zur Einstellung der Poreneinheitlichkeit von Poren, die direkt oder indirekt mit einem Füllstoffgas gebildet worden sind, besonders effektiv. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Gase dazu neigen, mit einer viel höheren Geschwindigkeit und einem größeren Ausmaß als Feststoffe und Flüssigkeiten einer Wärmeausdehnung zu unterliegen. Beispielsweise ist das Verfahren für eine Porosität, die gebildet wird durch Gießen von hohlen Mikrokügelchen, die entweder vorgeschäumt oder in situ geschäumt werden, unter Verwendung von chemischen Treibmitteln, durch mechanisches Einbringen von Gas und unter Verwendung von gelösten Gasen, wie z. B. Argon, Kohlendioxid, Helium, Stickstoff und Luft, oder überkritischen Fluiden, wie z. B. überkritischem Kohlendioxid oder Gasen, die in situ als Reaktionsprodukt gebildet werden, besonders effektiv.
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Beispiele
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Gegossene Polyurethanmassen wurden durch kontrolliertes Mischen von (a) einem Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen bei 51°C (oder gewünschten Temperaturen auf der Basis verschiedener Formulierungen), das durch die Reaktion eines polyfunktionellen Isocyanats (d. h., Toluoldiisocyanat, TDI) und eines Polyols auf Polyetherbasis (z. B. Adiprene® LF750D und andere, die in den Tabellen angegeben sind und von Chemtura Corporation erhältlich sind) erhalten worden ist, (b) einem Härtungsmittel bei 116°C und gegebenenfalls (c) einem Füllstoff mit hohlem Kern (d. h., Expancel® 551DE40d42, 461DE20d60 oder 461DE20d70, von Akzo Nobel erhältlich) hergestellt. Das Verhältnis des Vorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen und des Härtungsmittels wurde so eingestellt, dass die Stöchiometrie, die durch das Verhältnis von aktiven Wasserstoffgruppen (d. h., der Summe der -OH-Gruppen und -NH2-Gruppen) in dem Härtungsmittel zu den nicht umgesetzten Isocyanat(NCO)-Gruppen in dem Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen festgelegt ist, gemäß jeder Formulierung eingestellt wurde, wie sie in den Tabellen angegeben sind. Der Füllstoff mit hohlem Kern wurde vor dem Zusetzen von 4,4'-Methylenbis(2-chloranilin)-Härtungsmittel in das Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen eingemischt. Das Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit dem einbezogenen Füllstoff mit hohlem Kern wurde dann mit einem Mischkopf mit hoher Scherung gemischt. Nach dem Austreten aus dem Mischkopf wurde das Gemisch während eines Zeitraums von 3 Minuten in eine kreisförmige Form mit einem Durchmesser von 86,4 cm (34 Zoll) eingebracht, so dass eine Gesamtgießdicke von etwa 8 cm (3 Zoll) erhalten wurde. Das eingebrachte Gemisch wurde für 15 min gelieren gelassen, bevor die Form in einen Härtungsofen eingebracht wurde. Die Form wurde dann in dem Härtungsofen unter Verwendung des folgenden Zyklus ausgehärtet: 30 Minuten Anstieg der Ofensolltemperatur von Umgebungstemperatur auf 104°C, dann Halten für 15,5 Stunden mit einer Ofensolltemperatur von 104°C und dann 2 Stunden Absenkung der Ofensolltemperatur von 104°C hinab auf 21°C.
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Die Tabelle 1 enthält die Polierkissenformulierungen, die gemäß dem vorstehenden Verfahren mit verschiedenen Vorpolymeren hergestellt worden sind, die Stöchiometrien, die Porengröße, das Porenvolumen und die Rillenstruktur. Die ausgehärteten Polyurethanmassen wurden dann aus der Form entnommen und bei einer Temperatur von 30 bis 80°C in eine Mehrzahl von Polierschichten mit einer durchschnittlichen Dicke von 1,27 mm (50 mil) oder 2,0 mm (80 mil) geschnitten (unter Verwendung einer sich bewegenden Klinge). Das Schneiden wurde von der Oberseite jeder Masse her durchgeführt.
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Die Tabelle 1 gibt die Haupteigenschaften der in dieser Untersuchung verwendeten Polierschicht an. Die Polierschicht für die Kissenbeispiele 1 und 2 wurde mit Perforationen (P) bzw. Perforationen plus einer AC24-Deckschicht (P + AC24) für einen besseren Aufschlämmungstransport versehen. Die Perforationen wiesen einen Durchmesser von 1,6 mm und einen Abstand von 5,4 mm in MD und von 4,9 mm in XD auf und waren in einer versetzten Struktur angeordnet. Die Deckschicht AC24 ist eine Rillenstruktur des X-Y-Typs oder quadratischen Typs mit Abmessungen einer Tiefe von 0,6 mm, einer Breite von 2,0 mm und eines Abstands von 40 mm. Auf die Polierschicht wurde ein 1,02 mm (40 mil) dickes Suba
TM 400-Unterkissen aufgebracht. Die Polierschicht für die Kissenbeispiele 3 und 4 wurde mit kreisförmigen 1010- und K-7-Rillen versehen. Die 1010-Rillen wiesen eine Breite von 0,51 mm (20 mil), eine Tiefe von 0,76 mm (30 mil) und einen Abstand von 3,05 mm (120 mil) auf. Die K-7-Rillen wiesen eine Breite von 0,51 mm (20 mil), eine Tiefe von 0,76 mm (30 mil) und einen Abstand von 1,78 mm (70 mil) auf. Tabelle 1
Kissen | Vorpolymer | Vorpolymer-NCO (Gew.-%) | Stöchiometrie NH2 zu NCO (%) | Porengröße (μm) | Porositätsvolumen (%) | Rille |
1 | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 105 | 20 | 36,4 | P |
2 | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 105 | 20 | 36,4 | P + AC24 |
3 | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 105 | 20 | 33,1 | 1010 |
4 | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 105 | 20 | 34,8 | K-7 |
A | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 40 | 30,5 | P |
B | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 40 | 30,5 | P + AC24 |
C | Adiprene LF750D | 8,75–9,05 | 105 | 20 | 19,2 | P |
D | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 20 | 33,6 | 1010 |
E | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 40 | 31,4 | 1010 |
F | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 105 | 20 | 15,7 | 1010 |
G | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 20 | 17,9 | 1010 |
H | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 40 | 30,4 | 1010 |
I | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 20 | 33,0 | K-7 |
J | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 40 | 29,7 | K-7 |
K | Adiprene L325 | 8,95–9,25 | 87 | 40 | 39,1 | K-7 |
L | Adiprene LF750D | 8,75–9,05 | 105 | 20 | 16,1 | K-7 |
M | Adiprene LF750D/Adiprene LFG740D (1:1 gewichtsbezogen) | 8,75–9,05/8,65–9,05 | 95 | 20 | 13,0 | K-7 |
Adiprene
® ist ein Urethan-Vorpolymerprodukt von Chemtura Corporation.
Adiprene L325 ist ein Urethan-Vorpolymer aus H
12MDI/TDI mit Polytetramethylenetherglykol (PTMEG), das 8,95 bis 9,25 Gew.-% nicht umgesetztes NCO aufweist.
Adiprene LFG740D ist ein Urethan-Vorpolymer aus TDI mit Polypropylenglykol (PPG), das mit Ethylenoxid-Endgruppen versehen ist, und es weist 8,65 bis 9,05 Gew.-% nicht umgesetztes NCO auf.
Adiprene LF750D ist ein Urethan-Vorpolymer aus einem Urethan-TDI-PTMEG-Vorpolymer, das 8,75 bis 9,05 Gew.-% nicht umgesetztes NCO aufweist.
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Polieren eines unstrukturierten Oxidwafers
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Die verwendete Aufschlämmung war eine Aufschlämmung auf Ceroxidbasis mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 μm, die mit entionisiertem Wasser in einem Verhältnis von 1:9 an dem Ort des Polierens verdünnt worden ist. Das Polieren wurde auf einem 300 mm-CMP-Poliersystem FREX300 von Ebara Technologies, Inc. durchgeführt. Die nachstehende Tabelle 2 fasst die Polierbedingungen zusammen. Tabelle 2
Poliergerät | FREX300 (Ebara) |
Kopf | G2S |
Andruckkraft | CAP/RAP/OAP/EAP/RRP/PCP: 500/500/500/500/650/250 [HPa]
Nach der Profileinstellung: 500/500/450/400/650/250 [HPa] |
TT/TP | 100/107 [U/min] |
Aufschlämmungsflussrate | 188 ml/min |
Polierzeit | Prüf/Blindprobe: 30 Sekunden |
Abrichteinrichtung | Asahi |
Abrichten | Andruckkraft = 100 N, Tisch 20 U/min, Abrichteinrichtung 16 U/min, Einlaufen: 600 s, Ex-situ 30 s |
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Es wurden zwei Arten von Oxidwafern bewertet. Es handelte sich um einen TEOS-Oxidwafer, der durch chemische Gasphasenabscheidung gebildet worden ist (TEOS stellt das Zersetzungsprodukt von Tetraethylorthosilikat dar), und einen Wafer mit thermisch gewachsenem Oxid (th-SiO
2). Die Entfernungsgeschwindigkeiten der zwei Arten von Oxidwafern sind in der
1 gezeigt und nachstehend in der Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle 3
Kissen | Stöchiometrie NH2 zu NCO (%) | Porengröße (μm) | Porositätsvolumen (%) | Rillen | TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) | Entfernungsgeschwindigkeit von thermischem Oxid (Å/min) |
1 | 105 | 20 | 36,4 | P | 8342 | 7344 |
2 | 105 | 20 | 36,4 | P + AC24 | 9303 | 7976 |
A | 87 | 40 | 30,5 | P | 5875 | 5074 |
B | 87 | 40 | 30,5 | P + AC24 | 6759 | 5760 |
C | 105 | 20 | 19,2 | P | 6728 | 5771 |
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Für TEOS-Oxidwafer wurden die Entfernungsgeschwindigkeiten auch bei verschiedenen Aufschlämmungsflussraten bewertet, wobei die Ergebnisse in der 2 gezeigt sind. Polierkissen mit einer Stöchiometrie von 105 Prozent zeigten einheitlich höhere TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten bei verschiedenen Aufschlämmungsflussraten.
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Polieren von strukturierten TEOS-Wafern
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In der Tabelle 4 sind Polierkissen angegeben, die bei einer Untersuchung von strukturierten Wafern verwendet worden sind. Die verwendete Aufschlämmung war eine Aufschlämmung auf Ceroxidbasis mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 μm, die mit entionisiertem Wasser in einem Verhältnis von 1:9 an dem Ort des Polierens verdünnt worden ist. Alle Kissen wiesen eine perforierte 1,27 mm (50 mil)-Polierschicht und ein aufgebrachtes Suba 400-Unterkissen auf. Die Polierbedingungen für die Untersuchung von strukturierten Wafern sind in der Tabelle 5 zusammengefasst. Tabelle 4
Kissen | Stöchiometrie NH2 zu NCO % | Porengröße (μm) | Porositätsvolumen % | Rillen |
1 | 105 | 20 | 36,4 | P |
A | 87 | 40 | 30,5 | P |
C | 105 | 20 | 19,2 | P |
Tabelle 5
Poliergerät | FREX300 (Ebara) |
Kopf | G2S |
Andruckkraft | CAP/RAP/OAP/EAP/RRP/PCP: 500/500/500/500/650/250 [HPa]
Nach der Profileinstellung: 500/500/450/400/650/250 [HPa] |
TT/TP | 100/107 [rpm] |
Aufschlämmungsflussrate | 188 ml/min |
Polierzeit | Prüf/Blindprobe: 10 Sekunden |
Abrichteinrichtung | Asahi |
Abrichten | Andruckkraft = 100 N, Tisch 20 U/min, Abrichteinrichtung 16 U/min, Einlaufen: 600 s, Ex-situ 30 s |
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Der strukturierte Wafer wies eine Stufenhöhe von 5000 Å (MIT-STI-764-Struktur) auf, die durch chemische Gasphasenabscheidung von 7000 Å TEOS gebildet worden ist. Der Querschnitt eines strukturierten Wafers nach der TEOS-Abscheidung ist in der 3 gezeigt. Die Planarisierungseffizienz wurde bei Linie/Abstand (L/S) sowohl von 500 μm/500 μm als auch von 25 μm/25 μm bewertet.
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Es wurde gefunden, dass die Planarisierungseffizienz des Kissens 1 besser war als diejenige des Kontrollkissens A und mit derjenigen eines weniger porösen und steiferen Kontrollkissens C vergleichbar war, wie es in den 4 und 5 gezeigt ist. Eine schnellere Stufenhöhenverminderung zeigt eine bessere Planarisierungseffizienz. Ferner wies das Kissen 1 sowohl eine hohe Entfernungsgeschwindigkeit als auch eine gute Planarisierungseffizienz auf. Als Ergebnis kann es die Polierzeit zum Erreichen einer Planarisierung signifikant vermindern, wie es in der 6 gezeigt ist. Das Verhältnis stellt die Polierzeit für das Kissen in Bezug auf das Kontrollkissen A dar. Je niedriger das Verhältnis ist, desto effektiver ist das Kissen beim Erreichen einer Planarisierung.
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Polieren eines unstrukturierten Wolframwafers
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Ein Wolframpolieren mit 200 mm-Wafern wurde in einem MirraTM-Poliergerät durchgeführt, das von Applied Materials hergestellt worden ist. Die Polierbedingungen sind nachstehend für eine anfängliche Bewertung mit einer Cabot SSW2000-Wolframaufschlämmung zusammengefasst. Das obere Kissen war 2,03 mm (80 mil) dick und war mit 1010-Rillen und einem 1,02 mm (40 mil) dicken SUBATM IV-Unterkissen versehen.
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Polierbedingungen für 200 mm-Wolframwafer:
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- Aufschlämmung: Cabot SSW2000 (1:2-Verdünnung mit entionisiertem Wasser mit 2,0 Gew.-% H2O2)
- Aufschlämmungsflussrate: 125 ml/min
- Aufschlämmungstropfpunkt: etwa 66 mm von der Mitte
- Konditioniereinrichtung: Saesol AM02BSL8031C1-PM
- Einlaufen des Kissens: 113/93 U/min, 3,2 kgf (7 lbf) CDF, insgesamt 10 Zonen, 3600 Sekunden
- Ex situ-Verfahren: 113/93 U/min, 3,2 kgf (7 lbf), insgesamt 10 Zonen, 10 Sekunden
- Rille: 1010
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Polierbedingungen
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- Andruckkraft: 29 kPa (4,2 psi)
- Plattendrehzahl: 113 U/min
- Trägerdrehzahl: 111 U/min
- Polierzeit: 60 Sekunden
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Die Tabelle 6 fasst die Kissenhaupteigenschaften zusammen und vergleicht die Wolfram-Entfernungsgeschwindigkeit mit der Cabot SSW2000-Aufschlämmung bei einer 1:2-Verdünnung mit entionisiertem Wasser und 2,0 Gew.-% H
2O
2. Tabelle 6
Kissen | Stöchiometrie NH2 zu NCO (%) | Porengröße (μm) | Porositätsvolumen (%) | Rille | W-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) |
3 | 105 | 20 | 33,1% | 1010 | 4349 |
D | 87 | 20 | 33,6% | 1010 | 3916 |
E | 87 | 40 | 31,4% | 1010 | 3039 |
F | 105 | 20 | 15,7% | 1010 | 3380 |
G | 87 | 20 | 17,9% | 1010 | 3237 |
H | 87 | 40 | 30,4% | 1010 | 2914 |
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Die Wolfram-Entfernungsgeschwindigkeiten waren für das Kissen 3, das eine Polierschicht für H12MDI/TDI mit Polytetramethylenetherglykol-Polierkissen aufwies, die mit 4,4'-Methylenbis(2-chloranilin)-Härtungsmittel ausgehärtet worden sind und eine Stöchiometrie von 105% und 33 Volumenprozent Poren aufwiesen, signifikant höher. Die 7 zeigt, dass das Kissen 3 bei verschiedenen Polierandruckkräften höhere Wolfram-Entfernungsgeschwindigkeiten aufwies.
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In einer zweiten Testreihe wurden auch eine Cabot SSW2000-Aufschlämmung bei einem anderen Verdünnungsverhältnis (1:1,5 mit entionisiertem Wasser) und eine hochentwickelte Wolfram-Aufschlämmung bewertet. Die Polierbedingungen sind nachstehend zusammengefasst.
- Gerät: Applied Mirra mit Titan SP + Kopf
- Aufschlämmung 1: W2000 (1:1,5, 2,4 Gew.-% H2O2), 70 ml/min
- Aufschlämmung 2: Hochentwickelte Wolfram-Aufschlämmung (1:1,8, 2,0 Gew.-% H2O2), 100 ml/min
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Konditionierscheibe:
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- Kinik PDA32P-2N(IDG-2) für die W2000-Tests
- 3M A3700 für die Tests mit der hochentwickelten Wolfram-Aufschlämmung
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Vorschriften für W2000
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- Einlaufen des Kissens: 113/93 U/min, 5,0 kgf (11 lbf) CDF, insgesamt 10 Zonen, 30 min
- Polieren: 113/111 U/min, 29 kPa (4,2 psi), 60 Sekunden, 70 ml/min
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- Konditionieren: Ex situ: 113/93 U/min, 5,0 kgf (11 lbf) CDF, insgesamt 10 Zonen, 6 Sekunden
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Vorschriften für die hochentwickelte Wolfram-Aufschlämmung
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- Einlaufen des Kissens: 80/36 U/min, 3,2 kgf (7 lbf) CDF, insgesamt 10 Zonen, 30 min
- Polieren: 80/81 U/min, 21,4 kPa (3,1 psi), 100 ml/min, 60 Sekunden
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- Konditionieren: Ex situ: 80/36 U/min, 3,2 kgf (7 lbf) CDF, insgesamt 10 Zonen, 24 Sekunden
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Alle oberen Kissen waren 2,03 mm (80 mil) dick und mit kreisförmigen K7-Rillen und einem 1,02 mm (40 mil) dicken SUBA IV-Unterkissen versehen. Die Tabelle 7 fasst die Kissenhaupteigenschaften, die Wolfram-Entfernungsgeschwindigkeit und die maximale Poliertemperatur der verschiedenen Polierkissen zusammen. Die Wolfram-Entfernungsgeschwindigkeiten sind auch in der
8 gezeigt. Auch hier zeigten die Polierkissen der vorliegenden Erfindung eine signifikant höhere Entfernungsgeschwindigkeit. Tabelle 7
Kissen | Stöchiometrie NH2 zu NCO (%) | Porengröße (μm) | Porositätsvolumen (%) | W2000-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) | W2000 Maximale Temperatur (°C) | W*-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) | W* Maximale Temperatur (°C) |
4 | 105 | 20 | 34,8% | 5755 | 59 | 1876 | 39 |
I | 87 | 20 | 33,0% | 4231 | 56 | 1614 | 36 |
J | 87 | 40 | 29,7% | 3619 | 57 | 1531 | 33 |
K | 87 | 40 | 39,1% | 4231 | 53 | 1615 | 33 |
L | 105 | 20 | 16,1% | 4809 | 57 | NA | NA |
M | 95 | 20 | 13,0% | 4585 | 50 | 1621 | 34 |
* = Hochentwickelte Wolfram-Aufschlämmung
NA = nicht verfügbar
Die maximale Temperatur steht für die maximale Temperatur, die während des Polierens erreicht worden ist.
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Physikalische Eigenschaften
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Physikalische Matrixeigenschaftsdaten zeigen den kritischen Bereich für H12MDI/TDI mit Polytetramethylenetherglykol, ausgehärtet mit 4,4'-Methylenbis(2-chloranilin) bei einer Stöchiometrie von 105%. Ungefüllte Proben wurden im Labor mit einer Stöchiometrie im Bereich von etwa 87% bis 115% hergestellt. Die Härtemessungen wurden gemäß ASTM-D2240 zur Messung der Shore D-Härte unter Verwendung eines Shore S1, Modell 902-Messgeräts mit einer D-Spitze bei 2 Sekunden und dann erneut bei 15 Sekunden durchgeführt. Als nächstes wurden der Scherspeichermodul und der Scherverlustmodul mit einer Torsionsspannvorrichtung bei einer Frequenz von 10 rad/Sekunde und einem Temperaturanstieg von 3°C/min von –100°C bis 150°C (ASTM D5279) gemessen. Die Schermodulproben wiesen eine Breite von 6,5 mm, eine Dicke von 1,26 bis 2,0 mm und eine Spaltlänge von 20 mm auf. Das Testverfahren für den Medianwert des Zugmoduls (ASTM-D412) wurde durch Messen von 5 Prüfkörpern mit der folgenden Geometrie durchgeführt: Hantelform mit einer Gesamtlänge von 11,4 cm (4,5 Zoll), einer Gesamtbreite von 0,19 cm (0,75 Zoll), einer Halslänge von 3,8 cm (1,5 Zoll) und einer Halsbreite von 0,6 cm (0,25 Zoll). Der Greifabstand betrug 6,35 cm (2,5 Zoll) mit einer Nennmesslänge, die in die Software eingegeben wurde, von 3,81 cm für den Hals (1,5 Zoll), wobei die Kreuzkopfgeschwindigkeit 50,8 cm/min (20 Zoll/min) betrug.
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Die physikalischen Eigenschaften sind in den Tabellen 8 und 9 zusammengefasst. Tabelle 8
Kissenprobe | Stöchiometrie | Dichte g/cm3 | Shore D bei 2 s | Shore D bei 15 s | G' bei 30°C, MPa | G' bei 40°C, MPa | G'' 40°C, MPa | G' 90°C, MPa |
AA | 86,7% | 1,16 | 68 | 67 | 239 | 200 | 20,4 | 72,5 |
BB | 91,8% | 1,16 | 71 | 70 | 256 | 216 | 23,9 | 81,1 |
CC | 95,3% | 1,18 | 68 | 67 | 284 | 240 | 22,3 | 84,2 |
DD | 100,5% | 1,17 | 71 | 69 | 281 | 237 | 26,2 | 85,7 |
EE | 103,0% | 1,17 | 71 | 69 | 312 | 263 | 25,4 | 90,9 |
FF | 105,2% | 1,15 | 71 | 69 | 323 | 270 | 26,8 | 92,4 |
GG | 108,3% | 1,15 | 72 | 69 | 321 | 265 | 26,2 | 84,5 |
HH | 110,8% | 1,16 | 71 | 69 | 297 | 246 | 26,3 | 76,9 |
II | 117,4% | 1,17 | 67 | 66 | 269 | 215 | 26 | 60,7 |
Tabelle 9
Kissenprobe | Stöchiometrie | Medianwert der Zugfestigkeit (psi) | Medianwert der Zugfestigkeit (MPa) | Medianwert des Elastizitätsmoduls (psi) | Medianwert des Elastizitätsmoduls (MPa) |
AA | 86,7% | 5372 | 37 | 57147 | 394 |
BB | 91,8% | 5545 | 38 | 60635 | 418 |
CC | 95,3% | 6011 | 41 | 62412 | 430 |
DD | 100,5% | 5363 | 37 | 64914 | 448 |
EE | 103,0% | 4790 | 33 | 67554 | 466 |
FF | 105,2% | 4761 | 33 | 67216 | 464 |
GG | 108,3% | 4622 | 32 | 64893 | 448 |
HH | 110,8% | 4469 | 31 | 66564 | 459 |
II | 117,4% | 4430 | 31 | 61026 | 421 |
Tabelle 9 (Fortsetzung)
Kissenprobe | 25% Dehnungsmodul (psi) | 25% Dehnungsmodul (MPa) | 100% Dehnungsmodul (psi) | 100% Dehnungsmodul (MPa) |
AA | 3905 | 27 | 4764 | 33 |
BB | 4115 | 28 | 4836 | 33 |
CC | 4282 | 30 | 4954 | 34 |
DD | 4379 | 30 | 4907 | 34 |
EE | 4450 | 31 | 4931 | 34 |
FF | 4460 | 31 | 4927 | 34 |
GG | 4319 | 30 | 4635 | 32 |
HH | 4343 | 30 | 4577 | 32 |
II | 4266 | 29 | 4302 | 30 |
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Zusammenfassend stellt die spezifische Kombination aus der Formulierung, dem Scherspeichermodul, dem Scherverlustmodul und der Porosität Wolfram- und TEOS-Poliereigenschaften bereit. Ferner wies dieses Polierkissen eine signifikant höhere Entfernungsgeschwindigkeit beim TEOS-Schichtwaferpolieren auf als gegenwärtige IC1000- oder VP5000-Industriestandardpolierkissen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ASTM D5279 [0006]
- ASTM D5279 [0007]
- ASTM D5279 [0017]
- ASTM-D2240 [0035]
- ASTM D5279 [0035]
- ASTM-D412 [0035]