DE102017007337A1

DE102017007337A1 - Poröses polierkissen mit geringer defekterzeugung

Info

Publication number: DE102017007337A1
Application number: DE102017007337.6A
Authority: DE
Inventors: Henry Sanford-Crane; Shuiyuan Luo
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-02-08
Also published as: CN107685283B; KR102360623B1; TWI743156B; JP2018020433A; CN107685283A; FR3054802A1; KR20180016286A; US10688621B2; US20180036863A1; FR3054802B1; TW201805114A; JP7010619B2

Abstract

Das Polierkissen ist zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat mit einem Polierfluid und einer Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat geeignet. Die Polierschicht weist eine offenzellige polymere Matrix, eine Polieroberfläche und eine Mehrzahl von Rillen in der Polierschicht auf. Die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen ist mit einer konischen Trägerstruktur gestützt, die sich von der unteren Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen auswärts und abwärts erstreckt. Die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen weist eine durchschnittliche Breite auf, die geringer ist als die durchschnittliche Breite der Mehrzahl von Rillen zum Vermindern der Polierverweilzeit der vorragenden Stegbereiche und zum Erhöhen der Rückstandsentfernungsverweilzeit der Rillenbereiche auf einen Wert, der größer ist als die Polierverweilzeit.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft chemisch-mechanische Polierkissen und Verfahren zur Bildung der Polierkissen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung poromere chemisch-mechanische Polierkissen und Verfahren zur Bildung von poromeren Polierkissen.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und anderen elektronischen Vorrichtungen wird eine Mehrzahl von Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers abgeschieden und davon entfernt. Dünne Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien können durch eine Anzahl von Abscheidungstechniken abgeschieden werden. Übliche Abscheidungstechniken bei einer modernen Waferverarbeitung umfassen unter anderem eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), die auch als Sputtern bekannt ist, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD), eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und ein elektrochemisches Plattieren. Übliche Entfernungstechniken umfassen unter anderem ein isotropes und anisotropes Nass- und Trockenätzen.
Da Schichten von Materialien aufeinander folgend abgeschieden und entfernt werden, wird die oberste Oberfläche des Wafers nicht-planar. Da eine nachfolgende Halbleiterverarbeitung (wie z. B. eine Photolithographie) erfordert, dass der Wafer eine flache Oberfläche aufweist, muss der Wafer planarisiert werden. Eine Planarisierung ist zur Entfernung einer unerwünschten Oberflächentopographie und von unerwünschten Oberflächendefekten, wie z. B. rauen Oberflächen, agglomerierten Materialien, einer Kristallgitterbeschädigung, Kratzern und verunreinigten Schichten oder Materialien geeignet.
Ein chemisch-mechanisches Planarisieren oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist eine übliche Technik, die zum Planarisieren oder Polieren von Werkstücken, wie z. B. Halbleiterwafern, verwendet wird. Bei einem herkömmlichen CMP wird ein Waferträger oder Polierkopf auf einer Trägeranordnung montiert. Der Polierkopf hält den Wafer und positioniert den Wafer in Kontakt mit einer Polierschicht eines Polierkissens, das auf einem Tisch oder einer Platte innerhalb einer CMP-Vorrichtung montiert ist. Die Trägeranordnung stellt einen einstellbaren Druck zwischen dem Wafer und dem Polierkissen bereit. Gleichzeitig wird ein Poliermedium (z. B. eine Aufschlämmung) auf das Polierkissen abgegeben und in den Spalt zwischen dem Wafer und der Polierschicht gezogen. Zum Bewirken eines Polierens drehen sich typischerweise das Polierkissen und der Wafer relativ zueinander. Da sich das Polierkissen unterhalb des Wafers dreht, trägt der Wafer typischerweise eine ringförmige Polierbahn oder einen ringförmigen Polierbereich ab, wobei die Oberfläche des Wafers direkt auf die Polierschicht gerichtet ist. Die Waferoberfläche wird durch die chemische und mechanische Wirkung der Polierschicht und des Poliermediums auf die Oberfläche poliert und planar gemacht.
Das CMP-Verfahren findet üblicherweise auf einem einzelnen Polierwerkzeug in zwei oder drei Schritten statt. Der erste Schritt planarisiert den Wafer und entfernt die Masse des überschüssigen Materials. Nach dem Planarisieren entfernt der nachfolgende Schritt oder entfernen die nachfolgenden Schritte Kratzer oder Rattermarkierungen, die während des Planarisierungsschritts eingebracht worden sind. Die für diese Anwendungen verwendeten Polierkissen müssen weich sein und sich anpassen können, um das Substrat ohne Verkratzen zu polieren. Ferner erfordern diese Polierkissen und Aufschlämmungen für diese Schritte häufig ein selektives Entfernen von Material, wie z. B. eine hohe TEOS-zu-Metall-Entfernungsgeschwindigkeit. Für die Zwecke dieser Beschreibung ist TEOS das Zersetzungsprodukt von Tetraethyloxysilikat. Da TEOS ein härteres Material als Metalle wie z. B. Kupfer ist, ist dies ein schwieriges Problem, das Hersteller seit Jahren zu lösen versuchen.
Während der letzten Jahre sind Halbleiterhersteller mehr und mehr zu poromeren Polierkissen übergegangen, wie z. B. Politex^TM- und Optivision^TM-Polyurethankissen für Fertigbearbeitungs- oder Endpoliervorgänge, in denen eine geringe Defekterzeugung eine wichtigere Anforderung ist (Politex und Optivision sind Marken von Dow Electronic Materials oder deren Tochterunternehmen). Für die Zwecke dieser Beschreibung bezieht sich der Begriff poromer auf poröse Polyurethanpolierkissen, die durch eine Koagulation aus wässrigen Lösungen, nicht-wässrigen Lösungen oder eine Kombination aus wässrigen und nicht-wässrigen Lösungen hergestellt werden. Der Vorteil dieser Polierkissen besteht darin, dass sie eine effiziente Entfernung mit einer geringen Defekterzeugung bereitstellen. Diese Verminderung der Defekterzeugung kann zu einer sehr starken Zunahme der Waferausbeute führen.
Eine Polieranwendung von besonderer Bedeutung ist ein Kupferbarrierepolieren, bei dem eine geringe Defekterzeugung in einer Kombination mit dem Vermögen erforderlich ist, sowohl Kupfer als auch TEOS-Dielektrika gleichzeitig zu entfernen, so dass die TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit höher ist als die Kupferentfernungsgeschwindigkeit, um kochentwickelte Waferintegrationsgestaltungen zu erfüllen. Handelsübliche Kissen, wie z. B. Politex-Polierkissen stellen keine ausreichend geringe Defekterzeugung für zukünftige Gestaltungen bereit, noch ist das TEOS:Cu-Selektivitätsverhältnis hoch genug. Andere handelsübliche Kissen enthalten grenzflächenaktive Mittel, die während des Polierens ausgewaschen werden, so dass übermäßige Mengen an Schaum erzeugt werden, der das Polieren unterbricht. Ferner können die grenzflächenaktiven Mittel Alkalimetalle enthalten, die das Dielektrikum beeinträchtigen können und das funktionelle Leistungsvermögen des Halbleiters vermindern können.
Trotz der niedrigen TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit, die mit poromeren Polierkissen einhergeht, tendieren einige hochentwickelte Polieranwendungen zu vollständig poromeren CMP-Poliervorgängen, und zwar aufgrund des Potenzials zum Erreichen einer geringeren Defekterzeugung mit poromeren Kissen gegenüber anderen Kissentypen, wie z. B. IC1000^TM-Polierkissen. Obwohl diese Vorgänge wenig Defekte erzeugen, bestehen weiterhin die Herausforderungen für eine weitere Verminderung von kisseninduzierten Defekten und zur Erhöhung der Poliergeschwindigkeit.
ANGABE DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat mit einem Polierfluid und einer Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat geeignet ist, wobei das Polierkissen das Folgende umfasst: eine Polierschicht mit einer offenzelligen polymeren Matrix, einer Polieroberfläche und einer Dicke, wobei die offenzellige polymere Matrix vertikale Poren und offene Kanäle aufweist, welche die vertikalen Poren verbinden; eine Mehrzahl von Rillen in der Polierschicht, wobei die Rillen eine durchschnittliche Breite aufweisen, die angrenzend an eine Polieroberfläche gemessen wird, wobei die Mehrzahl von Rillen eine Rückstandsentfernungsverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit einer festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Breite der Mehrzahl von Rillen bewegt; und eine Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen innerhalb der Mehrzahl von Rillen, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen mit einer konischen Trägerstruktur gestützt ist, die sich von der unteren Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen auswärts und abwärts erstreckt, wobei die Mehrzahl von Stegbereichen eine stumpfe oder spitzenlose Oberseite aufweist, welche die Polieroberfläche von der polymeren Matrix bildet, welche die vertikalen Poren enthält, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine Polierverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit der festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen angrenzend an die Mehrzahl von Rillen bewegt, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine durchschnittliche Breite aufweist, die geringer ist als die durchschnittliche Breite der Mehrzahl von Rillen zum Vermindern der Polierverweilzeit der vorragenden Stegbereiche und zum Erhöhen der Rückstandsentfernungsverweilzeit der Rillenbereiche auf einen Wert, der größer ist als die Polierverweilzeit.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat mit einem Polierfluid und einer Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat geeignet ist, wobei das Polierkissen das Folgende umfasst: eine Polierschicht mit einer offenzelligen polymeren Matrix, einer Polieroberfläche und einer Dicke, wobei die offenzellige polymere Matrix vertikale Poren und offene Kanäle aufweist, welche die vertikalen Poren verbinden; eine Mehrzahl von Rillen in der Polierschicht, wobei die Rillen eine durchschnittliche Breite aufweisen, die angrenzend an eine Polieroberfläche gemessen wird, wobei die Mehrzahl von Rillen eine Rückstandsentfernungsverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit einer festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Breite der Mehrzahl von Rillen bewegt; und eine Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen innerhalb der Mehrzahl von Rillen, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen mit einer konischen Trägerstruktur gestützt ist, die sich von der unteren Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen mit einer Neigung von 30 bis 60 Grad, gemessen von einer Ebene der Polieroberfläche, auswärts und abwärts erstreckt, wobei die Mehrzahl von Stegbereichen eine stumpfe oder spitzenlose Oberseite aufweist, welche die Polieroberfläche von der polymeren Matrix bildet, welche die vertikalen Poren enthält, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine Polierverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit der festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen angrenzend an die Mehrzahl von Rillen bewegt, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine durchschnittliche Breite aufweist, die geringer ist als die durchschnittliche Breite der Mehrzahl von Rillen zum Vermindern der Polierverweilzeit der vorragenden Stegbereiche und zum Erhöhen der Rückstandsentfernungsverweilzeit der Rillenbereiche auf einen Wert, der größer ist als die Polierverweilzeit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Polierkratzerauftragung, welche die Verbesserung bei Kratzern und Rattermarkierungen zeigt, die mit dem Polierkissen der Erfindung erhalten wird.
2 ist eine Auftragung, welche die Stabilität der Kupferentfernungsgeschwindigkeit für Polierkissen der Erfindung zeigt.
3 ist eine Auftragung, welche die Stabilität der TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit für Polierkissen der Erfindung zeigt.
4 zeigt ein TMA-Verfahren zum Bestimmen der Temperatur des Erweichungsbeginns.
5A ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit geringer Vergrößerung einer Prägung bei einer Temperatur unterhalb der durchschnittlichen Temperatur des Erweichungsbeginns.
5B ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit geringer Vergrößerung einer Prägung bei einer Temperatur oberhalb der durchschnittlichen Temperatur des Erweichungsbeginns.
6A ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit starker Vergrößerung einer Prägung bei einer Temperatur unterhalb der durchschnittlichen Temperatur des Erweichungsbeginns.
6B ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit starker Vergrößerung einer Prägung bei einer Temperatur oberhalb der durchschnittlichen Temperatur des Erweichungsbeginns.
7A ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit geringer Vergrößerung einer Prägung bei einer Temperatur unterhalb der durchschnittlichen Temperatur des Erweichungsbeginns, welche die glatte Rillenbodenoberfläche zeigt.
7B ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit geringer Vergrößerung einer Prägung bei einer Temperatur oberhalb der durchschnittlichen Temperatur des Erweichungsbeginns, welche die glatte Rillenbodenoberfläche zeigt.
8 zeigt die geringeren Defekte, die mit der Struktur der 5A, 6A und 7A gegenüber 5B, 6B und 7B erreicht worden sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Polierkissen der Erfindung ist zum Polieren von mindestens einem von magnetischen Substraten, optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet. Insbesondere ist das Polyurethankissen zum Polieren von Halbleiterwafern geeignet und insbesondere ist das Kissen zum Polieren von hochentwickelten Anwendungen, wie z. B. Kupferbarriereanwendungen, geeignet, bei denen eine sehr geringe Defekterzeugung wichtiger ist als das Planarisierungsvermögen, und bei denen es erforderlich ist, eine Mehrzahl von Materialien gleichzeitig zu entfernen, wie z. B. Kupfer, Barrieremetalle und dielektrische Materialien, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, TEOS, low k- und ultra-low k-Dielektrika. Für die Zwecke dieser Beschreibung sind „Polyurethane” Produkte, die von difunktionellen oder polyfunktionellen Isocyanaten abgeleitet sind, wie z. B. Polyetherharnstoffen, Polyisocyanuraten, Polyurethanen, Polyharnstoffen, Polyurethanharnstoffen, Copolymeren davon und Gemischen davon. Zum Vermeiden von Schäumproblemen und einer potenziellen Beeinträchtigung des Dielektrums sind diese Formulierungen in vorteilhafter Weise Formulierungen, die frei von grenzflächenaktiven Mitteln sind. Das Polierkissen umfasst eine poröse Polierschicht mit einer dualen Porenstruktur innerhalb einer Polyurethanmatrix, die auf einem stützenden Basissubstrat aufgebracht ist. Die duale Porenstruktur weist einen primären Satz von größeren Poren und einen sekundären Satz von kleineren Poren innerhalb und zwischen den Zellwänden der größeren Poren auf. Diese Struktur mit dualer Porosität dient zur Verminderung von Defekten, während die Entfernungsgeschwindigkeit für manche Poliersysteme erhöht wird.
Die poröse Polierschicht wird zur Bildung des Polierkissens entweder an einem polymeren Filmsubstrat fixiert oder auf einer gewebten Struktur oder Vliesstruktur ausgebildet. Wenn die poröse Polierschicht auf einem polymeren Substrat abgeschieden wird, wie z. B. einer nicht-porösen Poly(ethylenterephthalat)-Folie oder -Lage, wird häufig vorteilhaft ein Bindemittel verwendet, wie z. B. ein handelsübliches Urethan- oder Acrylhaftmittel, um die Haftung an der Folie oder der Lage zu erhöhen. Obwohl diese Folien oder Lagen eine Porosität enthalten können, sind diese Folien oder Lagen in einer vorteilhaften Weise nicht-porös. Der Vorteil von nicht-porösen Folien oder Lagen besteht darin, dass sie eine einheitliche Dicke oder Flachheit fördern, die Gesamtsteifigkeit erhöhen und die Gesamtkompressibilität des Polierkissens vermindern, und Aufschlämmungsansaugeffekte während des Polierens ausschließen.
In einer alternativen Ausführungsform dient eine gewebte Struktur oder Vliesstruktur als Basis für die poröse Polierschicht. Obwohl die Verwendung von nicht-porösen Folien als Basissubstrat die vorstehend genannten Vorteile aufweist, weisen Folien auch Nachteile auf. Insbesondere können zwischen dem Polierkissen und der Platte des Polierwerkzeugs Luftblasen eingeschlossen werden, wenn nicht-poröse Folien oder poröse Substrate in einer Kombination mit Haftmittelfilmen als Basissubstrat verwendet werden. Diese Luftblasen führen zu einem Verzug des Polierkissens, so dass Defekte während des Polierens erzeugt werden. Strukturierte Trennschichten erleichtern die Luftentfernung, so dass Luftblasen unter diesen Umständen beseitigt werden. Dies führt zu großen Problemen einer Polieruneinheitlichkeit, einer stärkeren Defekterzeugung, eines hohen Kissenverschleißes und einer verminderten Kissenlebensdauer. Diese Probleme werden beseitigt, wenn Filz als Basissubstrat verwendet wird, da Luft durch den Filz hindurchtreten kann und Luftblasen nicht eingeschlossen werden. Zweitens hängt dann, wenn die Polierschicht auf eine Folie aufgebracht wird, die Haftung der Polierschicht an der Folie von der Festigkeit der Haftmittelbindung ab. Bei einigen aggressiven Polierbedingungen kann diese Bindung versagen und zu einem vollständigen Versagen führen. Wenn Filz verwendet wird, dringt die Polierschicht tatsächlich bis zu einer bestimmten Tiefe in den Filz ein und bildet eine feste, mechanisch verzahnte Grenzfläche. Obwohl gewebte Strukturen akzeptabel sind, können Vliesstrukturen eine zusätzliche Oberfläche für ein festes Binden an dem porösen Polymersubstrat bereitstellen. Ein hervorragendes Beispiel für eine geeignete Vliesstruktur ist ein Polyesterfilz, der mit einem Polyurethan imprägniert ist, das die Fasern zusammenhält. Typische Polyesterfilze weisen eine Dicke von 500 bis 1500 μm auf.
Das Polierkissen der Erfindung ist zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten mit einem Polierfluid und einer Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem mindestens einen von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet. Die Polierschicht weist eine offenzellige Polymermatrix auf. Mindestens ein Teil der offenzelligen Struktur ist zu einer Polieroberfläche hin offen. Die großen Poren erstrecken sich zu der Polieroberfläche und weisen eine vertikale Orientierung auf. Diese großen Poren, die innerhalb einer koagulierten Polymermatrix enthalten sind, bilden die Florschicht bis zu einer spezifischen Florhöhe. Die Höhe der vertikalen Poren ist mit der Florschichthöhe identisch.
Die vertikale Porenorientierung bildet sich während des Koagulationsvorgangs. Für die Zwecke dieser Patentanmeldung ist die vertikale Richtung oder die Oben-unten-Richtung orthogonal zur Polieroberfläche. Die vertikalen Poren weisen einen durchschnittlichen Durchmesser auf, der mit dem Abstand von oder unterhalb der Polieroberfläche zunimmt. Die Polierschicht weist typischerweise eine Dicke von 0,5 bis 5 mm (20 bis 200 mil) und vorzugsweise 0,76 bis 2,0 mm (30 bis 80 mil) auf. Die offenzellige polymere Matrix weist vertikale Poren und offene Kanäle auf, welche die vertikalen Poren verbinden. Vorzugsweise weist die offenzellige polymere Matrix verbindende Poren mit einem ausreichenden Durchmesser auf, so dass der Transport von Fluiden ermöglicht wird. Diese verbindenden Poren weisen einen durchschnittlichen Durchmesser auf, der viel kleiner ist als der durchschnittliche Durchmesser der vertikalen Poren.
Eine Mehrzahl von Rillen in der Polierschicht erleichtert die Verteilung einer Aufschlämmung und die Entfernung von Polierrückständen. Vorzugsweise bildet die Mehrzahl von Rillen eine orthogonale Gitterstruktur. Typischerweise bilden diese Rillen eine X-Y-Koordinatengitterstruktur in der Polierschicht. Die Rillen weisen eine durchschnittliche Breite auf, die angrenzend an eine Polieroberfläche gemessen wird. Die Mehrzahl von Rillen weist eine Rückstandsentfernungsverweilzeit auf, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten, das mit einer festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Breite der Mehrzahl von Rillen bewegt. Eine Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen innerhalb der Mehrzahl von Rillen ist mit konischen Trägerstrukturen gestützt, die sich von der Oberseite oder der Ebene der Polieroberfläche der Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen auswärts und abwärts erstrecken, vorzugsweise mit einer Neigung von 30 bis 60 Grad, gemessen von einer Ebene der Polieroberfläche. Die Mehrzahl von Stegbereichen weist eine stumpfe oder spitzenlose Oberseite auf, welche die Polieroberfläche der Polymermatrix bildet, welche die vertikalen Poren enthält. Typischerweise weisen die vorragenden Stegbereiche eine Form auf, die aus halbkugelförmig, pyramidenstumpfförmig, trapezstumpfförmig und Kombinationen davon ausgewählt ist, wobei sich die Mehrzahl von Rillen in einer linearen Weise zwischen den vorragenden Stegbereichen erstreckt. Die Mehrzahl von Rillen weist eine durchschnittliche Tiefe auf, die größer ist als die durchschnittliche Höhe der vertikalen Poren. Darüber hinaus weisen die vertikalen Poren einen durchschnittlichen Durchmesser auf, der mindestens bei einer Tiefe unterhalb der Polieroberfläche zunimmt.
Insbesondere ist eine Kombination aus dem vertikalen Porendurchmesser, der mit zunehmendem Abstand größer wird, und der konischen Trägerstruktur bezüglich des Kontakts an der Polieroberfläche zueinander versetzt. Der zunehmende vertikale Porendurchmesser vermindert den Polierkissenkontakt mit zunehmendem Kissenverschleiß. Gegenüber der vertikalen Pore führt die konische Oberflächenstruktur zu einer Zunahme des Polierkissenkontakts mit zunehmendem Kissenverschleiß. Diese Versetzungskräfte erleichtern das Polieren einer Mehrzahl von Wafern mit einer konstanten Entfernungsgeschwindigkeit.
Die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen weist eine geringe Polierverweilzeit auf, wenn sich ein Punkt auf dem mindestens einen von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten, das bei der festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über der Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen bewegt. Die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen weist eine durchschnittliche Breite auf, die geringer ist als die durchschnittliche Breite der Mehrzahl von Rillen, so dass die Polierverweilzeit der vorragenden Stegbereiche vermindert wird und die Rückstandsentfernungsverweilzeit der Rillenbereiche auf einen Wert erhöht wird, der größer ist als die Polierverweilzeit.
Die Rillen bilden vorzugsweise eine Reihe von Polsterstrukturen, die aus der porösen Matrix ausgebildet sind, welche die großen Poren und die kleinen Poren umfasst. Vorzugsweise liegen die Polster in einer Gitterstruktur vor, wie z. B. einer X-Y-Koordinatengitterstruktur. Die Polsterstrukturen weisen ausgehend von der obersten Polieroberfläche eine nach unten gerichtete Oberfläche auf, so dass abwärts geneigte Seitenwände in einem Winkel von 30 bis 60 Grad ausgehend von der Polieroberfläche ausgebildet sind. Die abwärts geneigten Seitenwände erstrecken sich von allen Seiten der Polsterstrukturen. Vorzugsweise weisen die abwärts geneigten Seitenwände einen anfänglich konischen Bereich von 5 bis 30 Grad auf, der von der Polieroberfläche in die abwärts geneigten Seitenwände gemessen wird. Vorzugsweise enden die abwärts geneigten Seiten in einem horizontalen Rillenboden der Polyurethanmatrix, wobei der Rillenboden eine Porosität aufweist, die geringer ist als diejenige der Polsterstrukturen. Insbesondere sind die Böden der Rillen glatt und weisen keine offenen vertikalen oder kleinen Poren auf. Diese glatten Rillen erleichtern eine effiziente Polierentfernung ohne Oberflächenstrukturen, die Polierrückstände halten und ansammeln können.
Ein Teil der großen Poren ist zu den abwärts geneigten Seitenwänden offen. Die großen Poren, die zu den abwärts geneigten Seitenwänden offen sind, sind weniger vertikal als die großen Poren, die zu der obersten Polieroberfläche hin offen sind und sind 10 bis 60 Grad von der vertikalen Richtung in einer Richtung versetzt, die zu den geneigten Seitenwänden stärker orthogonal ist. Das Offenlassen der Poren an den Seitenwänden ermöglicht ein freies Fließen von Rückständen zum Erleichtern einer weiteren Verminderung von Defekten. Vorzugsweise enthalten die porösen Polyurethanpolierkissen verbundene Seitenporen, die einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der ausreichend ist, so dass entionisiertes Wasser zwischen großen Poren fließen kann.
Das Verfahren zur Bildung des porösen Polyurethanpolierkissens ist ebenfalls für die Verminderung von Defekten kritisch. In dem ersten Schritt erzeugt das Koagulieren eines thermoplastischen Polyurethans eine poröse Matrix, die große Poren aufweist, die sich von einer Basisoberfläche aufwärts erstrecken und zu einer oberen Oberfläche hin offen sind. Die großen Poren sind mit kleineren Poren verbunden. Ein Teil der großen Poren ist zu einer obersten Polieroberfläche hin offen. Die großen Poren erstrecken sich zu der obersten Polieroberfläche und weisen eine im Wesentlichen vertikale Orientierung bezüglich dieser Oberfläche auf.
Das thermoplastische Polyurethan weist eine Temperatur des Erweichungsbeginns auf, derart, dass eine irreversible thermoplastische Verformung möglich ist. Die Temperatur des Erweichungsbeginns wird mittels einer thermomechanischen Analyse (TMA) gemäß ASTM E831 bestimmt. Insbesondere stellt die Bestimmung des anfänglichen TMA-Wendepunkts für die Änderung der Steigung die Temperatur des Erweichungsbeginns bereit – vgl. die 4. Vorzugsweise wird die Presse (die zur Bildung der Rillen verwendet wird) in einem Bereich einer Temperatur 10 K unterhalb bis 10 K oberhalb der Temperatur des Erweichungsbeginns des thermoplastischen Polyurethans erwärmt. Mehr bevorzugt wird die Presse in einem Bereich einer Temperatur 5 K unterhalb bis 5 K oberhalb der Temperatur des Erweichungsbeginns des thermoplastischen Polyurethans erwärmt. Insbesondere wird die Presse in einem Bereich einer Temperatur 5 K unterhalb bis gleich der Temperatur des Erweichungsbeginns des thermoplastischen Polyurethans erwärmt.
Das Erwärmen einer Presse auf eine Temperatur in der Nähe oder oberhalb der Temperatur des Erweichungsbeginns bereitet die Presse für die thermoplastische Verformung vor. Das Drücken der erwärmten Presse gegen das thermoplastische Polyurethan bildet eine Reihe von Polsterstrukturen aus der porösen Matrix, welche die großen Poren und die kleinen Poren umfasst. Die Presse kann ein gerillter Zylinder sein, der um dessen Mittelachse rotiert, oder eine flache, erwärmte Presse. Vorzugsweise ist die Presse eine Aluminiumlegierungsplatte, die in einer linearen Weise zusammendrückt, so dass das Polierkissen geprägt wird. Die plastische Verformung von Seitenwänden der Polsterstrukturen bildet die abwärts geneigten Seitenwände. Die abwärts geneigten Seitenwände erstrecken sich von allen Seiten der Polsterstrukturen. Ein Teil der großen Poren ist zu den abwärts geneigten Seitenwänden hin offen. Die großen Poren, die zu den abwärts geneigten Seitenwänden hin offen sind, sind weniger vertikal als die großen Poren, die zu der obersten Polieroberfläche hin offen sind und sind 10 bis 60 Grad von der vertikalen Richtung in einer Richtung versetzt, die stärker orthogonal zu den geneigten Seitenwänden ist. Vorzugsweise bleibt ein Hauptteil der kleinen Poren in den plastisch verformten Seitenwänden für eine Distanz von mindestens 100 μm offen, und zwar gemessen von einer Oberseite von Seitenwänden an der Polieroberfläche zu den Rillenkanälen.
Schließlich schließt das Schmelzen und Erstarren des thermoplastischen Polyurethans an dem Boden der geneigten Seitenwände den Hauptteil der großen und kleinen Poren und bildet die Rillenkanäle. Vorzugsweise bilden das plastische Verformen von Seitenwänden und die Schmelz- und Erstarrungsschritte ein Gitter von verbundenen Rillen. Die Bodenoberfläche der Rillenkanäle weist wenige oder keine offenen Poren auf. Dies erleichtert die problemlose Entfernung der Rückstände und fixiert das poromere Polierkissen in deren offenporigen konischen Polsterstruktur. Vorzugsweise bilden die Rillen eine Reihe von Polsterstrukturen, die aus der porösen Matrix ausgebildet sind, welche die großen Poren und die kleinen Poren umfasst. Vorzugsweise weisen die kleinen Poren einen Durchmesser auf, der ausreichend ist, so dass das Fließen von entionisiertem Wasser zwischen vertikalen Poren ermöglicht wird.
Eine Basisschicht ist zur Bildung einer geeigneten Grundlage kritisch. Die Basisschicht kann eine polymere Folie oder Lage sein, jedoch stellen gewebte Fasern oder Vliesfasern die besten Substrate für poromere Polierkissen bereit. Für die Zwecke dieser Beschreibung sind poromere Materialien atmungsaktive Kunstleder, die aus einem wässrigen Ersatz eines organischen Lösungsmittels gebildet werden. Vliesfilze stellen hervorragende Substrate für die meisten Anwendungen bereit. Typischerweise sind diese Substrate Polyethylenterephthalatfasern, die durch Mischen, Kardieren und Nadeln gebildet werden.
Für einheitliche Eigenschaften ist es wichtig, dass der Filz eine einheitliche Dicke, Dichte und Kompressibilität aufweist. Die Bildung von Filzen aus einheitlichen Fasern mit einheitlichen physikalischen Eigenschaften führt zu Basissubstraten mit einheitlicher Kompressibilität. Für eine noch bessere Einheitlichkeit können eine schrumpfende Faser und eine nichtschrumpfende Faser gemischt werden, wobei der Filz durch ein erwärmtes Wasserbad geführt wird, um die Dichte des Filzes einzustellen. Dies hat den Vorteil, dass die Badtemperatur und die Verweilzeit zum Feineinstellen der Enddichte des Filzes verwendet werden können. Nach dem Bilden des Filzes beschichtet ein Führen des Filzes durch ein Polymerimprägnierbad, wie z. B. eine wässrige Polyurethanlösung, die Fasern. Nach dem Beschichten der Fasern fügt ein Ofenaushärten des Filzes eine Steifigkeit und Elastizität hinzu.
Ein Aushärten nach dem Beschichten gefolgt von einem Schwabbelschritt stellt die Filzdicke ein. Für eine Feineinstellung der Dicke kann zuerst mit einem groben Korn geschwabbelt werden und dann mit einem feinen Korn der Filz fertigbearbeitet werden. Nach dem Schwabbeln des Filzes ist es bevorzugt, den Filz zu waschen und zu trocknen, um jedweden groben Staub oder jedwede Rückstände, die während des Schwabbelschritts aufgenommen worden sind, zu entfernen. Nach dem Trocknen bereitet das Füllen der Rückseite mit Dimethylformamid (DMF) den Filz für einen Schritt vor, der wasserfest macht. Beispielsweise können Perfluorcarbonsäuren und deren Vorstufen, wie z. B. das wasserabweisende Mittel AG-E092 für Textilien von AGC Chemicals, die oberste Oberfläche des Filzes wasserfest machen. Nach dem Wasserfestmachen muss der Filz getrocknet werden und dann kann ein optionaler Brennschritt jedwede Faserenden, die durch die oberste Schicht des Filzes vorragen, entfernen. Der wasserfest gemachte Filz ist dann zum Beschichten und Koagulieren vorbereitet.
Ein Abgabesystem scheidet ein Polyurethan in einem DMF-Lösungsmittel auf der wassertest gemachten Seite des Filzes ab. Eine Rakel ebnet die Beschichtung. Vorzugsweise durchläuft der beschichtete Filz dann eine Mehrzahl von Koagulationströgen, worin Wasser in die Beschichtung diffundiert, so dass große Poren gebildet werden, die mit sekundären Poren verbunden sind. Dann durchläuft der Filz, der eine koagulierte Beschichtung aufweist, eine Mehrzahl von Waschtanks zur Entfernung des DMF. Nach der Entfernung des DMF härtet ein Ofentrocknen das thermoplastische Polyurethan aus. Gegebenenfalls reinigen ein Hochdruckwaschen und ein Trocknungsschritt das Substrat weiter.
Nach dem Trocknen öffnet ein Schwabbelschritt die Poren bis zu einer eingestellten Tiefe. Dies ermöglicht einheitliche Porenzahlen auf der obersten Oberfläche. Während des Schwabbelns ist es vorteilhaft, ein stabiles Schleifmittel zu verwenden, das nicht entfernt wird und in das poröse Substrat eindringt. Typischerweise erzeugen Diamantschleifmittel die einheitlichste Textur und neigen am wenigsten zu einem Abbrechen während des Schwabbelns. Nach dem Schwabbeln weist das Substrat eine typische Florhöhe von 0,25 bis 0,76 mm (10 bis 30 mil) und eine Gesamtdicke von 0,76 bis 1,52 mm (30 bis 60 mil) auf. Der Durchschnittliche Durchmesser der großen Poren kann im Bereich von 0,13 bis 2,2 mm (5 bis 85 mil) liegen. Typische Dichtewerte sind 0,2 bis 0,5 g/cm³. Die Querschnittsporenfläche beträgt typischerweise 10 bis 30 Prozent mit einer Oberflächenrauheit Ra von weniger als 14 und Rp von weniger als 40. Die Härte des Polierkissens beträgt vorzugsweise 40 bis 74 Asker C.
Die poröse Matrix ist ein Gemisch, das zwei thermoplastische Polymere umfasst. Das erste thermoplastische Polyurethan weist, in Molprozent, 45 bis 60 Adipinsäure, 10 bis 30 MDI-Ethylenglykol und 15 bis 35 MDI auf. Das erste thermoplastische Polyurethan weist ein Mn von 40000 bis 60000 und ein Mw von 125000 bis 175000 und ein Mw/Mn-Verhältnis von 2,5 bis 4 auf. Für die Zwecke dieser Beschreibung stellen Mn und Mw Werte des Zahlenmittels bzw. des Gewichtsmittels des Molekulargewichts dar, wie sie durch eine Gelpermeationschromatographie bestimmt werden. Vorzugsweise weist das erste thermoplastische Polyurethan ein Mn von 45000 bis 55000 und ein Mw von 140000 bis 160000 und ein Mw/Mn-Verhältnis von 2,8 bis 3,3 auf. Vorzugsweise weist das erste thermoplastische Polyurethan einen Zugmodul von 8,5 bis 14,5 MPa bei einer Zugdehnung von 100% auf (ASTM D886). Mehr bevorzugt weist das erste thermoplastische Polyurethan einen Zugmodul von 9 bis 14 MPa bei einer Zugdehnung von 100% auf (ASTM D886). Insbesondere weist das erste thermoplastische Polyurethan einen Zugmodul von 9,5 bis 13,5 MPa bei einer Zugdehnung von 100% auf (ASTM D886).
Das zweite thermoplastische Polyurethan weist, in Molprozent, 40 bis 50 Adipinsäure, 20 bis 40 Adipinsäurebutandiol, 5 bis 20 MDI-Ethylenglykol und 5 bis 25 MDI auf. Das zweite thermoplastische Polyurethan weist ein Mn von 60000 bis 80000 und ein Mw von 125000 bis 175000 und ein Mw/Mn-Verhältnis von 1,5 bis 3 auf. Vorzugsweise weist das zweite thermoplastische Polyurethan ein Mn von 65000 bis 75000 und ein Mw von 140000 bis 160000 und ein Mw/Mn-Verhältnis von 1,8 bis 2,4 auf. Das zweite thermoplastische Polyurethan weist einen Zugmodul, gemessen bei einer Zugdehnung von 100% (ASTM D886) auf, der kleiner ist als derjenige des ersten thermoplastischen Polyurethans, und das Gemisch aus dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Polyurethan weist einen Zugmodul bei einer Zugdehnung von 100% (ASTM D886) auf, der größer ist als derjenige von jeder der einzelnen Komponenten. Vorzugsweise weist das zweite thermoplastische Polyurethan einen Zugmodul von 4 bis 8 MPa bei einer Zugdehnung von 100% auf (ASTM D886). Insbesondere weist das zweite thermoplastische Polyurethan einen Zugmodul von 4,5 bis 7,5 MPa bei einer Zugdehnung von 100% auf (ASTM D886). Vorzugsweise ist die poröse Matrix frei von Rußteilchen. Vorzugsweise weisen das erste und das zweite thermoplastische Polymer einen Kontaktwinkel mit destilliertem Wasser von 65 Grad ± 5 Grad auf. Insbesondere weisen das erste und das zweite thermoplastische Polymer einen Kontaktwinkel mit destilliertem Wasser von 65 Grad ± 3 Grad auf.
Vorzugsweise weist das zweite thermoplastische Polyurethan einen Zugmodul, der bei einer Zugdehnung von 100% (ASTM D886) gemessen wird, auf, der mindestens zwanzig Prozent kleiner ist als derjenige des ersten thermoplastischen Polyurethans. Insbesondere weist das zweite thermoplastische Polyurethan einen Zugmodul, der bei einer Zugdehnung von 100% (ASTM D886) gemessen wird, auf, der mindestens dreißig Prozent kleiner ist als derjenige des ersten thermoplastischen Polyurethans.
Ferner weist das Gemisch aus dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Polyurethan vorzugsweise einen Zugmodul bei einer Zugdehnung von 100% (ASTM D886) von 8,5 bis 12,5 MPa auf. Das Gemisch aus dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Polyurethan weist insbesondere einen Zugmodul bei 100% Dehnung (ASTM D886) von 9 bis 12 MPa auf. Das Gemisch aus dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Polyurethan weist vorzugsweise einen Zugmodul bei 100% Dehnung (ASTM D886) auf, der mindestens dreißig Prozent größer ist als derjenige des zweiten thermoplastischen Polyurethans. Das Gemisch aus dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Polyurethan weist vorzugsweise einen Zugmodul bei 100% Dehnung (ASTM D886) auf, der mindestens fünfzig Prozent größer ist als derjenige des zweiten thermoplastischen Polyurethans. Obwohl gleiche Anteile des ersten und des zweiten thermoplastischen Polyurethans am meisten bevorzugt sind, kann entweder die erste oder die zweite thermoplastische Polyurethankomponente bis zu einer Konzentration von 50 Gew.-% mehr als die andere Komponente erhöht werden. Vorzugsweise beträgt jedoch die Erhöhung entweder der ersten oder der zweiten thermoplastischen Polyurethankomponente nur bis zu 20 Gew.-% mehr als die andere Komponente.
Ein Gemisch von anionischen und nicht-ionischen grenzflächenaktiven Mitteln bildet während der Koagulation vorzugsweise Poren und trägt zu einer verbesserten Bildung von hartem Segment-weichem Segment und optimalen physikalischen Eigenschaften bei. Bei anionischen grenzflächenaktiven Mitteln weist der oberflächenaktive Abschnitt des Moleküls eine negative Ladung auf. Beispiele für anionische grenzflächenaktive Mittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Carbonsäuresalze, Sulfonsäuresalze, Schwefelsäureestersalze, Phosphor- und Polyphosphorsäureester und fluorierte anionische Substanzen. Spezifischere Beispiele umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Dioctylnatriumsulfosuccinat, Natriumalkylbenzolsulfonat und Salze von polyoxyethylenierten Fettalkoholcarboxylaten. Bei nicht-ionischen grenzflächenaktiven Mitteln weist der oberflächenaktive Abschnitt des Moleküls keine ionische Ladung auf. Beispiele für nicht-ionische grenzflächenaktive Mittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Polyoxyethylen(POE)-alkylphenole, POE-geradkettige Alkohole, POE-Polyoxypropylenglykole, POE-Mercaptane, langkettige Carbonsäureester, Alkanolaminalkanolamide, tertiäre acetylenische Glykole, POE-Silikone, N-Alkylpyrrolidone und Alkylpolyglycoside. Spezifischere Beispiele umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, ein Monoglycerid einer langkettigen Fettsäure, polyoxethyleniertes Alkylphenol, polyoxyethylenierter Alkohol und Polyoxyethylencetylstearylether. Vgl. z. B. "Surfactants and Interfacial Phenomena" von Milton J. Rosen, Dritte Auflage, Wiley-Interscience, 2004, Kapitel 1, bezüglich einer vollständigeren Beschreibung von anionischen und nicht-ionischen grenzflächenaktiven Mitteln.
Beispiel 1

Dieses Beispiel beruht auf 1,5 mm dicken poromeren Polyurethanpolierkissen mit offenzelligen vertikalen Poren mit einer mittleren Porenfläche von 0,002 m² und einer Höhe von 0,39 mm. Die Polierkissen wiesen eine Gewichtsdichte von 0,409 g/ml auf. Die Polierkissen wiesen geprägte Rillen mit den Abmessungen gemäß der Tabelle 1 auf. Tabelle 1

Abmessung/Neigung	Einheiten	Kissen A	Kissen 1
Polsterbreite	μm	1360 × 1360	1030 × 1030
Rillenbreite an der Polieroberfläche	μm	1200	1600
Rillentiefe	μm	400	580
Florschicht(Koagulation)-Dicke	μm	530	530
Untere Kissenbreite	μm	2150	2100
Untere Rillenbreite	μm	490	440
Rillenkonizität	Grad	45	45

Die geprägten Testkissen in der Tabelle 1 wurden bei Oxid-CMP-Verfahrensbedingungen bezüglich der Art der Prägungstiefenkonfiguration bewertet. Jeder Kissentyp wurde bei den gleichen Verfahrensbedingungen getestet. Leistungswafer wurden bezüglich der Entfernungsgeschwindigkeiten, der prozentualen Uneinheitlichkeit (NU %) und der Defekte mit KLA-Tencor-Messgeräten untersucht. Die Polierbedingungen waren wie folgt:
Kissenkonditionierer: ... Keiner
Aufschlämmung: ... Klebosol^®1730 (16%) Kolloidale Siliziumoxidaufschlämmung;
NH ILD 3225 (12,5%) Pyrogenes Siliziumoxid
Filtration: ... Pall 0,3 μm StarKleen^® POU
Gerät: ... Applied Materials Reflexion^®-DE MDC Lab
Reinigen: ... SP100^®ATMI Inc
Fluorwasserstoff: Eine Minute mit einer Ätzgeschwindigkeit von 200 Angstrom/Minute
Filmmessgerät: ... KLA-Tencor^TM F5X, Dünnfilmmessgerät
Defektmessgerät: ... KLA-Tencor^TM SP2XP, Auflösung bis 0,12 μm.
KLA-Tencor^TM eDR5200 Rasterelektronenmikroskop
Wafer: ... 300 mm Dummysiliziumwafer (manchmal mit TEOS-Rückständen)
300 mm Unstrukturierte TEOS 20K dicke Wafer
Ziele:

Entfernungsgeschwindigkeit
Prozentuale Uneinheitlichkeit NU %
Defektanzahl (nach HF)
Defektklassifizierung (nach HF-Rattermarkierungen)

Experimentgestaltung:
Einzelplattentesten mit übereinstimmenden Trägern, die für das gesamte Polieren verwendet wurden.
Verfahren – 60 Sekunden ILD-Polieren 20,7 kPa (3 psi) und 34,5 kPa (5 psi)/93 U/min Plattendrehzahl/87 U/min Trägerdrehzahl/250 ml/min Aufschlämmungszuführungsgeschwindigkeit
Alle Kissen und Wafer wurden für das Experiment vollständig randomisiert.
Jeder Kissendurchlauf bestand aus:
Kisseneinlaufen mit 20 Dummywafern, 60 Sekunden Polieren w/Aufschlämmung für eine Gesamtzeit von 20 Minuten.
Poliersequenz (60 Sekunden Polieren)

(A) 20,7 kPa (3 psi)/93 U/min Plattendrehzahl/87 U/min Trägerdrehzahl/250 ml/min Aufschlämmungsflussrate, unstrukturierte TEOS-Wafer
(B) 34,5 kPa (5 psi)/93 U/min Plattendrehzahl/87 U/min Trägerdrehzahl/250 ml/min Aufschlämmungsflussrate, unstrukturierte TEOS-Wafer
(C) 34,5 kPa (5 psi)/93 U/min Plattendrehzahl/87 U/min Trägerdrehzahl/250 ml/min Aufschlämmungsflussrate, unstrukturierte TEOS-Wafer
(D) 34,5 kPa (5 psi)/93 U/min Plattendrehzahl/87 U/min Trägerdrehzahl/250 ml/min Aufschlämmungsflussrate, unstrukturierte TEOS-Wafer
(E) 34,5 kPa (5 psi)/93 U/min Plattendrehzahl/87 U/min Trägerdrehzahl/250 ml/min Aufschlämmungsflussrate, unstrukturierte TEOS-Wafer
(F) 20,7 kPa (3 psi)/93 U/min Plattendrehzahl/87 U/min Trägerdrehzahl/250 ml/min Aufschlämmungsflussrate, Dummy-TEOS-Wafer

Die Sequenz A bis F wurde einmal wiederholt.
Wafer wurden bezüglich der Entfernungsgeschwindigkeit und NU % nach CMP gemessen. TEOS-Wafer wurden zusätzlich mit einer HF-Säureätzung gereinigt und bezüglich der SP2-Defektanzahl und mit einer Rasterelektronenmikroskopuntersuchung untersucht. Eine JMP-Software wurde für die statistische Analyse der Ergebnisse verwendet.
Untersuchung der Entfernungsgeschwindigkeit und der Uneinheitlichkeit zwischen Wafern:
Unstrukturierte TEOS-Wafer wurden bezüglich der Entfernungsgeschwindigkeit und der NU %-Ergebnisse bei typischen Oxidpolierbedingungen bewertet. Die Filmdicke wurde mit dem KLA-Tencor F5X^TM-Messgerät gemessen. Bei der Bewertung wurde eine Messvorschrift von 65 Punkten radial mit einem 3 Millimeter-Kantenausschluss verwendet.
Defektuntersuchung:
Unstrukturierte TEOS-Wafer wurden bezüglich der Defektergebnisse bei typischen Oxidpolierbedingungen bewertet. Die Defekte wurden mit dem KLA-Tencor SP2XP^TM Messgerät bis zu einer Teilchengröße hinab zu 0,10 μm gemessen. SP2-Waferkartierungen wurden manuell überprüft, um Defekte einer Vorklassifizierung zu unterziehen und eine unnötige Analyse zu vermindern, wie z. B. Handhabungsmarkierungen, große Kratzer und Flecken.
Defektklassifizierungsbilder wurden mit einem KLA-Tencor eDR5200-Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. Aufgrund der großen Anzahl von Defekten wurde ein Übersichtsprobenahmeplan für die Rasterelektronenmikroskop-Bildaufnahmen verwendet. Der Probenahmeplan stellt eine zufällige Probenahme von hundert Defekten von jedem Wafer bereit und legt Regeln für Betrachtungen von Clustern fest.
Defekte wurden mit einem Sichtfeld (FOV) von 2 μm aufgenommen und falls erforderlich bei einer stärkeren Vergrößerung erneut aufgenommen. Alle aufgenommenen Defektbilder wurden manuell klassifiziert.
Eine JMP-Statistiksoftware von SAS wurde für die statistische Analyse der Ergebnisse verwendet.
Ergebnisse:
Zur Bewertung der Verbesserung der geprägten Rille des Kissens 1 verglichen mit der geprägten Rille des Kissens A wurde die prozentuale Verbesserung der mittleren Defektanzahl des Kissens 1 durch die nachstehende Gleichung (1) wie folgt berechnet: Kissen 1% Verbesserung = (X Kissen A – Y Kissen 1)/X Kissen A·100%, wobei X die mittlere Defektanzahl des Kissens A für vorgegebene Testbedingungen ist und Y die mittlere Defektanzahl des Kissens 1 ist.
Entfernungsgeschwindigkeit: Die TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit, die für einen Vergleich des Kissens 1 mit dem Kissen A gemessen worden ist, ist in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2: Mittlere TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit Kissen 1 gegen Kissen A
Das Kissen 1 wies verglichen mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, bei allen experimentellen Bedingungen mit kolloidaler Klebosol 1730-Aufschlämmung eine geringfügig verminderte Entfernungsgeschwindigkeit auf. Das Kissen 1, das ein geprägtes Kissen ist, zeigte mit der pyrogenen Siliziumoxidaufschlämmung ILD 3225 eine Zunahme und Verminderung der Entfernungsgeschwindigkeit bei den 20,7 kPa bzw. 34,5 kPa (3 psi und 5 psi)/Verfahrensbedingungen, wenn dieses mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, verglichen wird.
NU %: Prozentsatz der Uneinheitlichkeit
Der NU % stellt einen Prozentsatz dar, der aus der mittleren Entfernungsgeschwindigkeit und deren Standardabweichung berechnet wird. NU % und dessen Unterschiede sind in der Tabelle 3 für den Vergleich von Kissen 1- gegen Kissen A-Kissen dargestellt. Tabelle 3: Mittlerer NU % Kissen 1 gegen Kissen A
Das Kissen 1 wies verglichen mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, bei allen experimentellen Bedingungen mit kolloidaler Klebosol 1730-Aufschlämmung eine geringfügig höhere %-Differenz bezüglich NU % auf. Das Kissen 1, das ein geprägtes Kissen ist, zeigte mit der pyrogenen Siliziumoxidaufschlämmung ILD 3225 keine Differenz bei NU %, wenn dieses mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, verglichen wird.
Defektanzahl nach HF
Die Gesamtdefektanzahlen nach HF, die für den Vergleich von tief geprägten gegen standardgeprägte gerillte Polierkissen ermittelt worden sind, sind in der Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4: Mittlere Defektanzahlen Kissen 1 gegen Kissen A
Das Kissen 1, das ein geprägtes Kissen ist, wies verglichen mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, bei allen experimentellen Bedingungen mit kolloidaler Klebosol 1730-Aufschlämmung eine mehr als 40%ige Verbesserung der Defektanzahl auf. Das Kissen 1, das ein geprägtes Kissen ist, zeigte bei allen experimentellen Bedingungen mit der pyrogenen Siliziumoxidaufschlämmung ILD 3225 ein höheres Defektniveau, wenn dieses mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, verglichen wird.
Defektklassifizierungen nach HF
Nach HF-TEOS-Wafer, die durch Rasterelektronenmikroskopbilder klassifiziert worden sind, sind in der Tabelle 5 gezeigt. Einhundert zufällig ausgewählte Defekte wurden ermittelt und klassifiziert: Rattermarkierungen, Kratzer, Teilchen, Kissenrückstände und organische Rückstände, usw. Rattermarkierungen werden als der Hauptdefekt erkannt, der mit CMP-Fensterkissen und deren Wechselwirkung mit Wafern einhergeht. Nach HF-Rattermarkierungsdefektanzahlen sind in der Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5: Nach HF-Rattermarkierungsanzahlen für Kissen 1 gegen Kissen A
Das Kissen 1, das ein geprägtes Kissen ist, wies verglichen mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, bei allen experimentellen Bedingungen mit kolloidaler Klebosol 1730-Aufschlämmung eine Verminderung der Rattermarkierungsanzahlen auf. Das Kissen 1, das ein geprägtes Kissen ist, zeigte mit der pyrogenen Siliziumoxidaufschlämmung ILD 3225 eine Zunahme und Verminderung der Rattermarkierungsanzahlen bei den Verfahrensbedingungen 34,5 kPa (5 psi) bzw. 20,7 kPa (3 psi), wenn dieses mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist, verglichen wird.
Schlussfolgerung:
Das Kissen 1, das ein geprägtes Kissen ist, wies verglichen mit den Kissen A, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, vergleichbare bis geringfügig verminderte TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten auf. Die Unterschiede bei der Entfernungsgeschwindigkeit wurden auf die Verfahrensbedingungen mit einer höheren Andruckkraft von 34,5 kPa (5 psi) zurückgeführt. Die in den Tabellen 4 und 5 angegebenen Ergebnisse zeigen signifikant geringere Defekte des Kissens 1, das ein geprägtes Kissen ist, bei einer Oxid-CMP verglichen mit deren jeweiligem Kissengegenstück mit dem Kissen A, das ein geprägtes Kissen ist. Die Kissen 1, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, wiesen Verbesserungen bei den Defektanzahlen von 40% bis 66% bezüglich Kissen A, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, unter Verwendung einer kolloidalen Klebosol 1730-Aufschlämmung auf. Die Gesamtdefekte, die durch die Kissen A, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, erzeugt wurden, waren bezogen auf die Kissenkonfigurationen im Vergleich zu den Kissen 1, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, zwischen 2,4- bis 2,9-fach höher.
Die Rasterelektronenmikroskop-Defektklassifizierung wurde für Rattermarkierungsdefekte durchgeführt, die üblicherweise auf Kissen/Wafer-Wechselwirkungen zurückgeführt werden. Die Kissen 1, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, wiesen verglichen mit Wafern, die mit den Kissen A, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, unter Verwendung einer kolloidalen Klebosol 1730-Aufschlämmung poliert worden sind, 43 bis 66% geringere Rattermarkierungsdefektanzahlen auf. Die Kissen 1-Kissen zeigten auch unter Verwendung einer Aufschlämmung von pyrogenem Siliziumoxid bei 3 psi-Verfahrensbedingungen eine Verbesserung einer 31%igen Defektanzahlverminderung. Die Rattermarkierungsdefektanzahlen, die durch die Kissen A, bei denen es sich um geprägte Kissen handelt, erzeugt werden, waren verglichen mit den Kissen 1 mit geprägten Rillen in konfigurierten Kissen 1,7- bis 2,4-fach höher.
Beispiel 2
Eine Polyesterfilzrolle mit einer Dicke von 1,1 mm, einem Gewicht von 334 g/m² und einer Dichte von 0,303 g/m³ wurde bereitgestellt. Der Filz war ein Gemisch aus zwei Polyesterfasern in einem Verhältnis von zwei Teilen schrumpfbar (–55% bei 70°C) zu einem Teil schrumpfbar (–2,5% bei 70°C). Die erste Faser wies ein Gewicht von 2,11 dtex (kg/1000 m), eine Festigkeit von 3,30 cN/dtex und ein Bruchdehnungsverhältnis von 75% auf. Die zweite Faser wies ein Gewicht von 2,29 dtex (kg/1000 m), eine Festigkeit von 2,91 cN/dtex und ein Bruchdehnungsverhältnis von 110% auf. Das Beschichten des Filzes mit AG-E092-Perfluorcarbonsäuren und deren Vorstufen machte die oberste Oberfläche des Filzes wasserfest. Nach dem Wasserfestmachen wurde der Filz getrocknet und gebrannt, so dass jedwede Faserenden entfernt wurden, die durch die oberste Schicht des Filzes vorragen.

Eine Reihe von poromeren Polierkissen wurde aus einem Gemisch von thermoplastischen Materialien in einem Dimethylformamid-Lösungsmittel hergestellt und zu den Abmessungen des Kissens 3-2 von Beispiel 3 geprägt. Die Tabelle 6 gibt die Liste von thermoplastischen Polyurethanbestandteilen, die getestet worden sind, und deren molaren Formulierungen an. Samprene und Crison sind Marken von Sanyo Chemical Industry bzw. DIC. Tabelle 6

Bestandteil	Samprene LQ-660 (Mol-%)	Crison PS-542U (Mol-%)	Samprene LQ-202 (Mol-%)
Adipinsäure Ethylenglykol	55,7		45,9
Adipinsäure Butandiol			26,8
Methylendiphenyldiisocyanat-Ethylenglykol	19,7	18,6	11,8
Methylendiphenyldiisocyanat (gesamt)	24,6	23,7	15,5
Adipinsäure-Diethylenglykol		57,7

Die Tabelle 7 zeigt, dass die vorstehenden Komponenten, die mittels Gelpermeationschromatographie „GPC” getestet worden sind, wie folgt waren: Tabelle 7

Polyurethan	Mn	Mw	Mw/Mn
LQ-660	49490	156630	3,16
LQ-202	78930	168320	2,13
PS-542U	56460	151380	2,68

HPLC-System:	Agilent 1100
Säule:	2 × PLgel 5 μ Misch-D (300 × 8 mm ID) mit 5 μ Schutz
Elutionsmittel:	Tetrahydrofuran
Flussrate:	1,0 ml/min
Detektion:	RI bei 40°C
Eingespritztes Volumen der Probenlösung:	100 μl
Kalibrierungsstandard:	Polystyrol

Die Tabelle 8 zeigt die physikalischen Eigenschaften der Bestandteile und eines 50:50-Gemischs. Tabelle 8

PU/Gemisch 100%-Modul, MPa (ASTM D886)

LQ660 10,8

LQ202 6,3

LQ660/LQ202 50:50 Gew.% 8

Kissen 2 10,1
In einem nachfolgenden Test hatte das Hinzufügen von Rußteilchen zu dem Gemisch einen geringen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften.

Die Tabelle 9 zeigt eine Reihe von Polierkissenformulierungen Tabelle 9

			Gesamt 100 phr
			Kissen 2	Kissen B	Kissen C
Polyurethan	LQ-660	Sanyo	32,8	30,5	30,5
	LQ-202	Sanyo	32,8
	PS-542U	DIC		30,5	30,5
Kohlenstoff	13270	DIC	0,0	6,1	6,1
Grenzflächenaktives Mittel	CUT30	Dainichi	0,3	1,2	1,8
Grenzflächenaktives Mittel	PL220	Kao	1,3	1,2	0,6
Lösungsmittel	DMF	Keine Angaben	32,8	30,5	30,5
Gesamt			100,0	100,0	100,0
LQ-660, LQ-220 und PS542U liegen als 30 Gewichtsprozent Feststoffe mit Dimethylformamid (DMF) als Rest vor; L3270 liegt als 20 Gewichtsprozent Feststoffe mit Dimethylformamid (DMF) als Rest vor, CUT30 ist 69,5 bis 73,5 Gew.-% Dioctylnatriumsulfosuccinat als anionisches grenzflächenaktives Mittel mit 10 bis 20 Gew.-% Ethylenglykol von DIC und PL220 ist Polyoxyethylencetylstearylether mit einem Hydrophil-Lipophil-Anteil (HLB) von 16,1 von KAO.

Die Polierbedingungen waren wie folgt:

1. Poliergerät: Reflexion LK, Konturkopf
2. Aufschlämmung: LK393C4 kolloidales Siliziumoxid-Barriereaufschlämmung.
3. Kisseneinlaufen:
i. 73 U/min-Plattendrehzahl/111 U/min Trägerdrehzahl, 13,8 kPa (2 psi) Andruckkraft, 10 min, HPR ein
4. Konditionieren:
i. 121 U/min-Plattendrehzahl/108 U/min Trägerdrehzahl, 20,7 kPa (3 psi) Andruckkraft 6,3 s_A82 + 26 s_nur HPR
5. Vorpolieren einer unstrukturierten Cu-Lage: Polieren mit VP6000 Polyurethanpolierkissen/Planar CSL9044C kolloidale Siliziumoxidaufschlämmung, etwa 4000 Å Entfernung.
6. Abwechselnd Cu und TEOS-Dummy.
7. Verfahren: Kisseneinlaufen -> Ermitteln der Entfernungsgeschwindigkeit und der Defekte bei verschiedenen Waferdurchlaufzahlen.

Alle Polierkissen wiesen eine hervorragende Kombination aus Kupfer- und TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten auf, wie es in der Tabelle 10 gezeigt ist. Tabelle 10

Kissen	Kupfer-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) Durchschnitt	Kupfer-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) Bereich	TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) Durchschnitt	TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) Bereich
Kissen 2	768	53	1446	30
Kissen B	924	74	1442	10
Kissen C	755	99	1212	49

Die Erhöhung der Menge von Dioctylnatriumsulfosuccinat verminderte die Größe der vertikalen Poren und verminderte die TEOS-Geschwindigkeit. Die Erhöhung der Menge von Polyoxyethylencetylstearylether erhöhte die Größe der vertikalen Poren und erhöhte die TEOS-Geschwindigkeit. Die Erhöhung des Verhältnisses von Dioctylnatriumsulfosuccinat zu Polyoxyethylencetylstearylether verminderte die Größe der vertikalen Poren und verminderte die TEOS-Geschwindigkeit. Kissen 2, das ein geprägtes Kissen ist, erzeugte jedoch die geringste Anzahl von Defekten, wie es in der Tabelle 11 ersichtlich ist. Tabelle 11

Kissen Anzahl der Wafer Mittelwert der Defekte Standardabweichung der Defekte

Kissen 2 6 18 8

Kissen B 6 347 74

Kissen C 6 1676 275
In der 1 ist die Verbesserung der Defekte aufgetragen, die mit dem Kissen 2, das ein geprägtes Polierkissen ist, bereitgestellt wird. Das Kissen 2, das ein geprägtes Kissen ist, akkumulierte keine Polierrückstände. Die Kissen B und C akkumulierten jeweils Polierrückstände in den sekundären Poren und der Matrix. Diese Akkumulierung von Polierrückständen erwies sich als ein wesentlicher Grund für die Erzeugung von Polierdefekten. Das Kissen 2 wies verglichen mit den Vergleichskissen B und C eine signifikante Verminderung der Defektanzahl ohne Verlust der Kupfer- oder TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten auf.
Beispiel 3

Ein handelsübliches poromeres Polierkissen „D” und zwei Kissen von Beispiel 2 (Kissen 3; Kissen 3-1 und Kissen 3-2) wurden zu verschiedenen Abmessungen geprägt. Das Kissen 3-1 wies eine geprägte Gestaltung auf, bei der die Polsterbreite die Rillenbreite überstieg, gemessen an der Polieroberfläche, und das Kissen 3-2 wies eine geprägte Gestaltung auf, bei der die Rillenbreite die Polsterbreite überstieg, gemessen an der Polieroberfläche. Tabelle 12

Abmessung/Neigung	Einheiten	Kissen D	Kissen 3-1	Kissen 3-2
Polsterbreite	μm	2750 × 2750	1480 × 1480	1135 × 1135
Rillenbreite an der Polieroberfläche	μm	1250	1026	1500
Rillentiefe	μm	450	342	480
Florschicht(Koagulation)-Dicke	μm	720	489	489
Untere Kissenbreite	μm		2164	2095
Untere Rillenbreite	μm		309	572
Rillenkonizität	Grad	0	45	45

Mit den Kissen wurde dann unter den Bedingungen von Beispiel 2 poliert. Wie es in der Tabelle 13 und in der 2 gezeigt ist, wies das Kissen 3-2 die beste Stabilität der Cu-Geschwindigkeit auf. Folglich ergaben tief geprägte Kissen, bei denen die Rillenbreite die Polsterbreite überstieg, eine geringfügig höhere Cu-Geschwindigkeit. Tabelle 13

Cu-Entfernungsgeschwindigkeit (Å) 150	Wafer Nr. 25	Wafer Nr. 50	Wafer Nr. 75	Wafer Nr. 100	Wafer Nr. 125	Wafer Nr. 150	Durchschnittliche Entfernungsgeschwindigkeit (Å)	Bereich (Å)
Kissen D	787	767	733	750	715	700	742	87
Kissen 3-1	710	677	708	665	656	654	678	59
Kissen 3-2	694	699	705	710	719	708	706	24

Insbesondere zeigte das Kissen 3-2 einen engeren Bereich für die Kupfer-Entfernungsgeschwindigkeit von weniger als einem Drittel des handelsüblichen Kissens D mit zunehmender Cu-Waferanzahl.
Wie es in der 3 gezeigt ist, wiesen alle Testkissen eine gute Stabilität der TEOS-Geschwindigkeit auf, jedoch wies das Kissen 3-2 die beste Stabilität der TEOS-Geschwindigkeit für längere Polierzeiträume auf. Tabelle 14

Kissen Wafer insgesamt Mittlere Kratzeranzahl Standardabweichung

D 6 19,2 15,3

3-1 6 16,5 18,8

3-2 6 11,7 8,7
Wie es in der Tabelle 14 gezeigt ist, wies das Kissen 3-2 die geringste durchschnittliche Kratzeranzahl auf. Das Kissen 3-2 wies eine geringere Kratzeranzahl als das herkömmliche poromere Polierkissen D auf.
Schlussfolgerung:
Das geprägte Kissen 3-2 wies die beste Leistung bei der Stabilität der Cu- und TEOS-Geschwindigkeit auf. Darüber hinaus ergab das Kissen 3-2, welches das Kissen mit der erhöhten Rillenbreite in Bezug auf die Polsterbreite war, gemessen an der Ebene der Polieroberfläche, geringfügig höhere Cu- und TEOS-Geschwindigkeiten als die Standardprägegestaltung. Das Kissen 3-2 stellte die geringste durchschnittliche Kratzeranzahl bereit und wies insbesondere eine signifikant niedrigere Kratzeranzahl als das handelsübliche Kissen D auf.
Beispiel 4
Vier Proben des Polyurethans (Kissen 3) von Beispiel 2 wiesen gemäß einer TMA nach ASTM E831 eine durchschnittliche Temperatur des Erweichungsbeginns von 162°C auf, und zwar durch Messen des Wendepunkts, wie es in der 4 gezeigt ist. Zwei Kissen von Beispiel 2 wurden mit auf 160°C (5A, 6A und 7A) (Kissen 4) und 175°C (5B, 6B und 7B) (entsprechend dem Kissen 3-2) erwärmten Metallstempeln geprägt, so dass Kissen mit nahezu identischen Polsterhöhen und Rillenbreiten gebildet wurden, gemessen an der Ebene der Polieroberfläche (d. h., bei Temperaturen unterhalb der TMA-Temperatur des Erweichungsbeginns). Die 5A und 5B zeigen die sehr ausgeprägte Verschiebung der Rillenbildung, die durch Begrenzen des Ausmaßes der Überhitzung oberhalb der Temperatur des Schmelzbeginns erreicht wird. Die Seitenwände, die bei 175°C geprägt worden sind, wiesen ein Schmelzen als primären Formmechanismus auf, wobei alle Poren dazu neigen, vertikal zu bleiben. Dies ist durch die vertikalen Poren in der Mitte des Polsters und die konischen Seitenwände des Kissens ersichtlich. Die bei 160°C gebildeten Seitenwände wiesen eine plastische Verformung in einer Kombination mit einem Schmelzen als Mechanismus zum Bilden der Polster auf. Ein Hinweis auf das plastische Verformen umfasst das Biegen der Poren in der Richtung orthogonal zu den konischen Rillen und die damit einhergehende Polsterhöhenverminderung, die angrenzend an die konischen Seitenwände auftrat.
Wie es bei den Rasterelektronenmikroskopbildern bei starker Vergrößerung der 6A und 6B ersichtlich ist, behielten die Polierkissen, die bei einer Temperatur unterhalb der durchschnittlichen Temperatur des Erweichungsbeginns geprägt worden sind, die Kombination von großen Poren plus verbindenden kleineren Poren bei. Dies zeigte sich durch die Verminderung der Größe der primären Poren und das Gräberwerden der Seitenwände, die in der 6B ersichtlich sind.
Wie es in den 7A und 7B ersichtlich ist, wiesen alle Polierkissen geschmolzene untere Rillenoberflächen auf. Das Schmelzen des Rillenbodens fixierte mit größter Wahrscheinlichkeit das Polster in Position und begrenzte das Rückfedern der Polsterstruktur. Ferner unterstützte der glatte Boden beim Entfernen von Rückständen ohne die Erzeugung von Rissen, wo sich die Rückstände abhängig von dem Aufschlämmungssystem ansammeln und agglomerieren können. Die bei 175°C geprägten Kissen wiesen alle glatte geschmolzene Rillenböden und Seitenwände an den unteren Bereichen auf. Die glatten Wände führten jedoch zu einem Gräberwerden der Seitenwand, was zur Verminderung der gesamten Polstergröße ausreichend war.
Zum Vergleichen der geprägten Kissen wurden Polierkissen der 5A, 6A und 7A und der 56, 6B und 7B unter Bedingungen poliert, die mit denjenigen der Beispiele 2 und 3 identisch waren. Wie es in der 8 gezeigt ist, wies das Kissen, das unterhalb der Temperatur des Erweichungsbeginns geprägt worden ist, nämlich das Kissen 4, eine signifikant niedrigere Kratzeranzahl als das Kissen 3-2 von Beispiel 3 auf.
Die Erfindung ist für ein Kupferbarrierepolieren mit ultrawenigen Defekten wirksam. Insbesondere poliert das Kissen mit hervorragenden Kupfer- und TEOS-Geschwindigkeiten, die für eine Mehrzahl von Wafern stabil bleiben. Ferner weisen die Kissen signifikant geringere Kratzer- und Rattermarkierungsdefekte als herkömmliche Polierkissen auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM E831 [0033]
ASTM D886 [0041]
ASTM D886 [0041]
ASTM D886). [0041]
ASTM D886 [0042]
ASTM D886 [0042]
ASTM D886 [0042]
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ASTM D886 [0043]
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ASTM D886 [0044]
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”Surfactants and Interfacial Phenomena” von Milton J. Rosen, Dritte Auflage, Wiley-Interscience, 2004, Kapitel 1 [0045]
ASTM D886 [0072]
ASTM E831 [0085]

Claims

Polierkissen, das zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat mit einem Polierfluid und einer Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat geeignet ist, wobei das Polierkissen das Folgende umfasst: eine Polierschicht mit einer offenzelligen polymeren Matrix, einer Polieroberfläche und einer Dicke, wobei die offenzellige polymere Matrix vertikale Poren und offene Kanäle aufweist, welche die vertikalen Poren verbinden; eine Mehrzahl von Rillen in der Polierschicht, wobei die Rillen eine durchschnittliche Breite aufweisen, die angrenzend an eine Polieroberfläche gemessen wird, wobei die Mehrzahl von Rillen eine Rückstandsentfernungsverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit einer festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Breite der Mehrzahl von Rillen bewegt; und eine Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen innerhalb der Mehrzahl von Rillen, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen mit einer konischen Trägerstruktur gestützt ist, die sich von der unteren Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen auswärts und abwärts erstreckt, wobei die Mehrzahl von Stegbereichen eine stumpfe oder spitzenlose Oberseite aufweist, welche die Polieroberfläche von der polymeren Matrix bildet, welche die vertikalen Poren enthält, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine Polierverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit der festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen angrenzend an die Mehrzahl von Rillen bewegt, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine durchschnittliche Breite aufweist, die geringer ist als die durchschnittliche Breite der Mehrzahl von Rillen zum Vermindern der Polierverweilzeit der vorragenden Stegbereiche und zum Erhöhen der Rückstandsentfernungsverweilzeit der Rillenbereiche auf einen Wert, der größer ist als die Polierverweilzeit.
Polierkissen nach Anspruch 1, bei dem die vertikalen Poren eine durchschnittliche Höhe aufweisen und die Mehrzahl von Rillen eine durchschnittliche Tiefe aufweist, die größer ist als die durchschnittliche Höhe der vertikalen Poren.
Polierkissen nach Anspruch 1, bei dem die vertikalen Poren einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der unterhalb der Polieroberfläche zunimmt.
Polierkissen nach Anspruch 1, bei dem die vorragenden Stegbereiche eine Form aufweisen, die aus halbkugelförmig, pyramidenstumpfförmig, trapezstumpfförmig und Kombinationen davon ausgewählt ist, wobei sich die Mehrzahl von Rillen in einer linearen Weise zwischen den vorragenden Stegbereichen erstreckt.
Polierkissen nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von Rillen eine orthogonale Gitterstruktur bildet.
Polierkissen, das zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat mit einem Polierfluid und einer Relativbewegung zwischen dem Polierkissen und dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat geeignet ist, wobei das Polierkissen das Folgende umfasst: eine Polierschicht mit einer offenzelligen polymeren Matrix, einer Polieroberfläche und einer Dicke, wobei die offenzellige polymere Matrix vertikale Poren und offene Kanäle aufweist, welche die vertikalen Poren verbinden; eine Mehrzahl von Rillen in der Polierschicht, wobei die Rillen eine durchschnittliche Breite aufweisen, die angrenzend an eine Polieroberfläche gemessen wird, wobei die Mehrzahl von Rillen eine Rückstandsentfernungsverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit einer festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Breite der Mehrzahl von Rillen bewegt; und eine Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen innerhalb der Mehrzahl von Rillen, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen mit einer konischen Trägerstruktur gestützt ist, die sich von der unteren Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen mit einer Neigung von 30 bis 60 Grad, gemessen von einer Ebene der Polieroberfläche, auswärts und abwärts erstreckt, wobei die Mehrzahl von Stegbereichen eine stumpfe oder spitzenlose Oberseite aufweist, welche die Polieroberfläche von der polymeren Matrix bildet, welche die vertikalen Poren enthält, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine Polierverweilzeit aufweist, wobei sich ein Punkt auf dem mindestens einen von einem Halbleitersubstrat, einem optischen Substrat und einem magnetischen Substrat, das mit der festgelegten Geschwindigkeit rotiert, über die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen angrenzend an die Mehrzahl von Rillen bewegt, wobei die Mehrzahl von vorragenden Stegbereichen eine durchschnittliche Breite aufweist, die geringer ist als die durchschnittliche Breite der Mehrzahl von Rillen zum Vermindern der Polierverweilzeit der vorragenden Stegbereiche und zum Erhöhen der Rückstandsentfernungsverweilzeit der Rillenbereiche auf einen Wert, der größer ist als die Polierverweilzeit.
Polierkissen nach Anspruch 6, bei dem die vertikalen Poren eine durchschnittliche Höhe aufweisen und die Mehrzahl von Rillen eine durchschnittliche Tiefe aufweist, die größer ist als die durchschnittliche Höhe der vertikalen Poren.
Polierkissen nach Anspruch 6, bei dem die vertikalen Poren einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der unterhalb der Polieroberfläche zunimmt.
Polierkissen nach Anspruch 6, bei dem die vorragenden Stegbereiche eine Form aufweisen, die aus halbkugelförmig, pyramidenstumpfförmig, trapezstumpfförmig und Kombinationen davon ausgewählt ist, wobei sich die Mehrzahl von Rillen in einer linearen Weise zwischen den vorragenden Stegbereichen erstreckt.
Polierkissen nach Anspruch 6, bei dem die Mehrzahl von Rillen eine orthogonale Gitterstruktur bildet.