DE102018004619A1 - CMP-Polierverfahren mit eingestellter Verweilzeit - Google Patents

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Tony Quan Tran
Jeffrey James Hendron
Jeffrey Robert Stack
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Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
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Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren oder Planarisieren eines Wafers aus mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten bereit. Das Verfahren umfasst das Drehen eines Polierkissens, wobei das sich drehende Polierkissen radiale Zuführungsrillen in der Polierschicht aufweist, welche die Polierschicht in Polierbereiche aufteilen. Die Polierbereiche sind kreisförmige Sektoren, die durch zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen festgelegt sind. Die radialen Zuführungsrillen erstrecken sich von einer Position angrenzend an das Zentrum zu einer Position angrenzend an die Außenkante. Jeder Polierbereich umfasst eine Reihe von geneigten Rillen, die ein Paar von benachbarten radialen Zuführungsrillen verbinden. Das Drücken und Drehen des Wafers gegen das sich drehende Polierkissen für eine Mehrzahl von Umdrehungen des Polierkissens stellt das Polieren entweder durch Erhöhen oder Vermindern der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer ein.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Rillen für chemisch-mechanische Polierkissen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Rillengestaltungen zur Erhöhung der Entfernungsgeschwindigkeit, zur Verbesserung der Gesamteinheitlichkeit und zur Verminderung von Defekten während des chemisch-mechanischen Polierens.
  • 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 Metallisierung) 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 Polieren eines Substrats 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 US-Patent Nr. 5,578,362 von Reinhardt et al. offenbart die Verwendung von Rillen zur Bereitstellung einer Mikrotextur für das Kissen. Insbesondere offenbart es verschiedene Strukturen, Konturen, Rillen, Spiralen, radiale Rillen, Punkte oder andere Formen. Spezifische Beispiele, die in Reinhardt einbezogen sind, sind eine konzentrisch-kreisförmige Rillenstruktur und eine konzentrisch-kreisförmige Rillenstruktur, der eine X-Y-Rille überlagert ist. Da die konzentrisch-kreisförmige Rillenstruktur keinen direkten Fließ- bzw. Strömungsweg zur Kante des Kissens bereitstellt, hat sich die konzentrisch-kreisförmige Rille als die am stärksten verbreitete Rillenstruktur erwiesen.
  • Lin et al. offenbaren in der 2 des US-Patents Nr. 6,120,366 eine Kombination aus kreisförmigen plus radialen Zuführungsrillen. Dieses Beispiel zeigt das Hinzufügen von vierundzwanzig radialen Zuführungsrillen zu einer konzentrisch-kreisförmigen Rillenstruktur. Der Nachteil dieser Rillenstruktur besteht darin, dass sie nur eine begrenzte Verbesserung des Polierens mit einer wesentlichen Zunahme des Aufschlämmungsverbrauchs und einer kürzeren Kissenlebensdauer aufgrund einer geringeren Podestfläche auf dem Polierkissen bereitstellt.
  • Dennoch besteht ein fortgesetzter Bedarf für chemisch-mechanische Polierkissen mit einer besseren Kombination aus Polierleistungsvermögen und Aufschlämmungsverbrauch. Ferner besteht ein Bedarf für Rillen, welche die Entfernungsgeschwindigkeit erhöhen, einen geringeren Aufschlämmungsverbrauch aufweisen, die Gesamteinheitlichkeit verbessern und Defekte während des chemisch-mechanischen Polierens vermindern.
  • Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren oder Planarisieren eines Wafers aus mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten bereit, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Drehen eines Polierkissens, wobei das sich drehende Polierkissen eine Polierschicht mit einer polymeren Matrix und einer Dicke aufweist, wobei die Polierschicht ein Zentrum, eine Außenkante und einen Radius umfasst, der sich vom Zentrum zur Außenkante des Polierkissens erstreckt; radiale Zuführungsrillen in der Polierschicht, welche die Polierschicht in Polierbereiche aufteilen, wobei die Polierbereiche kreisförmige Sektoren sind, die durch zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen festgelegt sind, wobei sich die radialen Zuführungsrillen mindestens von einer Position angrenzend an das Zentrum zu einer Position angrenzend an die Außenkante erstrecken; und jeder Polierbereich eine Reihe von geneigten Rillen umfasst, die ein Paar von benachbarten radialen Zuführungsrillen verbinden, wobei ein Hauptteil der geneigten Rillen entweder eine Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des Polierkissens oder eine Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des Polierkissens aufweist, wobei sowohl die einwärts als auch die auswärts geneigten Rillen Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens und entweder in die Richtung des Wafers oder weg vom Wafer abhängig von der Einwärtsneigung oder der Auswärtsneigung und der Drehrichtung des Polierkissens bewegen; Verteilen des Polierfluids auf dem sich drehenden Polierkissen und in die radialen Zuführungsrillen und die Reihe von geneigten Rillen; und Drücken und Drehen des Wafers gegen das sich drehende Polierkissen für eine Mehrzahl von Umdrehungen des Polierkissens zum Einstellen des Polierens durch Auswählen entweder i) des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Gegenuhrzeigersinn, oder ii) des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Uhrzeigersinn.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren oder Planarisieren eines Wafers aus mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten bereit, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Drehen eines Polierkissens, wobei das sich drehende Polierkissen eine Polierschicht mit einer polymeren Matrix und einer Dicke aufweist, wobei die Polierschicht ein Zentrum, eine Außenkante und einen Radius umfasst, der sich vom Zentrum zur Außenkante des Polierkissens erstreckt; radiale Zuführungsrillen in der Polierschicht, welche die Polierschicht in Polierbereiche aufteilen, wobei die Polierbereiche kreisförmige Sektoren sind, die durch zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen festgelegt sind, wobei eine Halbierungslinie die Polierbereiche halbiert, wobei sich die radialen Zuführungsrillen mindestens von einer Position angrenzend an das Zentrum zu einer Position angrenzend an die Außenkante erstrecken; und jeder Polierbereich eine Reihe von geneigten Rillen umfasst, die ein Paar von benachbarten radialen Zuführungsrillen verbinden, wobei ein Hauptteil der geneigten Rillen entweder eine Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des Polierkissens bei einem Winkel von 20° bis 85° von der Halbierungslinie oder eine Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des Polierkissens bei einem Winkel von 95° bis 160° von der Halbierungslinie aufweist, wobei sowohl die einwärts als auch die auswärts geneigten Rillen Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens und entweder in die Richtung des Wafers oder weg vom Wafer abhängig von der Einwärtsneigung oder der Auswärtsneigung und der Drehrichtung des Polierkissens bewegen; Verteilen des Polierfluids auf dem sich drehenden Polierkissen und in die radialen Zuführungsrillen und die Reihe von geneigten Rillen; und Drücken und Drehen des Wafers gegen das sich drehende Polierkissen für eine Mehrzahl von Umdrehungen des Polierkissens zum Einstellen des Polierens durch Auswählen entweder i) des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Gegenuhrzeigersinn, oder ii) des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Uhrzeigersinn.
    • 1 ist eine schematische Draufsicht eines einwärts geneigten Polierkissens mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten Rillen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden, aufweisen.
    • 1A ist ein Ausschnitt einer schematischen Draufsicht des einwärts geneigten Polierkissens von 1.
    • 1B ist ein Ausschnitt einer schematischen Draufsicht einer Reihe von nicht-gleichschenkligen trapezförmigen Rillen von 1A, die so gedreht sind, dass die trapezförmigen Schenkel parallel zur Unterseite der Zeichnung vorliegen.
    • 1C ist ein Ausschnitt einer schematischen Ansicht einer radialen Zuführungsrille von 1 mit verbundenen einwärts geneigten Rillen.
    • 2 ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 2A ist ein Ausschnitt einer schematischen Draufsicht des Polierkissens mit Auswärtsneigung von 2.
    • 2B ist ein Ausschnitt einer schematischen Draufsicht einer Reihe von nicht-gleichschenkligen trapezförmigen Rillen von 2A, die so gedreht sind, dass die trapezförmigen Schenkel parallel zur Unterseite der Zeichnung vorliegen.
    • 2C ist ein Ausschnitt einer schematischen Ansicht einer radialen Zuführungsrille von 2 mit verbundenen auswärts geneigten Rillen.
    • 3 ist eine schematische Abbildung, die zeigt, wie einwärts geneigte Rillen Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens leiten, so dass die Polierfluidverweilzeit unter einem Wafer für eine Plattendrehung im Gegenuhrzeigersinn vermindert wird.
    • 3A ist eine schematische Abbildung, die zeigt, wie auswärts geneigte Rillen Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens leiten, so dass die Polierfluidverweilzeit unter einem Wafer für eine Plattendrehung im Gegenuhrzeigersinn vermindert wird.
    • 4 ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit drei Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 4A ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit drei Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 5 ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit vier Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 5A ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit vier Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 6 ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit fünf Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 6A ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit fünf Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 7 ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit sechs Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 7A ist eine schematische Draufsicht eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit sechs Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 8 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gekrümmten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 8A ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gekrümmten Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 9 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gekrümmten Rillen aufweisen, die benachbarte gekrümmte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 10 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gekrümmten Rillen aufweisen, die benachbarte gekrümmte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 11 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gekrümmten Rillen aufweisen, die benachbarte gestufte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 11A ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gekrümmten Rillen aufweisen, die benachbarte gestufte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 11B ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gekrümmten Rillen aufweisen, die benachbarte gestufte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 12 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gestuften Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 12A ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gestuften Rillen aufweisen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 13 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gestuften Rillen aufweisen, die benachbarte gestufte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 14 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gestuften Rillen mit erhöhtem Abstand zwischen zwei Reihen von einwärts geneigten gestuften Rillen mit normalem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 14A ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gekrümmten Rillen mit erhöhtem Abstand zwischen zwei Reihen von auswärts geneigten gekrümmten Rillen mit normalem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 14B ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gekrümmten Rillen mit erhöhtem Abstand zwischen zwei Reihen von einwärts geneigten gekrümmten Rillen mit normalem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 14C ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten Rillen mit erhöhtem Abstand zwischen zwei Reihen von einwärts geneigten Rillen mit normalem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 15 ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gestuften Rillen mit normalem Abstand zwischen zwei Reihen von einwärts geneigten gestuften Rillen mit erhöhtem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 15A ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Auswärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von auswärts geneigten gekrümmten Rillen mit normalem Abstand zwischen zwei Reihen von auswärts geneigten gekrümmten Rillen mit erhöhtem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 15B ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten gekrümmten Rillen mit normalem Abstand zwischen zwei Reihen von einwärts geneigten gekrümmten Rillen mit erhöhtem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
    • 15C ist eine schematische Draufsicht mit einer entfernten Hälfte eines Polierkissens mit Einwärtsneigung mit acht Polierbereichen, die jeweils eine Reihe von einwärts geneigten Rillen mit normalem Abstand zwischen zwei Reihen von einwärts geneigten Rillen mit erhöhtem Abstand aufweisen, die alle benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden.
  • Die Rillenstruktur und das Verfahren der Erfindung stellen eine kontrollierte und einheitliche Verteilung von Polierfluiden bereit, wie z.B. von Schleifmittel-enthaltenden Aufschlämmungen und schleifmittelfreien Polierlösungen. Die effiziente Verteilung ermöglicht dem Nutzer die Verminderung des Aufschlämmungsflusses verglichen mit herkömmlichen Rillen. Ferner ermöglicht der verbundene Rillenweg, dass Polierrückstände das Kissen in einer effizienten Weise zum Vermindern von Polierdefekten verlassen können. Schließlich verbessert die Rillenstruktur die Poliereinheitlichkeit, das Waferprofil sowie die Chipmaßstabseinheitlichkeit und kann Kanteneffekte verbessern.
  • Der Ausdruck „Trapez“, wie er hier und in den Patentansprüchen verwendet wird, steht für verbundene Rillen, die eine vierseitige Form bilden, die nur ein Paar von parallelen Seiten aufweist. Das Trapez weist zwei parallele Basisseiten und zwei Schenkel auf, welche die Basisseiten verbinden. Alle Winkel des Trapezes addieren sich zu 360°.
  • Der Ausdruck „nicht-gleichschenkliges Trapez“, wie er hier und in den Patentansprüchen verwendet wird, steht für verbundene Rillen, die ein Trapez mit zwei nicht-kongruenten Schenkeln oder Schenkeln mit unterschiedlicher Länge bilden. Der Schenkel näher am Kissenzentrum weist eine Länge auf, die geringer ist als diejenige des Schenkels näher am Umfang.
  • Der Ausdruck „kreisförmiger Sektor“, wie er hier und in den Patentansprüchen verwendet wird, steht für einen Abschnitt eines Polierkissens, der durch zwei radiale Zuführungsrillen und einen Umfangsbogen festgelegt ist, der sich entlang der Außenkante des Polierkissens erstreckt. Die radialen Zuführungsrillen können eine gerade radiale, gekrümmte radiale, gestufte radiale oder andere Form aufweisen.
  • Der Ausdruck „Polierfluid“, wie er hier und in den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf eine Schleifmittel-enthaltende Polieraufschlämmung oder eine schleifmittelfreie Polierlösung.
  • Der Ausdruck „Neigungswinkel θ“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf den Winkel zwischen einer Halbierungslinie, die einen Polierbereich und schräg geneigte Rillen halbiert, die benachbarte radiale Zuführungsrillen verbinden. Die Halbierungslinie verschiebt sich mit Änderungen der Richtung der radialen Zuführungsrillen und stellt den Durchschnitt von Ende zu Ende jeder geneigten Rille dar.
  • Der Ausdruck „Einwärtsneigungswinkel θ“, wie er hier und in den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf einen Neigungswinkel, der einwärts in die Richtung des Zentrums des Polierkissens abgeschrägt ist, und zwar gemessen von links nach rechts bei einer Betrachtung nach unten in die Richtung der Oberseite der Rillen.
  • Der Ausdruck „Auswärtsneigungswinkel θ“, wie er hier und in den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf einen Neigungswinkel, der auswärts in die Richtung des Umfangs des Polierkissens abgeschrägt ist, und zwar gemessen von links nach rechts bei einer Betrachtung nach unten in die Richtung der Oberseite der Rillen.
  • Der Ausdruck „Wafer“ umfasst magnetische Substrate, optische Substrate und Halbleitersubstrate. Bei den Vorgaben, wie z.B. der Waferverweilzeit, die in dieser Beschreibung enthalten sind, wird ein Polierfluidtropfpunkt auf dem Wafer links für eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn und auf dem Wafer rechts für eine Drehung im Uhrzeigersinn angenommen, und zwar bei einer Draufsicht.
  • Der Ausdruck „Poly(urethan)“, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, steht für ein Polymer, das durch eine Reaktion zwischen Isocyanaten und Verbindungen, die Gruppen mit aktivem Wasserstoff enthalten, gebildet wird, wobei insbesondere das Folgende umfasst ist: (a) Polyurethane, die durch die Reaktion von (i) Isocyanaten und (ii) Polyolen (einschließlich Diolen) gebildet werden, und (b) Poly(urethan), das durch die Reaktion von (i) Isocyanaten mit (ii) Polyolen (einschließlich Diolen) und (iii) Wasser, Aminen oder einer Kombination von Wasser und Aminen gebildet wird. Polierkissen der Erfindung sind vorzugsweise aus einem Polymer ausgebildet, jedoch insbesondere aus einem Polyurethanpolymer.
  • Die Rillenstruktur der Erfindung stellt mehrere Vorteile bereit. Der erste Vorteil besteht darin, dass der größte Teil der geneigten Rillen den Wafer in derselben Richtung überstreicht. Das Überstreichen mit allen geneigten Rillen in derselben Richtung erhöht den Vorteil weiter. Das Überstreichen eines Wafers in derselben Richtung pulsiert den Wafer mit Rillen und stellt einen vorteilhaften kumulativen Einfluss auf die Polierentfernungsgeschwindigkeit bereit. Da ferner die geneigten Rillen in derselben Richtung ausgerichtet sind, kann der Wafer ohne Oszillieren des Trägerkopfs oder Oszillieren des Trägerkopfs mit einer viel kleineren Amplitude oder einer geringeren Oszillationsgeschwindigkeit poliert werden. Dies ermöglicht das Polieren des Wafers an einer feststehenden Position weiter entfernt von dem Kissenzentrum näher an der Kante des Polierkissens. An diesen Positionen angrenzend an die Außenkante dreht sich das Kissen schneller als das Zentrum, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit noch stärker erhöht wird. Darüber hinaus stellt das Polieren in einem nicht-Oszillationsmodus einheitliche Kantenprofile über mehrere Wafer bereit und vermindert Defekte, verbessert die Polierkissenlebensdauer und die Rückhalteringlebensdauer aufgrund eines geringeren Verschleißes mit dem Polierkissen und dem Rückhaltering. Das Ausschalten der Oszillation ermöglicht auch die Verwendung von Herstellungswerkzeugen mit einer verminderten Plattengröße. Dies ist von besonderer Wichtigkeit für CMP-Werkzeuge mit doppelter Platte und einer Größe von 450 mm. Darüber hinaus kann eine Kombination der Anzahl von radialen Rillen, der Plattendrehzahl und des Neigungswinkels θ zum Einstellen des Zentrumsprofils zwischen schnell und langsam und zum Bereitstellen von einheitlich flachen Profilen verwendet werden.
  • Darüber hinaus bilden die Zuführungsrillen und die geneigten Rillen eine Kombination, die eine einheitliche Aufschlämmungsverteilung über das Polierkissen erleichtern und eine bessere Aufschlämmungsverteilung über der Waferoberfläche bereitstellen. Dies ermöglicht das Einstellen des Poliergeschwindigkeitsprofils über dem Wafer, wodurch die allgemeine Einheitlichkeit durch Verändern der Plattendrehzahl oder des Neigungswinkels θ oder von beidem verbessert wird. Ferner kann das Waferkantenprofil auch durch Optimieren des Neigungswinkels θ oder der Trägerdrehzahl oder von beidem verbessert werden. Dies ist für eine Waferkantenausbeute bei fortgeschrittener Logik und 3D-NAND mit extrem geringen Kantenausschlüssen kritischer. Typischerweise weist das Polierkissen mindestens drei Zuführungsrillen auf und kann zwischen 3 bis 32 Rillen variiert werden. Typischerweise wechselt der Wafer zwischen einem Vorliegen über einer radialen Zuführungsrille und einer Mehrzahl von geneigten Rillen und einem Vorliegen über zwei oder mehr radialen Zuführungsrillen und einer Mehrzahl von geneigten Rillen ab. Diese einheitliche Verteilung beseitigt die Bildung einer Ansammlung am Trägerring und ermöglicht es dem Polierkissen, in einer effizienteren Weise oder mit einem verminderten Aufschlämmungsfluss zu arbeiten.
  • Ein weiteres unerwartetes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass sie ein Polieren bei einer höheren Andruckkraft als bei herkömmlichen Rillen aufgrund einer besseren Aufschlämmungsverteilung an der Waferoberfläche und ein Vermindern einer übermäßigen Wärme und Poliertemperatur zwischen Wafer und Kissen ermöglicht. Dies ist für ein CMP-Metallpolieren, wie z.B. ein Kupfer-, Tantal- und Wolframpolieren, besonders wichtig. Diese Metallschichten, dielektrischen Schichten, Isolierschichten und andere Materialschichten stellen alle Waferkomponenten dar. Die Rillenstruktur der Erfindung wird sowohl mit porösen als auch nicht-porösen Polierkissen verwendet. Die Rillenstruktur der Erfindung hat einen besonderen Nutzen für ein Präzisionspolieren mit nicht-porösen Polierkissen, wie z.B. für ein Polieren in einem atomaren Maßstab zum Entfernen einer einzelnen einatomigen Schicht auf einmal.
  • Da sowohl einwärts als auch auswärts geneigte Rillen ein Polierfluid von dem Polierkissen wegleiten, stellen sie eine effiziente Polierrückstandsentfernung für weniger Defekte bereit.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 1A ist das Polierkissen 10 der Erfindung zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet. Die Polierschicht 12 weist eine polymere Matrix und eine Dicke 14 auf. Die Polierschicht 12 umfasst ein Zentrum 16, eine Außenkante 18 und einen Radius (r), der sich vom Zentrum 16 zu der Außenkante 18 erstreckt. Vorzugsweise bleibt der Wafer an einer Stelle entlang des Radius r vom Zentrum 16 des Polierkissens 10 näher an der Außenkante 18 des Polierkissens positioniert als an dem Zentrum 16 des Polierkissens 10, um die Entfernungsgeschwindigkeit mindestens einer Komponente des Wafers zu erhöhen. Radiale Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 beginnen am Zentrum 16 oder an einer optionalen kreisförmigen Rille 36. Die radialen Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 trennen die Polierschicht 12 in Polierbereiche 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54. Insbesondere vereinigen sich zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen, wie z.B. 20 und 22, mit dem Umfangsbogen 19 der Außenkante 18, so dass der Polierbereich 40 festgelegt ist. Der Polierbereich 40 weist entlang der Polierbereiche 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 die Form eines kreisförmigen Sektors auf, wobei ein kleiner kreisförmiger Sektor am Zentrum 16 entfernt ist. Die radialen Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 erstrecken sich vorzugsweise mindestens von der kreisförmigen Rille 36, die an das Zentrum 16 angrenzt, zu der oder angrenzend an die Außenkante 18.
  • Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B umfasst der Polierbereich 40 eine Reihe von gestapelten trapezförmigen Rillenbereichen 60, 62, 64, 66 und 68. Der Polierbereich 40 stellt einen kreisförmigen Sektor des Polierkissens 10 (1) dar, wobei der Zentrumsbereich rillenfrei ist. Parallele lineare Rillen oder parallele Basisrillen 160, 162, 164, 166, 168 und 170 legen die Oberseite und die Unterseite der trapezförmigen Rillenbereiche 60, 62, 64, 66 und 68 fest. Radiale Zuführungsrillensegmente 20a, 20b, 20c, 20d und 20e der radialen Zuführungsrille 20 legen die linke Seite der trapezförmigen Rillenbereiche 60, 62, 64, 66 bzw. 68 fest. Radiale Zuführungsrillensegmente 22a, 22b, 22c, 22d und 22e der radialen Zuführungsrille 22 legen die rechte Seite der trapezförmigen Rillenbereiche 60, 62, 64, 66 bzw. 68 fest. Die Polierbereiche 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 (1) umfassen alle eine Reihe von trapezförmigen Rillenbereichen, die zu parallelen Basisrillen beabstandet sind. Zum Aufnehmen der Form eines kreisförmigen Polierkissens 10 oder einer kreisförmigen Sektorform der Polierbereiche 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 werden trapezförmige Rillenbereiche häufig geschnitten, um die Außenkante 18 oder die kreisförmige Rille 36 aufzunehmen.
  • Die trapezförmigen Rillenbereiche 60, 62, 64, 66 und 68 stellen alle nicht-gleichschenklige trapezförmige Bereiche dar, wobei die radialen Seitensegmente verschiedene Längen aufweisen. Da diese Rillenstruktur eine Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums aufweist, sind die radialen Zuführungsrillensegmente 20a, 20b, 20c, 20d und 20e länger als die radialen Zuführungssegmente 22a, 22b, 22c, 22d bzw. 22e. Zusätzlich zu jedem trapezförmigen Rillenbereich, der ein nicht-gleichschenkliges Trapez darstellt, legt auch der Umfang der gestapelten trapezförmigen Bereiche, wie z.B. der Umfang der trapezförmigen Bereiche 60 und 62 und der Umfang der trapezförmigen Bereiche 60, 62 und 64, ein nicht-gleichschenkliges Trapez fest. Der trapezförmige Bereich 70 angrenzend an die kreisförmige Rille 36 weist einen Abschnitt auf, der entfernt ist, um die kreisförmige Rille 36 aufzunehmen. Entsprechend weisen die trapezförmigen Rillenbereiche 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 und 98 der benachbarten Außenkante 18 alle entfernte Abschnitte auf, um die Kreisform der Außenkante 18 des Polierkissens 10 aufzunehmen. Das Drehen des Polierkissens leitet gebrauchtes Polierfluid durch einen Abschnitt der Reihe von geneigten Rillen benachbart zu den trapezförmigen Rillenbereichen 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 und 98 über die Außenkante 18 des Polierkissens 10, so dass ein Fließen von neuem Polierfluid unter den Wafer ermöglicht wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 1A halbiert die gestrichelte Linie AA den Polierbereich 40 durch Verbinden des Zentrums 16 mit dem Mittelpunkt des Umfangsbogens 19 der Außenkante 18. Die Basisschenkel von beabstandeten trapezförmigen Rillenbereichen 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94 und 96 schneiden die Linie AA bei einem Winkel θ. Für die Zwecke dieser Beschreibung ist der Winkel θ der obere rechte Winkel, wenn sich das Zentrum oben befindet und sich die Außenkante an der Unterseite befindet-wie es in den 1A und 2A gezeigt ist. Vorzugsweise beträgt der Winkel θ 20 bis 85° für einwärts geneigte Rillen. Mehr bevorzugt beträgt der Winkel θ 30 bis 80° für einwärts geneigte Rillen. Die radiale Zuführungsrille 20 schneidet die trapezförmigen Rillenbereiche 60, 62, 64, 66 und 68 bei dem Winkel α1 . Die radiale Zuführungsrille 22 schneidet die trapezförmigen Rillenbereiche 60, 62, 64, 66 und 68 bei dem Winkel β1 . Für die einwärts geneigten trapezförmigen Rillenbereiche 60, 62, 64, 66 und 68 ist der Winkel α1 kleiner als der Winkel β1 .
  • Unter Bezugnahme auf die 1B sind die Polierbereiche 60, 62, 64, 66 und 68 eine Reihe von beabstandeten nicht-gleichschenkligen trapezförmigen Rillenstrukturen. Die trapezförmigen Rillenstrukturen weisen parallele Basissegmente 160, 162, 164, 166, 168 und 170 auf, die zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen 20 und 22 zur Bildung von Schenkelsegmenten 20a, 20b, 20c, 20d und 20e und 22a, 22b, 22c, 22d bzw. 22e aufweisen. Die Basissegmente 160, 162, 164, 166, 168 und 170 schneiden jedes der Schenkelsegmente (20a, 20b, 20c, 20d und 20e) und (22a, 22b, 22c, 22d und 22e) bei anderen Winkeln. Die Reihe von nicht-gleichschenkligen trapezförmigen Rillenstrukturen erstreckt sich von angrenzend an die Außenkante in die Richtung des Zentrums des Polierkissens. Der Umfang der Reihe von trapezförmigen Strukturen 60, 62, 64, 66 und 68 ist ebenfalls ein Trapez.
  • Die Drehung des Polierkissens bewegt das Polierfluid durch die Basissegmente 160, 162, 164, 166, 168 und 170 und die Schenkelsegmente (20a, 20b, 20c, 20d und 20e) und (22a, 22b, 22c, 22d und 22e) in die Richtung der Außenkante des Polierkissens. Zusätzlich zu der Auswärtsbewegung bewegt sich das Polierfluid in die Richtung des Wafers für eine Drehung im Uhrzeigersinn des Polierkissens und auch weg von dem Wafer für eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn des Polierkissens. Die Bewegung des Polierfluids in die Richtung des Wafers vermindert die Verweilzeit für eine Aufschlämmung unter dem Wafer und die Bewegung weg von dem Wafer erhöht die Verweilzeit für die Aufschlämmung unter dem Wafer. Beispielsweise kann eine Einwärtsneigung die Verweilzeit für die Plattendrehung im Gegenuhrzeigersinn erhöhen. Vorzugsweise weisen alle Polierbereiche die gleiche Neigung auf.
  • Unter Bezugnahme auf die 1C verteilt sich das Polierfluid während der Drehung auf dem rotierenden Polierkissen und in die radiale Zuführungsrille 22 (22a, 22b und 22c) und die Reihe von geneigten Rillen 160, 161, 162 und 163. Zentrifugalkräfte bewegen das Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens durch die radiale Zuführungsrille 22 (22a, 22b und 22c) und die Reihe von geneigten Rillen 160, 161, 162 und 163 in der Richtung der Pfeile. Darüber hinaus bewegt sich das Polierfluid auswärts durch Überfließen der Außenwände 160a, 161a, 162a und 163a, so dass die gestuften Flächen 60a, 61a, 62a bzw. 63a benetzt werden. Dann fließt das Polierfluid in die inneren Wände 161b und 160b von nachfolgenden geneigten Rillen 160 bzw. 162 (andere geneigte Rillen, die nicht sichtbar sind, und Innenwände, die nicht sichtbar sind, für das Fließen entlang der gestuften Flächen 60a und 61a). Fließpfeile an der Innenwand 160b und der Außenwand 160a zeigen das Fließen von Polierfluid in die einwärts geneigte Rille 160 und aus dieser heraus. Typischerweise sind die geneigten Rillen 160 und 162 nicht mit den geneigten Rillen 161 und 163 ausgerichtet. Diese fehlende Ausrichtung von geneigten Rillen zwischen benachbarten Polierbereichen erleichtert das Hinabfließen entlang der radialen Zuführungsrille 22 für eine verbesserte Aufschlämmungsverteilung. In alternativen Ausführungsformen können geneigte Rillen von benachbarten Polierbereichen ausgerichtet werden. Das Drücken und Drehen des Wafers gegen das rotierende Polierkissen für eine Mehrzahl von Drehungen entfernt mindestens eine Komponente des Wafers mit Podestflächen 60a, 61a, 62a und 63a, die alle durch das überfließende Polierfluid benetzt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 bis 1C enthält das Polierkissen 10 vorzugsweise mindestens 20 einwärts geneigte Rillen, wie z.B. 160, 162, 164, 166, 168 und 170 in jedem Polierbereich 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54. Diese einwärts geneigten Rillen stellen Rillensegmente dar, die eine Verbindung zwischen benachbarten radialen Zuführungsrillen herstellen, und sie bilden eine Kombination zur Erhöhung der Aufschlämmungsverweilzeit unter einem Wafersubstrat bei einer Plattendrehung im Gegenuhrzeigersinn. Mehr bevorzugt enthält das Polierkissen 10 20 bis 1000 einwärts geneigte Rillen in jedem Polierbereich 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54. Insbesondere enthält das Polierkissen 10 20 bis 500 einwärts geneigte Rillen in jedem Polierbereich 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54.
  • Typischerweise weist das Polierkissen 10 mindestens das 15-fache von gesamten einwärts geneigten Rillen, wie z.B. 160, 162, 164, 166, 168 und 170, bezogen auf gesamte radiale Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 (8) auf. Beispielsweise kann das 20- bis 1000-fache von gesamten einwärts geneigten Rillen bezogen auf gesamte radiale Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 (8) auf dem Polierkissen 10 vorliegen. Vorzugsweise kann das 20- bis 500-fache von gesamten einwärts geneigten Rillen bezogen auf gesamte radiale Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 (8) auf dem Polierkissen 10 vorliegen.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und 2A ist das Polierkissen 210 der Erfindung zum Polieren oder Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet. Die Polierschicht 212 weist eine polymere Matrix und eine Dicke 214 auf. Die Polierschicht 212 umfasst ein Zentrum 216, eine Außenkante 218 und einen Radius (r), der sich vom Zentrum 216 zur Außenkante 218 erstreckt. Vorzugsweise bleibt der Wafer an einer Position entlang des Radius r vom Zentrum 216 des Polierkissens 210 näher an der Außenkante 218 des Polierkissens als am Zentrum 216 des Polierkissens 210 positioniert, um die Entfernungsgeschwindigkeit mindestens einer Komponente des Wafers zu erhöhen. Radiale Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 gehen vom Zentrum 216 oder von einer optionalen kreisförmigen Rille 236 aus. Radiale Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 trennen die Polierschicht 212 in Polierbereiche 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254. Insbesondere bilden zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen, wie z.B. 220 und 222, eine Kombination mit dem Umfangsbogen 219 der Außenkante 218, so dass der Polierbereich 240 festgelegt wird. Der Polierbereich 240 weist einschließlich der Polierbereiche 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254 die Form eines kreisförmigen Sektors auf, wobei ein kleiner kreisförmiger Sektor am Zentrum 216 entfernt ist. Die radialen Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 erstrecken sich vorzugsweise mindestens von der kreisförmigen Rille 236 angrenzend an das Zentrum 216 zu der oder angrenzend an die Außenkante 18.
  • Unter Bezugnahme auf die 2A und 2B umfasst der Polierbereich 240 eine Reihe von gestapelten trapezförmigen Rillenbereichen 260, 262, 264, 266 und 268. Der Polierbereich 240 stellt einen kreisförmigen Sektor des Polierkissens 210 (2) dar, wobei der Zentrumsbereich rillenfrei ist. Parallele lineare Rillen oder parallele Basisrillen 360, 362, 364, 366, 368 und 370 legen die Oberseite und die Unterseite der trapezförmigen Rillenbereiche 260, 262, 264, 266 und 268 fest. Die radialen Zuführungsrillensegmente 220a, 220b, 220c, 220d und 220e der radialen Zuführungsrille 220 legen die linke Seite der trapezförmigen Rillenbereiche 260, 262, 264, 266 bzw. 268 fest. Die radialen Zuführungsrillensegmente 222a, 222b, 222c, 222d und 222e der radialen Zuführungsrille 222 legen die rechte Seite der trapezförmigen Rillenbereiche 260, 262, 264, 266 bzw. 268 fest. Die Polierbereiche 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254 (2) umfassen alle eine Reihe von trapezförmigen Rillenbereichen, die von parallelen Basisrillen beabstandet sind. Zum Anpassen an die Form eines kreisförmigen Polierkissens 210 oder einer kreisförmigen Sektorform der Polierbereiche 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254 werden die trapezförmigen Rillenbereiche für eine Anpassung an die Außenkante 218 oder die kreisförmige Rille 236 häufig geschnitten.
  • Die trapezförmigen Rillenbereiche 260, 262, 264, 266 und 268 stellen alle nichtgleichschenklige trapezförmige Bereiche dar, wobei die radialen Seitensegmente verschiedene Längen aufweisen. Da diese Rillenstruktur eine Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante 218 aufweist, sind die radialen Zuführungsrillensegmente 220a, 220b, 220c, 220d und 220e länger als die radialen Zuführungsrillensegmente 222a, 222b, 222c, 222d bzw. 222e. Zusätzlich zu jedem trapezförmigen Rillenbereich, der ein nicht-gleichschenkliges Trapez darstellt, legen der Umfang der gestapelten trapezförmigen Bereiche, wie z.B. der Umfang der trapezförmigen Bereiche 260 und 262, und der Umfang der trapezförmigen Bereiche 260, 262 und 264, ebenfalls ein nicht-gleichschenkliges Trapez fest. Der trapezförmige Bereich 270 angrenzend an die kreisförmige Rille 236 weist zur Anpassung an die kreisförmige Rille 236 einen entfernten Abschnitt auf. Entsprechend weisen alle trapezförmigen Rillenbereiche 280, 282, 284, 286, 288, 290, 292, 294 und 296 angrenzend an die Außenkante 218 zur Aufnahme der Kreisform der Außenkante 218 des Polierkissens 210 entfernte Abschnitte auf. Das Drehen des Polierkissens leitet gebrauchtes Polierfluid durch einen Abschnitt der Reihe von geneigten Rillen angrenzend an die trapezförmigen Rillenbereiche 280, 282, 284, 286, 288, 290, 292, 294 und 296 über die Außenkante 218 des Polierkissens 210, so dass neues Polierfluid unter den Wafer fließen kann.
  • Unter Bezugnahme auf die 2A halbiert die gestrichelte Linie AA den Polierbereich 240 durch Verbinden des Zentrums 216 mit dem Mittelpunkt des Umfangsbogens 219 der Außenkante 218. Die Basisschenkel der beabstandeten trapezförmigen Rillenbereiche 280, 282, 284, 286, 288, 290 und 292 schneiden die Linie AA bei einem Winkel θ. Für die Zwecke der Beschreibung ist der Winkel θ der obere rechte Winkel, wenn sich das Zentrum auf der Oberseite befindet und sich die Außenkante auf der Unterseite befindet - wie es in den 1A und 2A gezeigt ist. Vorzugsweise beträgt der Winkel θ 95 bis 160° für auswärts geneigte Rillen. Mehr bevorzugt beträgt der Winkel θ 100 bis 150° für auswärts geneigte Rillen. Die radiale Zuführungsrille 220 schneidet die trapezförmigen Rillenbereiche 260, 262, 264, 266 und 268 bei einem Winkel α2 . Die radiale Zuführungsrille 222 schneidet die trapezförmigen Rillenbereiche 260, 262, 264, 266 und 268 bei einem Winkel β2 . Für die auswärts geneigten trapezförmigen Rillenbereiche 260, 262, 264, 266 und 268 ist der Winkel α2 größer als der Winkel β2 .
  • Unter Bezugnahme auf die 2B handelt es sich bei den Polierbereichen 260, 262, 264, 266 und 268 um eine Reihe von beabstandeten nicht-gleichschenkligen trapezförmigen Rillenstrukturen. Die trapezförmigen Rillenstrukturen weisen parallele Basissegmente 360, 362, 364, 366, 368 und 370 auf, die zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen 220 und 222 verbinden, so dass die Schenkelsegmente 220a, 220b, 220c, 220d und 220e sowie 222a, 222b, 222c, 222d bzw. 222e gebildet werden. Die Basissegmente 360, 362, 364, 366, 368 und 370 schneiden jedes der Schenkelsegmente (220a, 220b, 220c, 220d und 220e) und (222a, 222b, 222c, 222d und 222e) bei anderen Winkeln. Die Reihe von nicht-gleichschenkligen trapezförmigen Rillenstrukturen erstreckt sich von angrenzend an die Außenkante in die Richtung des Zentrums des Polierkissens. Der Umfang der Reihe von trapezförmigen Strukturen 260, 262, 264, 266 und 268 ist ebenfalls ein Trapez.
  • Die Drehung des Polierkissens bewegt das Polierfluid durch die Basissegmente 360, 362, 364, 366, 368 und 370 und die Schenkelsegmente (220a, 220b, 220c, 220d und 220e) und (222a, 222b, 222c, 222d und 222e) in die Richtung der Außenkante des Polierkissens. Zusätzlich zu der Auswärtsbewegung bewegt sich das Polierfluid in die Richtung des Wafers für eine Drehung des Polierkissens im Uhrzeigersinn und auch weg von dem Wafer für eine Drehung des Polierkissens im Gegenuhrzeigersinn. Die Bewegung des Polierfluids in die Richtung des Wafers vermindert die Verweilzeit für die Aufschlämmung unter dem Wafer und die Bewegung weg von dem Wafer erhöht die Verweilzeit für die Aufschlämmung unter dem Wafer. Beispielsweise kann eine Auswärtsneigung die Verweilzeit für eine Plattendrehung im Gegenuhrzeigersinn vermindern. Vorzugsweise weisen alle Polierbereiche dieselbe Neigung auf.
  • Unter Bezugnahme auf die 2C verteilt sich das Polierfluid während der Drehung auf dem rotierenden Polierkissen und in die radiale Zuführungsrille 222 (222a, 222b und 222c) und die Reihe von geneigten Rillen 360, 361, 362 und 163. Zentrifugalkräfte bewegen das Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens durch die radiale Zuführungsrille 222 (222a, 222b und 222c) und die Reihe von geneigten Rillen 360, 361, 362 und 363 in die Richtung der Pfeile. Darüber hinaus bewegt sich das Polierfluid auswärts durch Überfließen der Außenwände 360a, 361a, 362a und 363a, so dass die Podestflächen 260a, 261a, 262a bzw. 263a benetzt werden. Dann fließt das Polierfluid in die Innenwände 361b und 360b von nachfolgenden geneigten Rillen 360 bzw. 362 (andere geneigte Rillen, die nicht sichtbar sind, und Innenwände, die nicht sichtbar sind, für das Fließen entlang der Podestflächen 60a und 61a). Fließpfeile an der Innenwand 360b und der Außenwand 360a zeigen das Fließen des Polierfluids in die auswärts geneigte Rille 360 und aus dieser heraus. Typischerweise sind die geneigten Rillen 360 und 362 nicht mit den geneigten Rillen 361 und 363 ausgerichtet. Diese fehlende Ausrichtung der geneigten Rillen zwischen benachbarten Polierbereichen erleichtert das Hinabfließen entlang der radialen Zuführungsrille 222 für eine verbesserte Aufschlämmungsverteilung. In alternativen Ausführungsformen können geneigte Rillen von benachbarten Polierbereichen ausgerichtet werden. Das Drücken und Drehen des Wafers gegen das rotierende Polierkissen für eine Mehrzahl von Drehungen entfernt mindestens eine Komponente des Wafers mit Podestflächen 260a, 261a, 262a und 263a, die alle durch das überfließende Polierfluid benetzt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 bis 2C enthält das Polierkissen 210 vorzugsweise mindestens 20 auswärts geneigte Rillen, wie z.B. 260, 262, 264, 266, 268 und 270, in jedem Polierbereich 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254. Diese auswärts geneigten Rillen stellen Rillensegmente dar, die eine Verbindung zwischen benachbarten radialen Zuführungsrillen herstellen, und sie bilden eine Kombination zum Vermindern der Aufschlämmungsverweilzeit unter einem Wafersubstrat bei einer Plattendrehung im Gegenuhrzeigersinn. Mehr bevorzugt enthält das Polierkissen 210 20 bis 1000 auswärts geneigte Rillen in jedem Polierbereich 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254. Insbesondere enthält das Polierkissen 210 20 bis 500 auswärts geneigte Rillen in jedem Polierbereich 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254.
  • Typischerweise weist das Polierkissen 210 mindestens das 15-fache der gesamten auswärts geneigten Rillen, wie z.B. 360, 362, 364, 166, 368 und 370, bezogen auf die gesamten radialen Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 (8) auf. Beispielsweise kann das 20- bis 1000-fache von gesamten auswärts geneigten Rillen bezogen auf die gesamten radialen Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 (8) auf dem Polierkissen 210 vorliegen. Vorzugsweise kann das 20- bis 500-fache von gesamten auswärts geneigten Rillen bezogen auf die gesamten radialen Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 (8) auf dem Polierkissen 210 vorliegen.
  • Unter Bezugnahme auf die 3 und 3A zeigen Aufschlämmungsfließvektoren, wie die Zentrifugalbewegung des Polierkissens zu einer Auswärtsbewegung des Polierfluids durch die geneigten Rillen 3-3 und 3a-3a führt. Pfeile zeigen eine Plattendrehung in die Richtung des Gegenuhrzeigersinns, wobei DP einen typischen Aufschlämmungstropfpunkt darstellt. Der Aufschlämmungsvektor schneidet an dem Punkt W, der einen Aufschlämmungsfließpunkt unter einem Wafer darstellt. In dem Fall einer einwärts geneigten Rille (3) stellt Vib die Auswärtsgeschwindigkeit des Polierfluids durch eine einwärts geneigte Rille 3-3 dar und VN stellt das Aufschlämmungsfließen senkrecht zur einwärts geneigten Rille 3-3 dar. Das resultierende Aufschlämmungsfließen VT oder die Gesamtgeschwindigkeit wird in Bezug auf den Wafer niedriger, so dass die Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer erhöht wird. In dem Fall einer auswärts geneigten Rille (3A) stellt Vob die Auswärtsgeschwindigkeit des Polierfluids durch eine auswärts geneigte Rille 3a-3a dar und VN stellt das Aufschlämmungsfließen senkrecht zu der einwärts geneigten Rille 3a-3a dar. Das resultierende Aufschlämmungsfließen VT oder die Gesamtgeschwindigkeit wird in Bezug auf den Wafer höher, so dass die Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer vermindert wird. Durch diese Rillenkonfiguration liegt eine Kombination aus Plattengeschwindigkeit und Neigungswinkel vor, welche die Verweilzeit des Polierfluids steuert bzw. einstellt.
  • Unter Bezugnahme auf die 4 weist das Polierkissen mit Einwärtsneigung 400 drei Polierbereiche 402, 404 und 406 auf. Radiale Zuführungsrillen 408, 410 und 412 teilen das Polierkissen 400 in die Polierbereiche 402, 404 und 406 mit der gleichen Größe auf, die um 120 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 100 Grad, 100 Grad und 160 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in drei verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 100 Grad, 120 Grad und 140 Grad. Wenn sich das Polierkissen 400 dreht, überstreichen die langen geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 408, 410 und 412 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 4A weist das Polierkissen mit Auswärtsneigung 450 drei Polierbereiche 452, 454 und 456 auf. Radiale Zuführungsrillen 458, 460 und 462 teilen das Polierkissen 450 in die Polierbereiche 452, 454 und 456 mit der gleichen Größe auf, die um 120 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 100 Grad, 100 Grad und 160 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in drei verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 100 Grad, 120 Grad und 140 Grad. Wenn sich das Polierkissen 450 dreht, überstreichen die langen geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 458, 460 und 462 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 5 weist das Polierkissen mit Einwärtsneigung 500 vier Polierbereiche 502, 504, 506 und 508 auf. Radiale Zuführungsrillen 510, 512, 514 und 516 teilen das Polierkissen 500 in die Polierbereiche 502, 504, 506 und 508 mit der gleichen Größe auf, die um 90 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 80 Grad, 100 Grad, 80 Grad und 100 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in vier verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 70 Grad, 110 Grad, 80 Grad und 100 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 500 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 510, 512, 514 und 516 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 5A weist das Polierkissen mit Auswärtsneigung 550 vier Polierbereiche 552, 554, 556 und 558 auf. Radiale Zuführungsrillen 560, 562, 564 und 566 teilen das Polierkissen 550 in die Polierbereiche 552, 554, 556 und 558 mit der gleichen Größe auf, die um 90 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 80 Grad, 100 Grad, 80 Grad und 100 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in vier verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 70 Grad, 80 Grad, 100 Grad und 110 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 550 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 560, 562, 564 und 566 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 6 weist das Polierkissen mit Einwärtsneigung 600 fünf Polierbereiche 602, 604, 606, 608 und 610 auf. Radiale Zuführungsrillen 612, 614, 616, 618 und 620 teilen das Polierkissen 600 in die Polierbereiche 602, 604, 606, 608 und 610 mit der gleichen Größe auf, die um 72 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 60 Grad, 90 Grad, 60 Grad, 90 Grad und 60 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in fünf verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 52 Grad, 62 Grad, 72 Grad, 82 Grad und 92 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 600 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird, und zusätzliche radiale Zuführungsrillen erleichtern die Verteilung des Polierfluids. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 612, 614, 616, 618 und 620 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 6A weist das Polierkissen mit Auswärtsneigung 650 fünf Polierbereiche 652, 654, 656, 658 und 660 auf. Radiale Zuführungsrillen 662, 664, 666, 668 und 670 teilen das Polierkissen 650 in die Polierbereiche 652, 654, 656, 658 und 660 mit der gleichen Größe auf, die um 72 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 60 Grad, 90 Grad, 60 Grad, 90 Grad und 60 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in fünf verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 52 Grad, 62 Grad, 72 Grad, 82 Grad und 92 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 650 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird, und zusätzliche radiale Zuführungsrillen erleichtern die Verteilung des Polierfluids. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 662, 664, 666, 668 und 670 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 7 weist das Polierkissen mit Einwärtsneigung 700 sechs Polierbereiche 702, 704, 706, 708, 710 und 712 auf. Radiale Zuführungsrillen 714, 716, 718, 720, 722 und 724 teilen das Polierkissen 700 in die Polierbereiche 702, 704, 706, 708, 710 und 712 mit der gleichen Größe auf, die um 60 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 50 Grad, 70 Grad, 50 Grad, 70 Grad, 50 Grad und 70 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in sechs verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 30 Grad, 40 Grad, 50 Grad, 70 Grad, 80 Grad und 90 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 700 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird, und zusätzliche radiale Zuführungsrillen erleichtern die Verteilung des Polierfluids. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 714, 716, 718, 720, 722 und 724 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 7A weist das Polierkissen mit Auswärtsneigung 750 sechs Polierbereiche 752, 754, 756, 758, 760 und 762 auf. Radiale Zuführungsrillen 764, 766, 768, 770, 772 und 774 teilen das Polierkissen 750 in die Polierbereiche 752, 754, 756, 758, 760 und 762 mit der gleichen Größe auf, die um 60 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 50 Grad, 70 Grad, 50 Grad, 70 Grad, 50 Grad und 70 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in sechs verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 30 Grad, 40 Grad, 50 Grad, 70 Grad, 80 Grad und 90 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 750 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird, und zusätzliche radiale Zuführungsrillen erleichtern die Verteilung des Polierfluids. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 764, 766, 768, 770, 772 und 774 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 weist das Polierkissen mit Einwärtsneigung 10 acht Polierbereiche 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 auf. Radiale Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 teilen das Polierkissen 10 in die Polierbereiche 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 mit der gleichen Größe auf, die um 45 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 35 Grad, 55 Grad, 35 Grad, 55 Grad, 35 Grad, 55 Grad, 35 Grad und 55 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in acht verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 25 Grad, 30 Grad, 35 Grad, 40 Grad, 50 Grad, 55 Grad, 60 Grad und 65 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 10 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird, und zusätzliche radiale Zuführungsrillen erleichtern die Verteilung des Polierfluids. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird. Das Drehen des Polierkissens bringt den Wafer abwechselnd in den Zustand, bei dem er sich über einer radialen Zuführungsrille befindet und bei dem er sich über zwei radialen Zuführungsrillen befindet.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 weist das Polierkissen mit Auswärtsneigung 210 acht Polierbereiche 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254 auf. Radiale Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 teilen das Polierkissen 210 in die Polierbereiche 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252 und 254 mit der gleichen Größe auf, die um 45 Grad getrennt sind. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in zwei Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 35 Grad, 55 Grad, 35 Grad, 55 Grad, 35 Grad, 55 Grad, 35 Grad und 55 Grad. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Polierbereiche in acht verschiedene Größen aufgeteilt werden, wie z.B. 25 Grad, 30 Grad, 35 Grad, 40 Grad, 50 Grad, 55 Grad, 60 Grad und 65 Grad. Ferner kann die Reihenfolge der Polierbereiche verändert werden. Wenn sich das Polierkissen 210 dreht, überstreichen die geneigten Rillen den Wafer, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit verbessert wird, und zusätzliche radiale Zuführungsrillen erleichtern die Verteilung des Polierfluids. Bei dieser Ausführungsform ist es für die radialen Zuführungsrillen 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 bevorzugt, dass sie einen größeren Querschnitt aufweisen als die geneigten Rillen, so dass die Verteilung des Polierfluids verbessert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 8 und 8A kann das Krümmen der geneigten Rillen 810 und 860 der Polierkissen 800 bzw. 850 ein einheitliches Fließen des Polierfluids über Rillenpodestflächen erleichtern. Die Polierkissen 800 und 850 weisen auswärts geneigte Rillen 810 und 860 auf. Wenn sich die Polierkissen 800 und 850 drehen, fließt das Polierfluid aus den Rillen 810 und 860 in die Richtung der Außenkante 812 und 862. In den Rillen 810 und 860 vermindert sich die Auswärtsneigung der Rillen nach außen, wobei dies die Auswärtsgeschwindigkeit vermindert und das Benetzen der Podestflächen durch das Polierfluid in der Richtung des Endes der Rillen 810 und 860 während einer Drehung sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn erleichtert.
  • Für diese Konfigurationen und für die Zwecke der Beschreibung ist der Neigungswinkel θ mit dem durchschnittlichen Winkel der gekrümmten geneigten Rillen Bezug auf die Halbierungslinie identisch, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Ein Verfahren zum Messen des Neigungswinkels, wie es in der 8 gezeigt ist, besteht darin, eine gedachte Linie 8-8 zu zeichnen, die benachbarte radiale Zuführungsrillen 820 und 830 entlang einer einzelnen gekrümmten geneigten Rille verbindet, und dann den Schnittwinkel (θ) oder den Neigungswinkel mit der gestrichelten Halbierungslinie B8 zu berechnen. Entsprechend verbindet bei der 8A die gedachte Linie 8a-8a benachbarte radiale Zuführungsrillen 870 und 872 entlang einer einzelnen gekrümmten geneigten Rille und dann wird der Schnittwinkel mit der gestrichelten Halbierungslinie B8a gemessen, der mit dem Neigungswinkel θ identisch ist. Es ist wichtig, dass mindestens ein Hauptteil jedes gekrümmten Neigungssegments entweder einen Einwärtswinkel oder einen Auswärtswinkel aufweist. Vorzugsweise weist der Hauptteil der Neigungsrillen dieselbe Neigung auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim Vorliegen eines einwärts geneigten Rillenabschnitts mit einem auswärts geneigten Rillenabschnitt eine Tendenz dahingehend besteht, dass sich diese bezüglich der Entfernungsgeschwindigkeit gegenseitig aufheben. Vorzugsweise weisen alle Neigungssegmente entweder eine Einwärts- oder eine Auswärtsneigung auf.
  • Unter Bezugnahme auf die 9 weist das Polierkissen 900 gekrümmte radiale Zuführungsrillen 910, 912, 914 und 916 auf. Die Zuführungsrillen 910, 912, 914 und 916 sind im Gegenuhrzeigersinn gekrümmt, so dass das Fluidfließen für eine Drehung des Polierkissens 900 im Uhrzeigersinn verbessert wird. Diese Form verlangsamt das Auswärtsfließen des Polierfluids, so dass die Polierfluidverteilung zu den äußeren geneigten Rillen 920 während der Drehung im Uhrzeigersinn beschleunigt wird und das Auswärtsfließen verlangsamt wird, so dass die Polierfluidverteilung zu den äußeren geneigten Rillen 920 während der Drehung im Gegenuhrzeigersinn vermindert wird. Alternativ könnten die radialen Zuführungsrillen für den gegenteiligen Effekt in der Richtung im Uhrzeigersinn gekrümmt sein (nicht gezeigt). Diese Form vermindert das Auswärtsfließen des Polierfluids zur Verbesserung der Polierfluidverteilung zu den äußeren geneigten Rillen 920 während der Drehung im Gegenuhrzeigersinn und beschleunigt das Auswärtsfließen zum Vermindern der Polierfluidverteilung zu den äußeren geneigten Rillen 920 während der Drehung im Uhrzeigersinn.
  • Die Messung des Neigungswinkels für die 9 mit gekrümmten radialen Zuführungsrillen 914 und 916 erfordert das Zeichnen von gestrichelten radialen Linien Ra und Rb mit einer gedachten Halbierungslinie B9 , welche die gestrichelten radialen Linien Ra und Rb halbiert. Dies zeigt den Neigungswinkel θ für die auswärts geneigte Rille 930, welche die Halbierungslinie B9 schneidet. Die Sehnen Ra1 und Rb1 weisen dieselbe Länge auf und sind parallele radiale Linien Ra bzw. Rb. Eine gestrichelte Linie Ra1 -Rb1 verbindet Enden der Sehnen Ra1 und Rb1 und schneidet die Halbierungslinie B9 bei der geneigten Rille 930. Der Neigungswinkel für die Rille 930 ist der Winkel zwischen der Halbierungslinie B9 und der Rille 930 oder θ. Diese Ausführungsform weist ein konstantes θ entlang jeder geneigten Rille und über dem gesamten Polierbereich auf.
  • Unter Bezugnahme auf die 10 umfasst das Polierkissen 1000 gekrümmte radiale Zuführungsrillen 1010, 1012, 1014 und 1016 kombiniert mit auswärts geneigten gekrümmten Rillen 1020. Insbesondere umfasst diese Rillenstruktur gekrümmte radiale Zuführungsrillen 1010, 1012, 1014 und 1016 zum Feinabstimmen oder Feineinstellen des Polierfluids in der Nähe der Außenkante 1022 des Polierkissens 1000. Ferner dienen die auswärts geneigten gekrümmten Rillen 1020 dazu, das Fließen des Polierfluids auf einen Podestbereich innerhalb der Polierbereiche 1030, 1032 und 1034 ausgewogen zu gestalten.
  • Die Messung des Neigungswinkels für die 10 mit gekrümmten radialen Zuführungsrillen 1014 und 1016 erfordert das Zeichnen von gestrichelten radialen Linien Ra und Rb mit einer gedachten Halbierungslinie B10 , welche die gestrichelten radialen Linien Ra und Rb halbiert. Dies zeigt den Neigungswinkel θ für die auswärts geneigte Rille 1040, welche die Halbierungslinie B10 schneidet. Die Sehnen Ra1 und Rb1 weisen dieselbe Länge auf und sind parallele radiale Linien Ra bzw. Rb. Eine gestrichelte Linie Ra1 -Rb1 verbindet Enden der Sehnen Ra1 und Rb1 und schneidet die Halbierungslinie B9 bei der geneigten Rille 1040. Der Neigungswinkel für die Rille 1040 ist der Winkel zwischen der Halbierungslinie B10 und einer Linie, welche die Enden der Rille 1040 verbindet, oder θ. Diese Ausführungsform weist ein θ auf, das mit jeder geneigten Rille zunimmt, die weiter von dem Polierkissen 1000 entfernt ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 11, 11A und 11B umfasst das Polierkissen 1100 gestufte radiale Zuführungsrillen 1110, 1112, 1114 und 1116. Diese Form verlangsamt das Auswärtsfließen des Polierfluids, so dass die Polierfluidverteilung zu äußeren geneigten Rillen 1120, 1122 und 1124 während einer Drehung im Uhrzeigersinn verbessert wird und das Auswärtsfließen beschleunigt wird, so dass die Polierfluidverteilung zu äußeren geneigten Rillen 1120, 1122 und 1124 während einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn vermindert wird. Alternativ könnten die radialen Zuführungsrillen für den gegenteiligen Einfluss in der Richtung im Uhrzeigersinn gekrümmt sein (nicht gezeigt). Diese Form verlangsamt das Auswärtsfließen des Polierfluids zur Verbesserung der Polierfluidverteilung zu äußeren geneigten Rillen 1120, 1122 und 1124 während der Drehung im Gegenuhrzeigersinn und verlangsamt das Auswärtsfließen, so dass die Polierfluidverteilung zu äußeren geneigten Rillen 1120, 1122 und 1124 während einer Drehung im Uhrzeigersinn vermindert wird. Auswärts gekrümmte radiale geneigte Rillen 1120, radiale einwärts geneigte Rillen 1122 und parallele radial einwärts geneigte Rillen 1124 dienen alle zum Einstellen der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer und zur Feinabstimmung des Polierprofils. Darüber hinaus kann das Kantenprofil durch Einstellen der Platten- oder Waferdrehzahl eingestellt werden. Beispielsweise kann die Erhöhung der Platten- oder Waferdrehzahl ein schnelles Zentrumspolieren zu einem flachen Profil verändern. Dieser Effekt wird viel ausgeprägter, wenn der Wafer nicht zwischen dem Zentrum und der Kante des Polierkissens oszilliert.
  • Unter Bezugnahme auf die 11 verbindet die gedachte Linie 11-11 eine einzelne geneigte Rille. Der Winkel zwischen der gedachten Linie 11-11 und den radialen Zuführungsrillen 1114 und 1116 bei der Halbierungslinie B11-1 stellt θ1 oder den Neigungswinkel für den ersten Abschnitt des Polierbereichs dar. Dieser Abschnitt des Polierbereichs weist einen Neigungswinkel auf, der für jede geneigte Rille, die von dem Zentrum des Polierkissens beabstandet ist, abnimmt.
  • Der zweite Bereich erfordert das Zeichnen von radialen Linien Ra und Rb und von B11-2 , welche die radialen Linien Ra und Rb schneidet. Die radialen Sehnen Ra1 und Rb1 weisen dieselbe Länge auf und sind parallele radiale Linien Ra bzw. Rb. Die gestrichelte Linie B11-2 stellt die Halbierende dieser radialen Sehnen dar. Die gedachte Linie Ra1 -Rb1 verbindet Ra1 und Rb1 und verläuft durch den Schnittpunkt der geneigten Rille 1130 und der Halbierungslinie B11-2 . Der Schnittpunkt einer Linie, welche die Enden der geneigten Rille 1130 mit der Halbierungslinie B11-2 verbindet, stellt den Neigungswinkel oder θ2 dar. Dieser Abschnitt des Polierbereichs weist auch einen Neigungswinkel auf, der für jede geneigte Rille, die von dem Zentrum des Polierkissens beabstandet ist, abnimmt.
  • Unter Bezugnahme auf die 12 und 12A kann das Polierkissen 1200 eine Reihe von gestuften geneigten Rillen 1202 bzw. 1204 enthalten, die radiale Zuführungsrillen 1210, 1220, 1230 und 1240 verbinden. Die gestuften geneigten Rillen 1202 und 1204 weisen Segmente 1202a und 1202b und 1204, das die Segmente 1204a und 1204b aufweist, auf, die jeweils für Veranschaulichungszwecke durch eine gestrichelte Linie getrennt sind. Die 12 weist einwärts geneigte gestufte Rillen 1202 auf, die in gleiche Teile der Rillensegmente 1202a und 1202b getrennt sind. In dieser Konfiguration bewegt sich die Aufschlämmung zuerst mit einer geringen Neigung durch das Rillensegment 1202a und dann mit einer erhöhten Geschwindigkeit durch das Rillensegment 1202b mit einer stärkeren Schräge. Die 12A weist geneigte gestufte Rillen 1204 auf, die in ungleiche Teile von Rillensegmenten 1204a und1204b aufgeteilt sind. In dieser Konfiguration bewegt sich die Aufschlämmung zuerst mit einer starken Neigung durch das Rillensegment 1204a und dann mit einer verminderten Geschwindigkeit durch das Rillensegment 1204b mit einer geringeren Schräge. Der Segmentabstand und die Segmentschräge können zum Einstellen des Waferprofils und des Kantenprofils verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 13 umfasst das Polierkissen 1300 auswärts geneigte gestufte Rillen 1302, die benachbarte gestufte radiale Zuführungsrillen 1310, 1320 1330 und 1340 verbinden. Die gestuften geneigten Rillen 1302 weisen Segmente 1302a und 1202b auf, die jeweils für Veranschaulichungszwecke durch eine gestrichelte Linie getrennt sind. Die Position der Stufe und die Schräge an der Stufe sowohl für die radiale Zuführungsrille als auch die gestuften geneigten Rillen beeinflussen die Polierentfernungsgeschwindigkeit, das Waferprofil und das Kantenprofil.
  • Unter Bezugnahme auf die 14, 14A, 14B und 14C können Polierkissen zwei oder mehr Rillenbereiche mit verschiedenen Abständen oder verschiedenen Querschnittsflächen umfassen. Die 14, 14A, 14C umfassen alle einen einwärts beabstandeten Bereich mit drei Bereichen wie folgt: (a) Rillen mit einem ersten normalen Abstand, (b) Rillen mit einem erhöhten Abstand und (c) Rillen mit einem Abstand, der mit demjenigen des Bereichs (a) identisch ist. Dieser Rillenabstand ist zum Ausschließen von schnellen Zentrumswaferprofilen effektiv. Eine Feinabstimmung des Waferprofils ist durch Einstellen der Breite jedes Rillenbereichs und der Dichte von Rillen innerhalb jedes Rillenbereichs möglich. Das Einstellen des Rillenabstands weist einen besonderen Einfluss auf die Verbesserung des Waferkantenprofils auf. Wie es aus der 14 ersichtlich ist, können die geneigten Rillen parallele lineare Rillen, parallele gekrümmte Rillen oder gestufte Rillen sein. Diese Rillen können den gleichen Abstand oder einen ungleichen Abstand aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf die 15, 15A, 15B und 15C können Polierkissen zwei oder mehr Rillenbereiche mit verschiedenen Abständen oder verschiedene Querschnittsflächen enthalten. Die 15, 15A, 15B und 15C umfassen alle einen einwärts beabstandeten Bereich mit drei Bereichen wie folgt: (A) Rillen mit einem ersten erhöhten Abstand, (B) Rillen mit einem normalen Abstand und (C) Rillen mit einem Abstand, der mit demjenigen des Bereichs (A) identisch ist. Dieser Rillenabstand ist zum Ausschließen von langsamen Zentrumswaferprofilen effektiv. Eine Feinabstimmung des Waferprofils ist durch Einstellen der Breite jedes Rillenbereichs und der Dichte von Rillen innerhalb jedes Rillenbereichs möglich. Das Einstellen des Rillenabstands weist einen besonderen Einfluss auf die Verbesserung des Waferkantenprofils auf. Wie es aus der 15 ersichtlich ist, können die geneigten Rillen parallele lineare Rillen, parallele gekrümmte Rillen oder gestufte Rillen sein. Diese Rillen können den gleichen oder einen ungleichen Abstand aufweisen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 6120366 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Polieren oder Planarisieren eines Wafers aus mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Drehen eines Polierkissens, wobei das sich drehende Polierkissen eine Polierschicht mit einer polymeren Matrix und einer Dicke aufweist, wobei die Polierschicht ein Zentrum, eine Außenkante und einen Radius umfasst, der sich vom Zentrum zur Außenkante des Polierkissens erstreckt; radiale Zuführungsrillen in der Polierschicht, welche die Polierschicht in Polierbereiche aufteilen, wobei die Polierbereiche kreisförmige Sektoren sind, die durch zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen festgelegt sind, wobei sich die radialen Zuführungsrillen mindestens von einer Position angrenzend an das Zentrum zu einer Position angrenzend an die Außenkante erstrecken; und jeder Polierbereich eine Reihe von geneigten Rillen umfasst, die ein Paar von benachbarten radialen Zuführungsrillen verbinden, wobei ein Hauptteil der geneigten Rillen entweder eine Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des Polierkissens oder eine Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des Polierkissens aufweist, wobei sowohl die einwärts als auch die auswärts geneigten Rillen Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens und entweder in die Richtung des Wafers oder weg vom Wafer abhängig von der Einwärtsneigung oder der Auswärtsneigung und der Drehrichtung des Polierkissens bewegen; Verteilen des Polierfluids auf dem sich drehenden Polierkissen und in die radialen Zuführungsrillen und die Reihe von geneigten Rillen; und Drücken und Drehen des Wafers gegen das sich drehende Polierkissen für eine Mehrzahl von Umdrehungen des Polierkissens zum Einstellen des Polierens durch Auswählen entweder i) des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Gegenuhrzeigersinn, oder ii) des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Uhrzeigersinn.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Wafer an einer Position entlang des Radius von dem Zentrum des Polierkissens näher an der Außenkante des Polierkissens als an dem Zentrum des Polierkissens positioniert bleibt, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit mindestens einer Komponente des Wafers erhöht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Drehen des Polierkissens gebrauchtes Polierfluid durch einen Abschnitt der Reihe von geneigten Rillen über die Außenkante des Polierkissens leitet, so dass ein Fließen von neuem Polierfluid unter den Wafer ermöglicht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Reihe von geneigten Rillen parallele Rillen darstellen, welche die Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer erhöhen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Reihe von geneigten Rillen parallele Rillen darstellen, welche die Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer vermindern.
  6. Verfahren zum Polieren oder Planarisieren eines Wafers aus mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Drehen eines Polierkissens, wobei das sich drehende Polierkissen eine Polierschicht mit einer polymeren Matrix und einer Dicke aufweist, wobei die Polierschicht ein Zentrum, eine Außenkante und einen Radius umfasst, der sich vom Zentrum zur Außenkante des Polierkissens erstreckt; radiale Zuführungsrillen in der Polierschicht, welche die Polierschicht in Polierbereiche aufteilen, wobei die Polierbereiche kreisförmige Sektoren sind, die durch zwei benachbarte radiale Zuführungsrillen festgelegt sind, wobei eine Halbierungslinie die Polierbereiche halbiert, wobei sich die radialen Zuführungsrillen mindestens von einer Position angrenzend an das Zentrum zu einer Position angrenzend an die Außenkante erstrecken; und jeder Polierbereich eine Reihe von geneigten Rillen umfasst, die ein Paar von benachbarten radialen Zuführungsrillen verbinden, wobei ein Hauptteil der geneigten Rillen entweder eine Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des Polierkissens bei einem Winkel von 20° bis 85° von der Halbierungslinie oder eine Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des Polierkissens bei einem Winkel von 95° bis 160° von der Halbierungslinie aufweist, wobei sowohl die einwärts als auch die auswärts geneigten Rillen Polierfluid in die Richtung der Außenkante des Polierkissens und entweder in die Richtung des Wafers oder weg vom Wafer abhängig von der Einwärtsneigung oder der Auswärtsneigung und der Drehrichtung des Polierkissens bewegen; Verteilen des Polierfluids auf dem sich drehenden Polierkissen und in die radialen Zuführungsrillen und die Reihe von geneigten Rillen; und Drücken und Drehen des Wafers gegen das sich drehende Polierkissen für eine Mehrzahl von Umdrehungen des Polierkissens zum Einstellen des Polierens durch Auswählen entweder i) des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Gegenuhrzeigersinn, oder ii) des Verminderns der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Einwärtsneigung in die Richtung des Zentrums des sich drehenden Polierkissens oder des Erhöhens der Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer für die Reihe von geneigten Rillen mit Auswärtsneigung in die Richtung der Außenkante des sich drehenden Polierkissens während der Drehung des Polierkissens im Uhrzeigersinn.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Wafer an einer Position entlang des Radius von dem Zentrum des Polierkissens näher an der Außenkante des Polierkissens als an dem Zentrum des Polierkissens positioniert bleibt, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit mindestens einer Komponente des Wafers erhöht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Drehen des Polierkissens gebrauchtes Polierfluid durch einen Abschnitt der Reihe von geneigten Rillen über die Außenkante des Polierkissens leitet, so dass ein Fließen von neuem Polierfluid unter den Wafer ermöglicht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Reihe von geneigten Rillen parallele Rillen darstellen, welche die Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer erhöhen.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Reihe von geneigten Rillen parallele Rillen darstellen, welche die Verweilzeit des Polierfluids unter dem Wafer vermindern.
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