DE102022122010A1 - Komprimierbares, nicht-netzförmiges polyharnstoff-polierkissen - Google Patents

Komprimierbares, nicht-netzförmiges polyharnstoff-polierkissen Download PDF

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Matthew R. Gadinski
Joseph So
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Abstract

Die Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleiter-, optischen, magnetischen oder elektromechanischen Substraten geeignet ist. Es umfasst eine Polyharnstoff-Polierschicht und eine Polyharnstoff-Matrix. Der Polyharnstoff weist ein weiches Segment auf, das ein Copolymer aus aliphatischen fluorfreien Polymergruppen und einem Fluorkohlenstoff mit einer Länge von mindestens sechs Kohlenstoffatomen ist. Die Polyharnstoff-Matrix ist mit einem Aushärtungsmittel ausgehärtet worden und umfasst gas- oder flüssigkeitsgefüllte polymere Mikroelemente. Die Polyharnstoff-Matrix weist einen Massenbereich und einen Übergangsbereich angrenzend an den Massenbereich, der sich zu der Polierschicht erstreckt, auf. Die Dicke der polymeren Mikroelemente in dem Übergangsbereich vermindert sich, wenn sie sich der Polierschicht annähern, wobei die Dicke der komprimierten Mikroelemente angrenzend an die Polierschicht weniger als fünfzig Prozent eines Durchmessers der polymeren Mikroelemente in dem Massenbereich beträgt. Die Polierschicht bleibt während des Polierens unter Scherbedingungen hydrophil.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) ist eine Variation eines Polierverfahrens, die zum Einebnen oder Planarisieren der Aufbauschichten eines integrierten Schaltkreises zum präzisen Aufbauen von dreidimensionalen Mehrschicht-Schaltkreisen verbreitet verwendet wird. Die zu polierende Schicht ist typischerweise ein Dünnfilm (weniger als 10000 Angström), der auf einem darunterliegenden Substrat abgeschieden worden ist. Das Ziel einer CMP ist die Entfernung von überschüssigem Material auf der Waferoberfläche zur Erzeugung einer extrem flachen Schicht mit einer einheitlichen Dicke, wobei sich die Einheitlichkeit über die gesamte Waferfläche erstreckt. Die Kontrolle bzw. Einstellung der Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate und die Einheitlichkeit der Entfernung sind von größter Bedeutung.
  • Die CMP nutzt eine Flüssigkeit, die häufig als Aufschlämmung bezeichnet wird, die Teilchen mit Nanogröße enthält. Diese wird auf die Oberfläche einer rotierenden Mehrschicht-Polymerlage oder eines Kissens, die bzw. das auf einer rotierenden Platte montiert ist, zugeführt. Wafer werden in bzw. auf einer getrennten Vorrichtung oder einem getrennten Träger montiert, die bzw. der eine separate Rotationseinrichtung aufweist, und mit einer kontrollierten bzw. eingestellten Belastung gegen die Oberfläche des Kissens gedrückt. Dies führt zu einer hohen Geschwindigkeit bzw. Rate einer Relativbewegung zwischen dem Wafer und dem Polierkissen (d.h., es liegt eine hohe Scherrate sowohl an der Substratoberfläche als auch an der Kissenoberfläche vor). Aufschlämmungsteilchen, die an der Kissen/Wafer-Verbindung eingeschlossen sind, tragen die Waferoberfläche ab, was zu einer Entfernung führt. Zum Kontrollieren bzw. Einstellen der Geschwindigkeit bzw. Rate, zum Verhindern eines Aquaplanings und zum effizienten Fördern der Aufschlämmung unter dem Wafer werden in die obere Oberfläche des Polierkissens verschiedene Texturarten eingebracht. Eine feine Textur wird durch Abtragen des Kissens mit einer Gruppierung von feinen Diamanten erzeugt. Dies wird zum Kontrollieren bzw. Einstellen sowie Erhöhen der Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate durchgeführt und wird üblicherweise als Konditionieren bezeichnet. Auch größere Rillen mit verschiedenen Mustern und Abmessungen (z.B. XY, kreisförmig, radial) werden für eine hydrodynamische Regulierung und eine Regulierung des Aufschlämmungstransports einbezogen.
  • Es wird festgestellt, dass die Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate während einer CMP größtenteils der Preston-Gleichung, Geschwindigkeit bzw. Rate = Kp*P*V, folgt, wobei P der Druck, V die Geschwindigkeit und Kp der sogenannte Preston-Koeffizient ist. Der Preston-Koeffizient ist eine Gesamtsummenkonstante, die für den verwendeten Verbrauchsmaterialiensatz charakteristisch ist. Mehrere der wichtigsten Effekte, die zu Kp beitragen, sind wie folgt: (a) Kissenkontaktfläche (größtenteils von der Kissentextur und oberflächenmechanischen Eigenschaften abgeleitet); (b) die Konzentration von Aufschlämmungsteilchen auf der Kontaktflächenoberfläche, die zur Bearbeitung zur Verfügung steht; und (c) die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. -rate zwischen den Oberflächenteilchen und der Oberfläche der zu polierenden Schicht. Der Effekt (a) wird größtenteils durch die Kisseneigenschaften und den Konditioniervorgang bestimmt. Der Effekt (b) wird sowohl von dem Kissen als auch von der Aufschlämmung bestimmt, während der Effekt (c) größtenteils durch Aufschlämmungseigenschaften bestimmt wird.
  • Das Aufkommen von Mehrschicht-Speichervorrichtungen mit hohem Leistungsvermögen (z.B. 3D-NAND-Flashspeicher) hat zu einem Bedarf für weitere Erhöhungen der Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate geführt. Der kritische Teil des 3D-NAND-Herstellungsverfahrens besteht aus dem Aufbau von Mehrschichtstapeln aus SiO2- und Si3N4-Filmen in einer abwechselnden Weise in der Art einer pyramidalen Treppe. Sobald der Stapel vollständig ist, wird der Stapel mit einer dicken SiO2-Deckschicht verkappt, die vor der Fertigstellung der Vorrichtungsstruktur planarisiert werden muss. Dieser dicke Film wird üblicherweise als das Prä-Metall-Dielektrikum (PMD) bezeichnet. Das Leistungsvermögen der Vorrichtung ist proportional zu der Anzahl von Schichten in dem geschichteten Stapel. Gegenwärtige handelsübliche Vorrichtungen nutzen 32 und 64 Schichten und die Industrie schreitet rasch zu 128 Schichten voran. Die Dicke von jedem Oxid/Nitrid-Paar in dem Stapel beträgt etwa 125 nm. Folglich nimmt die Dicke des Stapels direkt mit der Anzahl von Schichten zu (32 = 4000 nm, 64 = 8000 nm, 128 = 16000 nm). Für den PMD-Schritt ist die Gesamtmenge des zu entfernenden Verkappungsdielektrikums etwa gleich dem 1,5-fachen der Stapeldicke, wenn von einer oberflächentreuen Abscheidung des PMD ausgegangen wird.
  • Herkömmliche Dielektrikum-CMP-Aufschlämmungen weisen Entfernungsgeschwindigkeiten bzw. -raten von etwa 250 nm/min auf. Dies führt zu unerwünscht langen CMP-Verfahrenszeiten für den PMD-Schritt, was mittlerweile der primäre Engpass in dem 3D-NAND-Herstellungsverfahren ist. Folglich wurde viel Arbeit in die Entwicklung schnellerer CMP-Verfahren investiert. Die meisten Verbesserungen haben sich auf die Verfahrensbedingungen (höhere P und V), das Ändern des Kissenkonditionierungsverfahrens und Verbesserungen bei der Aufschlämmungsgestaltung, insbesondere bei Aufschlämmungen auf CeO2-Basis, konzentriert. Wenn ein verbessertes Kissen entwickelt werden könnte, das mit den vorhandenen Verfahren und CeO2-Aufschlämmungen kombiniert werden könnte, um eine höhere Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate ohne Verursachen von irgendwelchen negativen Effekten zu erzielen, würde dies eine signifikante Verbesserung der CMP-Technologie darstellen.
  • Die am gebräuchlichsten verwendete oberste Kissenschicht, die bei einer Dielektrikum-CMP verwendet wird, ist das IC1000™-Polyurethan-Polierkissen. Dieses Kissen weist viele bevorzugte Eigenschaften auf, einschließlich dessen Oberflächenladung in Wasser. Wie es in einem Artikel von Sokolov et al. (J. Colloid Interface Sci, 300 (2), S. 475-81, 2006) gezeigt ist, ist die Oberflächenladung von IC1000™-Polierkissen für pH-Werte oberhalb von 2 zunehmend negativ. Da sich Polierkissen während des Polierens bewegen, sind die physikalischen Eigenschaften der Kissenunebenheiten unter Scherung von kritischer Bedeutung.
  • Die Hauptverfahren, die zum Erreichen einer erhöhten Geschwindigkeit bzw. Rate bei CMP-Kissen verwendet werden, sind die folgenden: i) Optimieren der Rillengestaltung ohne Ändern der Zusammensetzung der obersten Kissenschicht; ii) Verändern des Konditionierungsverfahrens ohne Ändern der Zusammensetzung der obersten Kissenschicht; iii) Bereitstellen von Kissen mit einer mehr bevorzugten Konditionierungsreaktion durch Ändern der Konditionierungsreaktion der obersten Kissenschicht; und iv) Bereitstellen von Kissen mit obersten Kissenschichten mit einer größeren Härte oder modifizierten elastischen Eigenschaften.
  • Hattori et al. (Proc. ISET07, S. 953-4 (2007)) offenbaren vergleichende Zeta-Potenzial gegen pH-Auftragungen für verschiedene Lanthanid-Teilchendispersionen, einschließlich CeO2. Die Ladung bei einem pH-Wert von Null oder der isoelektrische Punkt wurde zu etwa 6,6 gemessen. Unterhalb dieses pH-Werts weist das Teilchen ein positives Potenzial auf; oberhalb dieses pH-Werts weist das Teilchen ein negatives Potenzial auf. Der isoelektrische Punkt kann für verschiedene Ceroxid-Teilchen oder durch eine Modifizierung der Cer-enthaltenden Aufschlämmung verschoben werden.
  • Mit der Entwicklung eines 3D-NAND gibt es einen größeren Bedarf für Polierkissen mit erhöhter Ceroxid-Poliergeschwindigkeit bzw. -rate.
  • Angabe der Erfindung
  • Eine Ausführungsform der Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleiter-, optischen, magnetischen oder elektromechanischen Substraten geeignet ist, umfassend: eine Polyharnstoff-Polierschicht, wobei die Polyharnstoff-Polierschicht eine Polyharnstoff-Matrix umfasst, wobei der Polyharnstoff ein weiches Segment und ein hartes Segment aufweist, wobei das weiche Segment ein Copolymer aus aliphatischen fluorfreien Polymergruppen und einem Fluorkohlenstoff mit einer Länge von mindestens sechs Kohlenstoffatomen ist, wobei die Polyharnstoff-Matrix mit einem Aushärtungsmittel ausgehärtet worden ist und gas- oder flüssigkeitsgefüllte polymere Mikroelemente umfasst, wobei die Polyharnstoff-Matrix einen Massenbereich und einen Übergangsbereich angrenzend an den Massenbereich, der sich zu der Polierschicht erstreckt, aufweist, wobei die polymeren Mikroelemente einen Durchmesser aufweisen und in dem Massenbereich der Polyharnstoff-Matrix kugelförmig sind, wobei die polymeren Mikroelemente in dem Übergangsbereich eine verminderte Dicke aufweisen, wenn sie sich der Polierschicht annähern, wobei die Dicke der komprimierten Mikroelemente angrenzend an die Polierschicht weniger als fünfzig Prozent des Durchmessers der polymeren Mikroelemente in dem Massenbereich beträgt und die polymeren Mikrokügelchen während des Polierens an der Polierschicht gebrochen werden, wobei die Polierschicht während des Polierens unter Scherbedingungen hydrophil bleibt.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleiter-, optischen, magnetischen oder elektromechanischen Substraten geeignet ist, umfassend: eine Polyharnstoff-Polierschicht, wobei die Polyharnstoff-Polierschicht eine Polyharnstoff-Matrix umfasst, wobei der Polyharnstoff ein weiches Segment und ein hartes Segment aufweist, wobei das weiche Segment ein Copolymer aus aliphatischen fluorfreien Polymergruppen und einem Fluorkohlenstoff mit einer Länge von mindestens sechs Kohlenstoffatomen ist, wobei die Polyharnstoff-Matrix mit einem Aushärtungsmittel ausgehärtet worden ist und gas- oder flüssigkeitsgefüllte polymere Mikroelemente umfasst, wobei die Polyharnstoff-Matrix einen Massenbereich und einen Übergangsbereich angrenzend an den Massenbereich, der sich zu der Polierschicht erstreckt, aufweist, wobei die polymeren Mikroelemente einen Durchmesser aufweisen und in dem Massenbereich der Polyharnstoff-Matrix kugelförmig sind, wobei die polymeren Mikroelemente in dem Übergangsbereich eine verminderte Dicke aufweisen, wenn sie sich der Polierschicht annähern, wobei die Dicke der komprimierten Mikroelemente angrenzend an die Polierschicht weniger als fünfzig Prozent des Durchmessers der polymeren Mikroelemente in dem Massenbereich beträgt, wobei mindestens ein Teil der polymeren Mikroelemente angrenzend an die Polierschicht Kanäle bildet, die angrenzende verbinden und die polymeren Mikrokügelchen während des Polierens an der Polierschicht gebrochen werden, wobei die Polierschicht während des Polierens unter Scherbedingungen hydrophil bleibt.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer SIMS-TOF-Auswertung von fluorreichen Bereichen eines Polierkissens der Erfindung, die in eine Schwarz-Weiß-Skala umgewandelt worden ist, wobei der ausgefüllte schwarze Bereich einen Hintergrund darstellt, der das Polierkissen nicht enthielt.
    • 2 ist eine Querschnitt-SEM eines verwendeten Polierkissens der Erfindung, die das Zusammenfallen von polymeren Mikroelementen angrenzend an die Polieroberfläche ohne Durchdringen von Diamant-Konditioniereinrichtungen zeigt.
    • 3 ist eine Querschnitt-SEM eines verwendeten Polierkissens mit stärkerer Vergrößerung, die das Zusammenfallen von polymeren Mikroelementen angrenzend an die Polieroberfläche ohne Durchdringen von Diamant-Konditioniereinrichtungen zeigt.
    • 4 ist eine Querschnitt-SEM eines verwendeten Polierkissens, welche die Bildung einer zähnchenartigen Polieroberfläche zeigt.
    • 5 zeigt eine Ceroxid-Vergleichsaufschlämmung-Polierprüfung eines Kissens der vorliegenden Erfindung verglichen mit einem Kissen, das aus einer Fluorpolymer-freien Ausgangsformulierung hergestellt worden ist.
    • 6 zeigt eine Siliziumoxid-Vergleichsaufschlämmung-Polierprüfung eines Kissens der vorliegenden Erfindung verglichen mit einem Kissen, das aus einer Fluorpolymer-freien Ausgangsformulierung hergestellt worden ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Das Polierkissen der Erfindung ist zum Polieren von mindestens einem von Halbleiter-, optischen, magnetischen oder elektromechanischen Substraten geeignet. Das Schlüsselelement der vorliegenden Erfindung ist die Modifizierung der Eigenschaften der obersten Kissenoberfläche zum Erleichtern des Überschreitens des isoelektrischen Punkts einer Ceroxid-Aufschlämmung oder anderer Teilchen zum Polieren mit der oberen Oberfläche oder der Polierschicht. Insbesondere stellt die Erfindung eine Erhöhung der Effektivität oder der Effizienz von Ceroxid-Aufschlämmungsteilchen auf der oberen Oberfläche bereit, was die Poliergeschwindigkeit bzw. -rate erhöht. Ein unerwarteter und neuer Effekt in Kissen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Zusatz von Fluor-enthaltenden Copolymeren in einer relativ niedrigen Konzentration (etwa 1 bis 20 Gew.-% der Gesamtkonzentration des weichen Segments) in das weiche Segment eines Urethan-Blockcopolymers zu einer verbesserten Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate führt. Für die Zwecke dieser Anmeldung sind alle Mengen in Gewichtsprozent angegeben, falls nicht spezifisch etwas Anderes angegeben ist. Vorzugsweise weist die fluorierte Spezies eine Konzentration von 8 bis 30 Gew.-% der gesamten fluorierten Spezies plus des Gehalts an aliphatischer fluorfreier Polymergruppe in dem weichen Segment auf. Ferner muss das Polierkissen mit einem Polierkissen, das während des Polierens hydrophil ist, ein verbessertes Leistungsvermögen erreichen. Das Erreichen eines hydrophilen Polierkissens während des Polierens erleichtert das Erreichen eines dünnen und effizienten Kissen-Wafer-Spalts für ein effizientes Polieren. Darüber hinaus vermindert ein unerwarteter Effekt des Zusetzens von Fluor-enthaltenden Copolymeren die Elektronegativität oder das Zeta-Potenzial des Kissens, was die Kissenoberfläche während des Polierens sehr hydrophil macht.
  • Unter den vorstehenden Umständen besteht eine unerwartete Erkenntnis der vorliegenden Erfindung darin, dass ein erhöhtes Zeta-Potenzial in Wasser und erhöhte Entfernungsgeschwindigkeiten bzw. -raten für Aufschlämmungen mit kationischen Teilchen, wie z.B. CeO2, in einem Kissen mit sehr niedriger Oberflächenenergie durch einen selektiven Zusatz eines geringen Prozentsatzes eines fluorierten Polymersegments zu dem weichen Segment des Urethan-Blockcopolymers erreicht werden können. Insbesondere erzeugt, wie es in der 1 gezeigt ist, der Zusatz der Komponenten des fluorierten weichen Segments eine signifikante Phasentrennung in fluorangereicherte (dunkelgrau) und fluorabgereicherte Domänen (hellgrau und weiß). Die 1 zeigt die fluorreichen Bereiche mit einer höheren und einer niedrigeren Fluorkonzentration, welche die polymeren Mikroelemente umgeben. Die fluorreichen Bereiche, die in dunkelgrau gepixelt sind, sind jedoch nahezu ausschließlich angrenzend an Chlor-enthaltende polymere Mikrokügelchen konzentriert, die in schwarz gepixelt sind. Diese Wanderung der fluorreichen Phase zu den Mikroelementen bildet die heterogene Mischmikrostruktur der Erfindung. Die fluorreiche Phase angrenzend an die Mikrokügelchen weist eine Dicke von weniger als fünfzig Prozent eines durchschnittlichen Durchmessers der polymeren Mikroelemente auf. Ferner ist die Ansammlung der fluorreichen weichen Phase an der Polieroberfläche unerwartet. Diese weiche Phase scheint einen großen Teil der Polieroberfläche zu verschmieren und zu beschichten. Die Masse des Polyharnstoffs, die in hellgrau und weiß gepixelt ist, zeigt eine Fluorkohlenstoff-enthaltende Polyharnstoffmatrix.
  • In dem Urethan-Blockcopolymer stellen die starren harten Segmente eine Steifigkeit bereit und weisen eine hohe Glasübergangstemperatur (Tg) auf. Die weichen Segmente weisen im Allgemeinen eine niedrige Tg auf und sind bei Raumtemperatur flexibler. Aufgrund der Unmischbarkeit zwischen den harten und weichen Segmenten tritt eine Phasentrennung auf. Darüber hinaus verbinden Biuret-Vernetzungsgruppen einige der weichen Segmente mit den harten Segmenten. Das Biuret weist die Formel R2NC(O)NR'C(O)NHR'' auf, wobei R2 das weiche Segment ist, R' einen aromatischen Ring umfasst und R'' einen aromatischen Ring umfasst.
  • Das Polierkissen weist eine Polyharnstoff-Polierschicht auf. Die Polyharnstoff-Polierschicht umfasst eine Polyharnstoff-Matrix, die eine weiche Phase und eine harte Phase umfasst. Die weiche Phase ist aus einem weichen Segment mit zwei oder mehr aliphatischen fluorfreien Polymergruppen und mindestens einer fluorierten Spezies mit zwei Endgruppen ausgebildet. Typischerweise weist die fluorierte Spezies eine Länge von mindestens sechs Kohlenstoffatomen auf. Vorzugsweise beträgt die Länge der fluorierten Spezies mindestens acht Kohlenstoffatome. Insbesondere weist die fluorierte Spezies eine Länge von mindestens zehn Kohlenstoffatomen auf. Die aliphatischen fluorfreien Polymergruppen sind mit den zwei Endgruppen der mindestens einen fluorierten Spezies mit einer Stickstoff-enthaltenden Verknüpfung verbunden. Beispiele für Stickstoff-enthaltende Verknüpfungen umfassen Harnstoff- und Urethangruppen. Ein Ende der aliphatischen fluorfreien Polymergruppen ist an die Stickstoff-enthaltende Verknüpfung der mindestens einen fluorierten Spezies gebunden. Typischerweise weisen die aliphatischen fluorfreien Polymergruppen ein Zahlenmittel des Molekulargewichts zwischen 200 und 7500 auf. Für Klarheitszwecke enden die aliphatischen fluorfreien Polymergruppen vor den Isocyanat-Endgruppen, wie z.B. Toluoldiisocyanat, und umfassen nicht die Isocyanat-Endgruppen, Stickstoff-enthaltenden Verknüpfungen oder das Amin-Aushärtungsmittel. Insbesondere weisen die aliphatischen fluorfreien Polymergruppen ein Zahlenmittel des Molekulargewichts zwischen 250 und 5000 auf, wie es nach der Reaktion mit dem Amin-Aushärtungsmittel gemessen wird. Eine Isocyanatgruppe verkappt die Reaktionsenden der aliphatischen fluorfreien Polymergruppen. Das weiche Segment bildet eine weiche Phase innerhalb der Polyharnstoff-Matrix. Insbesondere ist die aliphatische fluorfreie Polymergruppe ein Polytetramethylenether, der eine Verknüpfung mit der fluorierten Spezies bildet. Die fluorierte Spezies kann mindestens einen fluorierten Ether enthalten. Vorzugsweise enthält die fluorierte Spezies fluoriertes Ethylenoxid, fluoriertes Oxymethylen und Ethylenoxid. Insbesondere beträgt das Atomverhältnis von fluorierten Ethergruppen, wie z.B. fluoriertem Ethylenoxid und fluoriertem Oxymethylen, zu Ethylenoxid weniger als 3.
  • Die harte Phase ist aus einem Diisocyanat-enthaltenden harten Segment ausgebildet, das kein(e) Fluorgruppe und Amin-enthaltendes Aushärtungsmittel enthält. Das harte Segment enthält eine Harnstoffgruppe, die aus der Isocyanatgruppe ausgebildet ist, die äußere Enden der aliphatischen fluorfreien Polymergruppen verkappt und die mit einem Amin-enthaltenden Aushärtungsmittel umgesetzt worden ist. Vorzugsweise werden die harten Segmente als harte Phase innerhalb der weichen Phase abgeschieden. Diese Morphologie stellt eine fluorreiche Phase zur Verbesserung von Ceroxid-Wechselwirkungen und eine harte Phase zum Verstärken der weichen Phase zum Verbessern der Integrität von Polierunebenheiten für eine erhöhte Kissenlebensdauer und -stabilität bereit, während eine Mehrzahl von Wafern poliert wird. Vorzugsweise bilden das harte Segment und das weiche Segment ein Vorpolymer vor dem Umsetzen des Vorpolymers mit dem Amin-enthaltenden Aushärtungsmittel zur Bildung der Polyharnstoff-Matrix. Das Vorliegen von Fluoridresten in dem weichen Segment erhöht die Glasübergangstemperatur oder Tg des weichen Segments der weichen Phase. Diese unerwartete Erhöhung der Glasübergangstemperatur verbessert die Wärmestabilität des Polymers. An der obersten Oberfläche des Polymers in Luft findet während des Polierens eine Anreicherung der Komponenten des fluorierten weichen Segments statt. Diese in situ- und kontinuierliche Erzeugung einer fluorreichen Phase an der Oberfläche erhöht den nützlichen Einfluss einer geringen Menge des Fluorpolymers weiter. Bei relativ geringen Konzentrationen des wenig fluorierten weichen Segments (beispielsweise weniger als 20 Gew.-% des Gesamtgehalts des weichen Segments) ist die Menge der fluorierten Spezies unzureichend, um eine Umordnung des Wassermoleküldipols zu verhindern, wenn das Polymer anschließend Wasser ausgesetzt wird, insbesondere unter Scherung. Dies führt zu einem komplexen Benetzungsverhalten, wenn das Tröpfchen einer Scherung ausgesetzt wird. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass die Wasseroberfläche umgeordnet wird, was zu einer erhöhten Wasserwechselwirkung mit den hydrophilen Teilen des Polymers führt. Dies führt zu einer Verminderung des Rückzugskontaktwinkels des Tröpfchens und einer entsprechenden Zunahme der Oberflächenenergie während des Polierens. Als Ergebnis kann das Polierkissen der Erfindung unter Scherung noch hydrophiler sein als dessen fluorfreies Analogon.
  • Es wird vielfach festgestellt, dass Fluorpolymere, wie z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE), hohe negative Zeta-Potenziale in Wasser, typischerweise größer als -20 mV, aufweisen und bei einem Fehlen eines geeigneten Benetzungsmittels ziemlich beständig gegen eine Oberflächenbenetzung mit wässrigen Lösungen sind. [Für die Zwecke dieser Beschreibung ist das Zeta-Potenzial ein allgemeiner Begriff, der ein Potenzial angrenzend an eine geladene Oberfläche darstellt. Zeta-Potenzial-Messungen können gemäß den Geräten, Geräteeinstellungen und mehreren anderen Faktoren stark variieren.] Eine mögliche Erklärung für das hohe negative Zeta-Potenzial von PTFE besteht jedoch einfach darin, dass es auf den hohen Grad der Ausrichtung des Wasserdipols an der Polymeroberfläche zusammen mit der geringen Oberflächenpolarität zurückzuführen ist.
  • Für Polierkissen der Erfindung stellen die dynamischen Flüssigkeit-Feststoff-Kontaktwinkelverfahren die beste Technik zur Messung des Kontaktwinkels dar. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Polieren ein dynamischer Vorgang ist, bei dem auf das Wasser Scherkräfte zwischen einem Wafer, der sich bei einer Geschwindigkeit dreht, und einem Polierkissen mit einem vergrößerten Durchmesser, das sich bei einer anderen Geschwindigkeit dreht, ausgeübt werden. Die Differenz bei den Durchmessern führt dazu, dass sich die Oberflächen in den gleichen, entgegengesetzten, teilweise gleichen und teilweise entgegengesetzten Richtungen bewegen. Aufgrund der Differenz bei den Geschwindigkeiten wird auf das gesamte Polierfluid zwischen dem Wafer und dem Polierkissen ein Bereich von Scherkräften ausgeübt. Für ein sich bewegendes Tröpfchen stellt der Fortschreitkontaktwinkel den Grad der Flüssigkeit/Feststoff-Kohäsion dar, während der Rückzugskontaktwinkel den Grad der Flüssigkeit/Feststoff-Adhäsion darstellt. Im Allgemeinen ist der Fortschreitkontaktwinkel messbar höher als der Rückzugswinkel. Der Grad der Differenz zwischen den zwei wird als die Kontaktwinkelhysterese bezeichnet. Die Kontakthysterese bei der Oberflächenbenetzung kann durch mehrere Faktoren beeinflusst werden. Die Haupteffekte werden durch die Oberflächenrauheit (z.B. den Lotusblatteffekt), Verunreinigungen, die Oberflächenheterogenität, den Grad der Lösungsmittel/Oberfläche-Wechselwirkung (einschließlich Wasserstoffbrückenbindungen und direkte Reaktionen) und die Scherrate verursacht. Ungeachtet der anderen Faktoren nimmt die Kontakthysterese und daher die Oberflächenenergie des Feststoffs direkt mit zunehmender Scherrate zu. In dem Fall, bei dem die Oberfläche eines Satzes von Materialien äquivalent ist, ist eine Zunahme der Kontakthysterese ein direktes Maß der Zunahme der Lösungsmittel/Oberfläche-Anziehung (d.h., für Wasser ist die Oberfläche hydrophiler) und korreliert mit der Benetzbarkeit, die durch die Differenz der Oberflächenpolarisation gemessen wird. Es ist wichtig, dass die Polierkissen der Erfindung für eine erhöhte Benetzbarkeit während des Polierens bei Scherbedingungen hydrophil sind, und zwar gemessen mit dem Rückzugskontaktwinkel. Insbesondere ist die Polierschicht während des Polierens bei Scherbedingungen hydrophil, wie es durch eine Rückzugswinkelprüfung mit entionisiertem Wasser und Methyleniodid angegeben ist.
  • Die CMP-Polierkissen gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Verfahren hergestellt werden, umfassend: Bereitstellen des Urethan-Vorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen; getrennt davon Bereitstellen der Aushärtungsmittelkomponente; und Vereinigen des Urethan-Vorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen und der Aushärtungsmittelkomponente zur Bildung einer Kombination; so dass die Kombination zur Bildung eines Produkts reagieren kann; Bilden einer Polierschicht aus dem Produkt, wie z.B. durch Schälen des Produkts zur Bildung einer Polierschicht mit einer gewünschten Dicke und Versehen der Polierschicht mit Rillen, wie z.B. durch (spanabhebendes) Bearbeiten derselben, und Bilden des chemisch-mechanischen Polierkissens mit der Polierschicht.
  • Kissen der vorliegenden Erfindung sind Polyharnstoff-Blockcopolymere, die sowohl harte als auch weiche Segmente enthalten. Das Urethan-Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen, das bei der Bildung der Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst vorzugsweise: Ein Reaktionsprodukt von Bestandteilen, umfassend: Ein polyfunktionelles Isocyanat und ein Vorpolymergemisch, das zwei oder mehr Komponenten enthält, wobei eine davon fluoriert ist.
  • Vorzugsweise ist das Isocyanat ein Diisocyanat. Mehr bevorzugt ist das polyfunktionelle Isocyanat ein Diisocyanat, das aus der Gruppe, bestehend aus 2,4-Toluoldiisocyanat; 2,6-Toluoldiisocyanat; 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat; Naphthalin-1,5-diisocyanat; Toluidindiisocyanat; para-Phenylendiisocyanat; Xylylendiisocyanat; Isophorondiisocyanat; Hexamethylendiisocyanat; 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat; Cyclohexandiisocyanat; und Gemischen davon ausgewählt ist. Insbesondere ist das Diisocyanat Toluoldiisocyanat.
  • Gegebenenfalls werden die aliphatischen fluorfreien Polymergruppen aus der Gruppe, bestehend aus Diolen, Polyolen, Polyoldiolen, Copolymeren davon und Gemischen davon, umgesetzt. Beispielsweise können die aliphatischen fluorfreien Polymergruppen mit einem Diisocyanat umgesetzt werden und dann kann die fluorierte Spezies mit dem Diisocyanat verknüpft werden. Insbesondere kann das Vorpolymerpolyol aus der Gruppe, bestehend aus Polyetherpolyolen (z.B. Poly(oxytetramethylen)glykol, Poly(oxypropylen)glykol, Poly(oxyethylen)glykol); Polycarbonatpolyolen; Polyesterpolyolen; Polycaprolactonpolyolen; Gemischen davon; und Gemischen davon mit einem oder mehr Polyol(en) mit niedrigem Molekulargewicht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenglykol; 1,2-Propylenglykol; 1,3-Propylenglykol; 1,2-Butandiol; 1,3-Butandiol; 2-Methyl-1,3-propandiol; 1,4-Butandiol; Neopentylglykol; 1,5-Pentandiol; 3-Methyl-1,5-pentandiol; 1,6-Hexandiol; Diethylenglykol; Dipropylenglykol; und Tripropylenglykol, ausgewählt sein. Noch mehr bevorzugt ist das Vorpolymerpolyol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus mindestens einem von Polytetramethylenetherglykol (PTMEG); Polypropylenetherglykolen (PPG) und Polyethylenetherglykolen (PEG); gegebenenfalls gemischt mit mindestens einem Polyol mit niedrigem Molekulargewicht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenglykol; 1,2-Propylenglykol; 1,3-Propylenglykol; 1,2-Butandiol; 1,3-Butandiol; 2-Methyl-1,3-propandiol; 1,4-Butandiol; Neopentylglykol; 1,5-Pentandiol; 3-Methyl-1,5-pentandiol; 1,6-Hexandiol; Diethylenglykol; Dipropylenglykol und Tripropylenglykol. Insbesondere ist das Vorpolymerpolyol vorwiegend (d.h., ≥ 90 Gew.-%) ein Polytetramethylenether. Das fluorierte Polyol kann aus jedwedem der vorstehend genannten unfluorierten Polyole hergestellt werden, die durch Ersetzen zugesetzt werden. Dies erzeugt eine minimale Variation bei den mechanischen Endeigenschaften.
  • Vorzugsweise weist das Urethan-Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen eine Konzentration von nicht umgesetztem Isocyanat (NCO) von 8,5 bis 9,5 Gew.-% auf. Beispiele für handelsübliche Urethan-Vorpolymere mit Isocyanat-Endgruppen umfassen Imuthane™-Vorpolymere (erhältlich von COIM USA, Inc., wie z.B. PET-80A , PET-85A, PET-90A, PET-93A, PET-95A, PET-60D, PET-70D, PET-75D); Adiprene™-Vorpolymere (erhältlich von Chemtura, wie z.B. LF 800A, LF 900A, LF 910A, LF-930A, LF-931A, LF 939A, LF 950A, LF 952A, LF 600D, LF 601D, LF 650D, LF 667, LF 700D, LF750D, LF751D, LF752D, LF753D und L325); Andur™-Vorpolymere (erhältlich von Anderson Development Company, wie z.B. 70APLF, 80APLF, 85APLF, 90APLF, 95APLF, 60DPLF, 70APLF, 75APLF).
  • Vorzugsweise ist das Urethan-Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen ein Urethan-Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen mit geringem Gehalt an freiem Monomer mit einem Gehalt von weniger als 0,1 Gew.-% freiem Toluoldiisocyanat (TDI)-Monomer.
  • Die Aushärtungsmittelkomponente, die bei der Bildung der Polierschicht des CMP-Polierkissens der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält gegebenenfalls ein Polyol-Aushärtungsmittel oder ein polyfunktionelles aromatisches Amin-Aushärtungsmittel, wie z.B. ein difunktionelles Aushärtungsmittel. Beispiele für handelsübliche Polyol-Aushärtungsmittel umfassen Specflex™-Polyole, Voranol™-Polyole und Voralux™-Polyole (erhältlich von The Dow Chemical Company). Diese multifunktionellen Aushärtungsmittel enthalten alle mindestens drei Hydroxylgruppen zur Erhöhung der Vernetzung des Polymers.
  • Vorzugsweise ist das difunktionelle Aushärtungsmittel aus Diolen und Diaminen ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das verwendete difunktionelle Aushärtungsmittel ein Diamin, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus primären Aminen und sekundären Aminen. Noch mehr bevorzugt ist das verwendete difunktionelle Aushärtungsmittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Diethyltoluoldiamin (DETDA); 3,5-Dimethylthio-2,4-toluoldiamin und Isomeren davon; 3,5-Diethyltoluol-2,4-diamin und Isomeren davon (z.B. 3,5-Diethyltoluol-2,6-diamin); 4,4'-Bis-(sec-butylamino)-diphenylmethan; 1,4-Bis-(sec-butylamino)-benzol, 4,4-Methylen-bis-(2-chloranilin); 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA); Polytetramethylenoxid-di-p-aminobenzoat; N,N-Dialkyldiaminodiphenylmethan; p,p'-Methylendianilin (MDA); m-Phenylendiamin (MPDA); 4,4'-Methylen-bis(2-chloranilin) (MBOCA); 4,4'-Methylen-bis-(2,6-diethylanilin) (MDEA); 4,4'-Methylen-bis-(2,3-dichloranilin) (MDCA); 4,4'-Diamino-3,3'-diethyl-5,5'-dimethyldiphenylmethan, 2,2',3,3-Tetrachlordiaminodiphenylmethan; Trimethylenglykol-di-p-aminobenzoat; und Gemischen davon. Insbesondere ist das verwendete Diamin-Aushärtungsmittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 4,4'-Methylen-bis(2-chloranilin) (MBOCA); 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) (MCDEA); und Isomeren davon.
  • Die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Mehrzahl von Mikroelementen enthalten. Vorzugsweise sind die Mikroelemente einheitlich in der Polierschicht verteilt. Vorzugsweise sind die Mikroelemente aus eingeschlossenen Gasblasen, polymeren Materialien mit hohlem Kern, flüssigkeitsgefüllten polymeren Materialien mit hohlem Kern, wasserlöslichen Materialien und einem Material mit unlöslicher Phase (z.B. Mineralöl) ausgewählt. Mehr bevorzugt ist die Mehrzahl von Mikroelementen aus eingeschlossenen Gasblasen und polymeren Materialien mit hohlem Kern, die einheitlich in der Polierschicht verteilt sind, ausgewählt. Vorzugsweise weist die Mehrzahl von Mikroelementen ein Gewichtsmittel des Durchmessers von weniger als 150 µm (mehr bevorzugt von gleich oder weniger als 50 µm; insbesondere von 10 bis 50 µm) auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der Mehrzahl von Mikroelementen um polymere Mikroballons mit Hüllenwänden aus entweder Polyacrylnitril oder einem Vinylidenchlorid-Polyacrylnitril-Copolymer, wie z.B. Expancel™-Mikrokügelchen von Akzo Nobel). Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Mikroelementen in die Polierschicht bei 0 bis 50 Vol.-% Porosität (vorzugsweise 10 bis 35 Vol.-% Porosität) einbezogen. Die Vol.-% der Porosität werden durch Dividieren der Differenz zwischen der Dichte einer ungefüllten Polierschicht und der Dichte der Mikroelement-enthaltenden Polierschicht durch die Dichte der ungefüllten Polierschicht bestimmt.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 weisen die polymeren Mikroelemente in einem Übergangsbereich angrenzend an die Polierschicht bei einer Annäherung an die Polierschicht eine verminderte Dicke auf. Unterhalb des Übergangsbereichs bleiben die polymeren Mikroelemente als kugelförmige Mikroelemente intakt und unzerstört. Diese polymeren Mikrokügelchen sind geschlossenzellig oder nicht-netzartig. Wenn sich jedoch polymere Mikrokügelchen der Polieroberfläche annähern, brechen sie und werden zu kleineren Mikroelementen mit einer von einer Kugelform verschiedenen Formen zusammengedrückt. Die Kraft, die dieser Konsolidierung der polymeren Mikrokügelchen zugrundeliegt, scheint die Kompression zu sein, die mit dem Polierkopf und der Konditioniereinrichtung zusammenhängt, bevor sie die Mikrokügelchen mit Diamanten oder einem anderen Schleifmittel durchdringt. Nahezu alle Konditionierscheiben beruhen jedoch auf Diamanten, die an einer Metallplatte angebracht oder in sonstiger Weise an bzw. in einer Metallplatte fixiert sind. Wie es durch die Oberflächentextur ersichtlich ist, die angrenzend an komprimierte oder gebrochene Mikrokügelchen ungestört ist, brechen die Mikrokügelchen nicht aufgrund einer Diamantkonditionierung. Folglich ist der Grund für das Brechen der polymeren Mikrokügelchen unabhängig von einem Durchdringen mit Diamanten aufgrund eines Diamantkonditionierens. Insbesondere zeigt die 3 die komprimierten Mikrokügelchen bei einer stärkeren Vergrößerung. Wenn das Polieren das Polierkissen verschleißt, werden die Mikrokügelchen angrenzend an die Polierschicht zu einer Dicke komprimiert, die geringer ist als ihr ursprünglicher Durchmesser. Typischerweise beträgt diese Dicke weniger als fünfzig Prozent des ursprünglichen Durchmessers und sie kann weniger als dreißig Prozent des ursprünglichen Durchmessers betragen. Ein weiteres überraschendes Merkmal der Erfindung ist, dass die Kompression des Polierkissens während des Polierens Kanäle bildet, die angrenzende und die polymeren Mikrokügelchen, die an der Polierschicht gebrochen werden, verbinden. Dies ist ein lokales Phänomen, das nur angrenzend an die Polieroberfläche auftritt. Die restlichen Mikrokügelchen bleiben geschlossenzellig oder intakt, bis das Kissen in einem ausreichenden Ausmaß verschlissen ist, so dass sich die Mikrokügelchen der Polieroberfläche annähern. Dies scheint Fluide vom Inneren der Mikrokügelchen freizusetzen und eine zusätzliche Kompression des Mikrokügelchens zu ermöglichen, bevor das Mikrokügelchen mit der Diamant-Konditioniereinrichtung durchdrungen wird.
  • Die Polierschicht des CMP-Polierkissens der vorliegenden Erfindung kann sowohl in porösen als auch unporösen (d.h., ungefüllten) Konfigurationen bereitgestellt werden. Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens der vorliegenden Erfindung eine Dichte von 0,4 bis 1,15 g/cm3 (mehr bevorzugt 0,70 bis 1,0 g/cm3; gemessen gemäß ASTM D1622 (2014)) auf.
  • Vorzugsweise weist die Polierschicht des chemisch-mechanischen Polierkissens der vorliegenden Erfindung eine Shore D-Härte von 28 bis 75, gemessen gemäß ASTM D2240 (2015), auf.
  • Vorzugsweise weist die Polierschicht eine durchschnittliche Dicke von 20 bis 150 mil (0,05 bis 0,4 cm) auf. Mehr bevorzugt weist die Polierschicht eine durchschnittliche Dicke von 30 bis 125 mil (0,08 bis 0,3 cm) auf. Noch mehr bevorzugt weist die Polierschicht eine durchschnittliche Dicke von 40 bis 120 mil (0,1 bis 0,3 cm); insbesondere 50 bis 100 mil (0,13 bis 0,25 cm) auf.
  • Vorzugsweise ist das CMP-Polierkissen der vorliegenden Erfindung zum Verbinden mit einer Platte einer Poliermaschine angepasst. Vorzugsweise ist das CMP-Polierkissen zum Anbringen an der Platte einer Poliermaschine angepasst. Vorzugsweise kann das CMP-Polierkissen an der Platte unter Verwendung von mindestens einem von einem Haftklebstoff und einem Vakuum angebracht werden.
  • Das CMP-Polierkissen der vorliegenden Erfindung umfasst gegebenenfalls ferner mindestens eine zusätzliche Schicht, die mit der Polierschicht verbunden ist. Vorzugsweise kann das CMP-Polierkissen gegebenenfalls ferner eine komprimierbare Basisschicht umfassen, die an der Polierschicht angebracht bzw. an diese geklebt ist. Die komprimierbare Basisschicht verbessert vorzugsweise die Anpassung der Polierschicht an die Oberfläche des polierten Substrats.
  • Das CMP-Polierkissen der vorliegenden Erfindung in dessen Endform umfasst ferner das Einbringen einer Textur mit einer oder mehr Abmessung(en) auf dessen oberer Oberfläche. Diese kann gemäß ihrer Größe als Makrotextur oder Mikrotextur klassifiziert werden. Übliche Arten einer Makrotextur, die für eine CMP eingesetzt werden, stellen die hydrodynamische Reaktion und den Aufschlämmungstransport ein und umfassen ohne Beschränkung Rillen mit vielen Konfigurationen und Gestaltungen, wie z.B. ringförmig, radial, verzerrt radial und Schraffuren. Diese können mittels Bearbeitungsverfahren bzw. spanabhebender Verfahren zu einer dünnen einheitlichen Lage ausgebildet werden oder sie können direkt auf der Kissenoberfläche mittels eines Endform-Formverfahrens ausgebildet werden. Übliche Arten einer Mikrotextur sind Merkmale in einem feineren Maßstab, die eine Population von Oberflächenunebenheiten erzeugen, welche die Kontaktpunkte mit dem Substratwafer sind, wo das Polieren stattfindet. Übliche Arten einer Mikrotextur umfassen ohne Beschränkung eine Textur, die durch eine Abrasion mit einer Gruppierung von harten Teilchen, wie z.B. Diamant (häufig als Kissenkonditionierung bezeichnet), entweder vor, während oder nach der Verwendung gebildet wird, und eine Mikrotextur, die während des Kissenherstellungsverfahrens gebildet wird.
  • Wie es in der 4 ersichtlich ist, kann sich während des Diamant-Konditionierens eine zähnchenartige Polieroberfläche bilden, die zu einer Haihaut analog ist. Diese Mikrotextur ist extrem fein und kann verbesserte Polier-Entfernungsgeschwindigkeiten bzw. -raten weiter erleichtern. Diese Wirkung ist besonders ausgeprägt, wenn mit kationischen Teilchen, wie z.B. Ceroxidteilchen, poliert wird.
  • Ein wichtiger Schritt bei Substratpoliervorgängen ist die Bestimmung eines Endpunkts des Verfahrens. Ein gebräuchliches in situ-Verfahren zur Endpunkterfassung umfasst das Bereitstellen eines Polierkissens mit einem Fenster, das für ausgewählte Wellenlängen von Licht transparent ist. Während des Polierens wird ein Lichtstrahl durch das Fenster auf die Substratoberfläche gerichtet, wo er reflektiert wird und zurück durch das Fenster zu einem Detektor (z.B. einem Spektrophotometer) verläuft. Auf der Basis des Rückkehrsignals können Eigenschaften der Substratoberfläche (z.B. die Dicke von Filmen darauf) für Endpunkterfassungszwecke bestimmt werden. Zum Erleichtern solcher Endpunktverfahren auf Lichtbasis umfasst das chemisch-mechanische Polierkissen der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls ferner ein Endpunkterfassungsfenster. Vorzugsweise ist das Endpunkterfassungsfenster aus einem integrierten Fenster, das in die Polierschicht einbezogen ist; und einem eingesetzten Endpunkterfassungsfensterblock, der in das chemisch-mechanische Polierkissen einbezogen ist, ausgewählt. Für ungefüllte Kissen der vorliegenden Erfindung, die eine ausreichende Durchlässigkeit aufweisen, kann die obere Kissenschicht selbst als die Fensteröffnung verwendet werden. Da Kissen der vorliegenden Erfindung eine Phasentrennung aufweisen, kann ein transparenter Bereich des obersten Kissenmaterials auch durch ein lokales Erhöhen der Abkühlungsrate während der Herstellung zum lokalen Hemmen einer Phasentrennung hergestellt werden, was zu einem stärker transparenten Bereich führt, der zur Verwendung als das Endpunkterfassungsfenster geeignet ist.
  • CMP-Polierkissen werden zusammen mit einer Polieraufschlämmung verwendet, wie es im Hintergrund der Erfindung beschrieben ist. CMP-Polierkissen der vorliegenden Erfindung sind zur Verwendung mit Aufschlämmungen gestaltet, deren pH-Wert unterhalb des pH-Werts des isoelektrischen Punkts des verwendeten Teilchens liegt. Beispielsweise weist CeO2 einen isoelektrischen pH-Wert von etwa 6,6 auf. Unterhalb dieses pH-Werts weist die Teilchenoberfläche eine positive Nettoladung auf. Oberhalb dieses pH-Werts weist das Teilchen eine negative Nettoladung auf. Da Kissen der vorliegenden Erfindung bei diesem pH-Wert eine hohe negative Ladung aufweisen, wird die Geschwindigkeits- bzw. Ratenverbesserung erreicht, wenn die Teilchen unterhalb des isoelektrischen Punkts vorliegen.
  • Die CMP-Kissen der vorliegenden Erfindung können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, die mit wärmeausgehärteten Urethanen verträglich sind. Diese umfassen das Mischen der vorstehend beschriebenen Bestandteile und Gießen in ein Formwerkzeug, Wärmebehandeln und Schneiden zu Lagen mit der gewünschten Dicke. Alternativ können sie zu einer genaueren Endgestaltform ausgebildet werden. Bevorzugte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Folgenden: 1. Wärmeaushärtungsspritzgießen (häufig als „Reaktionsspritzgießen“ oder „RIM“ bezeichnet); 2. thermoplastisches oder Wärmeaushärtungsspritzblasformen; 3. Formpressen; oder 4. jedwedes Verfahren einer ähnlichen Art, bei dem ein fließfähiges Material angeordnet und erstarren gelassen wird, wodurch mindestens ein Abschnitt der Makrotextur oder Mikrotextur eines Kissens erzeugt wird. In einer bevorzugten Formgebungsausführungsform der vorliegenden Erfindung: 1. wird das fließfähige Material in oder auf ein(e) Struktur oder Substrat gezwungen; 2. die Struktur oder das Substrat verleiht dem Material beim Erstarren eine Oberflächentextur und 3. die Struktur oder das Substrat wird danach von dem erstarrten Material getrennt.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Beispielen detailliert beschrieben.
  • BEISPIELE
  • In den Beispielen verwendete Kissenproben wurden in der folgenden Weise hergestellt:
  • Materialien
  • PTMEG war ein Gemisch aus verschiedenen PTMEGs mit einem Molekulargewicht im Bereich von 250 bis 2000 von Invista. 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat/Toluoldiisocyanat („H12MDI/TDI“)-PTMEG war das Adiprene™ L325-Vorpolymer mit einem NCO von 8,95 bis 9,25 Gew.-% von Lanxess. TDI wurde als Voranate™ T-80 von Dow erhalten. Die polymeren Mikrokügelchen waren Expancel™ Vinylidenchlorid-Polyacrylnitril-Copolymer-Mikrokügelchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 20 µm. Das Fluorpolymer war ein ethoxylierter Perfluorether. Das Fluorpolymer wies eine unverzweigte Struktur aus fluoriertem Ethylenoxid-fluoriertem Oxymethylen, das mit Ethylenoxid verkappt war, auf. Das Atomverhältnis „R“ von fluoriertem Ether zu Ethylenoxid betrug entweder 1,9 oder 5,3.
  • Synthese von Vorpolymeren
  • Vorpolymere wurden in Chargen im Bereich von etwa 200 bis 1000 Gramm synthetisiert. Ein ethoxylierter Perfluorether wurde durch Ersetzen eines Teils der PTME2000-Komponente des Vorpolymers zugesetzt, so dass variierende Niveaus von fluoriertem Polytetramethylether hergestellt wurden. TDI und H12MDI wurden vor dem Zusetzen zu dem Gemisch in einem Gewichtsverhältnis von 80:20 gemischt. Dann wurde dem Gemisch ausreichend Isocyanat-Gemisch zugesetzt, so dass die gewünschten NCO-Gew.-% erreicht wurden. Das gesamte Gemisch wurde erneut gemischt und dann vor der Verwendung in einen vorgeheizten Ofen bei 65 °C für 4 Stunden angeordnet. Alle Proben wurden am Tag der Synthese geprüft.
  • Kissenherstellung
  • Die synthetisierten Vorpolymere und 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat/Toluoldiisocyanat („H12MDI/TDI“)-Polytetramethylenether wurden auf 65 °C erwärmt. MBOCA wurde im Vorhinein abgewogen und in einem Ofen bei 110 °C geschmolzen. Polymere Mikrokügelchen wurden den Vorpolymeren nach der 4-stündigen Reaktionszeit zugesetzt oder einmal erwärmt und mit polymeren Mikrokügelchen in dem Vorpolymer mittels eines Vakuums entgast. Alle gefüllten Proben umfassten eine Verteilung von polymeren Mikrokügelchen, die ausreichend ist, so dass entweder eine Dichte oder eine Enddichte erreicht wurde. Nach dem Entgasen und sobald beide Komponenten die Temperatur aufwiesen, wurde dem Vorpolymer das MBOCA zugesetzt und gemischt. Nach dem Mischen wurde die Probe auf eine Heizplatte gegossen und mit einem Teflon™-beschichteten Stab mit einem auf 175 mil (4,4 mm) eingestellten Abstandshalter abgezogen. Die Platte wurde dann in einen Ofen überführt und auf 104 °C erwärmt und für 16 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Das abgezogene Material wurde dann entformt und auf 22" (55,9 cm) gestanzt und zur Herstellung eines laminierten Kissens zum Polieren verwendet. Alle Kissen wiesen einen Durchmesser von 20" (50,8 cm) mit einem oberen Kissen von 80 mil (2,0 mm), einer kreisförmigen 1010-Rillenkonfiguration mit einer Breite, einer Tiefe und einem Abstand von 20 mil, 30 mil bzw. 120 mil (0,51 mm, 0,76 mm bzw. 3,05 mm), einen Haftklebstofffilm für das Unterkissen, ein Suba IV™ Polyurethan-imprägniertes Polyesterfilz-Unterkissen und einen Platten-Haftklebstoff auf. Plättchen von jedem Materialsatz wurden auch zu Plättchen für eine Eigenschaftsprüfung sowohl mit als auch ohne den polymeren Mikrokügelchen-Füllstoff zur Eigenschaftsprüfung ausgebildet.
  • Eine Referenztabelle der Proben, die in den folgenden Beispielen angegeben sind, ist als Tabelle 1 angegeben. Der Fluorpolymergehalt wurde als der prozentuale Ersatz für den PTMEG-Gehalt bezogen auf den Vergleich angegeben, wobei es sich um ein Gemisch aus einem flüssigen Vorpolymer auf Polyetherbasis mit Toluoldiisocyanat-Endgruppen mit einem NCO von 8,9 bis 9,3 Gew.-% handelt, das mit 4,4'-Methylen-bis(2-chloranilin) bei einer Stöchiometrie, die als NCO zu Aushärtungsmittel-Amin gemessen wurde, von 105 % ausgehärtet worden ist. Für die Zwecke dieser Beschreibung stellt die Stöchiometrie das molekulare Verhältnis von NCO zu Amin dar.
  • Tabelle 1
    Probe Ethoxylierter Perfluorether (Gew.-%)
    A 0
    1 6
    2 12
    3 18
    4 24
  • Beispiel 1
  • Proben einer Polyharnstoff-Formulierung wurden mit variierenden Graden von fluoriertem Ersatz hergestellt. Der Vergleich A war das fluorfreie Ausgangsmaterial, während die Proben 1 und 2 mit einem Ersatz von 6 Gew.-% und 12 Gew.-% der Polytetramethylenetherkomponente durch die fluorierte Spezies hergestellt wurden. Die ohne Füllstoff hergestellten Plättchenproben zeigten eine signifikante Verminderung der Transparenz für beide Niveaus des Fluorpolymergehalts, was einen höheren Grad der Phasentrennung anzeigt. Ferner zeigte eine FTIR-Analyse das Vorliegen eines Biurets mit einem Peak bei 1535 cm-1.
  • Zusammenfassungen von Materialeigenschaften für die drei Materialien sind in der Tabelle 2 angegeben. Eigenschaftsdifferenzen bei Ersatzniveaus von 12 Gew.-% oder weniger waren relativ gering. Bei höheren Ersatzniveaus wurden die Kissen jedoch zunehmend spröde. Es wurde abgeschätzt, dass die funktionelle Grenze für die Verminderung der Dehnung und der Zähigkeit ohne unerwünschte Effekte auf den Poliervorgang bei etwa 20 Gew.-% Ersatz auftritt. Tabelle 2
    Probe Ethoxylierter Perfluorether Gew.-% Dichte (g/cm3) Durometer-Härte Mittlere Zugfestigkeit (MPa) Mittlere Dehnung (%) Mittlerer Modul (MPa) Zähigkeit (MPa)
    A 0 % 0,93 64D 24,4 166 334,4 37,8
    1 6% 0,96 65D 32,4 198 417,4 57,9
    2 12 % 0,91 65D 32,0 138 459,6 41,9
    3 18 % 1,01 66D 30,3 77 403,8 21,6
    4 24% 1,01 68D 32,0 55 458,9 15,7
    Anmerkung: Die Proben 1 bis 4 wiesen ein Perfluorether/Ethylenoxid-Atomverhältnis von etwa 1,9 auf.
  • Beispiel 2
  • Kissen des geeigneten Bereichs wurden bezüglich Oberflächeneigenschaften hinsichtlich des fluorfreien Ausgangsmaterials untersucht. Die gemessenen Eigenschaften waren sowohl statische als auch dynamische Kontaktwinkelmessungen zum Ableiten von Oberflächenenergien. Beide Sätze von Messungen nutzten die Plättchenproben zum Sicherstellen von Messungen auf einer glatten gegossenen Oberfläche. Dadurch wurden Messfehler aufgrund einer Oberflächenrauheit vermieden. Dies ist zur Messung der Oberflächenenergie am kritischsten.
  • Oberflächenenergiemessungen wurden mittels einer Goniometrie eines aufgebrachten Tropfens unter Verwendung eines handelsüblichen, von Krüss hergestellten Geräts durchgeführt. Messungen wurden unter Verwendung von entionisiertem Wasser und Diiodmethan („Methyleniodid“) durchgeführt. Das Zweikomponenten-Fowkesverfahren wurde zur Ableitung von Oberflächenenergiewerten aus den gemessenen mittleren Kontaktwinkeln verwendet. Sowohl statische als auch dynamische Messungen wurden zum Ableiten der Gleichgewichtsoberflächenenergie, der Fortschreitoberflächenenergie und der Rückzugsoberflächenenergie verwendet.
  • Dynamischer Kontaktwinkel
  • Tabelle 3
    Probe Minimale Oberflächenenergie (aus dem Fortschreitwinkel berechnet) (Dyn/cm) Maximale Oberflächenenergie (aus dem Rückzugswinkel berechnet) (Dyn/cm)
    γs d γs p γ s gesamt γ s d γ s p γ s gesamt
    A 28,8 1,0 29,8 50,8 16,7 67,5
    2 11,1 1,9 13,0 46,5 15,7 62,2
    3 11,5 1,4 12,9 47,4 13,3 60,7
  • Das Vergleichskissen-Kontrollkissen wurde bei dynamischen Bedingungen hydrophil, wobei ein Kontaktwinkel von 0 angenommen wurde (vollständiges Benetzen mit Methyleniodid). Überraschenderweise zeigen Daten, dass die Proben 2 und 3 mit großen Mengen Fluorpolymer und einer hohen Elektronegativität bei dynamischen Bedingungen ebenfalls hydrophil sind. Diese Prüfung verifizierte, dass das Polierkissen während des Polierens hydrophil war.
  • Beispiel 3
  • Ein Kissen der vorliegenden Erfindung mit einer anderen Dichte sowie einem zweiten Gemisch eines flüssigen Vorpolymers auf Polyetherbasis mit Toluoldiisocyanat-Endgruppen mit einem NCO von 8,9 bis 9,3 Gew.-%, das mit 4,4'-Methylen-bis(2-chloranilin) bei einer Stöchiometrie, die als NCO zu Aushärtungsmittel-Amin gemessen wurde, von 105 % ausgehärtet worden ist („Vergleichsprobe B“), wurde zum Polieren von TEOS-Wafern unter Verwendung von zwei Aufschlämmungen verwendet.
  • Die erste Aufschlämmung war eine handelsübliche Ceroxid-Aufschlämmung (Asahi CES333F), die unter Verwendung der Anweisungen des Herstellers hergestellt worden ist. Der pH-Wert während der Verwendung betrug 5,5. Auf der Basis von vorhandenen Daten liegt der pH-Wert bei der Verwendung reichlich unterhalb des isoelektrischen pH-Werts der verwendeten Ceroxid-Teilchen. Die zweite Aufschlämmung war eine handelsübliche Siliziumoxid-Aufschlämmung (Cabot SS25), die ebenfalls unter Verwendung der Anweisungen des Herstellers hergestellt worden ist. Der pH-Wert während der Verwendung betrug 10,5. Auf der Basis von vorgelegten vorhandenen Daten lag der pH-Wert bei der Verwendung reichlich oberhalb des isoelektrischen pH-Werts der verwendeten Siliziumoxid-Teilchen.
  • Jedes Kissen wurde zum Polieren von Wafern über einem Bereich des ausgeübten Drucks unter Verwendung der gleichen Bedingungen zum Ermöglichen einer Abschätzung der Differenzen beim Preston-Koeffizienten verwendet, der durch Messen der Steigung der Druck gegen Geschwindigkeit- bzw. Rate-Reaktion gemessen worden ist. Die für jede Prüfung verwendeten Polierbedingungen waren eine Plattendrehzahl von 93 U/min, eine Waferträgerdrehzahl von 87 U/min und ein Aufschlämmungsfluss von 200 ml/min. Das verwendete Poliergerät war ein Applied Materials Mirra™-Gerät.
  • Wie es in der Tabelle 4 und der 5 gezeigt ist, wurde für das Kissen der vorliegenden Erfindung eine signifikante Verbesserung der Poliergeschwindigkeit bzw. -rate über dem gesamten Bereich der Andruckkraft beim Polieren mit kationischen Ceroxid-Teilchen festgestellt. Die Erfindung stellte eine Zunahme der Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate von 20 bis 30 Prozent abhängig von der Andruckkraft bereit. Die Steigung der Druck/Geschwindigkeit- bzw. Rate-Reaktion, die ein Maß für den Beitrag des Preston-Koeffizienten von dem Kissen war, war mindestens 60 % höher als diejenige des Ausgangskissens.
    Tabelle 4 Entfernungsgeschwindigkeit, bzw. -rate
    Probe SG (g/cm3) Andruckkraft: 3 (psi)/20,7 (kPa) (Å/min) Andruckkraft: 4 (psi)/27,6 (kPa) (Å/min) Andruckkraft: 5 (psi)/34,5 (kPa) Å/min
    B 0,95 2141 2870 3479
    2 0,95 2653 3685 4654
  • Im Gegensatz dazu lag eine niedrigere Rate für beide Fluor-enthaltenden Proben über dem gesamten Bereich der Andruckkraft mit anionischen Siliziumoxid-Teilchen vor, wie es in der Tabelle 5 und der 6 gezeigt ist. Darüber hinaus war die Steigung der Druck/Geschwindigkeit- bzw. Rate-Reaktion, die ein Maß für die Differenz des Beitrags des Preston-Koeffizienten von dem Kissen ist, für das Ausgangskissen um etwa 10 % signifikant höher.
    Tabelle 5 Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate
    Probe SG (g/cm3) Andruckkraft: 3 (psi)/20,7 (kPa) (Å/min) Andruckkraft: 4 (psi)/27,6 (kPa) (Å/min) Andruckkraft: 5 (psi)/34,5 (kPa) Å/min
    B 0,80 1684 2449 2895
    2 0,80 1602 2116 2707
  • Die Gesamtdefekte nach dem Polieren wurden für beide vorstehend gezeigten Polierexperimente bei 3 psi (20,7 kPa) gemessen. Das Ceroxidpolieren wurde nach der HF-Anwendung gemessen und beim Siliziumoxidpolieren wurde eine EKC 5650-Reinigungslösung verwendet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt. Die fluorierte Formulierung zeigte verminderte Gesamtdefekte während des Polierens mit Ceroxid, wobei der entgegengesetzte Effekt bei der Verwendung von kolloidalem Siliziumoxid festgestellt wird. Tabelle 6
    Probe Aufschlämmung Gesamtdefekte nach dem Polieren (#)
    B Asahi CES333 635
    2 Asahi CES333 470
    B SS25 16012
    2 SS25 22017
    Anmerkung: Die Gesamtdefekte variieren beträchtlich mit dem Polierverfahren, der Aufschlämmung, der Messtechnik und den Einstellungen. Die Gesamtdefekte wurden mit dem polierten Wafer, der unter Verwendung eines Lam Ontrak Synergy™-Reinigungsgeräts unter Verwendung einer DuPont™ EKC PCMP5650™-Reinigungschemie (Verdünnung 1:90) gereinigt worden ist, bestimmt. Der Wafer wurde nach der Reinigung mit einem KLA / TENCOR Surfscan® SP2-Defektuntersuchungssystem für unstrukturierte Wafer unter Verwendung einer Defektgröße von > 0,16 µm untersucht. Die Defektdaten wurden unter Verwendung der KLA / TENCOR Klarity®-Software analysiert.
  • Beispiel 4
  • Zwei Versionen des vorstehend angegebenen Moleküls wurden mit n-Werten von 1,5 (fluorierte Spezies, MW von etwa 1800 g/mol) und n > 4 (fluorierte Spezies, MW von etwa 2000 g/mol) verwendet. Ein größerer n-Wert wird zu einer erhöhten Verträglichkeit der fluorierten Segmente führen, die in Harnstoffen des weichen Segments verwendet wurden. Zum Bewerten von Effekten auf das Polieren wurde ein Kontroll-Vorpolymer aus der folgenden Polyharnstoff-Formulierung hergestellt.
    Tabelle 7
    Probe PTME250/PTME650/PTME1000/PTME2000 (Gew.-%) Isocyanat NCO (Gew.- %)
    B 29/22,2/24,9/23,9 TDI/H12MDI (Gewichtsverhältnis 80/20) 9,15
    PTME = Polytetramethylenether (Molekulargewicht)
  • Vergleichsvorpolymere wurden durch Ersetzen eines Teils der PTMEG2000-Komponente durch die ethoxylierten Perfluorether in der nachstehenden Weise hergestellt:
    Tabelle 8
    Probe R PTME250/PTME650/PTME1000/PTME2000/ ethoxylierter Perfluorether (Gew.-%) NCO (Gew.-%) Phase nach der Umsetzung
    5 Etwa 1,9 29/22,2/24,9/11,95/11,95 9,15 Flüssigkeit
    6 Etwa 1,9 29/22,2/24,9/17,95/5,98 9,15 Flüssigkeit
    7 5,3 29/22,2/24,9/11,95/11,95 9,15 Feststoff
    8 5,3 29/22,2/24,9/17,95/5,98 9,15 Flüssigkeit
    PTME = Polytetramethylenether (Molekulargewicht)
  • Das Vorpolymer, bei dem ein Perfluorether/Ethylenoxid-Atomverhältnis von 1,9 genutzt wird, wies eine höhere Verträglichkeit auf und konnte zur Herstellung eines brauchbaren Vorpolymers bei beiden Konzentrationen verwendet werden, während das Perfluorether/Ethylenoxid-Atomverhältnis von 5,3 aufgrund eines Viskositätsanstiegs des Vorpolymers und einer Verfestigung aufgrund einer übermäßigen Phasentrennung nur bei der niedrigeren Konzentration brauchbar war. Das Verfestigen des Vorpolymers machte es zum Gießen mit einem Aushärtungsmittel zu einem Polyharnstoff-Polierkissen ungeeignet.
  • Kissen wurden aus den brauchbaren Formulierungen unter Verwendung von MBOCA als das Aushärtungsmittel bei einer Stöchiometrie von 105 % gegossen. Die Ergebnisse der Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate als Funktion der Andruckkraft sind nachstehend gezeigt. Wie es in dem Diagramm gezeigt ist, erhöhten alle fluorierten Vorpolymerproben die Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate verglichen mit der unfluorierten Kontrolle, jedoch war aufgrund der erhöhten Verträglichkeit und der höheren erreichbaren Konzentration des ethoxylierten Perfluorethers die Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate in der Probe 5 verglichen mit den Proben 6 und 8 weiter erhöht.
  • Das abgeschätzte Perfluorether/Ethylenoxid-Atomverhältnis für das 3 Ethylenoxid-Fluorpolymer für die Proben 7 und 8 wurde zu 5,3 bestimmt. Für das ~ 8 betrug das Perfluorether/Ethylenoxid-Atomverhältnis für die Proben 5 und 6 etwa 1,9. Für ein verbessertes Gießen und eine verbesserte Trennung des weichen Segments beträgt das Perfluorether/Ethylenoxid-Atomverhältnis vorzugsweise weniger als 4. Mehr bevorzugt beträgt das Verhältnis weniger als 3 und es beträgt insbesondere weniger als 2,5. Alternativ können grenzflächenaktive Mittel die Löslichkeit der Formulierungen mit hohem Perfluorether/Ethylenoxid-Atomverhältnis verbessern. Diese Formulierungen stellen jedoch mit dem erhöhten Fluorpolymer nicht immer zusätzliche Verbesserungen der Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate bereit.
  • Die nachstehende Tabelle 9 zeigt Ceroxid-Poliergeschwindigkeiten bzw. -raten bei der Verwendung der Ceroxid-Aufschlämmung von Beispiel 3, wobei die Vorpolymere in der vorstehend beschriebenen Weise als Kissen gegossen worden sind. Tabelle 9
    Andruckkraft (psi)/(kPa) 2/13,8 3/20,7 4/27,6 5/34,5
    Probe B (Å/min) 3037 4649 5838 6851
    Probe 6 (Å/min ) 3171 5161 6928 8085
    Probe 8 (Å/min) 3216 5020 6964 7975
    Probe 5 (Å/min ) 3547 5816 7841 9545
  • Wie es aus der Tabelle 9 ersichtlich ist, stellt der Fluorpolymer-Zusatz erhöhte Entfernungsgeschwindigkeiten bzw. -raten bei höheren Andruckkräften bereit, wenn die modifizierte Ceroxid-Aufschlämmung Hitachi HS-08005A, die 1:9 verdünnt ist, bei einem pH-Wert von 8,35 verwendet wird.
  • Das Vorpolymer der Probe 7 konnte durch Zusetzen von 0,5 Gew.-% Merpol A als grenzflächenaktives Alkoholphosphat-Mittel bezogen auf das gesamte Vorpolymer zu dem Gemisch vor der Reaktion hergestellt werden. Dadurch konnte es zum Gießen einer Kissenprobe verwendet werden. Durch Erhöhen des Atomverhältnisses R auf 5,3 mit dem grenzflächenaktiven Mittel wurde jedoch anders als bei dem Vorpolymer mit dem Atomverhältnis R von 1,9 keine weitere Verbesserung festgestellt, wie es durch einen Vergleich desselben mit der vorstehenden Probe 5 ersichtlich ist. Tabelle 10
    Andruckkraft (psi)/(kPa) 2/13,8 3/20,7 4/27,6 5/34,5
    Probe 7 (Å/min) 3052 4958 6931 8068
    Anmerkung: Die Polierdaten der Tabelle 10 stammten von der gleichen Ceroxid-modifizierten Aufschlämmung wie derjenigen, die gemäß der Tabelle 9 verwendet worden ist.
  • Das mit Polyharnstoff endverkappte Fluorpolymer der Erfindung stellt eine unerwartete Zunahme der Dielektrikum-Entfernungsgeschwindigkeit bzw. -rate beim Polieren mit Ceroxid-enthaltenden Aufschlämmungen bei sauren pH-Niveaus oder einer modifizierten Ceroxid-enthaltenden alkalischen Aufschlämmung bereit. Ferner sammelt sich die fluorreiche Phase in der Nähe von Mikrokügelchen an, so dass eine Mikrostruktur in der Form eines heterogenen Gemischs gebildet wird. Darüber hinaus sammelt sich die fluorreiche Phase in der Nähe der Oberfläche an, so dass die Poliergeschwindigkeit bzw. -rate verbessert wird. Schließlich können die Mikrokügelchen in der Nähe der Oberfläche komprimiert und abgeflacht werden, so dass eine Polierschicht mit einer zähnchenartigen Mikrotextur gebildet wird.

Claims (10)

  1. Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleiter-, optischen, magnetischen oder elektromechanischen Substraten geeignet ist, umfassend: eine Polyharnstoff-Polierschicht, wobei die Polyharnstoff-Polierschicht eine Polyharnstoff-Matrix umfasst, wobei der Polyharnstoff ein weiches Segment und ein hartes Segment aufweist, wobei das weiche Segment ein Copolymer aus aliphatischen fluorfreien Polymergruppen und einem Fluorkohlenstoff mit einer Länge von mindestens sechs Kohlenstoffatomen ist, wobei die Polyharnstoff-Matrix mit einem Aushärtungsmittel ausgehärtet worden ist und gas- oder flüssigkeitsgefüllte polymere Mikroelemente umfasst, wobei die Polyharnstoff-Matrix einen Massenbereich und einen Übergangsbereich angrenzend an den Massenbereich, der sich zu der Polierschicht erstreckt, aufweist, wobei die polymeren Mikroelemente einen Durchmesser aufweisen und in dem Massenbereich der Polyharnstoff-Matrix kugelförmig sind, wobei die polymeren Mikroelemente in dem Übergangsbereich eine verminderte Dicke aufweisen, wenn sie sich der Polierschicht annähern, wobei die Dicke der komprimierten Mikroelemente angrenzend an die Polierschicht weniger als fünfzig Prozent des Durchmessers der polymeren Mikroelemente in dem Massenbereich beträgt und die polymeren Mikrokügelchen während des Polierens an der Polierschicht gebrochen werden, wobei die Polierschicht während des Polierens unter Scherbedingungen hydrophil bleibt.
  2. Polierkissen nach Anspruch 1, wobei der fluorreiche Bereich Bereiche mit höherer und niedrigerer Fluorkonzentration in der Umgebung der polymeren Mikroelemente erzeugt.
  3. Polierkissen nach Anspruch 1, wobei die fluorreiche Phase eine durchschnittliche Dicke von weniger als fünfzig Prozent eines durchschnittlichen Durchmessers der Polyharnstoff-Mikroelemente aufweist.
  4. Polierkissen nach Anspruch 1, wobei die polymeren Mikroelemente bei einer Kompression angrenzend an die Polieraufschlämmung unabhängig von einem Diamant-Konditionieren brechen.
  5. Polierkissen nach Anspruch 1, wobei die Polierschicht während des Polierens eine Oberfläche bilden kann, die zähnchenartige Strukturen enthält.
  6. Polierkissen, das zum Polieren von mindestens einem von Halbleiter-, optischen, magnetischen oder elektromechanischen Substraten geeignet ist, umfassend: eine Polyharnstoff-Polierschicht, wobei die Polyharnstoff-Polierschicht eine Polyharnstoff-Matrix umfasst, wobei der Polyharnstoff ein weiches Segment und ein hartes Segment aufweist, wobei das weiche Segment ein Copolymer aus aliphatischen fluorfreien Polymergruppen und einem Fluorkohlenstoff mit einer Länge von mindestens sechs Kohlenstoffatomen ist, wobei die Polyharnstoff-Matrix mit einem Aushärtungsmittel ausgehärtet worden ist und gas- oder flüssigkeitsgefüllte polymere Mikroelemente umfasst, wobei die Polyharnstoff-Matrix einen Massenbereich und einen Übergangsbereich angrenzend an den Massenbereich, der sich zu der Polierschicht erstreckt, aufweist, wobei die polymeren Mikroelemente einen Durchmesser aufweisen und in dem Massenbereich der Polyharnstoff-Matrix kugelförmig sind, wobei die polymeren Mikroelemente in dem Übergangsbereich eine verminderte Dicke aufweisen, wenn sie sich der Polierschicht annähern, wobei die Dicke der komprimierten Mikroelemente angrenzend an die Polierschicht weniger als fünfzig Prozent des Durchmessers der polymeren Mikroelemente in dem Massenbereich beträgt, wobei mindestens ein Teil der polymeren Mikroelemente angrenzend an die Polierschicht Kanäle bildet, die angrenzende verbinden und die polymeren Mikrokügelchen während des Polierens an der Polierschicht gebrochen werden, wobei die Polierschicht während des Polierens unter Scherbedingungen hydrophil bleibt.
  7. Polierkissen nach Anspruch 6, wobei der fluorreiche Bereich Bereiche mit höherer und niedrigerer Fluorkonzentration in der Umgebung der polymeren Mikroelemente erzeugt.
  8. Polierkissen nach Anspruch 6, wobei die fluorreiche Phase eine durchschnittliche Dicke von weniger als fünfzig Prozent eines durchschnittlichen Durchmessers der Polyharnstoff-Mikroelemente aufweist.
  9. Polierkissen nach Anspruch 6, wobei die polymeren Mikroelemente bei einer Kompression angrenzend an die Polieraufschlämmung unabhängig von einem Diamant-Konditionieren brechen.
  10. Polierkissen nach Anspruch 6, wobei die Polierschicht während des Polierens eine Oberfläche bilden kann, die zähnchenartige Strukturen enthält.
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