DE60127179T2

DE60127179T2 - Schleifartikel zur modifizierung einer halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE60127179T2
Application number: DE60127179T
Authority: DE
Inventors: Wesley J. Saint Paul BRUXVOORT
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: WO2002062527A1; TW586986B; EP1360033A1; HK1061375A1; WO2002062527A8; US20020106980A1; ATE355933T1; MY122784A; KR100721883B1; US6612917B2; KR20030074802A; EP1360033B1; JP2004524683A; DE60127179D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft zur Modifizierung eines Halbleiterwafers geeignete Schleifgegenstände.
Chemisch-mechanische Planarisations(CMP)-Verfahren werden bei der Halbleiterwaferherstellung zum Polieren und Planarisieren eines Halbleiterwafers verwendet. CMP-Verfahren umfassen das Anordnen eines Schleifmittels zwischen einem relativ starren Polster und einem Halbleiterwafer und Bewegen des Polsters und des Halbleiterwafers in Bezug aufeinander, um die Oberfläche des Wafers zu modifizieren. Das Schleifmittel kann in der Form eines fixierten Schleifelements, z.B. eines Elements, das an einen Träger gebundene Schleifmittel aufweist, oder einer Aufschlämmung, d.h. eines flüssigen Mediums, das Schleifteilchen aufweist, vorliegen. Das im CMP-Verfahren verwendete Stützpolster, das ein fixiertes Schleifelement einsetzt, wird als Unterpolster bezeichnet und weist eine auf einer federnden Schicht angeordnete kontinuierliche starre Schicht auf. Das fixierte Schleifelement ist häufig an der starren Schicht angebracht, und die federnde Schicht ist häufig an einer Maschinenplatte angebracht.
CMP-Verfahren versuchen zum Planarisieren der Waferoberfläche Material von relativ höheren Stellen, d.h. Merkmale mit Maßen von der Größe derjenigen Merkmale, die gewöhnlich durch Photolithografie hergestellt sind, selektiv zu entfernen. CMP-Verfahren versuchen auch Material von der Größe des Halbleiterwafers gleichmäßig zu entfernen, sodass jedes Plättchen auf dem Wafer in einer äquivalenten Zeitdauer auf dasselbe Niveau planarisiert wird. Die Geschwindigkeit der Planari sierung für jedes Plättchen ist vorzugsweise über den gesamten Wafer gleichmäßig. Es ist schwierig, beide dieser Ziele gleichzeitig zu erzielen, da die Halbleiterwafer häufig krumm oder gebogen sind. Einige Halbleiterwafer weisen auch zahlreiche Sprunghöhenvariationen oder Vorsprünge auf, die während der Herstellungsfolge einer integrierten Schaltung auf einem Wafer hergestellt werden. Diese Höhenvariationen und die Krümmung und Wölbung des Halbleiterwafers können die Gleichmäßigkeit des Polierverfahrens derart stören, dass einige Bereiche des Wafers überpoliert werden, während andere Bereiche unterpoliert bleiben.
Ein Gegenstand gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der eine Schleifkonstruktion zum Modifizieren einer Oberfläche eines Werkstücks wie eines Halbleiterwafers aufweist, ist aus WO 98/06541 bekannt. Die Schleifkonstruktion weist ein dreidimensionales strukturiertes fixiertes Schleifelement; mindestens ein im Allgemeinen mit dem fixierten Schleifelement koextensives federndes Element; und mindestens ein starres Element, das zwischen dem federnden Element und dem fixierten Schleifelement eingeschoben und damit koextensiv ist, auf, wobei das starre Element einen Young-Modul aufweist, der größer ist als derjenige des federnden Elements.
KURZDARSTELLUNG
In einem Aspekt weist die Erfindung einen Schleifgegenstand nach Anspruch 1 auf, der ein fixiertes Schleifelement, ein federndes Element, ein zwischen dem federnden Element und dem fixierten Schleifelement angeordnetes starres Element und mehrere zwischen dem starren Element und dem fixierten Schleifelement angeordnete Mikrostrukturen aufweist. In einer Ausführungsform sind die Mikrostrukturen an das starre Element gebunden. In einer anderen Ausführungsform sind die Mikrostrukturen durch eine Klebstoffzusammensetzung an das starre Element gebunden. In anderen Ausführungsformen stehen die Mikrostrukturen von dem starren Element hervor.
In einigen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen eine im Wesentlichen mit dem fixierten Schleifelement koextensive Schicht auf. In anderen Ausführungsformen liegen die mehreren Mikrostrukturen in Form einer diskontinuierlichen Schicht vor.
In einer Ausführungsform weist der Gegenstand ferner ein Mikrostrukturelement auf, das erste mehrere Mikrostrukturen mit einem ersten Maß und angeordnet an einem ersten Bereich des Mikrostrukturelements und zweite mehrere Mikrostrukturen mit einem zweiten Maß und angeordnet an einem zweiten Bereich des Mikrostrukturelements, aufweist. In einer Ausführungsform weist der erste Bereich eine erste Mikrostrukturenabstandsdichte und der zweite Bereich eine zweite Mikrostrukturenabstandsdichte auf.
In anderen Ausführungsformen weist der Gegenstand ferner ein Mikrostrukturelement auf, das einen ersten Bereich, der die Mikrostrukturen aufweist und eine erste Mikrostrukturenabstandsdichte aufweist, und einen zweiten Bereich, der die Mikrostrukturen aufweist und eine zweite Mikrostrukturenabstandsdichte aufweist, aufweist.
In einigen Ausführungsformen weist ein Querschnitt der Mikrostrukturen eine Gestalt auf, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Polygon, einem Kreis und einer Ellipse. In anderen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen eine Gestalt auf, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus pyramidalen, zylinderförmigen, konischen, stumpfhalbkugelförmigen, stumpfpyramidalen, stumpfkonischen und anderen Stumpfformen. In einer anderen Ausführungsform sind die Mikrostrukturen in einem Muster angeordnet. In einer Ausführungsform sind die Mikrostrukturen in einem Muster angeordnet, das versetzte Reihen an Mikrostrukturen aufweist. In einigen Ausführungsformen sind die Mikrostrukturen in einem Muster angeordnet, das ausgerichtete Reihen an Mikrostrukturen aufweist.
In anderen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen Teilchen auf, die in einem Bindemittel abgeschieden sind. In einigen Ausführungsformen weisen die Teilchen Polytetrafluorethylen auf. In anderen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen ein thermoplastisches Polymer auf. In einer anderen Ausführungsform weisen die Mikrostrukturen ein duroplastisches Polymer auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen Metall, z.B. ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelstahl, Nickel, Chrom und Kombinationen davon auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen Keramik auf. In anderen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen ferner Metall auf und ist die Keramik auf dem Metall abgeschieden. In noch anderen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen Glas auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen ferner Metall auf und ist das Glas auf dem Metall abgeschieden.
In einer Ausführungsform weisen die Mikrostrukturen eine Höhe von nicht mehr als etwa 250 μm auf. In einer Ausführungsform sind mindestens etwa 120 Mikrostrukturen/cm² zwischen dem starren Element und dem fixierten Schleifelement angeordnet. In einigen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen einen Querschnittsbereich von nicht mehr als etwa 10.000 μm² auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Mikrostrukturen einen Querschnittsbereich von nicht mehr als etwa 50.000 μm² auf. In einigen Ausführungsformen weist das Mikrostrukturelement keinen größeren tragenden Bereich als etwa 20% auf.
In einer anderen Ausführungsform weist das Schleifelement einen ersten Bereich mit Schleifteilchen aufweisenden Strukturen und einen zweiten Bereich, der frei von Schleifteilchen ist, auf. In einigen Ausführungsformen weist das fixierte Schleifelement ein strukturiertes fixiertes Schleifelement auf. In anderen Ausführungsformen weist der Gegenstand ferner ein die Mikrostrukturen aufweisendes Mikrostrukturelement und einen Träger auf und sind die Mikrostrukturen auf dem Träger angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist das starre Element starre Segmente auf. In einer Ausführungsform stehen die starren Segmente von einem gemeinsamen Substrat hervor.
In einem anderen Aspekt weist die Erfindung einen Schleifgegenstand auf, der ein fixiertes Schleifelement aufweist, das einen Träger und eine auf einer ersten Hauptoberfläche des Trägers angeordnete Zusammensetzung aufweist, wobei die Zusammensetzung ein Bindemittel und mehrere Schleifteilchen und ein an eine Schleif oberfläche, die der Hauptoberfläche des Schleifelements gegenüberliegt, gebundenes Mikrostrukturelement aufweist, wobei das Mikrostrukturelement mehrere Mikrostrukturen aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der Gegenstand ferner ein starres Element auf und ist das Mikrostrukturelement an das starre Element gebunden. In einer Ausführungsform weist der Gegenstand ferner ein starres Element auf und stehen die Mikrostrukturen von dem starren Element hervor.
In anderen Aspekten weist die Erfindung einen Schleifgegenstand auf, der ein Schleifelement aufweist, das mehrere auf einer ersten Oberfläche des Schleifelements angeordnete Strukturen aufweist, wobei die Strukturen im Wesentlichen frei von Schleifteilchen sind und mehrere an eine zweite Oberfläche des Schleifelements gebundene Mikrostrukturen, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegt. In einigen Ausführungsformen weist der Schleifgegenstand ferner ein starres Element auf und sind die Mikrostrukturen zwischen dem starren Element und dem Schleifelement angeordnet. In anderen Ausführungsformen weist der Schleifgegenstand ferner ein federndes Element auf und ist das starre Element zwischen dem federnden Element und dem Schleifelement angeordnet.
In einem anderen Aspekt weist die Erfindung eine Apparatur zum Modifizieren der Oberfläche eines Werkstücks auf, wobei die Apparatur ein fixiertes Schleifelement, ein federndes Element, ein zwischen dem federnden Element und dem fixierten Schleifelement angeordnetes starres Element und mehrere zwischen dem starren Element und dem fixierten Schleifelement angeordnete Mikrostrukturen aufweist. In einer Ausführungs form ist das fixierte Schleifelement in Bezug auf die mehreren Mikrostrukturen beweglich. In einigen Ausführungsformen sind die mehreren Mikrostrukturen und das starre Element in Bezug auf das fixierte Schleifelement beweglich. In anderen Ausführungsformen weist die Apparatur ferner ein erstes Gewebe, das das fixierte Schleifelement aufweist, ein zweites Gewebe, das die mehreren Mikrostrukturen aufweist, und ein drittes Gewebe, das das federnde Element aufweist, auf.
In einigen Ausführungsformen ist mindestens eines des ersten Gewebes, des zweiten Gewebes und des dritten Gewebes in Bezug auf ein anderes des ersten Gewebes, des zweiten Gewebes und des dritten Gewebes beweglich. In anderen Ausführungsformen weist das zweite Gewebe ferner das starre Element auf. In anderen Ausführungsformen stehen die Mikrostrukturen von dem starren Element hervor. In einigen Ausführungsformen weist das starre Element starre Segmente auf. In anderen Ausführungsformen stehen die starren Elemente von einem gemeinsamen starren Substrat hervor.
In anderen Aspekten weist die Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 36 zum Modifizieren der Oberfläche eines Halbleiterwafers auf, welches das Inkontaktbringen eines vorstehend beschriebenen Schleifgegenstands mit einem zur Herstellung von Halbleiterbauteilen geeigneten Substrat und Bewegen des Substrats und des Schleifgegenstands in Bezug aufeinander aufweist. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner das Inkontaktbringen eines ersten Bereichs des Schleifgegenstands mit dem Substrat, wobei der erste Bereich, der erste mehrere Mikrostrukturen aufweist, einen ersten Querschnittsbereich aufweist, Bewegen des Sub strats und des Schleifgegenstands in Bezug aufeinander, Inkontaktbringen eines zweiten Bereichs des Schleifgegenstands mit dem Substrat, wobei der zweite Bereich, der zweite mehrere Mikrostrukturen aufweist, einen zweiten Querschnittsbereich aufweist, und Bewegen des Substrats und des Schleifgegenstands in Bezug aufeinander, auf. In einer anderen Ausführungsform weist der Schleifgegenstand ferner ein Gewebe auf, welches die mehreren Mikrostrukturen aufweist, und weist das Verfahren ferner das Wenden des Gewebes von einer ersten Position zu einer zweiten Position auf.
Der „scheinbare Kontaktbereich" einer Mikrostruktur bedeutet den Oberflächenbereich einer Mikrostruktur, die zum Kontakt mit einem Schleifelement verfügbar scheint, wenn die beiden Einheiten unter einer gewissen aufgebrachten Belastung miteinander in Kontakt stehen.
Der Begriff „%ualer tragender Bereich" bedeutet den Bereich an einem Gegenstand, der den scheinbaren Kontaktbereich in Bezug auf den gesamten ebenen Bereich des Gegenstands in einem vorgegebenen Bereich des Gegenstands darstellt, z.B. einen Bereich des Gegenstands mit einem ebenen Bereich, der dem ebenen Bereich eines Halbleiterwafers ähnlich oder gleich ist.
Mikrostrukturen, die zwischen einem relativ starreren Element und einem fixierten Schleifelement angeordnet sind, stellen starre Stützpunkte für das fixierte Schleifelement bereit. Die starren Stützpunkte erleichtern die Planarisierung des Substrats und können den Betrag des Überpolierens reduzieren, der tendenziell an den Kanten von einzelnen Plättchen an der Oberfläche des Halbleiterwafers, der mit dem Gegenstand modi fiziert wird, auftritt. Ein mit Mikrostrukturen konstruierter Schleifgegenstand kann auch eine gute Polierung im Submikrongrad bereitstellen.
Die Gegenwart von Mikrostrukturen im Schleifgegenstand kann auch den durch den fixierten Schleifgegenstand verliehenen Poliergrad abändern und den während eines CMP-Verfahrens auftretenden Poliergrad erhöhen.
Andere Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon und aus den Ansprüchen ersichtlich.
Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schleifgegenstands der Erfindung;
2 ist eine vergrößerte Ansicht des durch die Zahl 2 in 1 bezeichneten Bereichs;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Mikrostrukturelements;
4 ist eine Draufsicht eines Mikrostrukturelements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Mikrostrukturelements auf einem starren Substrat;
6 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Mikrostrukturelements auf einem starren Substrat;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schleifgegenstands gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
8 ist eine Draufsicht der Schicht aus starren Segmenten und des Mikrostrukturelements des Schleifgegenstands von 7;
9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schleifgegenstands gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
10 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schleifgegenstands gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
11 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schleifgegenstands gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
12 ist eine Draufsicht von ineinander greifenden starren Segmenten gemäß einer Ausführungsform des starren Elements;
13a–13c sind perspektive Seitenansichten von einzelnen starren Segmenten;
14 ist eine Draufsicht eines segmentierten starren Elements;
15 ist eine Seitenansicht einer Apparatur zum Modifizieren eines Substrats, die einen Schleifgegenstand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Figuren, wobei gleiche Nummern zum Bezeichnen gleicher Merkmale durchwegs und zuerst auf 1–3 verwendet werden, ist ein Schleifgegenstand 100 dargestellt, der ein Mikrostrukturelement 102 aufweist, das zwischen einem auf einem relativ stärker Element 106 angeordnetes relativ starreres Element 104 und einem fixierten Schleifelement 108 angeordnet ist.
Das Mikrostrukturelement 102 weist Mikrostrukturen 110 auf, die wahlweise an einem Träger 112 angebracht sind, und kann in einer Vielfalt an Formen, aufweisend z.B. Scheiben und Gewebe, konstruiert sein. Die Anzahl an Mikrostrukturen pro Einheitsbereich des Mikrostrukturelements und die Maße, Gestalt und Anordnung der Mikrostrukturen können zum Erzielen eines gewünschten Polierungs- oder Planarisierungsgrads ausgewählt werden.
Die Anzahl an Mikrostrukturen und der Bereich der oberen Oberfläche, d.h. der Oberfläche der zum Kontakt mit dem Schleifelement verfügbaren Mikrostruktur, von jeder Mikrostruktur verbinden sich vorzugsweise, um ein Mikrostrukturelement mit etwa 5% tragendem Bereich bis etwa 80% tragendem Bereich, stärker bevorzugt mindestens etwa 10% tragendem Bereich bereitzustellen.
Das Mikrostrukturelement kann Mikrostrukturen, die sich gegenseitig überlappen, mit einem Abstand voneinander beabstandet sind und Kombinationen davon aufweisen. Der Zwischenraum der Mikrostrukturen auf dem Mikrostrukturelement, d.h. die Mikrostrukturenabstands-dichte, kann im Bereich von etwa 1 Mikrostruktur/linearem cm bis 100 Mikrostrukturen/linearem cm, vorzugsweise zwischen etwa 5 Mikrostrukturen/linearem cm bis etwa 80 Mikrostrukturen/linearem cm, stärker bevorzugt zwischen etwa 10 Mikrostrukturen/linearem cm bis etwa 60 Mikrostrukturen/linearem cm, besonders bevorzugt zwischen etwa 15 Mikrostrukturen/linearem cm bis etwa 50 Mikrostrukturen/linearem cm liegen. Die Mikrostrukturen können auch derart angeordnet sein, dass die Konzentration an Mikrostrukturen an einer Stelle des Schleifgegenstands größer ist, als in einem anderen Bereich des Schleifgegenstands (z.B. kann die Konzentration an Mikrostrukturen in der Mitte des Schleifgegenstands am größten sein).
In einer Ausführungsform weisen die Mikrostrukturen eine fixierte Basis auf und enden in einem freien oberen Ende, das zum Kontakt mit dem fixierten Schleifelement verfügbar ist, z.B. dem Träger (wo vorliegend) des fixierten Schleifelements. Das obere Ende der Mikrostruktur weist vorzugsweise einen Oberflächenbereich von etwa 10.000 μm² bis etwa 1.000.000 μm² auf. Die Mikrostrukturen können auch derart bemessen sein, dass der Bereich der oberen Oberfläche einer Mikrostruktur der Größe, d.h. dem Bereich der oberen Oberfläche eines Merkmals, z.B. eines Plättchens auf einem Halbleiterwafer, entspricht. Vorzugsweise ist der Querschnittsbereich an der oberen Oberfläche der Mikrostruktur etwas größer als z.B. das 10fache der Größe des Merkmals des Halbleiterwafers. Die Grundfläche einer Mikrostruktur ist vorzugsweise ausreichend, um die Grundfläche von etwa 1 bis 100 Schleifteilchen des in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 (Bruxvoort et al.) beschriebenen Typs zu umfassen.
Die Mikrostrukturen können die gleiche Höhe oder variierende Höhen aufweisen; vorzugsweise liegen die Spitzen der Mikrostrukturen im Wesentlichen in derselben Ebene. Für kreisförmige Schleifgegenstandsanwendungen vom Polstertyp kann die Höhe der Mikrostrukturen über einen Radius variieren. Die Höhe der Mikrostrukturen beträgt vorzugsweise nicht mehr als 200 Mikrometer, stärker bevorzugt etwa 25 bis 200 Mikrometer.
Nützliche Mikrostrukturen weisen präzis gestaltete und unregelmäßig geformte Mikrostrukturen auf. Geeignete Mikrostrukturgestalten weisen z.B. würfelförmige, zylindrische, prismatische, pyramidale, stumpfpyramidale, konische, stumpfkonische oder andere Stumpfformen, erhöhte Querbereiche, X-förmige Bereiche, stabförmige mit einer im Wesentlichen flachen oberen Oberfläche, halbkugelförmige, wie z.B. in WO 95/224,436 beschrieben, und Kombinationen davon auf. Die Mikrostruktur kann, wenn sie im Querschnitt in einer Ebene der Mikrostruktur aufgenommen wird, die parallel zur Arbeitsoberfläche des Schleifgegenstands liegt, auch eine Vielfalt an Gestalten, aufweisend z.B. einen Kreis, eine Ellipse und ein Polygon, aufweisend z.B. ein Dreieck, Quadrat, Rechteck, Sechseck, Siebeneck und Achteck, definieren.
Die Mikrostrukturen können auch Seiten, die rechtwinklig in Bezug auf den Träger des Schleifelements liegen, Seiten, die mit abnehmender Breite in Richtung des Trägers des Schleifelements und weg vom starreren Substrat zulaufen, Seiten, die hinterschnitten sind, und Kombinationen davon aufweisen. Bei Mikrostrukturen, die durch ein Hohlraumherstellungswerkzeug hergestellt sind, von denen Beispiele in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 (Bruxvoort et al.) beschrieben sind, sind, falls die Seiten der Mikrostruktur zugespitzt sind, die Mikrostruktur oder die Bahnen an Mikrostrukturen leichter aus dem Werkzeug zu entfernen. Der Winkel, der die Verjüngung bildet, kann im Bereich von etwa 1 bis 75 Grad, vorzugsweise von etwa 2 bis 50 Grad, stärker bevorzugt von etwa 3 bis 35 Grad und besonders bevorzugt von etwa 5 bis 15 Grad liegen.
Die Mikrostrukturen können auf dem Mikrostrukturelement in einer Vielfalt an Konfigurationen, aufweisend z.B. Widerholungsmuster, zufällig, Reihen, Spirale, Helix, Korkenzieher oder in Gitterweise angeordnet sein. Die Mikrostrukturen sind vorzugsweise in einem vorbestimmten Muster bereitgestellt. Die vorbestimmten Mikrostrukturmuster können den Hohlraummustern an einem zum Bilden der Mikrostrukturen verwendeten Herstellungswerkzeug entsprechen, wodurch es ermöglicht wird, dass das aus einem bestimmten Herstellungswerkzeug gebildete Muster in jedem Mikrostrukturelement wiederholt werden kann. Ein Beispiel eines vorbestimmten Musters weist Mikrostrukturen in einer regelmäßigen Anordnung, z.B. ausgerichtete Reihen und Säulen oder abwechselnde versetzte Reihen und Säulen auf. Die Mikrostrukturen können auch derart angeordnet sein, dass eine Reihe an Mikrostrukturen direkt vor einer zweiten Reihe an Mikrostrukturen ausgerichtet ist. Alternativ dazu kann eine Reihe an Mikrostrukturen von der zweiten Reihe an Mikrostrukturen versetzt sein.
In anderen Ausführungsformen weist das Mikrostrukturelement eine Anzahl an Bereichen, aufweisend z.B. Bereiche mit Mikrostrukturen von unterschiedlichen Maßen, Gestalten, Anzahl pro Einheitsbereich und Kombinationen davon auf. Beispiele für Bereiche aufweisende nützliche Mikrostrukturelemente weisen Mikrostrukturelemente mit einem Bereich, der Mikrostrukturen von relativ größeren Maßen aufweist, einen Bereich, der Mikrostrukturen von relativ kleineren Maßen aufweist oder einen Bereich, der ohne Mikrostrukturen ist, z.B. eine glatte Oberfläche und Kombinationen davon auf. 4 veranschaulicht ein Mikrostrukturelement 114 in Form eines Gewebes, das einen Bereich 116a mit relativ größeren Mikrostrukturen 118, die mit einem Abstand voneinander beabstandet sind, einen Bereich 116b mit relativ kleineren Mikrostrukturen 120, die mit einem kleineren Abstand voneinander beabstandet sind und einen Bereich 116c, der ohne Mikrostrukturen vorliegt, aufweist. In anderen Ausführungsformen weist ein Bereich eine größere Dichte an Mikrostrukturen auf, d.h. die Mikrostrukturen in einem vorgegebenen Bereich sind in Bezug auf die Dichte an Mikrostrukturen in einem zweiten Bereich enger aneinander lokalisiert. Das in 4 veranschaulichte Mikrostrukturelement 114 weist auch Lokalisierer 122a auf. Die Lokalisierer 122a können in Verbindung mit anderen Markierungen, z.B. Lokalisierer 122b verwendet werden, um es zu ermöglichen, dass eine Apparatur die Lage eines Halbleiterwafers in Bezug auf eine gewünschte Lage auf dem Mikrostrukturelement erkennt.
Die Gegenwart von Bereichen auf dem Mikrostrukturelement erzeugt eine Topografie, die über die Oberfläche des Mikrostrukturelements variiert. Der Unterschied in der Topografie kann zum Abändern der Poliereigenschaften eines damit konstruierten Schleifgegenstands verwendet werden. In einem Polierverfahren kann der Mechanismus, der die Bewegung des zu modifizierenden Substrats in Bezug auf den Schleifgegenstand steuert, derart vorprogrammiert sein, dass das Substrat die verschiedenen Bereiche des Schleifgegenstands gemäß einer vorbestimmten Sequenz kontaktiert, um eine gewünschte Oberflächemodifikation zu erzielen. Alternativ dazu kann die Oberflächenmodifizierungsapparatur, die das Mikrostrukturelement einbringt, zum Indizieren des Schleifgegenstands oder eines Bestandteils des Schleifgegenstands, z.B. des Mikrostrukturelements programmiert sein, um die Beschaffenheit des den Halbleiterwafer kontaktierenden Schleifgegenstands abzuändern.
Die Mikrostrukturen können Polymere, z.B. duroplastische und thermoplastische Polymere, Metalle und Kombinationen davon aufweisen. Beispiele für nützliche duroplastische Polymere weisen Vinylacrylate, acrylierte Epoxies, acrylierte Urethane, acrylierte Polyester, acrylierte Acryle, acrylierte Polyether, Vinylether, acrylierte Öle und acrylierte Silicone, alkylierte Harze wie Urethanalkylharze, Polyesterharze, reaktive Urethanharze, Phenolharze wie Resol und Novolakharze, Phenol-/Latexharze, Epoxyharze, aufweisend z.B. Bisphenolepoxyharze, Isocyanate, Isocyanurate, Polysiloxanharze, aufweisend Alkylalkoxylsilanharze, reaktive Vinylharze und Gemische davon auf.
Beispiele für nützliche thermoplastische Polymere weisen Polycarbonate, Polyvinylalkohol, Polyacrylonitril, Acryllonitrilbutadienstyrol, Styrolacrylo nitril, Cellulose, chloriertes Polyether, Ethylenvinylacetat, Polyamide, aufweisend z.B. Polycaprolactam, Polyhexamethylenadipamid, Polyhexamethylensebacamid, Polyundecanoamid und Polylauroamid; Polycarbonat, Polyolefine, aufweisend z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polybuten und Poly-4-methylpenten; Polyethylenterephtalat; Polyphenylenoxid; Polystyrol; Polyurethan; Polyisocyanurate; Vinylpolymere, aufweisend z.B. Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral, Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylidenchlorid, auf.
Beispiele für geeignete Metalle weisen Edelstahl, Nickel und Chrom auf.
Die Mikrostrukturen können auch Teilchen aufweisen. Die Teilchen können in den Mikrostrukturen eingeschlossen sein, um die Verschleißfestigkeit, d.h. die Nutzungslebensdauer des Mikrostrukturelements, zu erhöhen. Die Teilchen können ausgewählt sein, um den Reibungskoeffizienten zwischen dem Mikrostrukturelement und dem Schleifgegenstand abzuändern, vorzugsweise zu senken, z.B. durch Einbringen einer Gleiteigenschaft, was die Bewegung eines die Mikrostrukturen enthaltenden Gewebes in Bezug auf ein zweites Gewebe, z.B. das fixierte Schleifgewebe in Bezug auf ein Mikrostrukturelement, das frei von Teilchen ist, erleichtern kann. Polytetrafluorethylen ist ein Beispiel eines bestimmten Materials, das zum Senken des Reibungskoeffizienten zwischen den Mikrostrukturen und einem Gewebe in Kontakt mit den Mikrostrukturen verwendet werden kann.
Die Mikrostrukturen können von einer gemeinsamen Basis hervorstehen, auf einem separaten Träger angeordnet sein und Kombinationen davon. In einer Ausführungsform stehen die Mikrostrukturen vom starren Element hervor, d.h. sie bilden als Folge eines Strukturierungsverfahrens, z.B. Prägen, eine strukturierte Oberfläche auf dem starren Element. Nützliche Träger für das Mikrostrukturelement weisen z.B. Folien, Gewebe und Vlies auf. Nützliche Trägermaterialien weisen z.B. duroplastische und thermoplastische Polymere, Cellulose, Metall, Keramik, Glas und Kombinationen davon auf.
Mikrostrukturen und Mikrostrukturelemente können gemäß einer Vielfalt an Verfahren, aufweisend z.B. Gießen, Extrudieren, Prägen und Kombinationen davon, gebildet werden. Nützliche Verfahren zum Bilden von Mikrostrukturelementen sind z.B. in den US-Patentschriften Nr. 5,897,930, 5,183,597, 4,588,258, 4,576,850, und 4,374,077 beschrieben und hier eingebracht. Andere nützliche Verfahren zum Herstellen von Mikrostrukturelementen weisen die in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 offenbarten allgemeinen Verfahren des Herstellens von dreidimensionalen Schleifgegenständen, auf.
Das starre Element des Schleifgegenstands kann eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, z.B. in Segmente aufgeteilte Schicht sein und in einer Vielfalt an Formen, aufweisend z.B. eine runde Scheibe und ein kontinuierliches Gewebe, z.B. ein Band, vorliegen. Das Mikrostrukturelement kann unter Verwendung einer Vielfalt an Mechanismen, aufweisend z.B. eine Klebstoffzusammensetzung, Ultraschallschweißen, Wärmeschweißen, mechanische Befestigungsmitteln und Kombinationen davon, an dem starren Element angebracht sein.
Das Mikrostrukturelement kann auch eine Verlängerung des starren Elementmaterials sein, wie in dem Fall, wenn z.B. die Mikrostrukturen gleichzeitig mit dem starren Element gebildet, z.B. gegossen oder geprägt werden, oder direkt auf dem starren Element gewachsen sind. 5 veranschaulicht ein Mikrostrukturelement 102, das auf einen Träger 112 und an ein starres Element 104 gebundene Mikrostrukturen 110 aufweist. 6 veranschaulicht Mikrostrukturen 110, die direkt vom starren Element 104 hervorstehen.
Das Material des starren Elements ist ausgewählt in Kombination mit dem Material des federnden Elements zum Bereitstellen einer Schleifkonstruktion, die gleichmäßige Materialentfernung über die Oberfläche des zu modifizierenden Substrats aufweist, d.h. gute Gleichmäßigkeit und Ebenheit auf gemusterten Wafern, die Planheit und Wölbung, d.h. das Maß des Planarisierungsverhältnisses, aufweist.
Geeignete starre Substratmaterialien weisen z.B. organische Polymere, anorganische Polymere, Keramiken, Metalle, Zusammensetzungen aus organischen Polymeren und Kombinationen davon auf. Geeignete organische Polymere können thermoplastisch oder duroplastisch sein. Geeignete thermoplastische Materialien weisen Polycarbonate, Polyester, Polyurethane, Polystyrole, Polyolefine, Polyperfluorolefine, Polyvinylchloride und Copolymere davon auf. Geeignete duroplastische Polymere weisen z.B. Epoxide, Polyimide, Polyester und Copolymere davon (d.h. Polymere die mindestens zwei verschiedene Monomere, aufweisend z.B. Terpolymere und Tetrapolymere, enthalten) auf.
Das Polymer des starren Substrats kann verstärkt sein. Die Verstärkung kann in Form von Fasern oder teilchenförmigem Material vorliegen. Geeignete Materialen zur Verwendung als Verstärkung weisen z.B. organische oder anorganische Fasern (z.B. kontinuierlich oder Stapel) Silicate, z.B. Glimmer oder Talkum, Materialien auf Siliciumdioxidbasis z.B. Sand und Quarz, Metallteilchen, Glas, Metalloxide und Calciumcarbonat oder eine Kombination davon auf.
Metallbahnen können ebenfalls als das starre Element verwendet werden. Vorzugsweise ist die Metallbahn sehr dünn, z.B. von etwa 0,075 bis etwa 0,25 mm. Geeignete Metalle weisen z.B. Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Nickel und Chrom auf.
Besonders nützliche starre Materialien weisen Poly(ethylenterephthalat), Polycarbonat, glasfaserverstärkte Epoxytafeln, Aluminium, Edelstahl, und IC 1000 (erhältlich von Rodel, Inc., Newark, DE) auf.
Das federnde Element kann eine kontinuierliche Lage oder eine diskontinuierliche Lage sein, z.B. die in Segmente aufgeteilt ist. Das federnde Element kann eine Materialschicht oder eine Anzahl an Schichten vom gleichen oder einem anderen Material aufweisen, mit der Maßgabe, dass das mechanische Verhalten des federnden Elements für die gewünschte Anwendung akzeptabel ist. Das federnde Element kann vorzugsweise während eines Oberflächenmodifikationsverfahrens eine Kompression durchmachen. Die Rückfederung, d.h. die Steifigkeit in der Kompression und im elastischen Rückprall des federnden Elements betrifft den Modul des Materials des federnden Elements in der Dickenrichtung und wird auch von der Dicke des federnden Elements beeinflusst.
Die Wahl des Materials für das federnde Element, sowie die Dicke des federnden Elements variieren je nach den Variablen im Verfahren, aufweisend z.B. die Zusammensetzung der Werkstückoberfläche und des fixierten Schleifelements, die Gestalt und anfängliche Flachheit der Werkstückoberfläche, den Typ der zur Modifizierung der Oberfläche (z.B. Planarisierung der Oberfläche) verwendeten Apparatur und die im Modifizierungsverfahren verwendeten Drücke.
Vorzugsweise weist das federnde Material, aufweisend z.B. das gesamte federnde Element, einen Young-Modul von weniger als etwa 100 MPa, stärker bevorzugt weniger als etwa 50 MPa auf. Dynamisches Kompressionstesten von federnden Materialien kann zum Messen des Young-Moduls (häufig als Speicher- oder Elastizitätsmodul bezeichnet) in Dickenrichtung des federnden Materials verwendet werden. ASTM D5024-94 (Standardtestverfahren zum Messen der dynamisch mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen bei Kompression) ist ein nützliches Verfahren zum Messen des Young-Moduls von federndem Material, falls das federnde Material eine Schicht oder ein laminiertes Element, welches mehrere Materialschichten aufweist, ist. Der Young-Modul des federnden Elements wird gemäß ASTM D5024-94 des Materials bei 20°C und 0,1 Hz mit einer dem nominalen CMP-Verfahrensdruck gleichen Vorbelastung bestimmt.
Geeignete federnde Materialien können auch durch zusätzliche Bewertung ihrer Spannungserholung ausgewählt werden. Die Spannungserholung wird durch Verformen eines Materials und dessen Halten im verformten Zustand bewertet, während die zum Aufrechterhalten der Verformung benötigte Kraft oder Spannung gemessen wird. Geeignete federnde Materialien bewahren vorzugsweise mindestens etwa 60%, stärker bevorzugt mindestens etwa 70% der anfänglich aufgebrachten Spannung nach 120 Sekunden. Dies wird hier als die „Restspannung" bezeichnet und bestimmt, indem zuerst eine Materialprobe auf nicht weniger als eine Dicke von 0,5 mm mit einer Geschwindigkeit von 25,4 mm/Minute komprimiert wird, bis eine anfängliche Spannung von 83 kPa bei Raumtemperatur (20°C–25°C) erzielt ist, und die Restspannung nach 2 Minuten gemessen wird.
Das federnde Element kann eine breite Vielfalt an federnden Materialien aufweisen. Beispiele für nützliche federnde Materialien weisen organische Polymere, aufweisend z.B. ein Thermoplast, Duroplast und Elastomer auf. Geeignete organische Polymere weisen diejenigen organischen Polymere auf, die zum Herstellen poröser organischer Strukturen, d.h. von Schäumen, geschäumt oder geblasen sind. Derartige Schäume können aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk oder anderen thermoplastischen Elastomeren, aufweisend z.B. Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyurethane und Copolymere, davon hergestellt sein. Geeignete synthetische thermoplastische Elastomere weisen z.B. Chloroprenkautschuke, Ethylen/Propylenkautschuke, Butylkautschuke, Polybutadiene, Polyisopropene, EPDM-Polymer, Polyvinylchloride, Polychloroprene, Styrolbutadiencopolymere und Styrolisoprencopolymere und Gemische davon auf. Ein Beispiel für ein nützliches federndes Material ist ein Copolymer von Polyethylen und Ethylvinylacetat in der Form eines Schaums.
Andere nützliche federnde Materialien weisen mit Polyurethan imprägnierte Materialien auf Filzbasis, Vlies- oder Gewebefasermatten, die z.B. Polyolefin-, Polyester- oder Polyamidfasern aufweisen, und mit Harz imprägnierte Gewebe- und Vliesmaterialien auf.
Beispiele für nützliche im Handel erhältliche federnde Materialien weisen Poly(ethylencovinylazetat)schäume, erhältlich unter den Markenbezeichnungen 3M SCOTCH brand CUSHIONMOUNT Plate Mounting Tape 949, doppelt beschichtetes Elastomerschaumband mit hoher Dichte, erhältlich von 3M Company (St. Paul, MN), EO EVA-Schaum erhältlich von Voltek (Lawrence, MA), EMR 1025-Polyethylenschaum, erhältlich von Sentinel Products (Hyannis, NJ), HD200-Polyurethanschaum, erhältlich von Illburck, Inc. (Minneapolis, MN), MC8000- und MC8000EVA-Schäume, erhältlich von Sentinel Products und SUBA IV Impregnated Nonwoven, erhältlich von Rodel, Inc. (Newark, DE) auf.
Im Handel erhältliche Polster mit starren und federnden Elementen, die bei Aufschlämmungspoliervorgängen verwendet werden, sind ebenfalls geeignet. Ein Beispiel eines derartigen Polsters ist unter der Markenbezeichnung IC1000-SUBA IV (Rodel, Inc.) erhältlich.
Das Schleifelement kann die Oberfläche eines Wafers in Abwesenheit einer Schleifaufschlämmung während eines chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahrens schleifen. Das Schleifelement kann ein fixiertes Schleifelement, d.h. ein Schleifgegenstand, der mehrere Schleifteilchen in fixierter Position in einem Bindemittel aufweist, sein. Ein fixiertes Schleifelement ist im Wesentlichen frei von nicht befestigten Schleifteil chen, außer wie sie während des Planarisierungsverfahrens erzeugt werden können. Die Teilchen und das Bindemittel des fixierten Schleifelements können wahlweise an eine Stütze, z.B. einen Träger gebunden sein.
Das Schleifelement kann auch derart strukturiert sein, dass es erhöhte Teile und vertiefte Teile aufweist, bei welchen zumindest die erhöhten Teile Schleifteilchen in einem Bindemittel aufweisen.
Vorzugsweise ist das Schleifelement ein dreidimensionaler Schleifgegenstand. Dreidimensionale Schleifgegenstände weisen zahlreiche Schleifteilchen auf, die sich durch mindestens einen Teil der Dicke des Gegenstands derart erstrecken, dass die Entfernung von einigen der Teilchen während der Planarisierung zusätzliche Schleifteilchen freilegt, die die Planarisierungsfunktion durchführen können. Beispiele für nützliche dreidimensionale, strukturierte, fixierte Schleifgegenstände sind in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 (Bruxvoort et al.) und der PCT-Anmeldung WO98/49723 (Kaisaki) offenbart.
Das Schleifelement kann durch vertiefte Teile getrennte Strukturen aufweisen. Die Strukturen können Schleifteilchen aufweisen oder frei von Schleifteilchen sein, und das Schleifelement kann Strukturen, die frei von Schleifteilchen sind, Strukturen die Schleifteilchen enthalten und Kombinationen davon aufweisen. Die Strukturen des Schleifelements können in einem Muster, zufällig und in Kombinationen davon angeordnet sein.
Das Schleifelement kann in Form einer Schicht vorliegen, die sich über andere Bestandteile des Schleif gegenstands, aufweisend z.B. das Mikrostrukturelement, starre Segmente und Kombinationen davon, erstreckt. Das Schleifelement kann auch mit einzelnen starren Elementen koextensiv sein.
7 und 8 veranschaulichen eine andere Ausführungsform des Schleifgegenstands 210. Der Schleifgegenstand 210 weist Mikrostrukturen 110 auf, die zwischen einem segmentierten relativ starreren Element 220 und einem fixierten Schleifelement 214, welches auf einem Träger 218 angeordnete fixierte Schleifkomposite 216 aufweist, angeordnet sind. Das fixierte Schleifelement 214 ist durch eine Klebstoffzusammensetzung 224 an die Mikrostrukturen 110 gebunden. Das relativ starrere Element 220 ist zwischen den Mikrostrukturen 110 und einem relativ stärker federnden Element 226 angeordnet. Der Schleifgegenstand 210 weist ferner eine auf der unteren Oberfläche des federnden Elements 226 zur Verwendung beim Befestigen des Schleifgegenstands auf einer Maschinenplatte angeordnete Schicht aus einer Klebstoffzusammensetzung 230 auf. Mikrostrukturelemente 202a, 202b sind auf dem segmentierten starren Element 220 angeordnet, welches eine Anzahl an durch Nuten 232 beabstandete Segmente 222 aufweist. Ein Mikrostrukturelement 202a in Form einer kontinuierlichen Beschichtung von Mikrostrukturen 110a erstreckt sich über eine Anzahl an starren Elementen, und ein anderes Mikrostrukturelement 202b weist Mikrostrukturen 110b auf, die von einzelnen starren Segmenten 222b hervorstehen.
Die Maße der starren Segmente sind zum Optimieren lokalisierter Ebenheit und umfassender Gleichmäßigkeit und zum Erzielen einer vorbestimmten Kantenausschluss zone auf einem Halbleiterwafer ausgewählt, der durch den mit dem starren Element konstruierten Schleifgegenstand zu modifizieren ist. Die Größe des starren Segments kann auf der Basis der Oberflächeneigenschaften, z.B. Plättchenaufbau, z.B. Wiederholungsmuster der Plättchen und Plättchengröße in Bezug auf die gewünschte Kantenausschlusszone des damit zu modifizierenden Halbleiterwafers ausgewählt sein. Vorzugsweise ist die Grundfläche des starren Segments nicht größer als der gewünschte Kantenausschluss, sodass der durch ein sich nicht über die Kante des Halbleiterwafers erstreckende starres Segment ausgeübte Druck nicht durch die Nähe des starren Segments zur Kante des Halbleiterwafers beeinflusst wird. Die starren Segmente sind auch vorzugsweise derart bemessen, dass eine Nachbarschaft, d.h. Grundfläche von lokalisierter Starrheit bereitgestellt wird, die sich der Grundfläche eines einzelnen Plättchens oder Wiederholungslithographiemusters auf dem zu modifizierenden Halbleiterwafer annähert oder leicht größer ist. Vorzugsweise weisen die starren Elemente eine etwa 0,5- bis etwa 4fache Größe des kleinsten Maßes des zu polierenden Plättchens auf. Nützliche starre Segmente weisen einen in einer parallel zur Arbeitsoberfläche des Schleifgegenstands liegenden Ebene des Segments genommen Querschnittsbereich auf, der nicht größer als 400 mm² ist.
Die starren Segmente 222 sind durch Nuten 232 voneinander getrennt, die sich in die Tiefe eines starren Elements 234 und über die Oberfläche des starren Elements 234 erstrecken. Die Nuten 232 machen das starre Element 234 in Bezug auf das starre Element ohne die Nuten flexibler, sodass das starre Element 234 sich als Ganzes der Oberfläche eines Halbleiterwafers 238 anpassen kann, während die einzelnen Segmente 32 starr bleiben.
Die Tiefe, auf die sich die Nuten 232 in das starre Element 234 erstrecken, kann variieren. Das starre Element 234 kann z.B. Nuten 232 aufweisen, die sich in das starre Element 234, durch das starre Element 234, durch das starre Element 234 und in das darunter liegende relativ stärker federnde Element 226, durch das starre Element 234 und durch das darunter liegende relativ stärker federnde Element 226 oder einer Kombination davon erstrecken. Wenn sich eine Nut 232 weiter in die Tiefe des Unterpolsters erstreckt, wird die Schleifgegenstandskonstruktion flexibler. Vorzugsweise erstrecken sich die Nuten durch das starre Element 234, um starre Segmente 222 bereitzustellen, die auf dem federnden Element 226 sitzen und sich im Wesentlichen unabhängig von den anderen starren Segmenten bewegen, um es der starren Schicht zu ermöglichen, sich der Oberfläche des Halbleiterwafers anzupassen, während die lokalisierte Planarisierung beibehalten wird. Stärker bevorzugt wird die Bewegung von einem starren Segment nicht auf eines seiner benachbarten Segmente übermittelt oder übertragen.
7 veranschaulicht einen Schleifgegenstand 210, der sich in das starre Element 234 erstreckende Nuten 232 aufweist. 9 veranschaulicht Nuten 232a, die derart durch das starre Element 234 laufen, dass starre Elemente 222a unabhängig an dem federnden Element 226 aufgehängt sind. 10 veranschaulicht Nuten 232b, die durch das starre Element 234 laufen und sich in das federnde Element 226 erstrecken, und Nuten 232c, die durch das starre Element 234 und durch das federnde Element 226 laufen.
11 veranschaulicht einen Schleifgegenstand 240, der Nuten 242a aufweist, die sich von der oberen Oberfläche 243 des starren Elements 234 in das starre Element 234 erstrecken und Nuten 242b, die sich von der unteren Oberfläche 244 des starren Elements 234 in das starre Element 234 erstrecken.
Die Breite der Nuten, d.h. der Abstand zwischen den Segmenten ist auf der Basis der gewünschten Flexibilität und Anpassung des Unterpolsters ausgewählt. Die Breite der Nuten kann derart erhöht werden, dass die Segmente voneinander vollständig getrennt oder im Wesentlichen vollständig getrennt sind. Im Allgemeinen wird während des CMP-Verfahrens der nominale Druck auf die Waferoberfläche durch Ausüben von Druck auf die Rückseite des Wafers gesteuert. Für breitere Nuten ist der Teil des durch die starren Segmente besetzten gesamten ebenen Bereichs reduziert. Wenn Druck durch die starren Segmente übertragen wird, wird die auf die Rückseite des Wafers ausgeübte Gesamtkraft durch einen schmaleren Gesamtbereich in Bezug auf ein nicht segmentiertes starres Element übertragen und ist der Nominaldruck an den Spitzen des starren Segments, an denen die Materialentfernungsverfahren auftreten, erhöht. In derartigen Fällen kann der auf die Segmente ausgeübte und auf den Halbleiterwafer übertragene Druck durch Ändern des Prozentanteils an Segmenten geändert werden, z.B. falls 50% des ebenen Bereichs des starren Elements Segmente aufweisen, steigt der mittlere Druck an der Bearbeitungsoberfläche um einen Faktor von 2 über den nominal aufgebrachten Druck. Die Wirkung der Nutenbreite auf den Verfahrensdruck ist ein weiterer beim Auswählen der Nutenbreite zu berücksichtigender Faktor.
Die Gestalt der Nut wird durch mindestens eine Seitenwand, z.B. eine kontinuierliche bogenförmige Seitenwand definiert, und kann durch zwei oder mehrere Seitenwände, aufweisend z.B. zwei im Wesentlichen parallele Seitenwände, zwei auseinander laufende oder zusammenlaufende Seitenwände und zwei von der Bodenwand der Nut getrennte Seitenwände, definiert werden.
Die Nuten können angeordnet sein, um starre Segmente mit einer Vielfalt an Gestalten, aufweisend z.B. kreisförmig, elliptisch, polygonal, z.B. Dreiecke, Rechtecke, Sechsecke und Achtecke zu definieren. Die starren Elemente können eine Vielfalt an Formen, aufweisend z.B. parallelflach, zylinderförmig, konisch, pyramidal, stumpfpyramidal, stumpfkonisch und andere Stumpfformen aufweisen. 8 veranschaulicht eine Anordnung von in rechten Winkeln zueinander positionierte Nuten, um im Allgemeinen quadratische starre Segmente 222 zu definieren. Die starren Segmente 244 können auch zum Ineinandergreifen miteinander, wie z.B. in 12 veranschaulicht, gestaltet sein.
13a veranschaulicht ein starres Segment 222a, in welchem die Verbindung 276a einer Seitenwand 272a und der oberen Wand 274a, d.h. der Oberfläche des starren Segments, die am nächsten am Schleifelement liegt, eines starren Segments 222a einen Winkel von 90° bilden. Die Verbindung 276 der Seitenwände 272 und der oberen Wand 274 kann auch einen anderen Winkel als 90° aufweisen, aufweisend z.B. eine abgeschrägte oder kurvenförmige Verbindung. 13b veranschaulicht ein starres Segment 222b, in welchem die Verbindung 276b zwischen der Seitenwand 272b und der oberen Wand 274b verjüngt, d.h. schräg ist. 13c veranschaulicht ein starres Segment, in welchem die Verbindung 276c zwischen den Seitenwänden 272c und der oberen Wand 274c abgerundet ist. Verjüngung oder Abrunden von einer oder mehreren Ecken des starren Segments an der Oberseite des starren Segments sorgt für eine relativ glattere Übertragung für die Halbleiterwaferbewegung über die Oberfläche eines damit konstruierten Schleifgegenstands.
Mit Bezug auf 14 kann das starre Element 254 auch eine Anzahl an starren Segmenten 246a, 246b und 246c die unterschiedlichen Maße (z.B. Querschnittsbereich), Abständen oder Gestalten aufweisen und in verschiedenen Bereichen 268a, 268b und 268c auf dem starren Element lokalisiert sind, aufweisen.
Nützliche Schleifgegenstandskonstruktionen weisen z.B. Scheibe, Gewebe und Mehrfachgewebekonstruktionen auf. Die Bestandteile des Schleifgegenstands können durch einen Befestigungsmechanismus in fixierter Beziehung zueinander gehalten werden. Beispiele für nützliche Mittel zum Halten der verschiedenen Bestandteile des Schleifgegenstands in fixierter Beziehung zueinander weisen z.B. Klebstoffzusammensetzungen, mechanische Befestigungsvorrichtungen, Haftvermittler und Kombinationen davon auf. Die Bestandteile können auch durch Verfahren, aufweisend z.B. Wärmebindung, Ultraschallschweißen, durch Mikrowellen aktivierte Bindung, gemeinsame Extrusion von mindestens zwei Bestandteilen des Schleifgegenstands und Kombinationen davon aneinander gebunden sein.
Nützliche Klebstoffe weisen z.B. Haftklebstoffe, Heißschmelzklebstoffe und Leim auf. Geeignete Haftklebstoffe weisen eine breite Vielfalt an Haftklebstoffen, aufweisend z.B. Klebstoffe auf der Basis von Naturkautschuk, (Meth)acrylatpolymere und Copolymere, AB- oder ABA-Blockcopolymere von thermoplastischen Kautschuken, z.B. unter der Markenbezeichnung KRATON (Shell Chemical Co., Houston, Texas) erhältliche Styrol/Butadien- oder Styrol/Isopren-Blockcopolymere oder Polyolefine auf. Geeignete Heißschmelzklebstoffe weisen z.B. Polyester, Ethylenvinylacetat (EVA), Polyamide, Epoxide und Kombinationen davon auf. Der Klebstoff weist vorzugsweise ausreichende Bindungskraft und Schälwiderstand auf, um die Bestandteile des Schleifgegenstands während der Verwendung in fixierter Beziehung zueinander zu halten und ist unter Verwendungsbedingungen gegen chemischen Abbau resistent.
Der Schleifgegenstand kann auch eine Vielfalt an Mechanismen zum Befestigen an einer Maschinenplatte, z.B. einer in der chemisch-mechanischen Planarisierung verwendeten Maschinenplatte, aufweisend z.B. Klebe- oder mechanische Mittel, aufweisend z.B. Platzierungsstifte, Haltering, Spannung, Vakuum oder eine Kombination davon, aufweisen.
Der Schleifgegenstand kann zur Verwendung in vielen Typen von Planarisierungsmaschinen von Halbleiterwafern angepasst sein, aufweisend denjenigen die zur Verwendung mit Polierpolstern geeignet sind. Ein Beispiel für eine geeignete im Handel erhältliche Maschine ist eine von IPEC/WESTECH of Phoenix, Arizona erhältliche Maschine zur chemisch-mechanischen Planarisierung (CMP).
Mindestens ein Bestandteil des Schleifgegenstands, aufweisend z.B. das Mikrostrukturelement, das federnde Element, das Schleifelement, das starre Element oder eine Kombination davon, kann auch in Bezug auf andere Bestandteile des Schleifgegenstands beweglich sein. 15 veranschaulicht eine Apparatur 250 zum Modifizieren eines Substrats, das eine Anzahl an Geweben 252, 254, 256 aufweist, wobei sich jedes Gewebe zwischen Abwickelwalzen 251, 255 bzw. 259 und Aufnahmewalzen 253, 257 bzw. 260 erstreckt. Das Gewebe 252 weist ein Schleifelement 258 von an einen Träger gebundenen fixierten Schleifkompositen auf. Das Gewebe 254 weist eine Anzahl an Mikrostrukturen 261 auf, und das Gewebe 256 weist ein federndes Element auf. Die Gewebe 252, 254, 256 können unabhängig voneinander bewegt werden, z.B. kann sich das Schleifgewebe 258 unabhängig vom Mikrostrukturgewebe 254 und dem federnden Gewebe 256 bewegen. Die Gewebe 252, 254, 256 können sich mit der gleichen Geschwindigkeit oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, und mindestens ein Gewebe kann stationär bleiben, während sich die anderen Gewebe bewegen. Alternativ dazu können mindestens zwei der Gewebe 252, 254, 256 in fixierter Beziehung zueinander, z.B. aneinander gebunden und fähig, sich als eine einzige Einheit zu bewegen, gehalten sein.
Die Gewebe 252, 254, 256 können unabhängig von oder gleichzeitig mit einem anderen bewegt werden, um einen Schleifgegenstand bereitzustellen, der einen oder mehrere vorbestimmte Eigenschaften aufweisende Bereiche aufweist. Die Apparatur 250 kann z.B. das in 4 veranschaulichte Mikrostrukturelement aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Apparatur 250 ein Schleifgewebe 258 aufweisen, das Bereiche, in welchen die strukturierten, fixierten Schleifkomposite eine aggressivere Schleifeigenschaft aufweisen, und Bereiche, in welchen die strukturierten, fixierten Schleifkomposite eine weniger aggressive Schleifeigenschaft aufweisen, welche z.B. aus dem Schleifgewebeherstellungsverfahren oder Verwendung in einem vorhergehenden Poliervorgang resultiert, aufweist. Jedes dieser Gewebe 252, 254 kann unabhängig vom anderen bewegt werden, um einen Schleifgegenstand mit gewünschten Oberflächenmodifikationseigenschaften zu erzielen. Der Mechanismus, der die Bewegung des Halbleiterwafers in Bezug auf den Schleifgegenstand steuert, kann derart vorprogrammiert sein, dass der Wafer die verschiedenen Bereiche des Schleifgegenstands gemäß einer vorbestimmten Oberflächenmodifizierungssequenz kontaktiert, um eine gewünschte Oberflächenmodifikation zu erzielen.
Der Schleifgegenstand und die Apparatur, die das Mikrostrukturelement enthalten, können in einer Vielfalt an Oberflächenmodifikationsverfahren für Halbleiterwafer, aufweisend diejenigen Verfahren, die z.B. in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 (Bruxvoort et al.) und 6,007,407 beschrieben sind, verwendet werden.
Andere Ausführungsformen liegen innerhalb der Ansprüche. Zum Beispiel wurde der Schleifgegenstand als zur Modifizierung der Oberfläche eines für die Herstellung von Halbleiterbauteilen geeigneten Substrats geeignet beschrieben, jedoch kann der Schleifgegenstand derart konstruiert werden, dass er für die Verwendung beim Modifizieren einer Vielfalt an Substraten unter Verwendung von chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahren, aufweisend z.B. Kupferwafern, geeignet ist.
In einigen Ausführungsformen ist das Mikrostrukturelement eine perforierte Bahn, die eine Dicke aufweist. Der kontinuierliche Teil der Bahn bildet die Mikrostrukturen und definiert Löcher mit Gestalten, aufweisend z.B. Kreis, Ellipse und Polygon, aufweisend z.B. Dreieck, Quadrat, Diamant, Rechteck, Sechseck, Siebeneck und Achteck und Kombinationen davon, aufweisend z.B. eine Bahn mit Löchern von verschiedenen Gestalten. Die Dicke der Bahn definiert die Höhe der Mikrostrukturen.

Claims

Schleifgegenstand (100; 210; 240) mit a) einem fixierten Schleifelement (108, 214); b) einem federnden Element (106; 226); c) einem starren Element (104; 220; 234; 254), das zwischen dem federnden Element und dem fixierten Schleifelement angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass d) mehrere Mikrostrukturen (110) zwischen dem starren Element und dem fixierten Schleifelement angeordnet sind.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen an das starre Element gebunden sind.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen durch eine Klebstoffzusammensetzung an das starre Element gebunden sind.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen von dem starren Element hervorstehen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen eine Schicht aufweisen, die mit dem fixierten Schleifelement im wesentlichen koextensiv sind.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die mehreren Mikrostrukturen in Form einer diskontinuierlichen Schicht vorliegen.
Gegenstand nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Mikrostrukturenelement (102; 202a, 202b) mit: ersten mehreren Mikrostrukturen (118) mit einem ersten Maß und angeordnet auf einem ersten Bereich (116a) des Mikrostrukturenelements, und zweiten mehreren Mikrostrukturen (120) mit einem zweiten Maß und angeordnet auf einem zweiten Bereich (116b) des Mikrostrukturenelements.
Gegenstand nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Mikrostrukturenelement mit einem ersten Bereich, aufweisend die Mikrostrukturen und aufweisend eine erste Mikrostrukturenabstandsdichte, und einem zweiten Bereich, aufweisend die Mikrostrukturen und aufweisend eine zweite Mikrostrukturenabstandsdichte.
Gegenstand nach Anspruch 7, wobei der erste Bereich eine erste Mikrostrukturenabstandsdichte und der zweite Bereich eine zweite Mikrostrukturenabstandsdichte aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei mindestens etwa 120 Mikrostrukturen/cm² zwischen dem starren Element und dem fixierten Schleifelement vorliegen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei das Schleifelement einen ersten Bereich mit Schleifteilchen aufweisenden Strukturen und einen zweiten Bereich (116c), der frei von Schleifteilchen ist, aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei das fixierte Schleifelement ein strukturiertes fixiertes Schleifelement aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Mikrostrukturenelement, aufweisend die Mikrostrukturen und einen Träger, wobei die Mikrostrukturen auf dem Träger angeordnet sind.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei das starre Element starre Segmente aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 14, wobei die starren Segmente von einem gemeinsamen Substrat hervorstehen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen eine Gestalt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pyramidalen, konischen, zylinderförmigen, stumpfpyramidalen, stumpfkonischen, stumpfhalbkugelförmigen und anderen Stumpfformen, aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen in einem Muster angeordnet sind aufweisend (i) versetze Reihen von Mikrostrukturen oder (ii) ausgerichtete Reihen von Mikrostrukturen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen in einem Bindemittel abgeschiedene Polytetrafluorethylenteilchen aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen Metall aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen Keramik aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 20, wobei die Mikrostrukturen ferner Metall aufweisen, wobei die Keramik auf dem Metall abgeschieden ist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen Glas aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 22, wobei die Mikrostrukturen ferner Metall aufweisen, wobei das Glas auf dem Metall abgeschieden ist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen eine Höhe von nicht mehr als etwa 250 μm aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Mikrostrukturen einen Querschnittbereich von nicht mehr als 50.000 μm² aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei das Mikrostrukturenelement keinen größeren tragenden Bereich als etwa 20% aufweist.
Apparatur zum Modifizieren der Oberfläche eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die Apparatur den Schleifgegenstand nach Anspruch 1 aufweist.
Apparatur nach Anspruch 27, wobei das fixierte Schleifelement in Bezug auf die mehreren Mikrostrukturen beweglich ist.
Apparatur nach Anspruch 27, wobei die mehreren Mikrostrukturen und das starre Element in Bezug auf das fixierte Schleifelement beweglich sind.
Apparatur nach Anspruch 27, ferner aufweisend a) ein erstes Gewebe (258), aufweisend das fixierte Schleifelement; b) ein zweites Gewebe (254), aufweisend die mehreren Mikrostrukturen, und c) ein drittes Gewebe (256), aufweisend das federnde Element.
Apparatur nach Anspruch 30, wobei mindestens eines des ersten Gewebes, des zweiten Gewebes und des dritten Gewebes in Bezug auf das andere des ersten Gewebes, des zweiten Gewebes und des dritten Gewebes beweglich ist.
Apparatur nach Anspruch 30, wobei das zweite Gewebe ferner das starre Element aufweist.
Apparatur nach Anspruch 27, wobei die Mikrostrukturen von dem starren Element hervorstehen.
Apparatur nach Anspruch 27, wobei das starre Element starre Segmente (222, 242, 264) aufweist.
Apparatur nach Anspruch 34, wobei die starren Segmente von einem gemeinsamen starren Substrat hervorstehen.
Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche eines Halbleiterwafers, wobei das Verfahren aufweist: a) Inkontaktbringen des Schleifgegenstands nach Anspruch 1 mit einem Substrat, das zur Herstellung von Halbleiterbauteilen geeignet ist; und b) Bewegen des Substrats und des Schleifgegenstands in Bezug aufeinander.
Verfahren nach Anspruch 36, ferner aufweisend: a) Inkontaktbringen eines ersten Bereichs des Schleifgegenstands mit dem Substrat, wobei der erste Bereich erste mehrere Mikrostrukturen mit einem ersten Querschnittbereich aufweist; b) Bewegen des Substrats und des Schleifgegenstands in Bezug aufeinander; c) Inkontaktbringen eines zweiten Bereichs des Schleifgegenstands mit dem Substrat, wobei der zweite Bereich zweite mehrere Mikrostrukturen mit einem zweiten Querschnittbereich aufweist; und d) Bewegen des Substrats und des Schleifgegenstands in Bezug aufeinander.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der Schleifgegenstand ferner ein Gewebe aufweist, wobei das Gewebe die mehreren Mikrostrukturen aufweist, wobei das Verfahren ferner das Wenden des Gewebes von einer ersten Position zu einer zweiten Position aufweist.
Schleifgegenstand mit: a) einem Schleifelement, aufweisend mehrere auf einer ersten Oberfläche des Schleifelements angeordnete Strukturen, wobei die Strukturen mindestens im Wesentlichen frei von Schleifteilchen sind; und b) mehreren an eine zweite Oberfläche des Schleifelements gebundene Mikrostrukturen, wobei die zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche liegt.