DE602004012864T2

DE602004012864T2 - In-situ-aktivierung eines dreidimensionalen festgelegten schleifkörpers

Info

Publication number: DE602004012864T2
Application number: DE602004012864T
Authority: DE
Inventors: John J. Saint Paul GAGLIARDI; Christopher J. Saint Paul RUEB
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: TW200524709A; EP1651386A1; KR101161883B1; US7160178B2; ATE390988T1; DE602004012864D1; WO2005016596A1; JP2007501716A; CN1832829A; TWI327504B; US20050032462A1; JP4634381B2; KR20060118402A; MY137233A; EP1651386B1; CN100519079C

Description

GEBIET
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die In-Situ-Aktivierung eines dreidimensionalen festgelegten Schleifartikels gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens wird in WO 02/28596 A beschrieben.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Schleifartikel werden bei vielfältigen industriellen Anwendungen zum Verändern (zum Beispiel Abschleifen, Feinbearbeiten, Polieren, Planarisieren usw.) von Oberflächen während verschiedener Phasen der Fertigung verwendet. Zum Beispiel wird bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ein Wafer normalerweise zahlreichen Bearbeitungsschritten unterzogen, darunter Aufdampfung, Strukturierung und Ätzen. Nach einem oder mehreren dieser Bearbeitungsschritte ist es erforderlich, einen hohen Grad der Planheit und Gleichmäßigkeit der Oberfläche zu erzielen.
Ein herkömmliches Verfahren zum Verändern der Oberfläche beinhaltet das Polieren, zum Beispiel das chemisch-mechanische Polieren (CMP) eines Halbleiterwafers, wobei ein Wafer in einer Trägeranordnung in Kontakt mit einem Polierpad in einer CMP-Vorrichtung in Rotation versetzt wird. Das Polierpad ist auf einer Drehscheibe oder Trägerplatte angebracht. Der Wafer ist auf einem rotierenden/sich bewegenden Träger oder Polierkopf angebracht, und eine regelbare Kraft drückt den Wafer gegen das rotierende Polierpad. Somit erzeugt die CMP-Vorrichtung eine polierende oder reibende Bewegung zwischen der Oberfläche des Wafers und dem Polierpad. Optional kann Polierschlamm, der Schleifpartikel in einer Lösung enthält, auf dem Pad und dem Wafer fein verteilt werden. Ein typisches CMP kann nicht nur auf einem Siliziumwafer selbst durchgeführt werden, sondern auch auf verschiedenen dielektrischen Schichten, zum Beispiel Siliziumoxid; auf leitenden Schichten, zum Beispiel Aluminium und Kupfer; oder Schichten, die sowohl leitende als auch dielektrische Materialien enthalten, wie beim Damaszieren.
Ein chemisch-mechanisches Polieren kann auch unter Verwendung eines festgelegten Schleifartikels durchgeführt werden, zum Beispiel eines festgelegten Blattes zum Schleifpolieren oder eines festgelegten Schleifpads. Ein solcher festgelegter Schleifartikel umfasst normalerweise mehrere abrasive Verbundstoffe (Abrasive Composites), die optional an einer Unterlage anhaften. Die abrasiven Verbundstoffe können Schleifpartikel in einem Bindemittel umfassen, zum Beispiel in einem polymeren Bindemittel. Ein Arbeitsfluid kann zusammen mit dem festgelegten Schleifartikel und dem Wafer verwendet werden. Ein chemischer Wirkstoff kann zum Beispiel in einem Arbeitsfluid vorgesehen sein oder in dem festgelegten Schleifartikel enthalten sein, um für eine chemische Wirkung zu sorgen, während die festgelegten abrasiven Verbundstoffe für eine mechanische Wirkung und, bei manchen Prozessen, für eine chemische Wirkung sorgen.
Während des CMP wird der Schleifartikel weniger wirksam, das heißt, der Schleifartikel wird weniger effizient beim Verändern der Oberfläche eines Substrats. Zum Beispiel können, während der Schleifartikel die Oberfläche eines Substrats verändert, Schleifpartikel aus den abrasiven Verbundstoffen entfernt werden. Wenn Schleifpartikel aus den abrasiven Verbundstoffen entfernt werden, kann die Leistung des CMP verringert werden, da der festgelegte Schleifartikel weniger effizient wird, was die Erzielung der mechanischen und/oder chemischen Wirkung anbelangt. Außerdem können Schleifpartikel, die in den abrasiven Verbundstoffen verbleiben, weniger wirksam werden, zum Beispiel weniger mechanisch und/oder chemisch wirksam. Wenn diese verbrauchten Schleifpartikel nicht aus den abrasiven Verbundstoffen entfernt werden, kann sich die Leistung des CMP verringern, da der festgelegte Schleifartikel weniger effizient wird, was die Erzielung der mechanischen und/oder chemischen Wirkung anbelangt.
KURZDARSTELLUNG
Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass der Schleifartikel aktiviert werden kann, indem ein Abschnitt der abrasiven Verbundstoffe erodiert wird, wodurch frische Schleifpartikel freigelegt werden. Eine Erosion der abrasiven Verbundstoffe ist erwünscht, weil sie die Wiederauffüllung mit aktiven Schleifpartikeln an der Oberfläche des festgelegten Schleifartikels zur Folge hat. Eine Erosion kann außerdem abgenutzte Schleifpartikel von dem Schleifartikel entfernen. Falls der abrasive Verbundstoff nicht ausreichend erodierbar ist, können frische Schleifpartikel nicht richtig freigelegt werden, und die Schnittleistung kann sich verringern. Falls die abrasiven Verbundstoffe zu stark erodierbar sind, kann der Schleifartikel eine Produktlebensdauer haben, die kürzer ist als gewünscht.
Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben außerdem festgestellt, dass Bedarf an festgelegten Schleifartikeln und CMP-Vorrichtungen besteht, welche eine hohe Stabilität der Schnittleistung von Wafer zu Wafer sicherstellen. Außerdem besteht Bedarf an festgelegten Schleifartikeln, CMP-Vorrichtungen, die festgelegte Schleifartikel verwenden, und CMP-Verfahren, bei denen festgelegte Schleifartikel verwendet werden, welche mindestens eines der folgenden Ergebnisse erzielen: Erhöhen der Schnittleistung im stabilen Zustand; Steuern der Erosionsgeschwindigkeit von Elementen abrasiver Verbundstoffe; Ermöglichen einer maßgeschneiderten Herstellung eines festgelegten Schleifartikels zur Verwendung bei der Bearbeitung vielfältiger Substratma terialien; Ermöglichen einer Verringerung der Verunreinigung während des CMP; Optimieren der Lebensdauer eines festgelegten Schleifartikels; und allgemein Erhöhen der Effizienz, Erhöhen der Produktionsleistung und Senkung der Kosten des CMP.
Kurz gesagt, stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem Aspekt eine Vorrichtung für die In-Situ-Aktivierung eines dreidimensionalen festgelegten Schleifartikels bereit. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat, das eine erste Fläche umfasst; einen dreidimensionalen festgelegten Schleifartikel, der eine Schleiffläche und eine gegenüberliegende Fläche umfasst, wobei die Schleiffläche mehrere abrasive Verbundstoffe umfasst; und eine Trägeranordnung. Die Trägeranordnung ist so gewählt, dass ein Bereich einer hohen Erosionskraft und ein Bereich einer geringen Erosionskraft erzeugt werden, wenn eine Normalkraft auf das Substrat, den festgelegten Schleifartikel und die Trägeranordnung ausgeübt wird, und eine relative Bewegung zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels erzeugt wird. Mindestens die hohe Erosionskraft ist ausreichend, um den festgelegten Schleifartikel zu aktivieren, und die geringe Erosionskraft ist kleiner als die hohe Erosionskraft.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die In-Situ-Aktivierung eines dreidimensionalen festgelegten Schleifartikels bereit. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Substrats, das eine erste Fläche umfasst, und eines dreidimensionalen festgelegten Schleifartikels, der eine Schleiffläche und eine gegenüberliegende Fläche umfasst. Die Schleiffläche umfasst mehrere abrasive Verbundstoffe. Das Verfahren umfasst ferner das Herstellen eines Kontaktes der gegenüberliegenden Fläche des festgelegten Schleifartikels mit einer Trägeranordnung; das Herstellen eines Kontaktes der ersten Fläche des Substrats mit der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels; das Ausüben einer Normalkraft auf das Substrat, den festgelegten Schleifartikel und die Trägeranordnung; und das Schaffen einer relativen Bewegung zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels. Die ausgeübte Normalkraft und die relative Bewegung zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche erzeugen Erosionskräfte. Die Trägeranordnung ist so gewählt, dass ein Bereich einer hohen Erosionskraft und ein Bereich einer geringen Erosionskraft erzeugt werden, wobei mindestens die hohe Erosionskraft ausreichend ist, um den festgelegten Schleifartikel zu aktivieren, und wobei die geringe Erosionskraft kleiner als die hohe Erosionskraft ist.
Früher wurde angenommen, dass gleichmäßige Erosionskräfte erforderlich seien, um eine gleichmäßige Veränderung einer Substratoberfläche während eines CMP aufrechtzuerhalten; die Autoren der vorliegenden Erfindung haben jedoch entdeckt, dass eine Gleichmäßigkeit der Oberflächenveränderung, eine Konsistenz der Schnittleistung und Verbesserungen der Schnittleistung im stabilen Zustand erreicht werden können, wenn eine festgelegte Schleifanordnung verwendet wird, die räumlich modulierte Erosionskräfte aufweist. Festgelegte Schleifanordnungen, die räumlich modulierte Erosionskräfte aufweisen, können verwendet werden, um einen festgelegten Schleifartikel in situ zu aktivieren. Festgelegte Schleifanordnungen, die räumlich modulierte Erosionskräfte aufweisen, können außerdem verwendet werden, um einen festgelegten Schleifartikel zur Verwendung bei der Bearbeitung vielfältiger Substratmaterialien maßgeschneidert herzustellen.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und aus den Ansprüchen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen strukturierten, dreidimensionalen, festgelegten Schleifartikel.
2 zeigt eine vereinfachte Vorrichtung, welche zur Veränderung einer Oberfläche verwendet werden kann.
3a zeigt eine Schnittdarstellung eines abrasiven Verbundstoffes vor dem Verändern eines Substrats.
3b zeigt eine Schnittdarstellung des abrasiven Verbundstoffes von 3a nach dem Verändern eines Substrats.
3c zeigt eine Schnittdarstellung des abrasiven Verbundstoffes von 3a, wenn der abrasive Verbundstoff einer Aktivierung unterzogen wird.
3d zeigt eine Schnittdarstellung des abrasiven Verbundstoffes von 3a, wenn der abrasive Verbundstoff nicht einer Aktivierung unterzogen wird.
4 zeigt ein Substrat, das sich mit einer Schleifanordnung in Kontakt befindet, bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5a zeigt einen idealisierten abrasiven Verbundstoff in einem Bereich geringer Erosionskräfte vor einer In-Situ-Aktivierung.
5b zeigt einen idealisierten abrasiven Verbundstoff in einem Bereich hoher Erosionskräfte, der einer In-Situ-Aktivierung unterzogen wird.
5c zeigt einen idealisierten abrasiven Verbundstoff in einem Bereich geringer Erosionskräfte, nachdem er einer In-Situ-Aktivierung unterzogen wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Allgemein ist ein Schleifartikel ein Artikel, der in der Lage ist, mechanisch und/oder chemisch Material von einer Fläche eines Substrats zu entfernen. Ein Schleifartikel kann ein festgelegter Schleifartikel sein, das heißt ein Schleifartikel, welcher eine Vielzahl von Schleifpartikeln an festen Positionen in einem Bindemittel umfasst. Ein festgelegter Schleifartikel ist im Wesentlichen frei von nicht befestigten Schleifpartikeln, mit Ausnahme solcher, die während des Planarisierungsprozesses erzeugt werden können. Obwohl diese nicht befestigten Schleifpartikel zeitweilig vorhanden sein können, werden sie im Allgemeinen von der Grenzfläche zwischen dem festgelegten Schleifartikel und dem Substrat, das dem CMP unterzogen wird, entfernt und tragen nicht wesentlich zum Prozess der Oberflächenveränderung bei. Der Schleifartikel kann ein dreidimensionaler festgelegter Schleifartikel sein, der Schleifpartikel aufweist, die in mindestens einem Abschnitt seiner Dicke überall fein verteilt sind, derart, dass eine Erosion zusätzliche Schleifpartikel freilegt. Der Schleifartikel kann auch strukturiert sein, so dass er erhabene Abschnitte und zurückgesetzte Abschnitte aufweist, wobei mindestens die erhabenen Abschnitte Schleifpartikel in einem Bindemittel aufweisen. Festgelegte Schleifartikel sind zum Beispiel in den US-Patentschriften Nr. 5,014,468 ; 5,453,312 ; 5,454,844 ; 5,692,950 ; 5,820,450 ; 5,958,794 ; und 6,194,317 beschrieben.
Bei einigen Ausführungsformen kann der festgelegte Schleifartikel eine Unterlage aufweisen. Es kann eine beliebige bekannte Unterlage verwendet werden. Zum Beispiel können Polymerfolien, Gewebe, Metallfolien, Vliesstoffe und Kombinationen davon verwendet werden. Außerdem beschreiben Bruxvoort et al. in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 (Spalte 17, Zeile 12 bis Spalte 18, Zeile 15) nützliche Unterlagen. Die spezielle Auswahl kann vom Fachmann getroffen werden.
Bei einigen Ausführungsformen enthalten festgelegte Schleifartikel abrasive Verbundstoffe. Abrasive Verbundstoffe sind in der Technik der festgelegten Schleifartikel bekannt und können Schleifpartikel umfassen, die in einem Bindemittel überall fein verteilt sind. Bei einigen Ausführungsformen kann ein abrasiver Verbundstoff ein Polymermaterial umfassen, das getrennte Phasen aufweist, wobei eine Phase als Schleifpartikel wirkt.
Es kann ein beliebiges bekanntes Bindemittel verwendet werden. Zum Beispiel können (Meth)Acrylate, Epoxide, Urethane, Polystyrole, Vinyle und Kombinationen davon verwendet werden. Außerdem beschreiben Bruxvoort et al. in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 (Spalte 22, Zeile 64 bis Spalte 34, Zeile 5) nützliche Bindemittel. Die spezielle Auswahl kann vom Fachmann getroffen werden.
Es können beliebige bekannte Schleifpartikel verwendet werden. Zum Beispiel beschreiben Bruxvoort et al. in der US-Patentschrift Nr. 5,958,794 (Spalte 18, Zeile 16 bis Spalte 21, Zeile 25) nützliche Schleifpartikel. Die spezielle Auswahl kann vom Fachmann getroffen werden.
Bei einigen Ausführungsformen weisen die Schleifpartikel eine mittlere Partikelgröße von nicht mehr als etwa 10 Mikrometern (μm) auf (zum Beispiel von nicht mehr als etwa 5 μm, oder von nicht mehr als etwa 1 μm, oder von nicht mehr als etwa 0,5 μm, oder von nicht mehr als etwa 0,1 μm). Bei einigen Ausführungsformen können die Schleifpartikel in der Form von Schleifagglomeraten vorliegen, welche eine Vielzahl von einzelnen Schleifpartikeln umfassen, die miteinander verklebt sind, so dass sie eine einzige Partikelmasse bilden. Die Schleifagglomerate können unregelmäßig geformt sein, oder sie können eine vorgegebene Form haben. Bei eini gen Ausführungsformen kann das Schleifagglomerat ein organisches Bindemittel oder ein anorganisches Bindemittel verwenden, um die Schleifpartikel miteinander zu verkleben. Bei einigen Ausführungsformen weisen Schleifagglomerate eine Partikelgröße von weniger als etwa 100 μm auf (zum Beispiel von weniger als etwa 50 μm, oder von weniger als etwa 25 μm, oder von weniger als etwa 5 μm, oder von weniger als etwa 1 μm, oder von weniger als etwa 0,5 μm). Bei einigen Ausführungsformen weisen die einzelnen Schleifpartikel in dem Schleifagglomerat eine mittlere Partikelgröße von nicht mehr als etwa 10 μm auf (zum Beispiel von nicht mehr als etwa 5 μm, oder von nicht mehr als etwa 1 μm, oder von nicht mehr als etwa 0,5 μm, oder von nicht mehr als etwa 0,1 μm). Beispiele von Schleifagglomeraten sind ferner in den US-Patentschriften Nr. 4,652,275 ; 4,799,939 ; und 5,500,273 beschrieben.
Bei einigen Ausführungsformen, zum Beispiel dort, wo es wünschenswert ist, eine Beschädigung einer Oberfläche eines Substrats wie etwa eines Halbleiterwafers zu vermeiden (zum Beispiel wenn die Oberfläche des Wafers eine Metalloxid enthaltende Oberfläche ist, wie etwa eine Siliziumdioxid enthaltende Oberfläche), können die Schleifpartikel so gewählt werden, dass sie einen Mohs-Härtegrad von nicht mehr als etwa 8 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können Schleifpartikel mit einer Mohs-Härte von mehr als etwa 8 von Nutzen sein. Bei einigen Ausführungsformen enthalten Schleifpartikel Partikel, die aus Metalloxidmaterialien bestehen, wie zum Beispiel Ceroxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid. Bei einigen Ausführungsformen sind die Schleifpartikel chemisch aktiv gegenüber dem Substrat, des verändert wird, zum Beispiel Ceroxid.
Bei einigen Ausführungsformen können die abrasiven Verbundstoffe andere Partikel, zum Beispiel Füllstoffpartikel, in Kombination mit den Schleifpartikeln enthalten, in Mengen, welche in der Technik der festge legten Schleifartikel bekannt sind. Zu den Beispielen für Füllstoffpartikel gehören Carbonate (zum Beispiel Calciumcarbonat), Silikate (zum Beispiel Magnesiumsilikat, Aluminiumsilikat, Calciumsilikat und Kombinationen davon) und Kombinationen davon. Es können auch Polymer-Füllstoffpartikel verwendet werden, allein oder in Kombination mit anderen Füllstoffpartikeln.
Bei einigen Ausführungsformen kann der festgelegte Schleifartikel gemäß der Erfindung einen abrasiven Verbundstoff enthalten, welcher ein "präzise geformter" abrasiver Verbundstoff ist. Ein präzise geformter abrasiver Verbundstoff ist ein abrasiver Verbundstoff, der eine geformte Form aufweist, welche die inverse Form zu einer Werkzeugkavität ist, die verwendet wird, um den präzise geformten abrasiven Verbundstoff herzustellen, wobei die geformte Form erhalten bleibt, nachdem der abrasive Verbundstoff aus dem Formwerkzeug entnommen worden ist. Bei einigen Ausführungsformen können die abrasiven Verbundstoffe nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug in sich zusammensacken oder sich verformen. Bei einigen Ausführungsformen können die abrasiven Verbundstoffe ohne die Verwendung einer Werkzeugkavität geformt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die abrasiven Verbundstoffe durch Rotationstiefdruck oder Siebdruck geformt werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die abrasiven Verbundstoffe, bevor der Schleifartikel zum ersten Mal verwendet wird, im Wesentlichen frei von Schleifpartikeln, die über die freiliegende Fläche der Form hinaus vorstehen, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,152,917 beschrieben.
Ein abrasiver Verbundstoff kann eine beliebige sinnvolle Form oder Gestalt annehmen, wobei zu den bevorzugten Formen eine kubische, zylindrische, zylinderstumpfförmige, prismatische, konische, kegelstumpfförmige, pyramidenförmige, pyramidenstumpfförmige, kreuzförmige Gestalt, eine säulenartige Form mit flacher oberer Deckfläche, eine halbkugelförmige Gestalt, die umgekehrte Form zu jeder oder mehreren von diesen Formen sowie Kombinationen davon gehören. Geeignete Größen und Abstände der abrasiven Verbundstoffe sind für einen Fachmann auf dem Gebiet festgelegter Schleifartikel ebenfalls klar und leicht ersichtlich. Allgemein können sinnvolle Formen der abrasiven Verbundstoffe beliebige Formen sein, welche die Oberfläche eines ausgewählten Substrats sinnvoll verändern können. Bei einigen Ausführungsformen haben im Wesentlichen sämtliche abrasiven Verbundstoffe dieselbe Form.
Abrasive Verbundstoffe können unmittelbar benachbart oder in Abständen voneinander angeordnet sein. Zum Beispiel können sie bei einigen Ausführungsformen in der Form von lang gestreckten Rippen vorgesehen sein, die in Abständen voneinander angeordnet sind, zum Beispiel derart, dass Kanäle zwischen benachbarten Rippenelementen aus abrasivem Verbundstoff gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann jeder der abrasiven Verbundstoffe im Wesentlichen dieselbe Ausrichtung bezüglich der Unterlage haben.
Bei einigen Ausführungsformen enthält der festgelegte Schleifartikel mehrere abrasive Verbundstoffe, die in der Form eines präzise geformten Musters angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen haben sämtliche abrasiven Verbundstoffe im Wesentlichen dieselbe Höhe.
Bei einigen Ausführungsformen sollte der Schleifartikel eine gute Schnittleistung ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Schleifartikel in der Lage, ein bearbeitetes Substrat zu liefern, zum Beispiel einen Halbleiterwafer, der eine akzeptable Flachheit und Oberflächengüte und einen minimalen schalenförmigen Verzug aufweist. Bei einigen Ausführungsformen ist der festgelegte Schleifartikel in der Lage, konsistente Niveaus der Flachheit, der Oberflächengüte und des schalenförmigen Verzugs über eine Reihe von aufeinan derfolgenden Prozessen der Oberflächenveränderung zu bewirken. Bei einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, denselben festgelegten Schleifartikel zu verwenden, um unterschiedliche Substrate zu bearbeiten.
Wenn ein Substrat mit einem bestimmten Arbeitsbereich eines festgelegten Schleifartikels verändert wird, wird eine anfängliche Schnittleistung (das heißt Geschwindigkeit des Materialabtrags, oft in Angströmeinheiten pro Minute angegeben) erzielt. Wenn derselbe Arbeitsbereich des festgelegten Schleifartikels nachfolgende Substrate verändert, nimmt die Schnittleistung ab und nähert sich asymptotisch einer gewissen stabilen Schnittleistung. Durch Weiterschalten des Schleifartikels (das heißt schrittweises oder kontinuierliches Vorrücken von frischem Schleifartikel in den Arbeitsbereich) kann die stabile Schnittleistung erhöht werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der festgelegte Schleifartikel zwischen Polierarbeitsgängen an einzelnen Substraten weitergeschaltet werden.
Bei einigen Ausführungsformen sind die festgelegten Schleifartikel erodierbar. Eine Erosion eines festgelegten Schleifartikels kann den festgelegten Schleifartikel aktivieren, das heißt aktive Schleifpartikel an der Oberfläche des festgelegten Schleifartikels wiederauffüllen.
Bei einigen Ausführungsformen stellt eine Aktivierung des festgelegten Schleifartikels mindestens teilweise die Schnittleistung wieder her, die erhalten wird, wenn ein Substrat mit einem festgelegten Schleifartikel verändert wird. Eine Aktivierung beinhaltet normalerweise die Erosion eines Abschnitts des festgelegten Schleifartikels mit der resultierenden Freilegung von Schleifpartikeln, welche zuvor noch keinen Kontakt mit dem Substrat hatten, an der Kontaktfläche. Im Allgemeinen sind strukturierte Substrate (zum Beispiel Silizi umwafer mit Topographie, vorplanarisierte Halbleiterwafer und Substrate mit groben Oberflächen-Fertigbearbeitungen) anfänglich in der Lage, einen festgelegten Schleifartikel zu aktivieren, können jedoch unfähig werden, den festgelegten Schleifartikel zu aktivieren, wenn ihre Oberflächenstruktur reduziert wird. Manche relativ glatte Substrate (zum Beispiel planarisierte Halbleiterwafer und Blanket-Wafer) können unfähig sein, manche festgelegte Schleifartikel zu aktivieren.
Bei einigen Ausführungsformen hat ein aktivierter festgelegter Schleifartikel eine Schnittleistung von nicht weniger als 20% (zum Beispiel nicht weniger als 50%, oder nicht weniger als 70%, oder nicht weniger als 90%) der anfänglichen Schnittleistung, die mit dem festgelegten Schleifartikel erreicht wurde. Die Schnittleistung, die mit dem festgelegten Schleifartikel erreicht wird, kann infolge des Veränderns eines einzigen Substrats verringert worden sein, oder sie kann infolge des Veränderns mehrerer Substrate verringert worden sein.
Bei einigen Ausführungsformen erhöht eine Aktivierung eines festgelegten Schleifartikels die Schnittleistung im stabilen Zustand, die erhalten wird, wenn die Oberflächen mehrerer Substrate verändert werden. Die Schnittleistung, die erhalten wird, wenn die Oberfläche des ersten Substrats mit einem frischen Schleifartikel verändert wird, kann hoch sein. Die Schnittleistung, die für das zweite und nachfolgende Substrate erhalten wird, kann jedoch dazu tendieren zu sinken, bis eine dem stabilen Zustand entsprechende Leistung erreicht ist. Obwohl ein Weiterschalten des Schleifartikels zwischen Substraten die dem stabilen Zustand entsprechende Leistung erhöhen kann, kann die dem stabilen Zustand entsprechende Leistung noch immer unannehmbar niedrig sein. Bei einigen Ausführungsformen hat ein aktivierter festgelegter Schleifartikel eine dem stabilen Zustand entsprechende Schnittleistung von nicht weniger als 115% (zum Beispiel von nicht weniger als 150%, oder von nicht weniger als 200%, oder von nicht weniger als 300%) der dem stabilen Zustand entsprechenden Schnittleistung, die mit einem weitergeschalteten Schleifartikel erzielt wird, wenn keine ausreichende Aktivierung erfolgt.
Falls der festgelegte Schleifartikel nicht ausreichend erodierbar ist, können frische Schleifpartikel nicht richtig freigelegt werden. Dies kann zur Folge haben, dass eine unzureichende Aktivierung oder, in manchen Fällen, keine Aktivierung des Schleifartikels erfolgt. Dies kann eine Verringerung der Schnittleistung und eine Veränderlichkeit des Grades der Flachheit, der Oberflächengüte und des schalenförmigen Verzugs verursachen.
Falls der festgelegte Schleifartikel zu stark erodierbar ist, kann dies einen Schleifartikel mit einer Produktlebensdauer zur Folge haben, die kürzer ist als gewünscht. Außerdem können Erosionsrückstände die Oberflächengüte nachteilig beeinflussen (zum Beispiel Kratzer verursachen).
Bei speziellen Anwendungen kann der Grad der Erosion eines abrasiven Verbundstoffes eine Funktion vielfältiger Faktoren sein, darunter zum Beispiel die Zusammensetzung und Oberflächenstruktur des Substrats; die Oberflächenstruktur des festgelegten Schleifartikels, darunter die Form der Elemente des abrasiven Verbundstoffes; die mechanischen Eigenschaften der abrasiven Verbundstoffe, darunter zum Beispiel ihre Kohäsionsfestigkeit, Scherfestigkeit und Sprödigkeit; die Anwendungsbedingungen, darunter zum Beispiel der Druck und die Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen dem festgelegten Schleifartikel und dem Substrat; und ob ein Arbeitsfluid während des Prozesses verwendet wird.
Je härter ein Substrat im Vergleich zu den Elementen des abrasiven Verbundstoffes ist, desto größer ist im Allgemeinen die Erosionsgeschwindigkeit. Daher ist ein festgelegter Schleifartikel, welcher für ein Substrat mit einer bestimmten Härte geeignet ist, möglicherweise nicht für ein Substrat geeignet, welches welcher ist.
Je stärker die Oberfläche eines bestimmten Substrats strukturiert ist, desto größer ist im Allgemeinen die Erosion, welche auftreten kann. Das heißt, wenn sich die Oberflächenstrukturierung eines Substrats verringert (das heißt, wenn das Substrat glatter wird), nimmt im Allgemeinen die Fähigkeit dieses Substrats ab, die Elemente des abrasiven Verbundstoffes zu erodieren. Daher ist ein festgelegter Schleifartikel, welcher für die Bearbeitung eines gegebenen Substrats geeignet ist, wenn die Oberfläche des Substrats relativ rau ist, möglicherweise weniger gut geeignet, wenn die Oberfläche des Substrats relativ glatt ist.
Bei einigen Ausführungsformen enthält das Bindemittel einen Weichmacher in einer Menge, die ausreichend ist, um die Erodierbarkeit des festgelegten Schleifartikels im Vergleich zu demselben festgelegten Schleifartikel, der keinen Weichmacher enthält, zu erhöhen. Bei einigen Ausführungsformen enthält das Bindemittel mindestens etwa 25 Gewichts-% (zum Beispiel mindestens etwa 40 Gewichts-%) Weichmacher, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels. Bei einigen Ausführungsformen enthält das Bindemittel nicht mehr als etwa 80 Gewichts-% (zum Beispiel nicht mehr als etwa 70 Gewichts-%) Weichmacher, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels. Bei einigen Ausführungsformen sind die Weichmacher Phthalatester sowie Derivate davon. Dies kann einen Schleifartikel ergeben, welcher besser geeignet ist, um welchere Substrate zu verändern. Dies kann jedoch auch einen Schleifartikel ergeben, welcher zu stark erodierbar ist, um bei härteren Substraten verwendet werden zu können.
Es wird auf 1 Bezug genommen; der festgelegte Schleifartikel 10 ist dreidimensional und umfasst mehrere erodierbare abrasive Verbundstoffe 30, die mit einer optionalen Unterlage 20 verklebt sind. Die abrasiven Verbundstoffe 30 umfassen eine Vielzahl von Schleifpartikeln 40, die in einem Bindemittel 45 fein verteilt sind. Die obere Fläche des festgelegten Schleifartikels, das heißt die Seite des festgelegten Schleifartikels mit einer Vorderfläche, welche die abrasiven Verbundstoffe 30 enthält, wird im Allgemeinen als die Schleiffläche 12 bezeichnet.
2 zeigt eine vereinfachte Vorrichtung 100, welche zum Verändern von Substraten verwendet werden kann. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Kopfstück 150, welches mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein Spannelement 152, wofür ein Beispiel ein kardanisches Spannelement ist, erstreckt sich vom Kopfstück 150 aus. Am Ende des Spannelements 152 befindet sich ein Substrathalter 154. Bei einigen Ausführungsformen kann das Spannelement 152 derart gestaltet sein, dass es unterschiedliche Kräfte aufnehmen kann und dem Substrathalter 154 ermöglicht zu schwenken, so dass der festgelegte Schleifartikel 110 die gewünschte Oberflächengüte und Flachheit der Fläche 158 des Substrats 156 erzeugen kann. Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht das Spannelement 152 dem Substrathalter 154 jedoch eventuell nicht, während der Veränderung der Substratoberfläche zu schwenken.
Der festgelegte Schleifartikel 110 ist einer Trägeranordnung 200 benachbart. Im Allgemeinen umfasst die Trägeranordnung 200 eine Trägerplatte 170, zum Beispiel eine Aufspannplatte, die bei der chemisch-mechanischen Planarisierung verwendet wird, ein elastisches Substrat 180 und ein starres Substrat 190. Bei einigen Ausführungsformen können zusätzliche Substrate vorhanden sein. Die Wahl der Materialien für das starre Substrat 190 und das elastische Substrat 180 variiert in Abhän gigkeit von der Zusammensetzung, Form und anfänglichen Flachheit der zu verändernden Substratoberfläche, der Zusammensetzung des festgelegten Schleifartikels, dem Typ der Vorrichtung, die zum Verändern der Oberfläche (zum Beispiel Planarisieren der Oberfläche) verwendet wird, den Drücken, die bei dem Prozess der Veränderung angewendet werden, usw.
Materialien, die für eine Verwendung in dem starren Substrat geeignet sind, können zum Beispiel unter Anwendung von Standardprüfverfahren charakterisiert werden, die von ASTM vorgeschlagen werden. Es kann eine statische Zugprüfung starrer Materialien angewendet werden, um den Youngschen Modul (oft als Elastizitätsmodul bezeichnet) in der Ebene des Materials zu messen. Zum Messen des Youngschen Moduls eines Metalls kann ASTM E345-93 (Standardprüfverfahren zur Zugprüfung von Metallfolie) angewendet werden. Zum Messen des Youngschen Moduls eines organischen Polymers (zum Beispiel Kunststoffe oder verstärkte Kunststoffe) können ASTM D638-84 (Standardprüfverfahren für Zugeigenschaften von Kunststoffen) und ASTM D882-88 (Standard-Zugeigenschaften von dünner Kunststofffolie) angewendet werden. Für laminierte Elemente, welche mehrere Materialschichten enthalten, kann der Youngsche Modul des Gesamtelementes (das heißt der Modul des Laminats) gemessen werden, indem die Prüfung für das Material mit dem höchsten Modul angewendet wird. Bei einigen Ausführungsformen haben starre Materialien (oder das insgesamt starre Element selbst) einen Wert des Youngschen Moduls von mindestens etwa 100 MPa. Der Youngsche Modul des starren Elementes kann mittels der entsprechenden ASTM-Prüfung in der Ebene, welche durch die zwei Hauptflächen des Materials definiert ist, bei Raumtemperatur (20–25°C) bestimmt werden.
Das starre Substrat kann eine zusammenhängende Schicht oder eine nicht durchgängige, zum Beispiel in Segmente unterteilte Schicht sein. Das starre Substrat kann in vielfältigen Formen vorliegen, darunter zum Beispiel ein einzelnes Blatt, zum Beispiel eine runde Scheibe; oder eine fortlaufende Bahn, zum Beispiel ein Band. Das starre Substrat kann eine Schicht eines Materials oder eine Anzahl von Schichten desselben Materials oder unterschiedlicher Materialien enthalten, vorausgesetzt, dass das mechanische Verhalten des starren Substrats für die gewünschte Anwendung akzeptabel ist.
Zu den geeigneten Materialien für das starre Substrat gehören zum Beispiel organische Polymere, anorganische Polymere, Keramiken, Metalle, Verbundstoffe aus organischen Polymeren und Kombinationen davon. Geeignete organische Polymere können thermoplastisch oder duroplastisch sein. Zu den geeigneten thermoplastischen Materialien gehören Polycarbonate, Polyester, Polyurethane, Polystyrole, Polyolefine, Polyperfluoroolefine, Polyvinylchloride und Copolymere davon. Zu den geeigneten duroplastischen Materialien gehören zum Beispiel Epoxide, Polyimide, Polyester und Copolymere davon (das heißt Polymere, die mindestens zwei verschiedene Monomere enthalten, darunter zum Beispiel Terpolymere und Tetrapolymere).
Das starre Substrat kann verstärkt sein. Die Verstärkung kann in der Form von Fasern oder Partikelmaterial vorliegen. Zu den geeigneten Materialien für eine Verwendung als Verstärkung gehören zum Beispiel organische oder anorganische Fasern (zum Beispiel Endlosfasern oder Stapelfasern); Silikate, zum Beispiel Glimmer oder Talkum; Materialien auf der Basis von Siliziumoxid, zum Beispiel Sand und Quarz; Metallpartikel; Glas; Metalloxide; Calciumcarbonat; oder eine Kombination davon.
Bleche können ebenfalls als das starre Substrat verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist das Metallblech sehr dünn, zum Beispiel von etwa 0,075 bis etwa 0,25 mm. Zu den geeigneten Metallen gehören zum Beispiel Aluminium, nichtrostender Stahl, Kupfer, Nickel und Chrom.
Zu den besonders nützlichen starren Materialien gehören Poly(ethylenterephthalat), Polycarbonat, glasfaserverstärkte Epoxidplatten, Aluminium, nichtrostender Stahl und IC 1000 (zu beziehen von Rodel, Inc., Newark, Delaware).
Das elastische Substrat kann eine zusammenhängende Schicht oder eine nicht durchgängige, zum Beispiel in Segmente unterteilte Schicht sein. Das elastische Substrat kann in vielfältigen Formen vorliegen, darunter zum Beispiel ein einzelnes Blatt, zum Beispiel eine runde Scheibe; oder eine fortlaufende Bahn, zum Beispiel ein Band. Das elastische Substrat kann eine Schicht eines Materials oder eine Anzahl von Schichten desselben Materials oder unterschiedlicher Materialien enthalten, vorausgesetzt, dass das mechanische Verhalten des elastischen Substrats für die gewünschte Anwendung akzeptabel ist.
Das elastische Substrat ist vorzugsweise in der Lage, während eines Prozesses der Oberflächenveränderung einer Kompression unterzogen zu werden. Die Elastizität, das heißt die Steifigkeit bei Kompression und elastischem Zurückfedern, des elastischen Substrats hängt mit dem Elastizitätsmodul in der Dickenrichtung des Materials (der Materialien), aus dem (denen) das elastische Substrat zusammengesetzt ist, und mit der Dicke des elastischen Substrats zusammen.
Die Wahl des Materials (der Materialien) für das elastische Substrat sowie der Dicke des elastischen Substrats kann in Abhängigkeit von den Variablen in dem Prozess variieren, darunter zum Beispiel von der Zusammensetzung der Substratoberfläche, die verändert wird, und des festgelegten Schleifartikels, der Form und anfänglichen Flachheit der Substratoberfläche, dem Typ der Vorrichtung, die zum Verändern der Oberfläche (zum Beispiel Planarisieren der Oberfläche) verwendet wird, und den Drücken, die bei dem Prozess der Veränderung angewendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist ein elastisches Material, das zum Beispiel das gesamte elastische Substrat enthält, einen Youngschen Modul von weniger als etwa 100 Megapascal (MPa) auf (zum Beispiel von weniger als etwa 50 MPa). Es kann eine dynamische Druckprüfung elastischer Materialien angewendet werden, um den Youngschen Modul (oft als Speichermodul oder Elastizitätsmodul bezeichnet) in der Dickenrichtung des elastischen Materials zu messen. ASTM D5024-94 (Standardprüfverfahren zum Messen der dynamischen mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen bei Kompression) ist ein nützliches Verfahren zum Messen des Youngschen Moduls eines elastischen Substrats, gleichgültig, ob das elastische Substrat eine Schicht ist, oder ein laminiertes Substrat, welches mehrere Schichten von Materialien aufweist. Der Youngsche Modul des elastischen Substrats kann nach ASTM D5024-94 bei einer Temperatur des Materials von 20°C, einer Frequenz von 0,1 Hz und einer Vorlast, die gleich dem Nenndruck des CMP-Prozesses ist, bestimmt werden.
Geeignete elastische Materialien können auch ausgewählt werden, indem zusätzlich ihre Spannungsrelaxation beurteilt wird. Die Spannungsrelaxation wird beurteilt, indem ein Material verformt wird und indem es in dem verformten Zustand gehalten wird, während die Kraft oder Spannung,, die benötigt wird, um die Verformung aufrechtzuerhalten, gemessen wird. Bei einigen Ausführungsformen behalten elastische Materialien nach 120 Sekunden mindestens etwa 60% (zum Beispiel mindestens etwa 70%) der zu Beginn angewendeten Spannung zurück. Dies wird hier als die "Restspannung" bezeichnet und wird bestimmt, indem zuerst eine Materialprobe bei Raumtemperatur (20°C–25°C) mit einer Geschwindigkeit von 25,4 mm/Minute auf eine Dicke von nicht weniger als 0,5 mm zusammengedrückt wird, bis eine Anfangsspannung von 83 Kilopascal (kPa) erreicht ist, und indem nach 120 Sekunden die Restspannung gemessen wird.
Das elastische Substrat kann sehr vielfältige elastische Materialien enthalten. Zu den Beispielen nützlicher elastischer Materialien gehören zum Beispiel organische Polymere, darunter zum Beispiel thermoplastische, duroplastische und elastomere organische Polymere. Zu den geeigneten organischen Polymeren gehören diejenigen organischen Polymere, welche geschäumt oder geblasen sind, um poröse organische Strukturen herzustellen, das heißt Schaumstoffe. Solche Schaumstoffe können aus Naturkautschuk oder Synthesekautschuk oder anderen thermoplastischen Elastomeren hergestellt werden, darunter zum Beispiel Polyolefine, Polyester, Polyamine, Polyurethane und Copolymere davon. Zu den geeigneten synthetischen thermoplastischen Elastomeren gehören zum Beispiel Chloroprenkautschuke, Ethylen-Propylenkautschuke, Butylkautschuke, Polybutadiene, Polyisoprene, EPDM-Polymer, Polyvinylchloride, Polychloroprene, Styrol-Butadien-Copolymere und Styrol-Isopren-Copolymere sowie Gemische davon. Ein Beispiel eines nützlichen elastischen Materials ist ein Copolymer von Polyethylen und Ethylvinylacetat in der Form eines Schaumstoffes.
Zu den anderen nützlichen elastischen Materialien gehören mit Polyurethan getränkte Materialien auf Filzbasis; Faservliesmatten oder Fasergewebematten, welche zum Beispiel Polyolefin-, Polyester- oder Polyamidfasern enthalten; und mit Kautschuk getränkte Gewebe und Vliesstoffe.
Zu den Beispielen nützlicher, im Handel erhältlicher elastischer Materialien gehören Poly(ethylen-co-vinylacetat-)Schaumstoffe, die unter den folgenden Handelsbezeichnungen erhältlich sind: 3M SCOTCH Markenzeichen CUSHIONMOUNT Plate Mounting Tape 949 (ein doppelseitig beschichtetes Elastomerschaumstoff-Band hoher Dichte, zu beziehen von 3M Company mit Sitz in St. Paul, Minnesota), EO EVA-Schaumstoff, zu beziehen von Voltek (Lawrence, Massachusetts), EMR 1025 Polyethylen-Schaumstoff, zu beziehen von Sentinel Products (Hyannis, New Jersey), HD200 Polyurethan-Schaumstoff, zu beziehen von Illburck, Inc. (Minneapolis, Minnesota), MC8000 und MC8000 EVA-Schaumstoffe, zu beziehen von Sentinel Products, und SUBA IV Getränkter Vliesstoff, zu beziehen von Rodel, Inc. (Newark, Delaware).
Im Handel erhältliche Pads mit starren und elastischen Schichten, welche bei Arbeitsgängen des Polierens mit Polierschlamm verwendet werden, sind ebenfalls geeignet. Ein Beispiel eines solchen Pads ist als IC1000-SUBA IV erhältlich (Rodel, Inc.).
Der festgelegte Schleifartikel 110, das elastische Substrat 180 und das starre Substrat 190 können durch einen Befestigungsmechanismus in einer festen relativen Position zueinander gehalten werden. Zu den Beispielen nützlicher Mittel, um eine Komponente in einer festen relativen Position zu einer anderen zu halten, gehören zum Beispiel Klebstoffzusammensetzungen, mechanische Befestigungsvorrichtungen, Querverbindungsschichten und Kombinationen davon. Die Komponenten können auch durch Prozesse stoffschlüssig miteinander verbunden werden, zu denen zum Beispiel thermisches Bonden, Ultraschallschweißen, durch Mikrowellen bewirktes Bonden, Coextrusion von mindestens zwei Komponenten und Kombinationen davon gehören.
Zu den nützlichen Klebstoffen gehören zum Beispiel druckempfindliche Klebstoffe, Schmelzklebstoffe und Leim. Zu den geeigneten druckempfindlichen Klebstoffen gehören sehr vielfältige druckempfindliche Klebstoffe, darunter zum Beispiel Klebstoffe auf der Basis von Naturkautschuk, (Meth)acrylatpolymere und -copolymere, AB- oder ABA-Blockcopolymere von thermoplastischen Kautschuken, zum Beispiel Styrol-Butadien- oder Styrol-Isopren-Blockcopolymere, zu beziehen als KRATON (Shell Chemical Co., Houston, Texas), oder Polyolefine. Zu den geeigneten Schmelzklebstoffen gehören zum Beispiel Polyester, Ethylenvinylacetat (EVA), Polyamide, Epoxide und Kombinationen davon. Bei einigen Ausführungsformen weist der Klebstoff eine ausreichende Kohäsionsfestigkeit und Schälfestigkeit auf, um die Komponenten während der Verwendung in einer festen relativen Position zueinander zu halten, und ist unter den Bedingungen der Anwendung beständig gegenüber chemischem Abbau.
Zur Befestigung einer oder mehrerer Komponenten an der Trägerplatte 170 können vielfältige Mechanismen verwendet werden, zum Beispiel Klebstoff oder mechanische Mittel, darunter zum Beispiel Fixierbolzen, Haltering, Spannung, Vakuum oder eine Kombination davon.
Das Kopfstück 150 übt eine Normalkraft auf das Substrat 156, den Schleifartikel 110 und die Trägeranordnung 200 aus, wobei ein Kontaktdruck zwischen der Schleiffläche 112 des Schleifartikels 110 und der Fläche 158 des Substrats 156 erzeugt wird. Eine relative Bewegung (zum Beispiel Rotation, hin- und hergehende Bewegung, zufällige Bewegung und Kombinationen davon) zwischen dem Substrat 156 und dem Schleifartikel 110 mit Kontaktdruck hat eine Veränderung der Fläche 158 zur Folge.
Bei einigen Ausführungsformen kann der festgelegte Schleifartikel 110 relativ zu einer oder mehreren Komponenten der Trägeranordnung 200 weitergeschaltet (das heißt schrittweise oder kontinuierlich vorgerückt) werden. Bei einigen Ausführungsformen ist der festgelegte Schleifartikel ein endloses Band, und das endlose Band wird durch einen Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) weitergeschaltet, zum Beispiel einen Linearantriebs-Mechanismus. Das Band kann über eine oder mehrere Tragrollen (das heißt nicht angetriebene Rollen) (nicht dargestellt) und/oder Umlenkrollen (nicht dargestellt) laufen. Bei einigen Ausführungsformen ist der festgelegte Schleifartikel eine Rolle aus festgelegtem Schleifmittel. Die Rolle kann auf einer Vorratsrolle (nicht dargestellt) angebracht sein, wobei die Vorderkante der Rolle mit einer Aufnahmerolle (nicht dargestellt) verbunden ist. Der festgelegte Schleifartikel verläuft über der Trägeranordnung (zum Beispiel einer stationären Trägeranordnung oder einer rotierenden Trägeranordnung), derart, dass der Schleifartikel der Trägeranordnung benachbart ist. Der festgelegte Schleifartikel wird weitergeschaltet, indem die Aufnahmerolle in Rotation versetzt wird, derart, dass die Rolle von festgelegtem Schleifartikel von der Vorratsrolle abgewickelt und auf die Aufnahmerolle aufgewickelt wird. Der festgelegte Schleifartikel kann über eine oder mehrere Tragrollen und/oder Umlenkrollen laufen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Vorratsrolle und die Aufnahmerolle an der Trägeranordnung befestigt. Bei einigen Ausführungsformen rotieren die Vorratsrolle und die Aufnahmerolle mit der Trägeranordnung.
Bei einigen Ausführungsformen können das elastische Substrat 180, das starre Substrat 190 oder beide relativ zu der Trägerplatte 170 und/oder dem festgelegten Schleifartikel 110 weitergeschaltet werden.
Die Schleiffläche 112 umfasst mehrere abrasive Verbundstoffe 130. Im Allgemeinen hat während des Prozesses der Oberflächenveränderung die obere Fläche 133 einiger abrasiver Verbundstoffe 130 Kontakt mit der Fläche 158 des Substrats 156. Während der Bearbeitung verändern Schleifpartikel (nicht dargestellt) in den abrasiven Verbundstoffen 130 die Fläche 158 des Substrats 156. Im Verlaufe der Bearbeitung können die abrasiven Verbundstoffe 130 im Wesentlichen gleichmäßig zu der Unterlage 120 hin wegerodiert werden. Falls die Erosion ausreichend ist, werden dann die abrasiven Verbundstoffe 130 aktiviert, was eine frische Zuführung von aktiven Schleifpartikeln (nicht dargestellt) sicherstellt.
Die 3a–3d zeigen einen einzelnen abrasiven Verbundstoff 330 während verschiedener Stadien des Prozesses der Oberflächenveränderung. In den folgenden Figuren ist die relative Aktivität eines abrasiven Verbundstoffes durch die Anzahl der Schleifpartikel dargestellt, die an der oberen Fläche eines abrasiven Verbundstoffes vorhanden sind. Ein abrasiver Verbundstoff kann jedoch auch infolge von zum Beispiel mechanischer Abnutzung der Schleifpartikel oder einer Verringerung der chemischen Aktivität der Schleifpartikel weniger aktiv werden.
Anfangs ist die obere Fläche 333 des abrasiven Verbundstoffes 330 mit vielen aktiven Schleifpartikeln 340 bedeckt. Wenn die Oberfläche eines Substrats (nicht dargestellt) durch den abrasiven Verbundstoff 330 verändert wird, wird der abrasive Verbundstoff 330 weniger aktiv. Zum Beispiel können Schleifpartikel 340 von der oberen Fläche 333 gelöst werden. Wie in 3b dargestellt, hat dies eine Verringerung der Anzahl aktiver Schleifpartikel 340 zur Folge, die an der oberen Fläche 333 vorhanden sind, und kann eine Verringerung der Schnittleistung zur Folge haben. Bei manchen Substraten und unter bestimmten Betriebsbedingungen kann der abrasive Verbundstoff 330 während des Prozesses der Oberflächenveränderung erodieren. Eine Erosion beinhaltet, dass Bindemittel 345 des abrasiven Verbundstoffes 330 abgetragen wird. Wie in 3c dargestellt, werden, nachdem ein Bereich 350 des abrasiven Verbundstoffes 330 erodiert ist, eine frische obere Fläche 333' und frische Schleifpartikel 340' freigelegt.
Bei manchen Substraten und unter bestimmten Betriebsbedingungen erodiert der abrasive Verbundstoff 330 nicht oder erodiert mit einer unannehmbar langsamen Geschwin digkeit. Wie in 3d dargestellt, kann dies eine wesentlich verringerte Anzahl aktiver Schleifpartikel 340 zur Folge haben, die an der oberen Fläche 333 des abrasiven Verbundstoffes 330 vorhanden sind.
Wie oben erörtert, kann es möglich sein, das Bindemittel zu verändern (zum Beispiel einen Weichmacher zuzugeben), um die Erosion eines abrasiven Verbundstoffes zu ermöglichen oder zu verbessern, wenn die Oberfläche eines bestimmten Substrats unter einer bestimmten Menge von Betriebsbedingungen verändert wird. Dies kann jedoch zu unannehmbar hohen Erosionsgeschwindigkeiten bei anderen Substraten oder unter anderen Betriebsbedingungen führen.
Es ist außerdem möglich, den festgelegten Schleifartikel in einem Prozess zu konditionieren, der von dem Prozess der Oberflächenveränderung des Substrats getrennt ist. Konditionieren beinhaltet im Allgemeinen das Anwenden eines Konditionier-Pads (zum Beispiel eines Diamant-Konditionier-Pads) auf die Schleiffläche eines festgelegten Schleifartikels. Eine Belastung wird ausgeübt, und das Konditionier-Pad wird relativ zu der Schleiffläche bewegt, was die Erosion der abrasiven Verbundstoffe zur Folge hat. Dies aktiviert die abrasiven Verbundstoffe, wobei frische obere Flächen mit frischen Schleifpartikeln erzeugt werden. Diese Konditionierung erfordert jedoch zusätzliche Ausrüstung und Verbrauchsmaterialien und kann separate Bearbeitungsschritte erfordern. Es ist Ausrüstung verfügbar, um zu ermöglichen, dass ein Abschnitt eines festgelegten Schleifartikels die Oberfläche eines Substrats verändert, während ein anderer Abschnitt des festgelegten Schleifartikels konditioniert wird; jedoch sind nach wie vor zusätzliche Ausrüstung und Verbrauchsmaterialien erforderlich. Außerdem können Konditionier-Pads größere Stücke des abrasiven Verbundstoffes entfernen, als es bei einer kontrollierten Erosion der Fall ist. Es ist anzunehmen, dass größere Trümmerstücke zu einem unerwünschten Zerkratzen der Oberfläche des Substrats, welches verändert wird, beitragen.
4 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein festgelegter Schleifartikel 410 einer In-Situ-Aktivierung unterzogen wird. Eine Fläche 458 eines Substrats 456 befindet sich in Kontakt mit einer Schleiffläche 412 des festgelegten Schleifartikels 410. Der Schleifartikel 410 wird von einer Trägeranordnung 400 getragen, welche eine Trägerplatte 470, eine elastische Schicht 480, eine starre Schicht 490 und Distanzstücke 500 umfasst. Die Distanzstücke 500 sind als zwischen der starren Schicht 490 und dem festgelegten Schleifartikel 410 positioniert dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen können sich Distanzstücke 500 zwischen der starren Schicht 490 und der elastischen Schicht 480 befinden. Bei einigen Ausführungsformen können sich Distanzstücke 500 zwischen der elastischen Schicht 480 und der Trägerplatte 470 befinden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Trägeranordnung zusätzliche Schichten, zum Beispiel Klebstoffschichten. Distanzstücke können an der Grenzfläche jedes beliebigen Paares von benachbarten Schichten vorhanden sein. Bei einigen Ausführungsformen können sich Distanzstücke 500 an mehr als einer Grenzfläche befinden.
Bei einigen Ausführungsformen sind möglicherweise keine Distanzstücke 500 vorhanden. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen die Funktion der Distanzstücke durch Änderungen der Dicke des starren Substrats und/oder des elastischen Substrats und/oder anderer Schichten, die in der Trägeranordnung vorhanden sind, erfüllt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Funktion der Distanzstücke durch Änderungen der mechanischen Eigenschaften (zum Beispiel Dichte, Elastizitätsmodul usw.) des starren Substrats und/oder des elastischen Substrats und/oder anderer Schichten erfüllt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Funktion der Distanzstücke durch erhabene Bereiche und/oder Nuten in der Trägerplatte erfüllt werden.
Obwohl in 4 vier parallele Distanzstücke 500 mit rechteckigen Querschnitten dargestellt sind, können die Anzahl, Form, Abmessungen und Ausrichtung der Distanzstücke 500 variiert werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Distanzstücke 500 dieselben oder unterschiedliche Abmessungen haben. Der Zwischenraum zwischen benachbarten Distanzstücken kann im Wesentlichen konstant sein, oder er kann variiert werden.
Eine Normalkraft N wird auf das Substrat 456, den festgelegten Schleifartikel 410 und die Trägeranordnung 400 ausgeübt, wobei ein Kontaktdruck zwischen der Fläche 458 des Substrats 456 und der Schleiffläche 412 des Schleifartikels 410 erzeugt wird. Die Trägeranordnung 400 bewirkt eine räumliche Modulation des Kontaktdruckes. Das heißt, räumliche Veränderungen in der Trägeranordnung, zum Beispiel das Vorhandensein von Distanzstücken und/oder Veränderungen der mechanischen Eigenschaften und/oder der Dicke einer oder mehrerer Schichten, erzeugen Bereiche eines höheren und eines niedrigeren Kontaktdruckes. Im Allgemeinen wird der Kontaktdruck in den Bereichen, die sich in der Nähe von Distanzstücken 500 befinden, höher sein als der Kontaktdruck in den Bereichen, die sich in der Nähe der Zwischenräume zwischen Distanzstücken 500 befinden. Ebenso wird im Allgemeinen der Kontaktdruck in den Bereichen, die sich in der Nähe von Gebieten befinden, wo eine oder mehrere Schichten der Trägeranordnung dicker sind oder zum Beispiel eine höhere Dichte oder einen größeren Druck-E-Modul aufweisen, höher sein, und in den in den Bereichen, die sich in der Nähe der Zwischenräume zwischen diesen Gebieten befinden, niedriger sein.
Während der Veränderung des Substrats wird eine relative Bewegung C zwischen dem Substrat 456 und dem festgelegten Schleifartikel 410 erzeugt. Die Kombination des Kontaktdruckes und der relativen Bewegung C führt zu Erosionskräften an der Grenzfläche zwischen der Schleiffläche 412 des festgelegten Schleifartikels 410 und der Fläche 458 des Substrats 456. Die räumliche Modulation des Kontaktdruckes erzeugt Bereiche hoher und niedriger Erosionskraft, das heißt, Bereiche mit einem höheren Kontaktdruck sind mit einer höheren Erosionskraft verbunden.
Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Bereiche hoher Erosionskraft vorhanden, die durch Zwischenräume getrennt sind, welche Bereiche geringer Erosionskraft umfassen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in zwei oder mehr Bereichen hoher Erosionskraft im Wesentlichen dieselben. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in im Wesentlichen allen Bereichen hoher Erosionskraft im Wesentlichen dieselben. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in zwei oder mehr Bereichen hoher Erosionskraft unterschiedlich. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in im Wesentlichen allen Bereichen hoher Erosionskraft unterschiedlich. Die Erosionskraft in jedem der Bereiche hoher Erosionskraft ist ausreichend, um den festgelegten Schleifartikel zu aktivieren.
Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Bereiche geringer Erosionskraft vorhanden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in zwei oder mehr Bereichen geringer Erosionskraft im Wesentlichen dieselben. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in im Wesentlichen allen Bereichen geringer Erosionskraft im Wesentlichen dieselben. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in zwei oder mehr Bereichen geringer Erosionskraft unterschiedlich. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in im Wesentlichen allen Bereichen geringer Erosionskraft unterschiedlich.
4 zeigt einen ersten Bereich einer ersten Erosionskraft 520, einen zweiten Bereich einer zweiten Erosionskraft 540 und einen dritten Bereich einer dritten Erosionskraft 560. Die erste Erosionskraft ist größer als die mittlere Erosionskraft, das heißt, der erste Bereich der ersten Erosionskraft 520 ist ein Bereich hoher Erosionskraft. Die zweite und die dritte Erosionskraft sind geringer als die mittlere Erosionskraft, das heißt, der zweite Bereich der zweiten Erosionskraft 540 und der dritten Bereich der dritten Erosionskraft 560 sind Bereiche geringer Erosionskraft. Die Grenzen zwischen Bereichen hoher und geringer Erosionskraft werden zum Beispiel durch die Größe, Form und Ausrichtung von Distanzstücken 500 bestimmt, oder durch andere Merkmale der Trägeranordnung, welche den räumlich modulierten Kontaktdruck hervorrufen. Diese Grenzen entsprechen nicht zwangsläufig den Grenzen der Distanzstücke 500.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Schleiffläche 412 des festgelegten Schleifartikels 410 im Wesentlichen an die Fläche 458 des Substrats 456 angepasst. Bei einigen Ausführungsformen ist die Schleiffläche 412 zwischen benachbarten Bereichen eines hohen Kontaktdruckes möglicherweise nicht im Wesentlichen an die Fläche 458 angepasst.
5a zeigt einen abrasiven Verbundstoff 550 in dem zweiten Bereich der zweiten Erosionskraft 540. Der abrasive Verbundstoff 550 ist in einem Zustand verminderter Aktivierung dargestellt (zum Beispiel sind vergleichsweise weniger Schleifpartikel 552 an der oberen Fläche 553 vorhanden). Zum Beispiel kann der abrasive Verbundstoff 550 am Verändern der Oberfläche eines oder mehrerer Substrate beteiligt gewesen sein, seit er zum letzten Mal aktiviert wurde. Mindestens die obere Fläche 553 des abrasiven Verbundstoffes 550 befindet sich während der Bearbeitung in Kontakt mit der Fläche 458 des Substrats 456. Während die Bearbeitung fortgesetzt wird und die Fläche 458 des Substrats 456 durch Schleifpartikel 552 des abrasiven Verbundstoffes 550 verändert wird, wird die Wirksamkeit des abrasiven Verbundstoffes 550 verringert, da zum Beispiel Schleifpartikel 552 aus dem abrasiven Verbundstoff 550 entfernt werden oder weniger aktiv werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist die geringe Erosionskraft im zweiten Bereich der zweiten Erosionskraft 540 unzureichend, um den abrasiven Verbundstoff 550 zu aktivieren und frische Schleifpartikel 552 freizulegen, das heißt, der abrasive Verbundstoff 550 wird nicht in situ aktiviert. Bei einigen Ausführungsformen kann der abrasive Verbundstoff 550 im zweiten Bereich der zweiten Erosionskraft 540 einem gewissen Grad von Erosion unterliegen. Der Umfang der Erosion ist jedoch möglicherweise nicht ausreichend, um den Verbundstoff zu aktivieren, das heißt um eine Oberfläche mit ausreichend vielen frischen Schleifpartikeln zu erzeugen, um das gewünschte Niveau der Schnittleistung des Verbundstoffes wiederherzustellen oder die Schnittleistung im stabilen Zustand auf das gewünschte Niveau zu erhöhen.
5b zeigt einen abrasiven Verbundstoff 530 in dem ersten Bereich der ersten Erosionskraft 520. Mindestens die obere Fläche 533 des abrasiven Verbundstoffes 530 befindet sich während der Bearbeitung in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats (nicht dargestellt). Im Verlaufe der Bearbeitung wird die Oberfläche des Substrats durch Schleifpartikel 532 des abrasiven Verbundstoffes 530 verändert. Außerdem ist die hohe Erosionskraft in dem ersten Bereich der ersten Erosionskraft 520 ausreichend, um einen Abschnitt 555 des abrasiven Verbundstoffes 530 zu erodieren und somit eine Fläche 533' und frische Schleifpartikel 532 freizulegen. Somit wird im ersten Bereich der ersten Erosionskraft 520 der abrasive Verbundstoff 530 einer In-Situ-Aktivierung unterzogen, während er gleichzeitig die Oberfläche eines Substrats verändert.
Wenn der Schleifartikel relativ zu der Trägeranordnung weitergeschaltet wird, rücken einige abrasive Verbundstoffe vom zweiten Bereich der zweiten Erosionskraft 540 vor zum ersten Bereich der ersten Erosionskraft 520, wo sie dann einer Aktivierung unterzogen werden. Außerdem rücken einige abrasive Verbundstoffe vom ersten Bereich der ersten Erosionskraft 520 vor zum dritten Bereich der dritten Erosionskraft 560, wo sie dann fortfahren, die Fläche 456 des Substrats 458 zu verändern.
5c zeigt einen abrasiven Verbundstoff 570 in dem dritten Bereich der dritten Erosionskraft 560. Mindestens die obere Fläche 573 des abrasiven Verbundstoffes 570 befindet sich während der Bearbeitung in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats (nicht dargestellt). Während die Bearbeitung fortgesetzt wird und die Fläche des Substrats durch Schleifpartikel 572 des abrasiven Verbundstoffes 570 verändert wird, wird die Wirksamkeit des abrasiven Verbundstoffes 570 verringert, da zum Beispiel Schleifpartikel 572 aus dem abrasiven Verbundstoff 570 entfernt werden oder abgenutzt (das heißt mechanisch weniger wirksam) werden oder chemisch weniger wirksam werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist die geringe Erosionskraft im dritten Bereich der dritten Erosionskraft 560 unzureichend, um den abrasiven Verbundstoff 570 zu aktivieren. Da jedoch der abrasive Verbundstoff 570 in situ aktiviert wurde, als er sich im ersten Bereich der ersten Erosionskraft 520 befand, sind frische Schleifpartikel 572 an der oberen Fläche 573 vorhanden, und somit ist zu erwarten, dass der abrasive Verbundstoff 570 beim Verändern der Fläche 456 des Substrats 458 wirksamer ist als der abrasive Verbundstoff 550, welcher eine oder mehrere Flächen verändert hat, seit er aktiviert wurde.
Bei einigen Ausführungsformen kann der abrasive Verbundstoff 570 im dritten Bereich der dritten Erosionskraft 560 einem gewissen Grad von Erosion unterliegen. Der Umfang der Erosion ist jedoch möglicherweise nicht ausreichend, um den Verbundstoff zu aktivieren, das heißt um eine Oberfläche mit ausreichend vielen frischen Schleifpartikeln zu erzeugen, um das gewünschte Niveau der Schnittleistung des Verbundstoffes wiederherzustellen oder die Schnittleistung im stabilen Zustand auf das gewünschte Niveau zu erhöhen.
Falls der Zwischenraum zwischen benachbarten Distanzstücken zu klein ist, wird die Erosionskraft möglicherweise nicht ausreichend moduliert, das heißt, die hohe Erosionskraft ist dann unzureichend, um den Schleifartikel zu aktivieren. Ebenso wird, falls der Zwischenraum zwischen benachbarten Bereichen, in denen eine oder mehrere Schichtdicken variiert werden, oder Bereichen, in denen die mechanischen Eigenschaften einer oder mehrerer Schichten der Trägeranordnung variiert werden, zu klein ist, die Erosionskraft möglicherweise nicht ausreichend moduliert. Der minimale Zwischenraum kann von den mechanischen Eigenschaften (zum Beispiel Zusammendrückbarkeit, Starrheit, Formanpassungsfähigkeit usw.) der Schichten, die sich zwischen den Distanzstücken und dem Substrat, das verändert wird, befinden, und von der Anzahl der Schichten zwischen den Distanzstücken und dem Substrat, das verändert wird, abhängen. Der minimale Zwischenraum kann außerdem von Abmessungen (zum Beispiel der Breite, Länge und Dicke) und mechanischen Eigenschaften der Distanzstücke abhängen. Der minimale Zwischenraum kann außerdem von der Größe der Schwankungen der Dicke und/oder mechanischer Eigenschaften in einer oder mehreren Schichten der Trägeranordnung abhängen.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Dicke einer oder mehreren Schichten in der Trägeranordnung (zum Beispiel des elastischen Substrats, des starren Substrats, der Trägerplatte usw.) räumlich variieren. Wie zuvor kann, wenn ein Substrat in Kontakt mit einem Schleifartikel gebracht wird, der von einer solchen Trägeranordnung getragen wird, und eine Normalkraft ausgeübt wird, die Struktur der Trägeranordnung eine räumliche Modulation des Kontaktdruckes verursachen. Dies kann einen ersten Bereich hoher Erosionskraft und einen zweiten Bereich geringer Erosionskraft zur Folge haben. Durch geeignete Wahl der Änderung der Dicke der Schicht(en) (zum Beispiel der Größe, Form, Abmessungen, des Abstands usw.) ist dann die hohe Erosionskraft ausreichend, um die abrasiven Verbundstoffe zu aktivieren, und die geringe Erosionskraft ist kleiner als die hohe Erosionskraft.
Bei einigen Ausführungsformen können die mechanischen Eigenschaften einer oder mehrerer Schichten (zum Beispiel des Schleifartikels, der starren Schicht, der elastischen Schicht, der Trägerplatte oder irgendwelcher zusätzlicher Schichten) variiert werden, um den Kontaktdruck räumlich zu modulieren und einen ersten und einen zweiten Bereich hoher bzw. geringer Erosionskraft zu erzeugen. Zum Beispiel können die Dichte, Härte, Steifigkeit, Zusammendrückbarkeit, der Elastizitätsmodul, die Elastizität und/oder die Relaxationszeit einer oder mehrerer Schichten angepasst werden. Die Änderung der mechanischen Eigenschaft und/oder Eigenschaften kann so gewählt werden, dass ein erster Bereich einer hohen Erosionskraft, die ausreichend ist, um abrasive Verbundstoffe zu aktivieren, und ein zweiter Bereich geringer Erosionskraft erzeugt werden, wobei die geringe Erosionskraft kleiner als die hohe Erosionskraft ist.
Bei einigen Ausführungsformen können Nuten in einer oder mehreren Schichten der Trägeranordnung angebracht sein. Die Größe, die Form und die Positionen der Nuten können derart gewählt werden, dass die Nuten einen ersten Bereich hoher Erosionskraft und einen zweiten Bereich niedriger Erosionskraft erzeugen, wobei die hohe Erosionskraft ausreichend ist, um die abrasiven Verbundstoffe zu aktivieren, und die geringe Erosionskraft kleiner als die hohe Erosionskraft ist.
Bei einigen Ausführungsformen können mehrere erste Bereiche hoher Erosionskräfte und/oder mehrere zweite Bereiche geringer Erosionskräfte gebildet werden. Die Größe, Form und Positionen der ersten und zweiten Bereiche können variiert werden, vorausgesetzt, dass die hohen Erosionskräfte ausreichend sind, um die abrasiven Verbundstoffe zu aktivieren, und die geringen Erosionskräfte kleiner als die hohen Erosionskräfte sind. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in jedem der mehreren ersten Bereiche im Wesentlichen dieselben. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in jedem der mehreren ersten Bereiche unterschiedlich. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in jedem der mehreren zweiten Bereiche im Wesentlichen dieselben. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erosionskräfte in jedem der mehreren zweiten Bereiche unterschiedlich.
Bei einigen Ausführungsformen werden mindestens zwei erste Bereiche hoher Erosionskraft verwendet, wobei die ersten Bereiche durch einen Zwischenraum getrennt sind, der einen Bereich geringer Erosionskraft umfasst. Bei einigen Ausführungsformen ist der Zwischenraum größer als 6 mm (zum Beispiel größer als 19 mm, oder größer als 30 mm, oder größer als 55 mm).
Die Anordnung, welche die Trägeranordnung und den festgelegten Schleifartikel enthält, kann beim Verändern der Oberfläche eines Substrats verwendet werden. Einige Verfahren der Verwendung der festgelegten Schleifartikel sind aus der obigen Beschreibung ersichtlich, betreffen jedoch auch speziellere Beispiele, wie folgt.
Das Substrat kann ein beliebiges Substrat sein, welches unter Verwendung eines festgelegten Schleifartikels verändert, zum Beispiel abgeschliffen, poliert, geschliffen, planarisiert oder auf andere Weise verändert werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann das Substrat ein Wafer sein, zum Beispiel ein Silizium-, Galliumarsenid-, Germanium- oder Saphirwafer. Bei einigen Ausführungsformen kann das Substrat Glas sein. Bei einigen Ausführungsformen beinhalten Prozesse die Veränderung einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats. Bei einigen Ausführungsformen kann die Bearbeitung Verfahren des chemisch-mechanischen Polierens umfassen.
Ein Halbleitersubstrat kann ein mikroelektronisches Bauelement wie etwa einen Halbleiterwafer umfassen. Ein Halbleiterwafer kann entweder eine im Wesentlichen reine Oberfläche aufweisen, oder eine Oberfläche, die mit einem Überzug oder einem anderen Material bearbeitet ist. Insbesondere kann ein Halbleiterwafer in der Form eines unbeschichteten Wafers (das heißt eines Wafers vor der Bearbeitung zum Zwecke der Hinzufügung topographischer Merkmale, wie etwa metallisierter und isolierender Bereiche) oder eines bearbeiteten Wafers (das heißt eines Wafers, nachdem er einem oder mehreren Bearbeitungsschritten unterzogen wurde, um der Waferoberfläche topographische Merkmale hinzuzufügen) vorliegen. Der Begriff "bearbeiteter Wafer" umfasst, ist jedoch nicht beschränkt auf "Blanket"-Wafer bei welchen die gesamte freiliegende Oberfläche des Wafers aus demselben Material (zum Beispiel Siliziumdioxid) hergestellt ist. Ein Bereich, wo das Verfahren von Nutzen sein kann, betrifft Situationen, in denen die freiliegende Oberfläche eines Halbleiterwafers einen oder mehrere Metalloxid enthaltende Bereiche aufweist, zum Beispiel Siliziumdioxid enthaltende Bereiche.
Verfahren zum Verändern einer Substratoberfläche unter Verwendung eines festgelegten Schleifartikels sind wohlbekannt und beinhalten im Allgemeinen, ein Substrat und einen festgelegten Schleifartikel mit einem gewünschten Druck und einer relativen Bewegung, zum Beispiel einer Rotations-, linearen, zufälligen oder sonstigen Bewegung zwischen ihnen, in Kontakt zu bringen.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Oberflächenveränderung in Gegenwart eines Arbeitsfluids durchgeführt werden, das sich mit dem Substrat und dem festgelegten Schleifartikel in Kontakt befindet. Bei einigen Ausführungsformen wird das Arbeitsfluid auf der Basis der Eigenschaften (zum Beispiel Zusammensetzung, Oberflächenstruktur usw.) des Substrats gewählt, um die gewünschte Oberflächenveränderung zu bewirken, ohne das Substrat nachteilig zu beeinflussen oder zu beschädigen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Arbeitsfluid in Kombination mit dem festgelegten Schleifartikel zu einer Bearbeitung durch einen chemisch-mechanischen Polierprozess beitragen. Zum Beispiel erfolgt das chemische Polieren von SiO₂, wenn eine basische Verbindung in der Flüssigkeit mit dem SiO₂ reagiert, um eine Oberflächenschicht von Siliziumhydroxiden zu bilden. Der mechanische Prozess findet statt, wenn ein Schleifartikel das Metallhydroxid von der Oberfläche entfernt.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Arbeitsfluid normalerweise Wasser, zum Beispiel Leitungswasser, destilliertes Wasser oder entionisiertes Wasser. Im Allgemeinen unterstützt das Arbeitsfluid die Bearbeitung in Kombination mit dem Schleifartikel durch einen chemisch-mechanischen Polierprozess. Während des chemischen Teils des Polierens kann das Arbeitsfluid mit der äußeren oder freiliegenden Waferoberfläche reagieren. Danach, während des mechanischen Teils der Bearbeitung, kann der Schleifartikel dieses Reaktionsprodukt entfernen.
Bei der Bearbeitung bestimmter Flächen ist es zu bevor zugen, dass das Arbeitsfluid eine wässrige Lösung ist, welche ein chemisches Ätzmittel wie etwa ein Oxidationsmaterial oder ein Oxidationsmittel enthält. Zum Beispiel kann ein chemisches Polieren von Kupfer erfolgen, wenn ein Oxidationsmittel in dem Arbeitsfluid mit dem Kupfer reagiert, um eine Oberflächenschicht von Kupferoxiden zu bilden. Stattdessen kann auch das Metall zuerst mechanisch entfernt werden und danach mit Bestandteilen des Arbeitsfluids reagieren.
Bei einigen Ausführungsformen enthält das Arbeitsfluid einen oder mehrere Komplexbildner. Zu den Beispielen geeigneter Komplexbildner gehören alkalische Ammoniumverbindungen wie etwa Ammoniumhydroxid mit Ammoniumchlorid und andere Ammoniumsalze und Zusatzstoffe, Ammoniumcarbonat, Eisen(III)nitrat und Kombinationen davon.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Komplexbildner ein einzähniger Komplexbildner sein, wie zum Beispiel Ammoniak, Amine, Halogenide, Pseudohalogenide, Carboxylate, Thiolate, Triethanolamin und Ähnliches. Bei einigen Ausführungsformen kann der Komplexbildner ein mehrzähniger Komplexbildner sein, wie zum Beispiel mehrzähnige Komplexbildner, normalerweise mehrzähnige Amine, und mehrzähnige Carboxylsäuren und/oder deren Salze. Bei einigen Ausführungsformen gehören zu den geeigneten mehrzähnigen Aminen Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin oder Kombinationen davon. Bei einigen Ausführungsformen gehören zu den geeigneten mehrzähnigen Carboxylsäuren und/oder deren Salzen Zitronensäure, Weinsäure, Oxalsäure, Gluconsäure, Nitrilessigsäure oder Kombinationen davon. Bei einigen Ausführungsformen kann der Komplexbildner eine Aminosäure sein, wie zum Beispiel Glycin, Lysin, L-Prolin, und ein verbreiteter analytischer Chelatbildner, wie etwa EDTA-Ethylendiamintetraessigsäure und ihre zahlreichen Analoga.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Arbeitsfluid eine organische Verbindung enthalten, welche sowohl eine Carboxylgruppe als funktionelle Gruppe aufweist, als auch eine zweite funktionelle Gruppe, die aus Aminen und Halogeniden gewählt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die organische Verbindung eine oder mehrere aus einer Vielfalt von organischen Verbindungen umfassen, die sowohl eine Carboxylgruppe als funktionelle Gruppe aufweisen, als auch eine zweite funktionelle Gruppe, die aus Aminen und Halogeniden gewählt ist. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die zweite funktionelle Gruppe in der Alphaposition relativ zu der Carboxylgruppe. Bei einigen Ausführungsformen können Aminosäuren, darunter zum Beispiel Alpha-Aminosäuren (zum Beispiel L-Prolin, Glycin, Alanin, Arginin und Lysin) verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Konzentration der organischen Verbindung in dem Arbeitsfluid größer als etwa 0,1 Gewichts-% (zum Beispiel größer als etwa 0,5 Gewichts-%). Bei einigen Ausführungsformen ist die Konzentration der organischen Verbindung in dem Arbeitsfluid kleiner als etwa 20 Gewichts-% (zum Beispiel kleiner als etwa 10 Gewichts-%).
Bei einigen Ausführungsformen enthält das Arbeitsfluid Oxidationsmittel und/oder Bleichmittel, wie zum Beispiel Übergangsmetallkomplexe wie etwa Ferricyanid, Ammoniumeisen(III)-ETDA, Ammoniumeisen(III)citrat, Eisen(III)citrat, Ammoniumeisen(III)oxalat, Kupfercitrat, Kupferoxalat, Kupfergluconat, Kupferglycinat, Kupfertartrat und Ähnliches.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Konzentration des Komplexbildners in dem Arbeitsfluid normalerweise größer als etwa 0,01 Gewichts-% (zum Beispiel mindestens etwa 0,02 Gewichts-%). Bei einigen Ausführungsformen ist die Konzentration des Komplexbildners in dem Arbeitsfluid kleiner als etwa 50 Gewichts-% (zum Beispiel kleiner als etwa 40 Gewichts-%). Bei einigen Ausführungsformen können Komplexbildner mit Oxidations mitteln kombiniert werden.
Der pH-Wert des flüssigen Mediums kann die Leistungsfähigkeit beeinflussen und wird ausgehend von der Natur der Waferoberfläche, die planarisiert wird, gewählt, darunter von der chemischen Zusammensetzung und Topographie der Waferoberfläche. Bei einigen Ausführungsformen können Puffer zu dem Arbeitsfluid zugegeben werden, um den pH-Wert zu steuern und somit pH-Änderungen abzuschwächen, die durch eine geringfügige Verdünnung durch Spülwasser und/oder Unterschiede im pH-Wert des entionisierten Wassers in Abhängigkeit von der Quelle hervorgerufen werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Puffer Ammoniumionen-Puffersysteme enthalten, die auf den folgenden Protolyten basieren, die alle mindestens einen pKa-Wert aufweisen, der größer als 7 ist: Aspartansäure, Glutaminsäure, Histidin, Lysin, Arginin, Ornithin, Cystein, Tyrosin, L-Prolin und Carnosin.
Bei einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wenn die Waferoberfläche Metalloxid (zum Beispiel Siliziumdioxid) enthält, kann das Arbeitsfluid ein wässriges Medium sein, das einen pH-Wert aufweist, der größer als etwa 5 ist (zum Beispiel größer als etwa 6, oder größer als etwa 10). Bei einigen Ausführungsformen ist der pH-Wert größer als etwa 10,5. Bei einigen Ausführungsformen ist der pH-Wert kleiner als etwa 14,0 (zum Beispiel kleiner als etwa 12,5).
Bei einigen Ausführungsformen kann der pH-Wert eingestellt werden, indem eine oder mehrere Hydroxyverbindungen, wie zum Beispiel Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Lithiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid und basische Verbindungen wie etwa Amine und Ähnliches, dem Arbeitsfluid zugegeben werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Arbeitsfluid Zusatzstoffe enthalten, wie etwa oberflächenaktive Stoffe, Benetzungsmittel, Rosthemmer, Schmierstoffe, Seifen und Ähnliches. Diese Zusatzstoffe werden so gewählt, dass sie den gewünschten Vorteil verschaffen, ohne die darunter befindliche Oberfläche des Halbleiterwafers zu beschädigen. Ein Schmierstoff zum Beispiel kann in dem Arbeitsfluid zu dem Zweck enthalten sein, um die Reibung zwischen dem Schleifartikel und der Oberfläche des Halbleiterwafers während der Planarisierung zu verringern.
Nachdem die Veränderung eines Substrats abgeschlossen ist, kann das Substrat wie gewünscht bearbeitet werden; zum Beispiel wird ein Halbleiterwafer normalerweise unter Anwendung von in der Technik bekannten Verfahren gereinigt.
Die folgenden spezifischen, jedoch keine Einschränkung darstellenden Beispiele sollen dazu dienen, die Erfindung zu veranschaulichen. In diesen Beispielen sind alle Prozentangaben Gewichtsanteile, sofern nicht etwas Anderes angegeben ist.
BEISPIELE
In Beispiel 1 wurden sieben TEOS-Wafer (herkömmliche Blanket-Wafer) mit einem Polierwerkzeug OBSIDIAN FLATLAND 501, 200 Millimeter (zu beziehen von Applied Materials mit Sitz in Santa Clara, California) poliert. Die Wafergeschwindigkeit betrug 600 mm/s. Jeder Wafer wurde 60 Sekunden mit einem Waferdruck (das heißt einer ausgeübten Normalkraft) von 20,6 kPa (3 psi) poliert. Ein Arbeitsfluid, das aus entionisiertem Wasser, das mit Kaliumhydroxid auf einen pH-Wert von 10,5 eingestellt wurde, und 2,5 Gewichts einer mehrzähnigen Aminosäure als Komplexbildner bestand, wie in der US-Patentschrift Nr. 6,194,317 beschrieben, wurde als Arbeitsfluid verwendet. In diesem Beispiel wurde die Aminosäure L-Prolin als die als Komplexbildner fungie rende mehrzähnige Aminosäure verwendet.
Ein Standard-Subpad M6900 (zu beziehen von 3M) wurde an der Trägerplatte angebracht. Das Subpad umfasste ein starres Substrat und ein elastisches Substrat. Das starre Substrat war eine 1,52 mm (60 Milli-Inch) dicke Schicht aus Polycarbonat. Das elastische Substrat war eine 2,29 mm (90 Milli-Inch) dicke Schicht aus geschlossenzelligem Schaumstoff. Diese Trägeranordnung wurde modifiziert, indem Streifen von 25,4 mm breitem und 0,013 mm dickem Vinylband (3M VINYL TAPE 471, zu beziehen von 3M) an der Oberfläche des Subpads angebracht wurden, das heißt, das Band wurde zwischen der starren Schicht und dem festgelegten Schleifartikel positioniert. Die Streifen des Bandes hatten voneinander einen Abstand von 50 mm (das heißt, der Zwischenraum zwischen benachbarten Streifen des Bandes betrug 50 mm). Die Bandstücke wurden senkrecht zu der Richtung angebracht, in welcher der Schleifartikel weitergeschaltet wurde.
Der festgelegte Schleifartikel war M3152 (zu beziehen von 3M). Vor dem Polieren von Wafern wurde der festgelegte Schleifartikel zu einem Abschnitt des Schleifartikels vorgerückt, welcher zuvor noch nicht verwendet worden war. Der festgelegte Schleifartikel wurde nach dem Polieren jedes Wafers um 6,35 mm (0,25 Inch) weitergeschaltet.
Alle Wafer wurden nach dem Polieren in entionisiertem Wasser gespült und anschließend mit einem einfachen Schleudertrockner getrocknet. Messungen der Schichtdicke wurden für jeden Wafer vor und nach dem Polieren unter Verwendung eines OPTIPROBE 2600 (zu beziehen von Therma-Wave, Inc. mit Sitz in Fremont, California) durchgeführt. Die Schnittleistung wurde bestimmt, indem die Differenz der Schichtdicken vor und nach dem Polieren durch die Polierzeit dividiert wurde.
In Beispiel 2 wurden neun TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 1 poliert, mit dem Unterschied, dass die Bandstreifen einen Abstand von 76 mm voneinander hatten.
Im Vergleichsbeispiel C1 wurden neun TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 1 poliert, mit dem Unterschied, dass die Trägeranordnung nicht modifiziert war, das heißt, in der Trägeranordnung waren keine Bandstreifen vorhanden.
In Beispiel 3 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 1 poliert, mit dem Unterschied, dass die Bandstreifen 19 mm breit waren (3M VINYL TAPE 471, zu beziehen von 3M) und einen Abstand von 13 mm voneinander hatten. Außerdem wurde der pH-Wert des Arbeitsfluids auf 11,2 eingestellt, und die Aminosäure war nicht enthalten.
In Beispiel 4 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 3 poliert, mit dem Unterschied, dass die Bandstreifen einen Abstand von 6,4 mm voneinander hatten.
In Beispiel 5 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 3 poliert, mit dem Unterschied, dass jeder vierte Bandstreifen entfernt wurde. Daraus ergaben sich Gruppen von jeweils drei in einem Abstand von 6,4 mm voneinander angeordneten Bandstücken, mit einem Zwischenraum von 31,8 mm zwischen Gruppen.
In Beispiel 6 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 3 poliert, mit dem Unterschied, dass die Bandstreifen einen Abstand von 57 mm voneinander hatten.
In Beispiel 7 wurden neun TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 4 poliert, mit dem Unter schied, dass aus jeder Gruppe von vier Streifen zwei benachbarte Streifen entfernt wurden. Daraus ergaben sich Gruppen von jeweils zwei in einem Abstand von 6,4 mm voneinander angeordneten Bandstücken, mit einem Zwischenraum von 57 mm zwischen Gruppen.
In Beispiel 8 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 3 poliert, mit dem Unterschied, dass die Bandstreifen einen Abstand von 19 mm voneinander hatten.
Im Vergleichsbeispiel C2 wurden elf TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 3 poliert, mit dem Unterschied, dass die Trägeranordnung nicht modifiziert war, das heißt, in der Trägeranordnung waren keine Bandstreifen vorhanden.

Der Mittelwert und die Standardabweichung (Standardabw.) für die Schnittleistung, die in den Beispielen 1–8 und den Vergleichsbeispielen C1 und C2 erhalten wurde, sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1:

	Schnittleistung (Angström/Minute)
Beispiel Nr.	Mittelwert	Standardabw.
1	622	68
2	990	75
C1	610	101
3	565	163
4	736	246
5	1155	192
6	1563	58
7	1135	195
8	1062	121
C2	483	185

Die Schnittleistung war höher, wenn die als Komplex bildner fungierende mehrzähnige Aminosäure in dem Arbeitsfluid vorhanden war.
In Beispiel 9 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 6 poliert.
Im Vergleichsbeispiel C3 wurden elf TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 9 poliert, mit dem Unterschied, dass die Trägeranordnung nicht modifiziert war, das heißt, in der Trägeranordnung waren keine Bandstreifen vorhanden.
In Beispiel 10 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 9 poliert, mit dem Unterschied, dass der festgelegte Schleifartikel SWR528-125/10 (zu beziehen von 3M) verwendet wurde.
Im Vergleichsbeispiel C4 wurden zwanzig TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 10 poliert, mit dem Unterschied, dass die Trägeranordnung nicht modifiziert war, das heißt, in der Trägeranordnung waren keine Bandstreifen vorhanden.
In Beispiel 11 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 9 poliert, mit dem Unterschied, dass der festgelegte Schleifartikel SWR540-125/10 (zu beziehen von 3M) verwendet wurde.
Im Vergleichsbeispiel C5 wurden zehn TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Beispiel 11 poliert, mit dem Unterschied, dass die Trägeranordnung nicht modifiziert war, das heißt, in der Trägeranordnung waren keine Bandstreifen vorhanden.
Der Mittelwert und die Standardabweichung (Standardabw.) für die Schnittleistung, die in den Beispielen 9–11 und den Vergleichsbeispielen C3–C5 erhalten wurde, sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2:

Schnittleistung (Angström/Minute)

Beispiel Nr. Mittelwert Standardabw.

9 1563 58

C3 483 63

10 1742 77

C4 1025 162

11 1986 41

C5 760 88
In Beispiel 12 wurden zwanzig TEOS-Wafer gemäß dem Verfahren von Beispiel 3 poliert.
In Beispiel 13 wurden zwanzig TEOS-Wafer gemäß dem Verfahren von Beispiel 3 poliert, mit dem Unterschied, dass das Band zwischen der Trägerplatte und der elastischen Schicht positioniert wurde.
In Beispiel 14 wurden zwanzig TEOS-Wafer gemäß dem Verfahren von Beispiel 3 poliert, mit dem Unterschied, dass das Band zwischen der starren Schicht und der elastischen Schicht positioniert wurde.
Im Vergleichsbeispiel C6 wurden 30 TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Vergleichsbeispiel C2 poliert.
Der Mittelwert und die Standardabweichung (Standardabw.) für die Schnittleistung, die in den Beispielen 12–14 und dem Vergleichsbeispiel C6 erhalten wurde, sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3:

Schnittleistung (Angström/Minute)

Beispiel Nr. Mittelwert Standardabw.

12 1864 138

13 1303 169

14 1271 260

C6 928 181
Im Vergleichsbeispiel C7 wurden fünf TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Vergleichsbeispiel C3 poliert, mit dem Unterschied, dass der Waferdruck (das heißt die ausgeübte Normalkraft) 35 kPa (5 psi) betrug.
Die mittlere Schnittleistung betrug 904 Angström/Minute, bei einer Standardabweichung von 77.
Im Vergleichsbeispiel C8 wurden fünf TEOS-Wafer unter Anwendung des Verfahrens von Vergleichsbeispiel C6 poliert, mit dem Unterschied, dass die Trägeranordnung wie folgt modifiziert wurde. Eine zweite Schicht von M3152 wurde zwischen dem Subpad und dem festgelegten Schleifartikel angebracht. Die Oberfläche von M3152 war mit in gleichen Abständen angeordneten, einen Durchmesser von 200 μm aufweisenden, 40 μm hohen runden Säulen bedeckt. Die Säulen nahmen zehn Prozent der Oberfläche des M3152 ein. Die mittlere Schnittleistung betrug 924 Angström/Minute, bei einer Standardabweichung von 142.
Verschiedene Modifikationen und Abwandlungen dieser Erfindung innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche sind für Fachleute offensichtlich.

Claims

Vorrichtung für eine In-Situ-Aktivierung eines dreidimensionalen festgelegten Schleifartikels, welche umfasst: a) einen dreidimensionalen festgelegten Schleifartikel, der eine Schleiffläche und eine gegenüberliegende Fläche umfasst; b) ein Substrat, das eine erste Fläche umfasst, wobei die erste Fläche des Substrates der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels benachbart ist; und c) eine Trägeranordnung, wobei die gegenüberliegende Fläche des festgelegten Schleifartikels der Trägeranordnung benachbart ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Trägeranordnung so gewählt ist, dass ein Bereich einer hohen Erosionskraft an der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels und ein Bereich einer geringen Erosionskraft an der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels erzeugt werden, wenn eine Normalkraft auf das Substrat, den festgelegten Schleifartikel und die Trägeranordnung ausgeübt wird, wobei ein Kontaktdruck zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels erzeugt wird, und eine relative Bewegung zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels erzeugt wird, wobei mindestens die hohe Erosionskraft ausreichend ist, um den festgelegten Schleifartikel zu aktivieren, und wobei die geringe Erosionskraft kleiner als die hohe Erosionskraft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trägeranordnung eine Trägerplatte, eine elastische Schicht und eine starre Schicht und mindestens ein Abstandsstück umfasst, das zwischen den Elementen mindestens eines der folgenden Paare angeordnet ist: a) der Trägerplatte und der elastischen Schicht; b) der elastischen Schicht und der starren Schicht; und c) der starren Schicht und dem festgelegten Schleifartikel.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trägeranordnung eine Trägerplatte, eine elastische Schicht und eine starre Schicht und optional eine oder mehrere zusätzliche Schichten, die zwischen der Trägerplatte und dem festgelegten Schleifartikel angeordnet sind, umfasst, wobei mindestens eines der folgenden Elemente: die Trägerplatte, die elastische Schicht, die starre Schicht und eine beliebige zusätzliche Schicht, die zwischen der Trägerplatte und dem festgelegten Schleifartikel angeordnet ist, eine räumlich modulierte Dicke, eine räumlich modulierte mechanische Eigenschaft oder eine Kombination davon umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, welche ferner einen Weiterschaltmechanismus umfasst, wobei der Weiterschaltmechanismus den dreidimensionalen festgelegten Schleifartikel relativ zu der Trägeranordnung vorrückt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, welche ferner ein Arbeitsfluid umfasst, das an einer Grenzfläche zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels vorhanden ist, wobei das Arbeitsfluid optional mindestens einen von folgenden Bestandteilen umfasst: einen Komplexbildner, wobei der Komplexbildner optional ein mehrzähniger Komplexbildner ist; einen Puffer; und eine organische Verbindung, welche sowohl eine Carboxylgruppe als auch eine zweite funktionelle Gruppe umfasst, wobei die zweite funktionelle Gruppe aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Aminen und Halogeniden besteht, wobei sich die zweite funktionelle Gruppe optional in der Alphaposition relativ zu der Carboxylgruppe befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Komplexbildner aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Aminosäuren und Chelatbildnern besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Arbeitsfluid eine organische Verbindung umfasst, die aus der Gruppe gewählt ist, welche aus L-Prolin, Glycin, Alanin, Arginin und Lysin besteht.
Verfahren für die In-Situ-Aktivierung eines dreidimensionalen festgelegten Schleifartikels, welches umfasst: a) Bereitstellen eines Substrats, das eine erste Fläche umfasst; b) Bereitstellen eines dreidimensionalen festgelegten Schleifartikels, der eine Schleiffläche und eine gegenüberliegende Fläche umfasst; c) Herstellen eines Kontaktes der gegenüberliegenden Fläche des festgelegten Schleifartikels mit einer Trägeranordnung; d) Herstellen eines Kontaktes der ersten Fläche des Substrats mit der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels; gekennzeichnet durch e) Erzeugen eines Kontaktdruckes zwischen der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels und der ersten Fläche des Substrats durch Ausüben einer Normalkraft auf das Substrat, den festgelegten Schleifartikel und die Trägeranordnung; f) Schaffen einer relativen Bewegung zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels, wobei die ausgeübte Normalkraft und die relative Bewegung zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche eine Erosionskraft an der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels erzeugen; wobei die Trägeranordnung so gewählt ist, dass ein Bereich einer hohen Erosionskraft und ein Bereich einer geringen Erosionskraft erzeugt werden, wobei mindestens die hohe Erosionskraft ausreichend ist, um den festgelegten Schleifartikel zu aktivieren, und wobei die geringe Erosionskraft kleiner als die hohe Erosionskraft ist.
Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner das Weiterschalten des festgelegten Schleifartikels relativ zu der Trägeranordnung umfasst, derart, dass sich mindestens ein Abschnitt der abrasiven Verbundstoffe von dem Bereich der hohen Erosionskraft zu dem Bereich der geringen Erosionskraft bewegt.
Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner das Zuführen eines Arbeitsfluids zu einer Grenzfläche zwischen der ersten Fläche des Substrats und der Schleiffläche des festgelegten Schleifartikels umfasst, wobei das Arbeitsfluid optional mindestens einen von folgenden Bestandteilen umfasst: einen Komplexbildner, wobei der Komplexbildner optional ein mehrzähniger Komplexbildner ist; einen Puffer; und eine organische Verbindung, welche sowohl eine Carboxylgruppe als auch eine zweite funktionelle Gruppe umfasst, wobei die zweite funktionelle Gruppe aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Aminen und Halogeniden besteht, wobei sich die zweite funktionelle Gruppe optional in der Alphaposition relativ zu der Carboxylgruppe befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Arbeitsfluid eine organische Verbindung umfasst, die aus der Gruppe gewählt ist, welche aus L-Prolin, Glycin, Alanin, Arginin und Lysin besteht.