DE69633339T2

DE69633339T2 - Verfahren zum verändern einer freiliegenden oberfläche eines halbleiterwafers

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Publication number: DE69633339T2
Application number: DE69633339T
Authority: DE
Inventors: J. Wesley BRUXVOORT; R. Scott CULLER; Kwok-Lun Ho; A. David KAISAKI; R. Carl KESSEL; P. Thomas KLUN; K. Heather KRANZ; P. Robert MESSNER; J. Richard WEBB; P. Julia WILLIAMS
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: JPH11512874A; MY120676A; IL123520A0; CN1197543A; JP4515316B2; IL123520A; US5958794A; JP2009076927A; EP0852063B1; DE69633339D1; MX9802098A; CA2231159A1; WO1997011484A1; CN1099127C; EP0852063A1; KR100456208B1; AU7241396A; KR19990063679A; JP2005260261A

Description

Diese Erfindung betrifft das Modifizieren einer freiliegenden Oberfläche eines Halbleiterwafers.
Im Zuge der Herstellung einer integrierten Schaltung wird ein Halbleiterwafer für gewöhnlich zahlreichen Bearbeitungsschritten unterzogen, wie Abscheidungs-, Strukturierungs- und Ätzschritten. Zusätzliche Einzelheiten zur Herstellung von Halbleiterwafern finden sich in dem Artikel "Abrasive Machining of Silicon" von Tonshoff, H. K; Scheiden, W. V., Inasaki, I.; Koning, W.; Spur, G., veröffentlicht in Annals of the International Institution for Production Engineering Research, Band 39/2/1990, Seiten 621 bis 635. In jedem Schritt in dem Verfahren ist es häufig wünschenswert, ein vorbestimmtes Maß an "Planarität", Gleichförmigkeit" und/oder "Rauheit" der Oberfläche zu erreichen. Es ist auch wünschenswert, Oberflächendefekte, wie Grübchen und Kratzer, zu minimieren. Solche Oberflächenunregelmäßigkeiten können die Leistung der fertigen Halbleitervorrichtung beeinträchtigen und/oder Probleme während anschließender Bearbeitungsschritte bereiten.
Eine anerkannte Methode zur Verringerung von Oberflächenunregelmäßigkeiten ist die Behandlung der Waferoberfläche mit einer Aufschlämmung, die eine Vielzahl loser Schleifteilchen enthält, die in einer Flüssigkeit verteilt sind, und mit einer Polierscheibe. Ein Problem bei solchen Aufschlämmungen besteht jedoch darin, dass der Prozess sorgfältig überwacht werden muss, um die gewünschte Wafertopographie zu erreichen. Ein anderes Problem ist, dass die Aufschlämmungen eine große Anzahl von Teilchen erzeugen, die nach der Waferbehandlung entfernt und entsorgt werden müssen.
US-A-4 138 228 betrifft einen verbesserten Artikel zur Vorbereitung kritischer Oberflächen, insbesondere zum Polieren, der Mittel umfasst, die eine Oberfläche aufweisen, die ein Polierschleifmittel durchschnittlicher Teilchengröße von weniger als 10 Mikron trägt, die auf einer Polymermatrix gehalten werden, die wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: Mikroporosität, Hydrophilität und schwache Bindung an das Polierschleifmittel.
WO 94/04599 betrifft einen Herstellungsgegenstand oder eine Polierscheibe zum Verändern einer Oberfläche eines Werkstücks, wie zum Polieren oder Planieren einer Halbleitervorrichtung.
US-A-5 152 917 offenbart einen dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstand, der zum Beispiel zum Entfernen einer Urethangrundierung von Metall verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche gekennzeichnet.
Der dreidimensionale, texturierte, feststehende Schleifgegenstand kann entweder vor, aber vorzugsweise gleichzeitig mit Schritt (b) von Anspruch 1 oder nach einer oder mehreren Verwendungen "aufbereitet" werden, um alle Oberflächenteilchen und/oder den äußersten Teil seiner Oberfläche zu entfernen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der feststehende Schleifgegenstand an einer Unterlegscheibe befestigt.
Der Kontaktdruck zwischen der Waferoberfläche und dem Schleifgegenstand (d. h., der gesamte Waferrückseitendruck) hängt zumindest teilweise von dem besonderen Schleifgegenstand ab. Im Allgemeinen jedoch überschreitet der Kontaktdruck jedoch vorzugsweise etwa 10 psi nicht. Der Kontaktschritt findet vorzugsweise in Gegenwart einer Flüssigkeit statt. Geeignete Flüssigkeiten haben einen pH von mindestens etwa 5 (z. B. von etwa 5 bis etwa 8 oder von etwa 8 bis etwa 13). Eine bevorzugte Flüssigkeit enthält Wasser.
Der Halbleiterwafer kann die Form eines Rohwafers (d. h., eines Wafers vor der Bearbeitung zum Zwecke des Hinzufügens topographischer Merkmale, wie metallisierter und isolierender Flächen) oder eines bearbeiteten Wafers (d. h., eines Wafers, der einem oder mehreren Verarbeitungsschritten unterzogen wurde, um der Waferoberfläche topographische Merkmale hinzuzufügen) aufweisen. Der Begriff "bearbeiteter Wafer" umfasst, ohne aber darauf beschränkt zu sein, "Blanket-Wafer", bei welchen die gesamte freiliegende Oberfläche des Wafers aus demselben Material hergestellt ist (z. B. Siliziumdioxid). Ein Bereich, in dem die Methode gemäß der Erfindung nützlich ist, ist, wenn die freiliegende Oberfläche des Halbleiterwafers einen oder mehrere Metalloxid enthaltende Bereiche aufweist, z. B., Siliziumdioxid enthaltende Bereiche.
Es ist allgemein erwünscht, die Halbleiterwaferoberfläche zu modifizieren, um eine Oberfläche zu erreichen, die "planarer" und/oder "gleichförmiger" und/oder weniger "rau" ist als die Waferoberfläche vor der Behandlung. Das besondere gewünschte Maß an "Planarität", "Rauheit", und/oder "Gleichförmigkeit" ist abhängig von dem einzelnen Wafer und der beabsichtigten Anwendung, wie auch der Art der anschließenden Bearbeitungsschritte, welchen der Wafer unterzogen werden kann, unterschiedlich. Im Allgemeinen jedoch gibt es mehrere bevorzugte Verfahren, das Maß an "Planarität", "Rauheit", und/oder "Gleichförmigkeit" zu messen.
Eine bevorzugte Methode ist die Messung des Ra-Wertes der Waferoberfläche (wodurch ein Maß an "Rauheit" erhalten wird). Die Waferoberfläche wird modifiziert, um einen Ra-Wert von nicht mehr als etwa 20·10^–10 m (20 Ångström) zu erhalten, vorzugsweise nicht mehr als 15·10^–10 m (15 Ångström) und insbesondere nicht mehr als etwa 10·10^–10 m (10 Ångström) (allgemein ist 1 Ångström = 10^–10 m).
Die durchschnittliche Schneidgeschwindigkeit hängt von der Zusammensetzung und Topographie der besonderen Waferoberfläche ab, die mit dem Schleifgegenstand behandelt wird. Im Falle von Metalloxid enthaltenden Oberflächen (z. B. Siliziumdioxid enthaltenden Oberflächen) können durchschnittliche Schneidgeschwindigkeiten von mindestens etwa 500, 1000, 1500 oder 2000 Ångström/Minute erfolgreich erhalten werden.
Die Größe der Schleifteilchen hängt teilweise von der besonderen Zusammensetzung des Schleifgegenstandes und der Flüssigkeit ab, die während des Prozesses verwendet werden. Im Allgemeinen jedoch sind Schleifgegenstände, in welchen die Schleifteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als etwa 5 Mikrometer aufweisen, bevorzugt. Noch bevorzugter sind Schleifgegenstände, in welchen die durchschnittliche Schleifteilchengröße nicht mehr als 1 Mikrometer ist, insbesondere nicht mehr als etwa 0,5 Mikrometer.
Um eine Beschädigung der Oberfläche des Halbleiterwafers zu vermeiden (insbesondere, wenn die Waferoberfläche eine Metalloxid enthaltende Oberfläche wie eine Siliziumdioxid enthaltende Oberfläche ist), können die Schleifteilchen einen Mohs-Härtewert von nicht mehr als etwa 8 haben. Zu Beispielen für bevorzugte Schleifteilchen zählen Metalloxidteilchen, wie Ceroxid. Die Schleifteilchen können in Kombination mit Füllteilchen verwendet werden. Zu Beispielen für bevorzugte Füllteilchen zählen Karbonate (z. B. Kalziumkarbonat), Silikate (z. B. Magnesiumsilikat, Aluminiumsilikat, Kalziumsilikat und Kombinationen davon) und Kombinationen davon. Es können auch Kunststofffüllteilchen verwendet werden.
Bevorzugte Schleifgegenstände zur Verwendung in dem Verfahren gemäß der Erfindung enthalten ein Bindemittel in der Form eines thermisch härtbaren organischen Polymerharzes. Zu Beispielen für bevorzugte Harze zählen Acrylat- und Methacrylat-Polymerharze. Eine andere Art von geeignetem Bindemittel ist ein Ceramer-Bindemittel, das kolloidale Metalloxidteilchen in einem organischen Polymerharz enthält.
Das Bindemittel enthält vorzugsweise einen Weichmacher in einer ausreichenden Menge, um die Erodierbarkeit des Schleifgegenstandes im Vergleich zu demselben Schleifgegenstand ohne Weichmacher zu erhöhen. Vorzugsweise enthält das Bindemittel mindestens etwa 25 Gewichtsprozent Weichmacher (insbesondere etwa 40 Gewichtsprozent bis etwa 75 Gewichtsprozent), basierend auf dem kombinierten Gewicht des Weichmachers und des Harzes. Bevorzugte Weichmacher sind Phthalatester, wie auch Derivate davon.
Ein Beispiel für einen bevorzugten Schleifgegenstand weist einen Schichtträger mit einer Oberfläche auf, die die Schleifteilchen und das Bindemittel in Form einer Schleifbeschichtung enthält. Der Schichtträger ist vorzugsweise ein Polymerfilm. Der Schichtträger ist vorzugsweise mit einer Grundierung versehen, um die Haftung zwischen der Schleifbeschichtung und dem Schichtträger zu verbessern.
Ein weiteres Beispiel für einen bevorzugten Schleifgegenstand ist jener, der erodierbar ist. Ebenso bevorzugt sind Schleifgegenstände, die eine Vielzahl von Schleifverbundwerkstoffe enthalten, die in der Form eines vorbestimmten Musters angeordnet sind. Zumindest einige der Verbundwerkstoffe können präzise geformte Schleifverbundwerkstoffe sein. Alle Verbundwerkstoffe haben vorzugsweise dieselbe Höhe. Die Verbundwerkstoffhöhe ist vorzugsweise nicht größer als etwa 250 Mikron. Ferner enthält der Schleifgegenstand vorzugsweise mindestens etwa 1200 Verbundwerkstoffe pro Quadratzentimeter Oberflächenbereich.
Vorzugsweise haben im Wesentlichen alle Schleifverbundwerkstoffe im Wesentlichen dieselbe Form. Beispiele für repräsentative Formen umfassen kubische, zylindrische, prismenförmige, rechteckige, pyramidenförmige, pyramidenstumpfförmige, kegelförmige, kegelstumpfförmige, kreuzförmige, pfostenartige mit einer flachen oberen Oberfläche und halbkugelförmige Formen wie auch Kombinationen davon.
Die Schleifverbundwerkstoffe sind vorzugsweise voneinander beabstandet. Zum Beispiel können sie in der Form länglicher Stege bereitgestellt werden, die voneinander beabstandet sind (so dass ein Kanal zwischen einem Paar von Verbundwerkstoffen entsteht). Wenn der Schleifgegenstand einen Schichtträger aufweist, der eine Oberfläche hat, die die Schleifverbundwerkstoffe in Form einer Beschichtung enthält, hat vorzugsweise jeder der Verbundwerkstoffe im Wesentlichen dieselbe Orientierung in Bezug auf den Schichtträger.
In dieser Anmeldung gelten die folgenden Definitionen:
Ein "feststehender" Schleifgegenstand ist ein integraler Schleifgegenstand, der im Wesentlichen frei von nicht haftenden Schleifteilchen ist, außer jenen, die während des Planarisierungsprozesses entstehen.
Der "dreidimensionale" Schleifgegenstand ist ein Schleifgegenstand mit zahlreichen Schleifteilchen, die sich mindestens durch einen Teil seiner Dicke erstrecken, so dass die Entfernung einiger der Teilchen während der Planarisierung zusätzliche Schleifteilchen freilegt, die imstande sind, die Planarisierungsfunktion zu erfüllen.
Der "texturierte" Schleifgegenstand ist ein Schleifgegenstand mit erhabenen Abschnitten und vertieften Abschnitten, in dem zumindest die erhabenen Abschnitte Schleifteilchen und Bindemittel enthalten.
Ein "erodierbarer" Schleifgegenstand ist ein Schleifgegenstand, der unter Gebrauchsbedingungen kontrolliert aufbricht.
Ein "Schleifagglomerat" bezieht sich auf eine Vielzahl von Schleifteilchen, die in Form einer einheitlichen Partikelmasse aneinander gebunden sind.
Ein "Schleifverbundwerkstoff" bezieht sich auf eine Vielzahl geformter Körper, die gemeinsam einen texturierten, dreidimensionalen Schleifgegenstand bereitstellen, der Schleifteilchen und ein Bindemittel umfasst. Die Schleifteilchen können die Form von Schleifagglomeraten aufweisen.
Ein "präzise geformter Schleifverbundwerkstoff" bezieht sich auf einen Schleifverbundwerkstoff mit einer geformten Gestalt, die eine Umkehr des Formenhohlraums ist, die erhalten wird, nachdem der Verbundwerkstoff aus der Form entfernt wurde. Vorzugsweise ist der Verbundwerkstoff im Wesentlichen frei von Schleifteilchen, die über die freiliegende Oberfläche der Form ragen, bevor der Schleifgegenstand verwendet wird, wie in US Patent Nr. 5,152,917 beschrieben ist.
Die Erfindung stellt ein relativ kostengünstiges, leicht kontrollierbares Verfahren zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften eines Halbleiterwafers in verschiedenen Stufen während der Herstellung bereit. Da der Schleifgegenstand so konstruiert ist, dass er relativ lang haltend ist, kann ein einziger Schleifgegenstand in einer Reihe aufeinanderfolgender Operationen verwendet werden.
Andere Merkmale, Vorteile und Konstrukte der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Figuren und der bevorzugen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hervor.
1 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Halbleiterwafers vor der Oberflächenmodifizierung.
2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Halbleiterwafers nach der Oberflächenmodifizierung.
3 ist eine schematische Teilseitenansicht einer Vorrichtung zur Modifizierung der Oberfläche eines Halbleiterwafers.
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils eines dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils eines anderen dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
6 ist eine Draufsicht von oben auf einen Abschnitt eines dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
7 ist eine isometrische Ansicht eines dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
8 ist eine isometrische Ansicht im Querschnitt eines Teils eines anderen dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
9 bis 12 sind vergrößerte Querschnittsansichten zusätzlicher dreidimensionaler, texturierter, festste hender Schleifgegenstände, die in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
13 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Halbleiterwafers, die Referenzebenen zeigt.
14 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Halbleiterwafers, die Referenzebenen zeigt.
15 ist eine schematische Darstellung eines Prozesses zur Herstellung eines dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
16 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Prozesses zur Herstellung eines dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
17 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils eines dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstandes, der in dem Prozess der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
Halbleiterwaferstruktur
1 ist eine vereinfachte Ansicht eines repräsentativen Halbleiterwafers 10, der zur Verwendung in dem Prozess der Erfindung geeignet ist. Der Deutlichkeit wegen wurden allgemein bekannte Merkmale, wie dotierte Regionen, aktive Vorrichtungen, Epitaxialschichten, Träger- und Feldoxidschichten weggelassen. Der Wafer 10 hat eine Halbleiterbasis 1, die eine vordere Oberfläche 2A und eine hintere Oberfläche 2B aufweist. Die Halbleiterbasis kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, wie einem Einzelkristallsilizium, Galliumarsenid und anderen Halbleitermaterialien, die in der Technik bekannt sind. Über der vorderen Oberfläche 2A befindet sich eine dielektrische Schicht 3; diese dielektrische Schicht 3 enthält für gewöhnlich Siliziumdioxid. Andere geeignete dielektrische Schichten werden auch in Betracht gezogen.
Die dielektrische Schicht 3 hat eine vordere Oberfläche 8 und eine hintere Oberfläche 7. Über der vorderen Oberfläche der dielektrischen Schicht 3 sind zahlreiche einzelne erste Metallverbindungen 4 (z. B. Metallleiterblöcke). Jede dieser ersten Metallverbindungen 4 hat Seitenwände 9 und eine obere Wand 11. Jede erste Metallverbindung 4 kann zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer, einer Aluminiumkupferlegierung, Wolfram und dergleichen hergestellt sein. Diese Metallverbindungen werden für gewöhnlich hergestellt, indem zunächst eine kontinuierliche Schicht des Metalls auf der dielektrischen Schicht 3 abgeschieden wird. Das Metall wird dann geätzt und überschüssiges Metall entfernt, um das gewünschte Muster aus Metallverbindungen zu bilden.
Danach wird eine erste Isolierschicht 5 über der oberen Wand 11 jeder ersten Metallverbindung 4, zwischen den ersten Metallverbindungen 4 und über der vorderen Oberfläche 8 der dielektrischen Schicht 3 aufgebracht.
Die erste Isolierschicht 5 ist für gewöhnlich ein Metalloxid, wie Siliziumdioxid, BPSG (Borphosphosilicatglas), PSG (Phosphosilicatglas) oder Kombinationen davon. Die erhaltene Isolierschicht 5 hat häufig eine vordere Oberfläche 6, die nicht so "planar" und/oder "gleichförmig" wie gewünscht sein kann.
Bevor eine zusätzliche Schaltungsschicht mittels eines photolithographischen Prozesses aufgebracht werden kann, ist es wünschenswert, die Oberfläche 6 der ersten Isolierschicht zu behandeln, um das gewünschte Maß an "Planarität", Gleichförmigkeit" und/oder "Rauheit" zu erreichen; das besondere Maß hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich des einzelnen Wafers und der beabsichtigen Anwendung, wie auch von der Art folgender Bearbeitungsschritt, welchen der Wafer unterzogen werden kann. Der Einfachheit wegen wird im Rest dieser Anmeldung dieser Prozess als "Planarisierung" bezeichnet. 2 zeigt den in 1 dargestellten Wafer nach der Planarisierung (in 2 als Halbleiterwafer 20 dargestellt). Infolge der Planarisierung sollte die vordere Oberfläche 22 der Isolierschicht 5 ausreichend planar sein, so dass, wenn der folgende Photolithographieprozess verwendet wird, um eine neue Schaltungskonstruktion zu schaffen, die kritischen Dimensionsmerkmale aufgelöst werden können. Diese kritischen Dimensionsmerkmale bilden die Schaltungskonstruktion.
In Bezug auf den in 1 dargestellten Wafer erfolgt eine Planarisierung auf der ersten Isolierschicht 5; es können jedoch andere Schichten im Laufe des Waferherstellungsprozesses planarisiert werden. Tatsächlich kann nach dem Aufbringen jeder zusätzlichen Schicht Isoliermaterial auf den Metallverbindungen eine Planarisierung erforderlich sein. Tatsächlich können etwa ein bis zehn oder noch mehr als zehn Schaltungsschichten, Metallverbindungen und Metalloxid-Isolierschichten vorhanden sein. Zusätzlich könnte auch der rohe Wafer eine Planarisierung benötigen.
Halbleiterwaferparameter
Es gibt mehrere allgemein bekannte Eigenschaft, die unter Verwendung der in der Wissenschaft anerkannten Technik ausgewertet werden können, um festzustellen, ob der Halbleiterwafer ausreichend planarisiert wurde.
Diese Eigenschaften umfassen Flachheit (gemessen als Total Indicated Runout (TIR)), die Oberflächenbeschaffenheit (gemessen als durchschnittliche Rauheit (Ra)) und das Dishing (gemessen als Planarisierungsverhältnis). Die Anzahl und Art von Defekten an der Waferoberfläche kann auch ausgewertet werden.
Total Indicated Runout (TIR)
TIR ist ein Maß der Ebenheit des Wafers in einer spezifizierten Region des Wafers. Da die Photolithographie zur Schaffung des Schaltungsmusters auf der vorderen Fläche des Wafers verwendet wird, ist es kritisch, dass die Ebenheit der Waferoberfläche geringer als die Brennpunkttiefe der Maschine ist, die die elektromagnetische Strahlung erzeugt, die zur Bildung des Schaltungsmusters verwendet wird. Eine spezifizierte Region oder ein Bereich in dem Halbleiter wird in einem einzigen Belichtungsschritt belichtet. Somit kann eine Region des Halbleiterwafers eine andere Ebenheit im Vergleich zu einer anderen Region des Halbleiterwafers aufweisen, da diese zwei verschiedenen Regionen zwei verschiedenen Belichtungsschritten entsprechen. Somit wird bei der Messung der Ebenheit des Halbleiterwafers diese Messung über eine spezifizierte Region vorgenommen.
13 zeigt eine Region eines Halbleiterwafers 250 vor der Planarisierung. Die Struktur des Wafers 250 ist ähnlich jener des Wafers 10, der in 1 dargestellt ist. Insbesondere umfasst der Halbleiterwafer 250 eine Halbleiterbasis 251 mit einer vorderen Oberfläche 253 und einer hinteren Oberfläche 252. Über der vorderen Oberfläche 253 der Halbleiterbasis 251 befindet sich eine dielektrische Schicht 254 mit einer vorderen Oberfläche 255. Über der vorderen Oberfläche 255 der dielektrischen Schicht 254 befindet sich eine Vielzahl von Metallverbindungen 256, 257 und 258. Eine Isolierschicht 272 ist über und zwischen den Metallverbindungen 256, 257 und 258 aufgebracht. Infolge des Aufbringens der Isolierschicht 272 kann die äußerste Oberfläche des Halbleiterwafers 250 nicht so "planar" und/oder gleichförmig sein wie gewünscht.
Eine zweckdienliche Art, das Maß der "Planarität" und/oder "Gleichförmigkeit" sichtbar zu machen, wie es sich im TIR zeigt, ist durch eine Reihe von imaginären Referenzebenen, wie in 13 und 14 dargestellt. Unter Bezugnahme auf 13 ist eine erste Referenzebene 271 dargestellt, die der hinteren Oberfläche 252 der Halbleiterbasis 251 gebildet wird. Es gibt eine erste imaginäre Ebene 262, die den äußersten Abschnitt oder höchsten Punkt 270 der äußersten Oberfläche 273 des Halbleiterwafers 250 schneidet. Der unterste Punkt 259 ist die unterste Fläche an dem äußersten Abschnitt 273 des Halbleiterwafers.
Vor der Planarisierung ist der Abstand zwischen der ersten imaginären Ebene 262 und dem tiefsten Punkt 259 für gewöhnlich größer als etwa 0,5 Mikrometer. In einigen Fällen ist der Abstand zwischen der ersten imaginären Ebene 262 und dem tiefsten Punkt 259 (d. h., der TIR) größer als 0,5 Mikrometer, manchmal größer als 0,8 Mikrometer oder sogar größer als etwa 1 bis 2 Mikrometer. Der tatsächliche Wert dieses Abstands hängt teilweise von der Konstruktion und Herstellung des Halbleiterwafers ab.
14 zeigt den in 13 dargestellten Wafer nach der Planarisierung (und ist somit gleich dem in 2 dargestellten Wafer). Der planarisierte Halbleiterwafer 277 umfasst eine Halbleiterbasis 251 mit einer vorderen Oberfläche 253 und einer hinteren Oberfläche 252. Über der vorderen Oberfläche 253 der Halbleiterbasis 251 befindet sich eine dielektrische Schicht 254 mit einer vorderen Oberfläche 255. Über der vorderen Oberfläche 255 der dielektrischen Schicht 254 befindet sich eine Vielzahl von Metallverbindungen 265, 264 und 267. Zwischen diesen Metallverbindungen befindet sich eine Isolierschicht 263. Infolge der Planarisierung ist die äußerste Oberfläche 275 (die die hohen Punkte 276 und tiefen Punkte 278 enthält) des Halbleiterwafers 277 ebener und gleichförmiger geworden.
Das Ausmaß der Planarisierung kann durch die Verwendung von Referenzebenen, wie in 14 dargestellt, sichtbar gemacht werden. Es gibt eine erste Referenzebene 271, die durch die hintere Oberfläche 252 der Halbleiterbasis 251 gebildet wird. Es gibt eine zweite imaginäre Ebene 268, die den äußersten Abschnitt oder höchsten Punkt 276 der äußersten Oberfläche 275 des Halbleiterwafers 277 schneidet oder berührt. Der tiefste Punkt 278 ist der unterste Bereich an dem äußersten Abschnitt 275 des Halbleiterwafers 277. Infolge der Planarisierung ist bevorzugt, dass für einen spezifischen Bereich des Wafers der Abstand zwischen der zweiten imaginären Ebene 268 und dem tiefsten Punkt 278 (d. h., der TIR) über diesem Bereich geringer als etwa 5000 Ångström, vorzugsweise nicht mehr als etwa 1500 Ångström ist. Der besondere TIR-Wert hängt von dem einzelnen Wafer und der beabsichtigten Anwendung ab, wie auch von der Art der anschließenden Bearbeitungsschritte, welchen der Wafer unterzogen werden kann. Im Allgemeinen ist vor der Planarisierung der durchschnittliche TIR einer Metalloxid enthaltenden Waferoberfläche größer als etwa 2500 Ångström, für gewöhnlich im Bereich von etwa 1,0 bis 1,2 Mikrometer. Nach der Planarisierung ist der durchschnittliche TIR vorzugsweise kleiner als etwa 2500 Ångström, insbesondere kleiner als etwa 2000 Ångström und noch bevorzugter kleiner als etwa 1500 Ångström. Der Begriff "durchschnittlicher TIR" bedeutet, dass zehn TIR-Ablesungen über einem spezifierten Bereich vorgenommen werden, die addiert und durch 10 dividiert werden, um den durchschnittlichen TIR zu berechnen.
Es ist bevorzugt, dass der Bereich, über den der TIR ausgewertet wird, 3 mm mal 3 mm im Quadrat ist, vorzugsweise 5 mm mal 5 mm im Quadrat, insbesondere 15 mm mal 15 mm im Quadrat, und ganz besonders 30 mm mal 30 mm im Quadrat. Der TIR-Wert wird einfach unter Verwendung eines Profilometers gemessen, z. B. eines "Model P-2 Profilometers", der im Handel von Tencor erhältlich ist.
Oberflächenbeschaffenheit
Die Oberflächenbeschaffenheit des Wafers kann auch ausgewertet werden. Eine allgemein bekannte Größe, Ra, stellt ein Maß der Oberflächenbeschaffenheit dar.
Ra wird für gewöhnlich unter Verwendung eines Interferometers, wie eines Wyko TOPO-3D Interferometers, das von der Wyko Corp. Tucson, AZ erworben wurde, oder eines TENCOR Profilometers gemessen. Nach der Planarisierung hat die planarisierte Oberfläche einen Ra-Wert von weniger als etwa 20·10^–10 m (20 Ångström), vorzugsweise weniger als 15·10^–10 m (15 Ångström) und insbesondere weniger als etwa 10·10^–10 m (10 Ångström). Der Begriff "durchschnittlich" bedeutet, dass mindestens zehn Ra-Ablesungen vorgenommen werden, und diese zehn Ra-Ablesungen dann gemeinsam Bemittelt werden, um den durchschnittlichen Ra-Wert zu berechnen.
Dishing
Ein weiterer kritischer Parameter bezieht sich auf das Dishing. Unter Bezugnahme auf 2 bezieht sich Dishing auf das Phänomen, dass etwas von der ersten Isolierschicht 5 in dem Bereich zwischen den ersten Metallverbindungen 4 entfernt wird, so dass die Gesamthöhe 23 der ersten Isolierschicht 5 verringert ist. Wie in der Technik allgemein bekannt ist, wird das Maß an Dishing durch das Planarisierungsverhältnis angezeigt, bei dem die Materialmenge, die von gewünschten Regionen entfernt wird, mit der Materialmenge von Regionen, in denen dies nicht erwünscht ist, verglichen wird.
Zur Messung des Planarisierungsverhältnisses werden zwei Instrumente verwendet. Ein Profilometer wird zum Messen des TIR vor und nach der Planarisierung verwendet. Ein optisches Interferenz/Absorptionsinstrument wird zum Messen der Dicke der Oxidschicht in Bereichen zwischen den Metallverbindungen vor und nach der Planarisierung verwendet. Die von jedem Bereich entfernte Menge wird bestimmt und das Verhältnis berechnet.
Der besondere Wert für das Planarisierungsverhältnis hängt von dem einzelnen Wafer und der beabsichtigten Anwendung ab, wie auch von der Art der anschließenden Bearbeitungsschritte, welchen der Wafer unterzogen werden kann. Im Allgemeinen sollte das Planarisierungsverhältnis kleiner als 2 sein. Für gewöhnlich liegen geeignete Verhältnisse im Bereich zwischen etwa 1,0 bis etwa 2,0, vorzugsweise zwischen etwa 1,0 bis etwa 1,6, insbesondere etwa 1,0 bis etwa 1,4 und ganz besonders zwischen etwa 1,0 bis etwa 1,2. Ein Planarisierungsverhältnis von 1 ist für gewöhnlich bevorzugt, da dies anzeigt, dass effektiv kein Dishing vorhanden ist.
Defekte
Ein weiterer wichtiger Parameter zur Bestimmung, ob ein Halbleiterwafer ausreichend planarisiert wurde, ist die Anzahl von Defekten, die in der behandelten Waferoberfläche nach der Planarisierung verbleibt. Eine Art von Defekt ist in der Industrie als "Grübchen" ("pit") oder unerwünschte Vertiefung in der Waferoberfläche bekannt. Ein anderer Defekt ist in der Industrie als "Schürfung" ("dig") oder "Rutschspur" ("skid") bekannt, und stellt eine Reihe unerwünschter grober Kratzer dar, die nahe beieinander liegen.
Die Anzahl und Art von Defekten kann unter Verwendung von in der Wissenschaft anerkannten Techniken bestimmt werden, einschließlich der Laserlichtstreuung. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, die Anzahl von Defekten zu minimieren.
Vorrichtung
3 zeigt eine sehr vereinfachte Vorrichtung zum Planarisierung von Halbleiterwafern, die in dem Verfahren gemäß der Erfindung nützlich ist. Diese Art von Vorrichtung und zahlreiche Variationen und andere Typen von Vorrichtungen sind in der Technik für die Verwendung mit Polierscheiben und losen Schleifmittelaufschlämmungen bekannt. Ein Beispiel für eine geeignete, im Handel erhältliche Vorrichtung ist eine CMP-Maschine, die von IPEC/WESTECH, Phoenix, AZ erhältlich ist.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Vorrichtung 30 eine Kopfeinheit 31, die an einen Motor (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Ein Spannfutter 32 erstreckt sich von der Kopfeinheit 31; ein Beispiel für ein solches Spannfutter ist ein Kardanspannfutter. Das Spannfutter 32 ist vorzugsweise so konstruiert, dass es verschiedene Kräfte aufnimmt und schwenkt, so dass der Schleifgegenstand weiterhin die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit und Ebenheit auf dem Wafer bereitstellen kann. Das Spannfutter kann jedoch dem Wafer während der Planarisierung ein Schwenken ermöglichen oder nicht.
An dem Ende des Spannfutters 31 befindet sich eine Waferhalterung 33. Der Zweck der Waferhalterung 33 ist, dazu beizutragen, den Halbleiterwafer 34 an der Kopfeinheit 31 zu befestigen und auch ein Verschieben des Halbleiterwafers während der Planarisierung zu verhindern. Die Waferhalterung ist so konstruiert, dass sie den Halbleiterwafer aufnimmt und kann kreisförmig, oval, rechteckig, quadratisch, achteckig, hexagonal, pentagonal oder dergleichen sein.
In einigen Fällen besteht die Waferhalterung aus zwei Teilen, einem Halterungsring und einer Waferstützscheibe. Der Halterungsring (der optional ist) kann eine im Allgemeinen kreisförmige Vorrichtung sein, die um den Umfang des Halbleiterwafers sitzt. Die Waferstützscheibe kann aus einem oder mehreren Elementen hergestellt sein, z. B. Polyurethanschaum.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Waferhalterung 33 an einem Ringabschnitt 33a entlang dem Halbleiterwafer 34. Der Ringabschnitt 33a (der optional ist) kann ein separates Teil oder mit der Halterung 33 integral sein. In einigen Fällen erstreckt sich die Waferhalterung 33 nicht über den Halbleiterwafer 34 hinaus, so dass die Waferhalterung 33 die Schleifbeschichtung 42 weder berührt noch kontaktiert. In anderen Fällen erstreckt sich die Waferhalterung 33 über den Halbleiterwafer 34 hinaus, so dass die Waferhalterung 33 die Schleifbeschichtung berührt oder kontaktiert, wobei in diesem Fall die Waferhalterung die Eigenschaften der Schleifbeschichtung beeinflussen kann. Zum Beispiel kann die Waferhalterung 33 die Schleifbeschichtung "aufbereiten" und den äußersten Abschnitt der Schleifbeschichtung während der Planarisierung entfernen.
Die Waferhalterung oder der Halterungsring können aus jedem Material hergestellt sein, das dem feststehenden Schleifgegenstand ermöglicht, dem Wafer das gewünschte Maß an Planarisierung an zu verleihen. Zu Beispielen für geeignete Materialien zählen Polymermaterialien.
Zum Beispiel kann die Waferhalterung oder der Halterungsring aus einem Verbundwerkstoff, wie einem partikelgefüllten, verfestigten, thermisch härtbaren Harz oder einem Substrat bestehen, das mit einem verfestigten, thermisch härtbaren Harz gefüllt ist. Wenn die Partikelfüllmittel mit der Waferoberfläche in Kontakt gelangen, sollten sie weicher als das Material sein, das die zu behandelnde Oberfläche bildet. Im Falle von Metalloxidflächen (z. B. der Siliziumdioxidfläche) sollten die Partikelfüllmittel vorzugsweise eine Mohs-Härte von weniger als etwa sechs haben. Zu Beispielen für geeignete Füllmittel für diesen Zweck zählen Materialien wie Talk, Gips, Kalziumkarbonat, Fluoritapatit und dergleichen. Ebenso geeignet im Falle von Metalloxid enthaltenden Oberflächen sind polymere Füllteilchen, z. B. Teilchen, die aus Polyester, Polykarbonat, Polyamid, Polyolefin, Phenolharz und dergleichen hergestellt sind.
Beispiele für geeignete thermisch härtbare Harze zur Verwendung in einem partikelgefüllten Verbundwerkstoff umfassen Phenolharze, Epoxidharze, Acrylatharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Melaminformaldehydharze und dergleichen. Es ist auch möglich, ein Tuch oder ein Vliessubstrat mit dem thermisch härtbaren Harz zu tränken und das thermisch härtbare Harz zu verfestigen, um ein Substrat zu bilden, das mit einem verfestigten thermisch härtbaren Harz imprägniert ist. Zu Beispielen für ein solches Tuch zählen ein Baumwolltuch, ein Nylontuch und ein Polyestertuch. Das Substrat kann auch ein Vliessubstrat wie ein Papiersubstrat sein.
Zu Beispielen für im Handel erhältliche Waferhalterungen zählen jene, die unter den Bezeichnungen "G-10", "NTA" und "0500-RB" von Rodel verkauft werden.
Unter Bezugnahme auf 3 hat die Waferhalterung 33 für gewöhnlich einen Durchmesser zwischen etwa 10 bis etwa 500 mm, vorzugsweise zwischen etwa 15 bis etwa 250 mm, insbesondere vorzugsweise zwischen etwa 20 bis etwa 300 mm. Die Waferhalterung 33 kann einen oder mehrere Halbleiterwafer enthalten. In einigen Fällen können zwischen 1 und 40 Halbleiterwafer pro Waferhalterung vorhanden sein.
Die Geschwindigkeit, mit der die Waferhalterung 33 dreht, hängt von der besonderen Vorrichtung, den Planarisierungsbedingungen, dem Schleifgegenstand und den gewünschten Planarisierungskriterien ab. Im Allgemeinen jedoch dreht eine Waferhalterung 33 mit etwa 2 bis etwa 1000 U/min, für gewöhnlich mit etwa 5 bis etwa 500 U/min, vorzugsweise mit etwa 10 bis etwa 300 U/min und insbesondere mit etwa 30 bis etwa 150 U/min. Wenn die Waferhalterung zu langsam oder zu schnell dreht, könnte die gewünschte Schneidgeschwindigkeit nicht erreicht werden.
Die Waferhalterung 33 kann kreisförmig, spiralförmig, ungleichförmig, elliptisch als Achter, korkenzieherförmig oder regellos drehen. Der bevorzugte Modus für die Drehung der Waferhalterung ist kreisförmig. Als Alternative kann die Waferhalterung 33 während ihrer Drehung oszillieren oder vibrieren.
Der Schleifgegenstand hat für gewöhnlich einen Durchmesser zwischen etwa 10 und 200 cm, vorzugsweise zwischen etwa 20 und 150 cm, insbesondere zwischen etwa 25 und 100 cm. Der Schleifgegenstand kann mit etwa 5 bis 10.000 U/min drehen, für gewöhnlich mit etwa 10 bis 1000 U/min und vorzugsweise mit etwa 10 bis 250 U/min.
Es ist bevorzugt, dass sowohl der Halbleiterwafer als auch der feststehende Schleifgegenstand in dieselbe Richtung drehen. Der Halbleiterwafer und der feststehende Schleifgegenstand können jedoch auch in entgegengesetzte Richtungen drehen.
Der Halbleiterwafer 34 mit einer äußeren Oberfläche 36, die planarisiert wird, ist an der Waferhalterung 33 so befestigt, dass der Wafer im Wesentlichen gleichförmig gegen die Waferhalterung unter Verwendung von z. B. mechanischen Mitteln (z. B. Klemmen), Vakuum oder einem Klebemittel (z. B. einem druckempfindlichen Klebstoff oder Wachs) gehalten wird. Die Grenzfläche 35 zwischen dem Halbleiterwafer 34 und der Waferhalterung 33 sollte vorzugsweise relativ flach und gleichförmig sein, um sicherzustellen, dass das gewünschte Ausmaß an Planarisierung erreicht wird.
Die Vorrichtung 30 hat auch eine Basiseinheit 41, die den Schleifgegenstand 39 mit dem Schleifmittel 42 hält. Die Basiseinheit 41 ist für gewöhnlich aus einem starren Material, wie einem Metall, hergestellt. Die Unterlegscheibe 40 ist mit der Basiseinheit 41 verbunden und an dem Schleifgegenstand 39 befestigt. Im Allgemeinen sollte die Unterlegscheibe elastisch sein, so dass während der Planarisierung der feststehende Schleifgegenstand die gesamte Halbleiterwaferoberfläche planarisiert. Es ist bevorzugt dass die Unterlegscheibe aus einem anpassungsfähigen Material hergestellt ist, wie Polyurethanschaum.
Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst: einen feststehenden Schleifgegenstand, der einen Schichtträger umfasst, auf dem eine dreidimensionale, texturierte Schleifbeschichtung aufgebracht ist, die eine Vielzahl von Schleifteilchen und ein Bindemittel in Form eines vorgegebenen Musters enthält, sowie eine Unterlegscheibe, die sich im Allgemeinen mit dem Schichtträger des feststehenden Schleifgegenstandes erstreckt. Die Unterlegscheibe umfasst: mindestens ein elastisches Element mit einem Youngschen Modul von weniger als etwa 100 MPa und einer Restspannung unter Druck von mindestens etwa 60%; und mindestens ein starres Element, das sich im Allgemeinen mit dem elastischen Element und dem Schichtträger des feststehenden Schleifgegenstandes erstreckt und dazwischen angeordnet ist, wobei das starre Element einen Youngschen Modul hat, der größer als jener des elastischen Elements und mindestens etwa 100 MPa ist. Geeignete Unterlegscheibenkonstruktionen sind in der US Patentanmeldung Seriennr. 08/694,357 offenbart.
Das Mittel, das zum Befestigen des Schleifgegenstandes an der Unterlegscheibe verwendet wird, hält vorzugsweise den Schleifgegenstand während der Planarisierung flach und starr. Das bevorzugte Befestigungsmittel ist ein druckempfindlicher Klebstoff (z. B. in Form eines Films oder Bandes). Repräsentative Beispiele für druckempfindliche Klebstoffe, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen jene, die auf Latexcrepe, Rosin, Acrylpolymeren und -Copolymeren (z. B. Polybutylacrylat und anderen Polyacrylatestern) basieren, Vinylether (z. B. Polybutinyl-n-butylether), Alkydklebstoffe, Gummiklebstoffe (z. B. Naturgummi, Synthetikgummi, chlorinierten Gummi) und Mischungen davon. Ein bevorzugter druckempfindlicher Klebstoff ist ein Isooctylacrylat:Acrylsäure-Copolymer. Der druckempfindliche Klebstoff wird vorzugsweise unter Verwendung herkömmlicher Techniken auf die Rückseite des Schleifgegenstandes laminiert oder aufgetragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schleifgegenstand ein beschichteter Schleifgegenstand mit einem Schichtträger, der eine Schleifbeschichtung auf einer Oberfläche trägt, eine druckempfindliche Klebstoffbeschichtung auf der gegenüberliegenden hinteren Oberfläche, wobei die druckempfindliche Klebstoffbeschichtung zwei Schichten umfasst:

i) eine erste Schicht, die eine druckempfindliche Klebstoffbeschichtung umfasst, wobei die erste Schicht eine innere Oberfläche aufweist, die in direktem Kontakt mit der hinteren Oberfläche des beschichteten Schleifschichtträgers steht, und eine gegenüberliegende äußere Oberfläche, und
ii) eine zweite Schicht über der äußeren Oberfläche der ersten Schicht, die Teilchenklumpen umfasst, die im Wesentlichen gleichförmig über der ersten Schicht verteilt sind und von dieser hochragen, wobei mindestens der äußere Bereich dieser Teilchenklumpen frei von druckempfindlichem Klebstoff ist. Diese Art von druckempfindlicher Klebstoffbeschichtung ist in US Patent Nr. 5,141,790 näher dargestellt.

In vielen Fällen weist der Schleifgegenstand die Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von für gewöhnlich mehr als 25 cm, häufig mehr als 36 cm und manchmal mehr als 50 cm im Durchmesser auf. Bei diesen Scheiben mit großem Durchmesser ist es häufig schwierig, die Schleifscheibe exakt auf der Unterlegscheibe zu platzieren. Die schichtenförmige druckempfindliche Klebstoffkonstruktion stellt ein Mittel bereit, das der Scheibe ermöglicht "herumzugleiten", bis die richtige Position gefunden ist, wonach zusätzlicher Druck aufgebracht und die Schleifscheibe an der Unterlegscheibe befestigt wird.
Der Schleifgegenstand kann auch an der Unterlegscheibe unter Verwendung eines Haken- und Ösen-Befestigungssystems befestigt werden. Der Ösenstoff kann sich an der Rückseite des Schleifgegenstandes befinden und die Haken an der Unterlegscheibe. Als Alternative können die Haken an der Rückseite des Schleifgegenstandes sein und die Ösen auf der Unterlegscheibe. Das Haken- und Ösen-Befestigungssystem ist in US Patent Nr. 4,609,581; 5,254,194; 5,505,747; und PCT WO/95/19242 näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3 enthält das Reservoir 37 Flüssigmedium 43 (in der Folge ausführlicher beschrieben), das durch eine Rohrleitung 38 in die Grenzfläche zwischen dem Halbleiterwafer und der Schleifbeschichtung 42 gepumpt wird. Es ist bevorzugt, dass während der Planarisierung ein beständiger Strom des Flüssigmediums zu der Grenzfläche zwischen dem Schleifgegenstand und dem Halbleiterwafer erfolgt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmediums reicht für gewöhnlich von etwa 10 bis 500 Milliliter/Minute, vorzugsweise von etwa 25 bis 250 Milliliter/Minute.
Betriebsbedingungen
Der Planarisierungsvorgang wird vorzugsweise in einem Reinraum ausgeführt, um das Vorhandensein von Kontaminanten zu minimieren, die Defekte in der Waferoberfläche bilden könnten. Zum Beispiel kann die Planarisierung in einem Reinraum der Klasse 10.000, einem Reinraum der Klasse 1000 oder einem Reinraum der Klasse 100 ausgeführt werden.
Variable, die den Planarisierungsprozess beeinflussen, umfassen die Wahl des geeigneten Kontaktdrucks zwischen der Waferoberfläche und dem feststehenden Schleifgegenstand, die Art des Flüssigmediums, die relative Geschwindigkeit und relative Bewegung zwischen der Waferoberfläche und dem feststehenden Schleifgegenstand, und die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmediums. Diese Variable sind voneinander abhängig und werden auf der Basis der einzelnen Waferoberfläche, die planarisiert wird, gewählt.
Da zahlreiche Planarisierungsschritte für einen einzigen Halbleiterwafer vorhanden sein können, erwartet die Halbleiterwaferindustrie im Allgemeinen, dass der Planarisierungsprozess zu einer relativ hohen Entfernungsrate der Isolierschichten führt. Wenn die Isolierschicht ein Metalloxid, wie Siliziumdioxid ist, sollte die Schneidgeschwindigkeit mindestens 100 Ångström pro Minute, vorzugsweise mindestens 500 Ångström pro Minute, insbesondere mindestens 1000 Ångström pro Minute und ganz besonders mindestens 1500 Ångström pro Minute sein. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dass die Schneidgeschwindigkeit so hoch ist, dass sie mindestens 2000 Ångström pro Minute und sogar 3000 oder 4000 Ångström pro Minute beträgt. Wenn das Material, das während der Planarisierung entfernt wird, härter und/oder chemisch dauerhafter als Siliziumoxid ist, können die Schneidgeschwindigkeiten tendenziell geringer sein. Wenn im Gegensatz dazu das Material, das während der Planarisierung entfernt wird, weicher als Siliziumoxid ist, können die Schneidgeschwindigkeiten tendenziell höher sein. Obwohl es allgemein wünschenswert ist, eine hohe Schneidgeschwindigkeit zu haben, muss die Schneidgeschwindigkeit so gewählt werden, dass sie die gewünschte Topographie der Waferoberfläche nicht beeinträchtigt.
Während der Planarisierung ist es allgemein bevorzugt, dass der Schleifgegenstand eine beständige Schneidgeschwindigkeit über die gesamte Waferoberfläche bereitstellt. Zusätzlich ist es auch allgemein bevorzugt, dass der Schleifgegenstand eine beständige Schneidgeschwindigkeit zwischen aufeinanderfolgenden Planarisierungsschritten bereitstellt, um eine gute Prozesssteuerung zu erhalten.
Der Grenzflächendruck zwischen dem Schleifgegenstand und dem Halbleiterwafer (d. h., der Kontaktdruck) ist vorzugsweise weniger als etwa 20 psi, insbesondere weniger als etwa 10 psi, noch bevorzugter weniger als etwa 8 psi und ganz besonders weniger als 5 psi oder sogar nur 3 psi. Es wurde festgestellt, dass der feststehende Schleifgegenstand, der in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, noch eine gute Schneidgeschwindigkeit bei geringem Grenzflächendruck bereitstellen kann. Der geringere Druck ist wünschenswert, da er die Planarisierung verbessert, das Dishing minimiert und die Verwendung einer leichteren Planarisierungvorrichtung ermöglicht. Ebenso können zwei oder mehr Bearbeitungsbedingungen in einem Planarisierungsprozess verwendet werden. Zum Beispiel kann ein erstes Bearbeitungssegment einen höheren Grenzflächendruck umfassen als ein zweites Bearbeitungssegment. Drehgeschwindigkeit des Wafers und/oder des Schleifgegenstandes können auch während des Planarisierungsprozesses verändert werden.
Der Planarisierungsprozess wird vorzugsweise in Gegenwart eines Flüssigmediums ausgeführt, das aufgrund der Zusammensetzung der Waferoberfläche, die planarisiert wird, so gewählt wird, dass die gewünschte Planarisierung erhalten wird, ohne den Wafer zu beeinträchtigen oder zu beschädigen.
In einigen Fällen trägt das Flüssigmedium zur Planarisierung in Kombination mit dem feststehenden Schleifgegenstand durch einen chemischen mechanischen Polierprozess bei. Zum Beispiel erfolgt das chemische Polieren von SiO₂, wenn eine basische Verbindung in dem Flüssigmedium mit dem SiO₂ zur Bildung einer Oberflächenschicht aus Siliziumhydroxiden reagiert. Der mechanische Prozess erfolgt, wenn ein Schleifgegenstand das Metallhydroxid von der Oberfläche entfernt.
Ein chemischer mechanischer Polierprozess ist aus mehreren Gründen bevorzugt. Wenn die Materialentfernung nur ein mechanischer Prozess ist, neigt der Schleifgegenstand dazu, grobe Kratzer in der Oberfläche des Halbleiterwafers zu bilden. Wenn die Materialentfernung ausschließlich ein chemischer Prozess ist, ist die Materialentfernung isotrop und es erfolgt keine Planarisierung.
Der pH des Flüssigmediums kann die Leistung beeinflussen und wird auf der Basis der Art der Waferoberfläche, die planarisiert wird, gewählt, einschließlich der chemischen Zusammensetzung und Topographie der Waferoberfläche. In einigen Fällen, z. B., wenn die Waferoberfläche Metalloxid (z. B. Siliziumdioxid) enthält, kann das Flüssigmedium ein wässeriges Medium mit einem pH größer 5, vorzugsweise größer 6, insbesondere größer 10, sein. In einigen Fällen reicht der pH von 10,5 bis 14,0, vorzugsweise von etwa 10,5 bis 12,5. Beispiele für geeignete Flüssigmedien für Metalloxid enthaltende Waferoberflächen enthalten wässerige Lösungen, die Hydroxidverbindungen enthalten, wie Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Lithiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kalziumhydroxid, Bariumhydroxid, und basische Verbindungen, wie Amine und dergleichen. Das basische Flüssigmedium kann auch mehr als ein basisches Material enthalten, z. B. eine Mischung aus Kaliumhydroxid und Lithiumhydroxid. Ein Beispiel für ein Metallhydroxid enthaltendes Flüssigmedium ist eine Lösung aus Kaliumhydroxid in entionisiertem oder destilliertem Wasser, in der die Kaliumhydroxidkonzentration von etwa 0,1 bis 0,5% reicht (z. B. etwa 0,25%).
In anderen Fällen, die ebenso nützlich sind, z. B. für Metalloxid enthaltende Waferoberflächen, ist der pH mindestens etwa 4,5, für gewöhnlich mindestens etwa 5 und vorzugsweise mindestens etwa 6. Zum Beispiel kann das Flüssigmedium destilliertes oder entionisiertes Wasser sein, das für gewöhnlich einen pH im Bereich von etwa 6 bis etwa 8 hat.
Das Flüssigmedium kann auch ein chemisches Ätzmittel enthalten. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass das chemische Ätzmittel die äußerste Oberfläche des Halbleiterwafers "angreifen" und mit dieser möglicherweise reagieren kann. Der Schleifgegenstand der Erfindung entfernt dann das erhaltene Material, das auf der äußersten Oberfläche des Halbleiterwafers gebildet wird. Zu Beispielen für chemische Ätzmittel zählen starke Säuren (z. B. Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure und dergleichen) und Oxidierungsmittel (z. B. Peroxide).
Das Flüssigmedium kann auch dazu beitragen, die Oberfläche des feststehenden Schleifgegenstandes aufzubrechen, wodurch die Erodierbarkeit des Gegenstandes während der Planarisierung erhöht wird. Wenn der Schleifgegenstand zum Beispiel eine Schleifbeschichtung enthält, die ein wasserlösliches Bindemittel oder ein wasserempfindliches Füllmittel wie Zellstoff enthält, führt ein wasserhaltiges Flüssigmedium dazu, dass Wasser in der Schleifbeschichtung aufgelöst oder absorbiert wird, wodurch die Erodierbarkeit verbessert wird.
Das Flüssigmedium kann auch Zusatzstoffe, wie oberflächenaktive Substanzen, Benetzungsmittel, Rostschutzmittel, Schmiermittel, Seifen und dergleichen enthalten.
Diese Zusatzstoffe werden gewählt, um den gewünschten Nutzen bereitzustellen, ohne die darunter liegende Halbleiterwaferoberfläche zu beschädigen. Ein Schmiermittel kann zum Beispiel in dem Flüssigmedium für den Zweck der Verringerung der Reibung zwischen dem feststehenden Schleifgegenstand und der Halbleiterwaferoberfläche während der Planarisierung enthalten sein. Es kann dem Flüssigmedium vor der Planarisierung zugegeben werden oder in Form eines zweiten Stroms während der Planarisierung zugeleitet werden. Zu Beispielen für geeignete Schmiermittel zählen Metallsalze von Fettsäuren (z. B. Zinkstearat, Kalziumstearat und Lithiumstearat), Graphit, Mika, Molybdän, Disulfid, Talk, Polyamide, Bornitrid, Sulfide, Wachse, Glycolether, Glycerin, Silikonverbindungen, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohole, Ethylenoxidpolymere (z. B. Polymere, die im Handel unter der Handelsbezeichnung "Polyox" von Union Carbide Corp. erhältlich sind), Kombinationen davon und dergleichen.
Anorganische Partikel können ebenso in dem Flüssigmedium enthalten sein. Diese anorganischen Partikel können die Schneidgeschwindigkeit unterstützen. Zu Beispielen für solche anorganischen Partikel zählen: Siliziumoxid, Zirkondioxid, Kalziumkarbonat, Dichromiumoxid, Ceroxid, Cersalze (z. B. Cernitrat), Granat, Silicate und Titanoxid. Die durchschnittliche Teilchengröße dieser anorganischen Partikel sollte kleiner als etwa 1000 Ångström, vorzugsweise kleiner als etwa 500 Ångström und insbesondere kleiner als etwa 250 Ångström sein.
Zu Beispielen für partikelhaltige Flüssigmedien zählen Medien, die (a) kolloidale Ceroxidteilchen in Wasser, vorzugsweise entweder in destilliertem oder deionisiertem Wasser, enthalten, wobei die durchschnittliche Teilchengröße kleiner als etwa 0,1 Mikrometer ist, (b) destilliertes Wasser, Ceroxidteilchen und Kaliumhydroxid; und (c) destilliertes Wasser, Ceroxidteilchen und Ammoniumhydroxid.
Obwohl dem Flüssigmedium Partikel zugesetzt werden können, ist das bevorzugte Flüssigmedium frei von anorganischen Partikeln, z. B. losen Schleifteilchen.
Vorzugsweise enthält das Flüssigmedium weniger als 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 0,1 Gewichtsprozent und insbesondere 0% Gewichtsprozent anorganische Partikel.
Die Menge an Flüssigmedium ist vorzugsweise ausreichend, um die Entfernung von Metallhydroxidablagerungen von der Oberfläche zu unterstützen. In vielen Fällen ist ausreichend Flüssigkeit von dem basischen Flüssigmedium und/oder dem chemischen Ätzmittel vorhanden. In einigen Fällen jedoch ist bevorzugt, über eine andere Flüssigkeit an der Planarisierungsgrenzfläche zusätzlich zu dem basischen Flüssigmedium zu verfügen. Diese zweite Flüssigkeit kann dieselbe sein wie die Flüssigkeit von dem basischen Flüssigmedium oder kann eine andere sein.
Nach Beendigung des Planarisierungsprozesses wird der Halbleiterwafer für gewöhnlich durch Prozeduren, die in der Technik bekannt sind, gereinigt. Der Schleifgegenstand kann zum Beispiel durch ein Schaumkissen ersetzt werden, das keine Schleifteilchen aufweist, und der Wafer und die Scheibe werden relativ zueinander in Gegenwart eines Reinigungsmediums bewegt, um alle unerwünschten Oberflächenteilchen zu entfernen. Das Reinigungsmedium wird so gewählt, dass es die Teilchen entfernt, ohne die Waferoberfläche wesentlich zu beschädigen. Zu Beispielen für solche geeigneten Reinigungsmedien zählen Leitungswasser, destilliertes Wasser, deionisiertes Wasser, organische Lösemittel und dergleichen. Sie können alleine oder in Kombination miteinander verwendet werden. Nach Wunsch können sie auch Seife oder andere Zusatzstoffe enthalten, um den Reinigungsprozess zu unterstützen.
In vielen Fällen, wenn z. B. eine Polierscheibe und lose Schleifaufschlämmungen in Planarisierungsverfahren nach dem Stand der Technik verwendet werden, ist es notwendig, die Polierscheibe "aufzubereiten", um eine Appretur zu entfernen und eine beständige Leistung beim Planarisieren folgender Wafer aufrechtzuerhalten. Durch die Verwendung eines feststehenden Schleifgegenstandes kann jedoch der separate Aufbereitungsschritt unterlassen werden, wodurch sowohl Zeit wie auch Geld gespart werden.
Dennoch gibt es Umstände, unter welchen es wünschenswert sein kann, die Oberfläche des feststehenden Schleifgegenstandes nach einem Planarisierungsschritt aufzubereiten, um "abgeriebene Schleifteilchen" zu entfernen und/oder unerwünschte Teilchen zu entfernen, und dadurch die Schneidfähigkeit des feststehenden Schleifgegenstandes zu verbessern, wie auch die Qualität der planarisierten Oberfläche. Unter solchen Umständen kann die Oberfläche des feststehenden Schleifgegenstandes nach allgemein bekannten, herkömmlichen Techniken aufbereitet werden, einschließlich des In-Kontakt-Bringens der Schleifoberfläche mit einem Diamantbearbeitungswerkzeug, einer Bürste, einem gebundenen Schleifmittel, einem beschichteten Schleifmittel, einem Metallstab, einem Wasserstrahl oder dergleichen.
Andere Techniken beinhalten die Bestrahlung mit Laser oder Korona-Energie (z. B. unter Verwendung einer Sherman Korona-Behandlungseinheit, die von Sherman Treaters, Ltd., United Kingdom erhältlich ist).
Der Aufbereitungsvorgang kann erfolgen, während der Schleifgegenstand auf der Planarisierungsvorrichtung verbleibt. Als Alternative kann der Schleifgegenstand entfernt, aufbereitet und dann wieder auf die Vorrichtung zurückgebracht werden. In einigen Fällen kann der Halbleiterwafer von der Waferhalterung nach der Planarisierung entfernt werden und die Waferhalterung kann zum Aufbereiten des Schleifgegenstandes verwendet werden. Ein Aufbereitungswerkzeug kann auch über der Waferhalterung angeordnet oder anstelle der Waferhalterung eingebaut werden, um den Schleifgegenstand aufzubereiten.
Der Schleifgegenstand kann auch während des Planarisierungsprozesses selbst aufbereitet werden, z. B. durch Ausstatten der Planarisierungsvorrichtung mit einem Aufbereitungswerkzeug, so dass, wenn der Schleifgegenstand exponiert wird, er mit dem Aufbereitungswerkzeug in Kontakt kommt, oder durch Anordnen der Waferhalterung in derartiger Weise, dass sie mit dem Schleifgegenstand während der Planarisierung in Kontakt gelangt und diesen aufbereitet, so dass die Waferhalterung im Wesentlichen den Schleifgegenstand während der Planarisierung kontinuierlich aufbereitet.
Schleifgegenstand
A. Allgemeine Struktur
Der Prozess dieser Erfindung beinhaltet die Modifizierung der Oberfläche eines Halbleiterwafers mit einem dreidimensionalen, texturierten Schleifgegenstand. Der Schleifgegenstand ist vorzugsweise von großer Lebensdauer, z. B. sollte der Schleifgegenstand imstande sein, wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens 5, insbesondere wenigstens 20 und ganz besonders wenigstens 30 Planarisierungsprozesse zu vollenden. Der Schleifgegenstand sollte vorzugsweise eine gute Schneidgeschwin digkeit bereitstellen. Zusätzlich ist der Schleifgegenstand vorzugsweise imstande, einen Halbleiterwafer mit einer angemessenen Flachheit, Oberflächenbeschaffenheit und einem minimalen Dishing bereitzustellen.
Die Materialien, die gewünschte Textur und der Prozess, der zur Herstellung verwendet wird, beeinflussen alle, ob diese Kriterien erfüllt werden oder nicht. Ein Mittel zur Bestimmung, ob die Schleifgegenstandkonstruktion bei der Halbleiterwaferplanarisierung nützlich ist, ist die Prüfung der Schleifgegenstandkonstruktion nach dem in der Folge dargelegten Halbleiterwafer-Testverfahren.
Der feststehende Schleifgegenstand kann einen Schichtträger enthalten. Ein Beispiel für einen solchen Gegenstand ist in 4 dargestellt. Im Allgemeinen sind die Schleifteilchen in einem Bindemittel verteilt, um eine Schleifbeschichtung zu bilden und/oder Schleifverbundwerkstoffe, die an einen Schichtträger gebunden sind. Der Schleifgegenstand 50 umfasst einen Schichtträger 59 mit einer vorderen Oberfläche 58. Die Schleifbeschichtung 57 ist an eine vordere Oberfläche 58 des Schichtträgers 59 gebunden. Die Schleifbeschichtung 57 ist dreidimensional und umfasst eine Vielzahl von Schleifverbundwerkstoffen 54. In dieser besonderen Ausführungsform sind die Schleifverbundwerkstoffe 54 Pyramiden. Zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffen befinden sich Vertiefungen oder Täler 53. Es sind auch mehr als eine Reihe von pyramidenförmigen Schleifverbundwerkstoffen dargestellt, wobei die zweite Reihe von Schleifverbundwerkstoffen zu der ersten Reihe versetzt ist. Die Schleifverbundwerkstoffe 54 umfassen eine Vielzahl von Schleifteilchen 56, die in dem Bindemittel 55 verteilt sind. Der äußerste Punkt 51 der Schleifverbundwerkstoffe 54 kommt während der Planarisierung mit dem Halbleiterwafer in Kontakt.
Wahlweise hat der feststehende Schleifgegenstand keinen separaten Schichtträger, wie in 17 dargestellt, die einen geformten Schleifgegenstand 600 zeigt, der einen texturierten, dreidimensionalen Schleifkörper mit einer texturierten Schleifoberfläche 602 umfasst, die durch eine integrale Struktur gebildet wird, die aus einer Vielzahl von pyramidenförmigen Schleifverbundwerkstoffen 604 besteht, in welchen Schleifteilchen 601 in einem Bindemittel 603 verteilt sind.
In den Schleifgegenständen in den hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren ist der Schleifgegenstand "dreidimensional", so dass zahlreiche Schichtträger zumindest in einem Teil der Dicke des Schleifgegenstandes durchgehend vorhanden sind. Die dreidimensionale Eigenschaft stellt einen langhaltenden Schleifgegenstand bereit, da genügend Schleifteilchen vorhanden sind, um den mechanischen Polieraspekt des Planarisierungsprozesses zu erfüllen. Es wird angenommen, dass während der Planarisierung die abgeriebenen oder verwendeten Schleifteilchen aus dem Schleifgegenstand abgestoßen werden, wodurch neue Schleifteilchen freigelegt werden. Die abgestoßenen Schleifteilchen werden dann in dem Flüssigmedium verteilt, abhängig von der Maschinentype und den Betriebsbedingungen und der Wahl des Schleifgegenstandes und seinem Maß an Erodierbarkeit.
Der Schleifgegenstand hat auch seine eigene "Textur"; d. h., er ist ein "texturierter" Schleifgegenstand. Dies ist unter Bezugnahme auf den in 4 und 17 dargestellten und zuvor beschriebenen Schleifgegenstand ersichtlich, bei dem die pyramidenförmigen Verbundwerkstoffe die erhabenen Abschnitte sind, und bei dem die Täler zwischen den Pyramiden die vertieften Abschnitte sind. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass diese Textur mehrere Funktionen und Vorteile wie folgt bietet.
Die erste Funktion ist, dass die Vertiefungen als Kanäle dienen, die dazu beitragen, das Flüssigmedium über die gesamte Halbleiterwaferoberfläche zu verteilen, wenn die hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden. Die zweite Funktion der Vertiefungen ist ebenso jene als Kanäle, die dazu beitragen, die abgeriebenen Schleifteilchen und andere Teilchen von der Halbleiterwaferoberfläche zu entfernen. Dies trägt ebenso dazu bei, die Notwendigkeit einer Aufbereitung des Schleifgegenstandes zwischen der Planarisierung der zwei Halbleiterwafer zu minimieren.
Die dritte Funktion besteht darin, den Schleifgegenstand vor dem Phänomen zu schützen, das in der Technik als "Haftreibung" bekannt ist. Wenn die Schleifbeschichtung glatt und nicht texturiert ist, neigt diese glatte Schleifbeschichtung dazu, an der Halbleiterwaferoberfläche zu kleben oder anzuhaften. Haftreibung führt dazu, dass der Schleifgegenstand nicht imstande ist, den Halbleiterwafer mechanisch zu planarisieren.
Haftreibung behindert auch die chemische Planarisierung, d. h., hindert das Flüssigmedium daran, mit der äußersten Oberfläche des Halbleiterwafers zu interagieren. Aufgrund der Diskontinuität der Schleifbeschichtung, die durch die vertieften Abschnitte der texturierten Oberfläche entsteht, wird die Haftreibung minimiert.
Die vierte Funktion ist die Möglichkeit, einen höheren Einheitsdruck auf die erhabenen Schleifbeschichtungsabschnitte auszuüben, was dazu beiträgt, abgestoßene Schleifteilchen von der Schleifoberfläche zu entfernen und neue Schleifteilchen freizulegen.
Es ist auch bevorzugt, dass der Schleifgegenstand erodierbar ist, d. h., imstande ist, bei Gebrauch kontrollierbar abgerieben zu werden. Die Erodierbarkeit ist erwünscht, da sie dazu führt, dass abgestoßene Schleifteilchen von dem Schleifgegenstand entfernt werden, um neue Schleifteilchen freizulegen. Da bevorzugt ist, dass der Schleifgegenstand dreidimensional ist, wird somit eine genügende Versorgung mit neuen Schleifteilchen garantiert. Wenn die Schleifbeschichtung nicht erodierbar ist, können die abgestoßenen Schleifteilchen nicht richtig von dem Schleifgegenstand abgegeben werden, wobei in diesem Fall keine frischen Schleifteilchen freigelegt werden. Wenn die Schleifbeschichtung zu stark erodierbar ist, könnten die Schleifteilchen zu rasch abgestoßen werden, wodurch ein Schleifgegenstand mit einer Produktlebensdauer erhalten wird, die kürzer als erwünscht ist.
Das Ausmaß an Erodierbarkeit ist auch eine Funktion der Oberflächentextur, der Schleifbeschichtungszusammensetzung, der Planarisierungsbedingungen und der Zusammensetzung des Halbleiterwafers. Es gibt viele Möglichkeiten, einem Produkt Erodierbarkeit zu verleihen, wie in der Folge beschrieben wird.
Der Schleifgegenstand der Erfindung ist vorzugsweise kreisförmig, z. B. in Form einer Schleifscheibe. Die Außenkanten der kreisförmigen Schleifscheibe sind vorzugsweise glatt oder können als Alternative bogenförmig ausgezackt sein. Der Schleifgegenstand kann auch die Form eines Ovals oder einer anderen polygonalen Form haben, wie dreieckig, quadratisch, rechteckig und dergleichen.
Der Schleifgegenstand kann in einer anderen Ausführungsform die Form einer Rolle aufweisen, die in der Schleiftechnik für gewöhnlich als Schleifbandrolle bezeichnet wird. Die Schleifbandrolle kann in der Größe von etwa 10 mm bis 1000 mm Breite, für gewöhnlich von etwa 25 mm bis 500 mm Breite reichen. Zusätzlich kann die Schleifbandrolle in der Länge von etwa 100 mm bis 500.000 mm reichen, für gewöhnlich von etwa 1.000 mm bis 100.000 mm.
Im Allgemeinen sind die Schleifbandrollen indexiert, um die gewünschten Planarisierungskriterien zu erreichen.
Das Indexieren kann zwischen dem Planarisieren von zwei separaten Halbleiterwafern erfolgen. Als Alternative kann das Indexieren während der Planarisierung eines Halbleiterwafers erfolgen. Im letztgenannten Fall wird die Indexierungsgeschwindigkeit so eingestellt, dass die gewünschten Planarisierungskriterien erreicht werden. Das Indexieren herkömmlicher Schleifbänder ist in der Technik allgemein bekannt.
Der Schleifgegenstand kann auch in Form eines endlosen Schleifbandes bereitgestellt werden. Dieses endlose Schleifband kann ohne Spleißstelle sein oder eine Spleißstelle enthalten. Für gewöhnlich läuft das endlose Schleifband über wenigstens eine Leerlauf rolle und eine Kontaktrolle oder eine Kontaktwalze. Die Kontaktrolle oder Kontaktwalze stützt die Rückseite des Schleifgegenstandes, wenn dieser mit dem Halbleiterwafer während der Planarisierung in Kontakt steht.
Eine Methode, einen dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstand bereitzustellen, ist im Allgemeinen wie folgt. Eine Aufschlämmung, die eine Mischung aus einem Bindemittelvorläufer und einer Vielzahl von Schleifkörnern enthält, wird auf ein Produktionswerkzeug mit Hohlräumen aufgebracht, die das Negativ der gewünschten Form der texturierten Oberfläche darstellen. Ein Schichtträger wird mit der freiliegenden Oberfläche des Produktionswerkzeuges in Kontakt gebracht, so dass die Aufschlämmung die Oberfläche des Schichtträgers benetzt. Dann kann das Bindemittel zumindest teilweise verfestigt, gehärtet oder geliert werden. Der Schleifgegenstand wird dann von dem Produktionswerkzeug entfernt und vollständig gehärtet, wenn er nicht im vorangehenden Schritt vollständig gehärtet wurde. Als Alternative kann die Aufschlämmung auf die freiliegende Oberfläche des Schichtträgers aufgebracht werden und dann kann das Produktionswerkzeug mit der Aufschlämmung auf dem Schichtträger in Kontakt gebracht werden. Die Schleifbeschichtung umfasst somit eine Vielzahl von "Schleifverbundwerkstoffen" auf einem Schichtträger.
Eine andere Methode, einen dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstand bereitzustellen, ist im Allgemeinen wie folgt. Ein Schichtträger mit einer Kontur, die im Allgemeinen der gewünschten Form der texturierten Oberfläche entspricht, wird bereitgestellt. Eine Aufschlämmung von Schleifteilchen in einem Bindemittelvorläufer wird dann auf die konturierte Oberfläche des Schichtträgers aufgetragen und derart gehärtet, dass die gehärtete Schleifbeschichtung eine texturierte Oberfläche hat, die im Allgemeinen der Kontur des Schichtträgers entspricht. In einem Aspekt dieser Methode wird ein geprägter Schichtträger bereitgestellt, um den Schleifgegenstand herzustellen.
Bestimmte Modifizierungen können an dem dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstand vorgenommen werden, um die Leistung zu verbessern oder auf andere Weise zu verändern. Zum Beispiel kann der Schleifgegenstand perforiert werden, um Öffnungen in der Schleifschicht und/oder dem Schichtträger bereitzustellen, so dass ein Durchgang von Fluida vor, während oder nach dem Gebrauch möglich ist.
Es werden nun spezifische Komponenten des Schleifgegenstandes beschrieben.
1. Schichtträger
Der Schleifgegenstand kann die Form eines Schichtträgers aufweisen, der mit einer Schleifbeschichtung versehen ist. Bevorzugte Schichtträger für Schleifgegenstände für die Halbleiterwaferplanarisierung sind sehr gleichförmig in der Dicke. Wenn der Schichtträger nicht ausreichend gleichförmig in der Dicke ist, kann daraus eine größere Variabilität in der Waferoberfläche und Waferdicke nach der Planarisierung resultieren. Je des einer Reihe von Schichtträgermaterialien ist für diesen Zweck geeignet, einschließlich sowohl flexibler Schichtträger und Schichtträger, die steifer sind.
Beispiele für typische flexible Schleifschichtträger umfassen Polymerfilm, grundierten Polymerfilm, Metallfolie, Tuch, Papier, vulkanisierte Faser, Vliese und behandelte Versionen davon und Kombinationen davon.
Eine bevorzugte Art von Schichtträger ist ein Polymerfilm. Beispiele für solche Filme umfassen Polyesterfilme, Polyester- und Copolyesterfilme, mikroporige Polyesterfilme, Polyimidfilme, Polyamidfilme, Polyvinylalkoholfilme, Polypropylenfilm, Polyethylenfilm und dergleichen. Die Dicke des Polymerfilmschichtträgers reicht im Allgemeinen von etwa 20 bis 1000 Mikrometer, vorzugsweise von 50 bis 500 Mikrometer und insbesondere 60 bis 200 Mikrometer.
Es sollte auch eine gute Haftung zwischen dem Polymerfilmschichtträger und der Schleifbeschichtung vorhanden sein. In vielen Fällen ist die Beschichtungsoberfläche des Polymerfilmschichtträgers grundiert, um die Haftung zu verbessern. Die Grundierung kann eine Oberflächenveränderung oder das Auftragen einer chemischen Grundierung beinhalten. Zu Beispielen für Oberflächenveränderungen zählen die Korona-Behandlung, UV-Behandlung, Elektronenstrahlbehandlung, Flammenbehandlung und der Abrieb zur Vergrößerung des Oberflächenbereichs. Zu Beispielen für chemische Grundierungen zählen Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, wie in US Patent Nr. 3,188,265 offenbart; eine kolloidale Dispersion, wie in US Patent Nr. 4,906,523 gelehrt; aziridinartige Materialien, wie in US Patent Nr. 4,749,617 offenbart und strahlungsgepfropfte Grundierungen, wie in US Patent Nr. 4,563,388 und 4,933,234 gelehrt.
Beispiele für steifere Schichtträger umfassen Metallplatten, keramische Platten und dergleichen. Ein anderes Beispiel für einen geeigneten Schichtträger ist in US Patent Nr. 5,417,726 beschrieben. Der Schichtträger kann aus zwei oder mehr Schichtträgern bestehen, die aneinander laminiert sind, wie auch Verstärkungsfasern, die in einem Polymermaterial versenkt sind, wie in der PCT Veröffentlichung WO 93/12911 offenbart.
Ebenso geeignet sind Schichtträger in der Form eines geprägten Polymerfilms (z. B. eines Polyester-, Polyurethan-, Polykarbonat-, Polyamid-, Polypropylen- oder Polyethylenfilms) oder eines geprägten Zelluloseschichtträgers (z. B. Papier oder eines anderen Vlieszellulosematerials). Das geprägte Material kann auch an ein nicht geprägtes Material laminiert werden, um den Schichtträger zu bilden. Das geprägte Muster kann jede Textur sein. Zum Beispiel kann das Muster die Form einer hexagonalen Anordnung, von Stegen, Gittern, Kugeln, Pyramiden, abgestumpften Pyramiden, Kegeln, Würfeln, Blöcken, Stäben und dergleichen aufweisen.
Der Schichtträger kann auch eine Behandlung erfahren, um seine physikalischen Eigenschaften zu verändern.
Diese Behandlungsbeschichtungen sind in der Schleiftechnik allgemein bekannt und enthalten Behandlungsbeschichtungen auf Acrylatbasis, phenolische Behandlungsbeschichtungen und Phenol/Latex-Behandlungsbeschichtungen.
Der Schichtträger kann auch ein geschäumter Schichtträger sein, z. B. ein polymerer Schaum, wie ein Polyurethanschaum.
Ein druckempfindlicher Klebstoff kann auf die nicht-schleifende Seite des Schichtträgers laminiert werden.
Ebenso kann ein Schaumsubstrat auf den Schichtträger laminiert werden.
In einigen Fällen kann die Rückseite oder Rückfläche des Schichtträgers eine Reibungsbeschichtung enthalten.
Diese Reibungsbeschichtung kann eine Vielzahl von Reibungsteilchen umfassen, die an den Schichtträger mit Hilfe eines Reibungsbeschichtungsbindemittels gebunden werden. Reibungsteilchen können aus jedem geeigneten Material sein, um den gewünschten Reibungskoeffizienten zu erhalten. Zu Beispielen für geeignete Reibungsteilchen zählen sowohl anorganische Teilchen als auch organische Teilchen, z. B. Schleifteilchen und/oder Füllteilchen. Als Alternative kann die Reibungsbeschichtung eine Beschichtung wie eine Urethanbeschichtung oder eine raue organische Beschichtung umfassen.
2. Schleifteilchen
Der Schleifgegenstand umfasst Schleifteilchen und ein Bindemittel. Die Schleifteilchen können homogen in dem Bindemittel dispergiert sein oder als Alternative können die Schleifteilchen nicht homogen dispergiert sein. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass die Schleifteilchen homogen dispergiert sind, so dass die erhaltene Schleifbeschichtung eine beständigere Schneidfähigkeit bereitstellt.
Zur Halbleiterwaferplanarisierung sind feine Schleifteilchen bevorzugt. Die durchschnittliche Teilchengröße der Schleifteilchen kann von etwa 0,001 bis 50 Mikrometer reichen, für gewöhnlich von 0,01 bis 10 Mikrometer.
Die Teilchengröße der Schleifteilchen wird für gewöhnlich durch die längste Dimension der Schleifteilchen gemessen. In nahezu allen Fällen gibt es einen Verteilungsbereich der Teilchengröße. In einigen Fällen ist bevorzugt, dass die Teilchengrößenverteilung streng kontrolliert wird, so dass der erhaltene Schleifgegenstand eine sehr beständige Oberflächenbeschaffenheit auf dem Wafer nach der Planarisierung bereitstellt.
Wenn die Planarisierung auf einer Metalloxid enthaltenden Schicht (z. B. einer Siliziumdioxid enthaltenden Schicht) erfolgt, ist bevorzugt, dass die Schleifteil chen eine Teilchengröße von weniger als etwa 1 Mikrometer und vorzugsweise weniger als etwa 0,5 Mikrometer aufweisen. In einigen Fällen ist bevorzugt, dass die Teilchengrößenverteilung keine oder relative wenig Schleifteilchen ergibt, die eine Teilchengröße von mehr als 2 Mikrometer, vorzugsweise nicht mehr als 1 Mikrometer haben. Bei diesen relativ kleinen Teilchengrößen können die Schleifteilchen dazu neigen, durch Anziehungskräfte zwischen den Teilchen zu aggregieren. Diese "Aggregate" können eine Teilchengröße von mehr als etwa 1 oder 2 Mikrometer und sogar bis zu 5 oder 10 Mikrometer haben. Es ist bevorzugt, diese Aggregate aufzubrechen, so dass die durchschnittliche Teilchengröße des Aggregates kleiner als etwa 2 Mikrometer ist. In einigen Fällen ist es jedoch schwierig, Aggregate "aufzubrechen". In einigen Fällen sind sehr kleine Schleifteilchen in einer Dispersion vorhanden, d. h., die Schleifteilchen werden in einer Flüssigkeit wie Wasser dispergiert, bevor sie dem Bindemittelvorläufer zugegeben werden. Die Flüssigkeit kann entweder basisch, neutral oder sauer sein, kann ein Oberflächenbehandlungsmaterial, wie eine oberflächenaktive Substanz enthalten.
Die Schleifteilchen können auch die Form eines Schleifagglomerats haben, das eine Vielzahl einzelner Schleifteilchen umfasst, die zur Bildung einer einheitlichen Teilchenmasse gebunden sind. Die Schleifagglomerate können unregelmäßig geformt sein oder eine vorgegebene Form haben. Das Schleifagglomerat kann ein organisches Bindemittel oder ein anorganisches Bindemittel verwenden, um die Schleifteilchen aneinander zu binden.
Beispiele für Schleifagglomerate sind näher in US Patent Nr. 4,652,275, 4,799,939 und 5,500,273 beschrieben. Schleifagglomerate haben vorzugsweise eine Teilchengröße von weniger als etwa 100 Mikrometer, insbesondere weniger als etwa 50 Mikrometer und noch bevorzugter von weniger als etwa 25 Mikrometer. Die einzelnen Schleifteilchen in dem Schleifagglomerat haben vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als etwa 10 Mikrometer.
Die Schleifteilchen sind gegenüber dem Flüssigmedium beständig, so dass sich ihre physikalischen Eigenschaften nicht wesentlich verschlechtern, wenn sie dem Flüssigmedium ausgesetzt werden. Geeignete Schleifteilchen sind für gewöhnlich anorganische Schleifteilchen.
Die anorganischen Schleifteilchen können des Weiteren in "harte" anorganische Schleifteilchen (d. h., jene mit einer Mohs-Härte von 8 oder mehr) und "weiche" anorganische Schleifteilchen (d. h., jene mit einer Mohs-Härte von 8 oder weniger) unterteilt werden.
Zu Beispielen für geeignete Schleifteilchen zählen geglühtes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, weißgeglühtes Aluminiumoxid, schwarzes Siliziumcarbid, grünes Siliziumcarbid, Titandiborid, Borcarbid, Siliziumnitrid, Wolframcarbid, Titancarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, hexagonales Bornitrid, Granat, geglühtes Aluminiumzirkondioxid, auf Aluminium basierende, von Solgel abgeleitete Schleifteilchen und dergleichen. Die Aluminium-Schleifteilchen können einen Metalloxidmodifizierer enthalten. Beispiele für auf Aluminium basierende, von Solgel abgeleitete Schleifteilchen finden sich in US Patent Nr. 4,314,827; 4,623,364; 4,744,802; 4,770,671; und 4,881,951. Die Diamant- und kubischen Bornitrid-Schleifteilchen können monokristallin oder polykristallin sein.
Andere Beispiele für geeignete anorganische Schleifteilchen umfassen Siliziumoxid, Eisenoxid, Chromoxid, Ceroxid, Zirkondioxid, Titandioxid, Zinnoxid, Gamma-Aluminiumoxid und dergleichen. Zur Planarisierung von Metalloxid enthaltenden Waferoberflächen (z. B. Siliziumdioxid enthaltenden Oberflächen) ist bevorzugt, dass die Schleifteilchen eine Mohs-Härte von weniger als 8 haben. Solche Teilchen stellen die gewünschte Schneidgeschwindigkeit und die gewünschte Oberflächenbeschaf fenheit auf dem Wafer während der Planarisierung bereit, wenn sie richtig in einen Schleifgegenstand eingearbeitet sind. Einige härtere Schleifteilchen können der oxidhaltigen Waferoberfläche eine unerwünscht grobe Oberflächenbeschaffenheit verleihen, so dass die Wahl des richtigen Schleifmaterials sorgfältig getroffen werden sollte, die dem Fachmann überlassen wird.
Im Falle der Metalloxid enthaltenden Waferoberflächen (z. B. Siliziumdioxid enthaltenden Oberflächen) sind Ceroxid-Schleifteilchen nützlich. Ceroxid-Schleifteilchen können von Rhone Poulenc; Shelton, CT; Transelco, New York; Fujimi, Japan; Molycorp, Fairfield, NJ; American Rar Ox, Chaveton City; MA; und Nanophase, Burr Ridge, IL, erworben werden.
Der Ceroxid-Schleifteilchen können im Wesentlichen frei von Modifizierungsmitteln oder Dotierungsstoffen (z. B. anderen Metalloxiden) sein. Als Alternative können die Ceroxid-Schleifteilchen Modifizierungsmittel und/oder Dotierungsstoffe (z. B. anderen Metalloxide) enthalten.
In einigen Fällen können diese Metalloxide mit Ceroxid reagieren. Es ist auch möglich, Ceroxid mit einer Kombination von zwei oder mehr Metalloxidmodifizierungsmitteln zu verwenden. Diese Metalloxide können mit dem Ceroxid zur Bildung von Reaktionsprodukten reagieren. Wenn die Ceroxidteilchen andere Metalloxide enthalten, ist für gewöhnlich im Allgemeinen bevorzugt, dass die Ceroxidphase die vorherrschende Phase ist.
Zirkondioxid-Schleifteilchen können ebenso in den Schleifprodukten verwendet werden, die in der Erfindung verwendet werden. Die Zirkondioxid-Schleifteilchen können aus einem Schmelz- oder Sinterprozess erhalten werden. Zusätzlich kann das Zirkondioxid in tetragonaler Form, monokliner Form oder in einer Kombination aus tetragonalen und monoklinen Formen vorhanden sein. Wie im Falle von Ceroxidteilchen können die Zirkondioxidteilchen im Wesentlichen frei von Modifizierungsmitteln oder Dotierungsstoffen sein oder können solche Materialien enthalten. Zu geeigneten Metalloxiden zählen die zuvor im Falle von Ceroxid beschriebenen, wie auch Ceroxid selbst. Ein bevorzugtes Metalloxidmodifizierungsmittel ist Yttriumoxid. Wenn die Zirkondioxidteilchen ein anderes Metalloxid enthalten, ist im Allgemeinen bevorzugt, dass die Zirkondioxidphase die vorherrschende Phase ist.
Der Schleifgegenstand kann auch eine Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Arten von Schleifteilchen enthalten. Die Mischung kann eine Mischung aus "harten" anorganischen Schleifteilchen und "weichen" anorganischen Schleifteilchen enthalten, oder eine Mischung aus zwei "weichen" Schleifteilchen. In der Mischung von zwei oder mehr verschiedenen Schleifteilchen können die einzelnen Schleifteilchen dieselbe durchschnittliche Teilchengröße haben oder können eine unterschiedliche durchschnittliche Teilchengröße haben.
Die Schleifteilchen können auch eine eigene Form haben.
Zu Beispielen für solche Formen zählen Stäbe, Dreiecke, Pyramiden, Kegel, massive Kugeln, hohle Kugeln und dergleichen. Als Alternative können die Schleifteilchen regellos geformt sein, z. B. wie Blöcke oder Nadeln. In einigen Fällen ist bevorzugt, einen Zusatzstoff hinzuzufügen, der die Oberfläche der Schleifteilchen modifiziert. Diese Zusatzstoffe können die Dispergierbarkeit der Schleifteilchen in dem Bindemittelvorläufer verbessern und/oder die Haftung des Bindemittelvorläufers und/oder des Bindemittels verbessern. Die Oberflächenbehandlung kann auch die Schneideigenschaften der erhaltenen Schleifteilchen verändern und verbessern.
Eine Oberflächenbehandlung kann auch die Viskosität der Aufschlämmung deutlich senken, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wird, wodurch ein einfacherer Herstellungsprozess erreicht wird. Die geringere Viskosität ermöglicht auch, dass höhere Prozentsätze der Schleifteilchen in eine Aufschlämmung eingearbeitet werden können. Ein weiterer möglicher Vorteil einer Oberflächenbehandlung ist die Minimierung der Agglomeration der Schleifteilchen während der Herstellung des Schleifgegenstandes.
Die Schleifteilchen können mit einer Oberflächenbehandlung in einer Menge bis zu etwa 25 Gewichtsprozent, basierend nur auf dem Schleifteilchengewicht, behandelt werden. Die Schleifteilchen werden mit einer Oberflächenbehandlung behandelt, wobei diese Menge von etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent reicht, basierend nur auf dem Schleifteilchengewicht.
Beispiele für geeignete Oberflächenmodifizierungsmittel umfassen Benetzungsmittel (die manchmal auch als oberflächenaktive Substanzen bezeichnet werden) und Kopplungsmittel. Ein Kopplungsmittel kann eine Verbindungsbrücke zwischen dem Bindemittel und den Schleifteilchen bereitstellen. Das Kopplungsmittel kann auch eine Verbindungsbrücke zwischen dem Bindemittel und den Füllteilchen bereitstellen (bis zu dem vorhandenen Ausmaß). Beispiele für geeignete Kopplungsmittel umfassen Silane, Titanate und Zirkoaluminate. Beispiele für im Handel erhältliche Kopplungsmittel umfassen "A174" und "A1230" von OSI. Ein Beispiel für ein im Handel erhältliches Dispergiermittel ist Isopropyltriisosteroyltitanat, das im Handel von Kenrich Petrochemicals unter der Handelsbezeichnung "KR-TTS" erhältlich ist.
Es gibt verschiedene Mittel, das Kopplungsmittel in eine Aufschlämmung einzuarbeiten, um den Schleifgegenstand herzustellen. Zum Beispiel kann das Kopplungsmittel direkt dem Bindemittelvorläufer zugegeben werden.
Die Schleifteilchen können etwa 0 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 25 Gewichtsprozent Kopplungsmittel enthalten. In einem anderen Modus kann das Kopplungsmittel auf die Oberfläche der Schleifteilchen aufgebracht werden, bevor diese in den Schleifgegenstand eingearbeitet werden. Die Schleifteilchen können bis zu etwa 3 Gewichtsprozent Kopplungsmittel enthalten, basierend auf dem Gesamtgewicht der Schleifteilchen und des Kopplungsmittels.
Es ist auch möglich, die Schleifteilchen mit mehr als einem Kopplungsmittel zu behandeln oder ein erstes Kopplungsmittel für die Schleifteilchen und ein zweites, anderes Kopplungsmittel für die Füllteilchen (in der Folge beschrieben) zu verwenden.
Wenn Ceroxid für die Schleifteilchen verwendet wird, kann das Ceroxid mit einem Kopplungsmittel behandelt werden, bevor es dem Bindemittelvorläufer zugefügt wird. Ein Beispiel für ein solches Kopplungsmittel ist Isopropyltriisosteroyltitanat.
Es können auch oberflächenaktive Substanzen als Zusatzstoff verwendet werden. Beispiele für oberflächenaktive Substanzen umfassen Metallalkoxide, Polyalkylenoxide, Salze von langkettigen Fettsäuren und dergleichen. Die oberflächenaktiven Substanzen können kationisch, anionisch, amphoter oder nichtionisch sein, solange die oberflächenaktive Substanz sowohl mit dem Schleifteilchen als auch dem Bindemittelvorläufer verträglich ist.
Zu Beispielen für oberflächenaktive Substanzen zählen ein anionisches Dispergiermittel, das im Handel von Byk Chemie, Wallingford, CT unter der Handelbezeichnung "Disperbyk 111" erhältlich ist, und ein Dispergiermittel auf Polyethylenoxidbasis, das im Handel von ICI Chemicals, Wilmington, DE unter der Handelsbezeichnung "Hypermer KD2" erhältlich ist. In einigen Fällen wird die Oberflächenbehandlung vom Schleifteilchenhersteller während des Herstellungsprozesses der Schleifteilchen aufgebracht. Zum Beispiel kann eine Oberflächenbehandlung während des Zerkleinerungs- und/oder Sieb-/Klassifizierungsprozesses aufgebracht werden, um die Schleifteilchen herzustellen.
Die Schleifteilchen können eine Oberflächenbeschichtung enthalten, um die Schleifeigenschaften des erhaltenen Schleifkorns zu verändern. Geeignete Beispiele für solche Oberflächenbeschichtungen sind zum Beispiel in US Patent Nr. 5,011,508; 1,910,444; 3,041,156; 5,009,675; 4,997,461; 5,213,591; 5,085,671; und 5,042,991 beschrieben. Die Schleifteilchen können auch mehrfache Beschichtungen aufweisen.
3. Füllteilchen
Die Schleifteilchen können des Weiteren wahlweise aus unterschiedlichen Gründen Füllteilchen enthalten. Das Füllmittel kann die Erodierbarkeit des Schleifgegenstandes verändern. In einigen Fällen kann das Füllmittel, mit dem geeigneten Füllmittel und der geeigneten Menge, die Erodierbarkeit des Schleifgegenstandes senken. Im Gegensatz dazu kann in einigen Fällen das Füllmittel, mit dem geeigneten Füllmittel und der geeigneten Menge, die Erodierbarkeit des Schleifgegenstandes erhöhen. Füllmittel können auch gewählt werden, um die Kosten des Schleifgegenstandes zu verringern, die Rheologie der Aufschlämmung zu verändern und/oder die Schleifeigenschaften des Schleifgegenstandes zu verändern. Füllmittel sollten so gewählt sein, dass sie die gewünschten Planarisierungskriterien nicht beeinträchtigen.
Ein Füllmittel ist ein Partikelmaterial, das die Waferoberfläche in keinem wesentlichen Ausmaß schleift; ob ein Material als "Füllmittel" gilt, hängt somit von der besonderen zu behandelnden Waferoberfläche ab. Es ist möglich, dass ein Material bei einer Waferoberfläche als Füllmittel wirkt und als Schleifteilchen bei einer anderen Waferoberfläche.
Füllteilchen haben im Allgemeinen einen durchschnittlichen Teilchengrößenbereich von 0,1 bis 50 Mikrometer, für gewöhnlich von 1 bis 30 Mikrometer. Zusätzlich hat das Füllmittel eine Mohs-Härte von weniger als 5, insbesondere weniger als 4 und ganz besonders weniger als etwa 3, obwohl Füllmittel außerhalb dieses Härtebereichs auch nützlich sein können. Beispiele für geeignete Füllmittel dieser Erfindung umfassen: Metallkarbonate (wie Kalziumkarbonat (Talk, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein)), Kalziummagnesiumkarbonat, Natriumkarbonat, Magnesiumkarbonat), Siliziumoxid (wie Quarz, Glaskügelchen, Glasblasen und Glasfasern), Silikate (wie Talk, Tone, wie (Montmorillonit), Feldspat, Mika, Kalziumsilikat, Kalziummetasilikat, Natriumaluminosilikat, Natriumsilikat), Metallsulfate (wie Kalziumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Kohleschwarz, bestimmte Metalloxide (wie Kalziumoxid (Kalk)), Aluminiumoxid, Zinnoxid (z. B. Zinn(IV)-oxid), Titandioxid, Metallsulfite (wie Kalziumsulfit), thermoplastische Teilchen (z. B. Polykarbonat, Polyetherimid, Polyester, Poylethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylonitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymere, Polyurethane, Nylonteilchen) und thermisch härtbare Teilchen (wie Phenolblasen, Phenolkügelchen, Polyurethanschaumteilchen, Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxidharze, Melaminformaldehyd, Acrylatharze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxidharze und dergleichen). Das Füllmittel kann auch ein Salz sein, wie ein Halidsalz. Zu Beispielen für Halidsalze zählen Natriumchlorid, Kaliumcryolit, Natriumcryolit, Ammoniumcryolit, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat, Siliziumfluoride, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid. Beispiele für Metallfüllmittel umfassen Zinn, Blei, Wismuth, Kobalt, Antimon, Kadmium, Eisen, Titan. Zu weiteren verschiedenen Füllmitteln zählen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit, Bornitrid und metallische Sulfide. Die oben genannten Beispiele für Füllmittel sollen repräsentativ sein und einige nützliche Füllmit tel darstellen, und sollen nicht alle nützlichen Füllmittel umfassen.
Ein nützliches Füllmittel ist Kalziumkarbonat. Andere nützliche Füllmittel umfassen Silikate, wie Magnesiumsilikat, Aluminiumsilikat und Kalziumsilikat. Die durchschnittliche Teilchengröße der Kalziumkarbonatteilchen kann von etwa 0,01 bis etwa 15 Mikrometer reichen, vorzugsweise von 0,05 bis 10 Mikrometer. In einigen Fällen ist bevorzugt, eine Mischung von zwei oder mehr verschiedenen Teilchengrößen des Kalziumkarbonatfüllmittels zu verwenden, um eine breitere Teilchengrößenverteilung zu erreichen.
Die Füllmittel können mit einer Oberflächenbehandlung versehen sein, wie zuvor im Falle der Schleifteilchen beschrieben wurde. Ein Beispiel für eine oberflächenaktive Substanz für Kalziumkarbonat-Schleifteilchen ist "LP1", das im Handel von ICI Chemical Inc. erhältlich ist.
Schleifzusammensetzungen, die Ceroxid-Schleifteilchen und ein oder mehrere Füllteilchen enthalten, sind zum Modifizieren von Metalloxid enthaltenden (z. B. Siliziumdioxid enthaltenden) Waferoberflächen geeignet. Die Ceroxid-Schleifteilchen haben vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,02 bis etwa 2 Mikrometer, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit auf dem Halbleiterwafer nach der Planarisierung zu erhalten.
Eine Schleifzusammensetzung, die zum Modifizieren von Metalloxid enthaltenden (z. B. Siliziumdioxid enthaltenden) Waferoberflächen geeignet ist, enthält Ceroxid-Schleifteilchen mit einer durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,5 Mikrometer und Kalziumkarbonat-Füllteilchen mit einer Größenverteilung zwischen etwa 0,1 bis etwa 10 Mikrometer und einer durchschnittliche Teilchengröße von mehr als 5 Mikron. Die gesamte Teil chengrößenverteilung von Ceroxidteilchen und Kalziumkarbonatteilchen kann zu einer relativ breiten Verteilung und einer hohen Dichte von Partikeln in dem Bindemittel führen.
Eine zweite Zusammensetzung, die auch zum Modifizieren von Metalloxid enthaltenden (z. B. Siliziumdioxid enthaltenden) Waferoberflächen gemäß der Erfindung geeignet ist, enthält Zirkondioxid-Schleifteilchen und ein Füllmittel wie Kalziumkarbonat. In anderen Fällen kann der Schleifgegenstand eine Mischung aus Zirkondioxid und Ceroxid-Schleifteilchen und wahlweise ein Füllmittel wie Kalziumkarbonat enthalten. Ebenso kann der Schleifgegenstand eine Mischung aus Zirkondioxid und Siliziumoxid-Schleifteilchen und wahlweise ein Füllmittel wie Kalziumkarbonat enthalten. Als Alternative kann der Schleifgegenstand eine Mischung aus Zirkondioxid-Schleifteilchen, einem Cersalz und wahlweise einem Füllmittel wie Kalziumkarbonat enthalten. Ebenso kann der Schleifgegenstand eine Mischung aus Zirkondioxid-Schleifteilchen, einem Siliziumoxid-Komplexbildner und wahlweise einem Füllmittel wie Kalziumkarbonat enthalten.
4. Bindemittel
Organisches Harz
Die Bindemittel für die Schleifgegenstände dieser Erfindung werden vorzugsweise aus einem organischen Bindemittelvorläufer gebildet. Der Bindemittelvorläufer hat eine Phase, die für einen Auftrag ausreichend fließen kann und dann verfestigt. Die Verfestigung kann durch Härten (z. B. Polymerisieren und/oder Vernetzen) und/oder durch Trocknen (z. B. Austreiben einer Flüssigkeit) oder einfach durch Abkühlen erreicht werden. Der Vorläufer kann eine anorganische, lösemittelbasierende, wasserbasierende oder 100% Feststoff- (d. h., im Wesentlichen lösemittelfreie) Zusammensetzung sein. Sowohl thermoplastische als auch thermisch härtbare Materialien, wie auch Kombinationen davon, können als Bindemittelvorläufer verwendet werden.
In vielen Fällen wird die Schleifbeschichtung aus einer Aufschlämmung gebildet, die eine Mischung aus Schleifteilchen und einem Bindemittelvorläufer umfasst. Die Schleifbeschichtung kann etwa 1 Teil Schleifteilchen bis 90 Teile Schleifteilchen und 10 Teile Bindemittel bis 99 Teile Bindemittel umfassen, jeweils auf das Gewicht bezogen. Vorzugsweise umfasst die Schleifbeschichtung etwa 30 bis 85 Teile Schleifteilchen und etwa 15 bis 70 Teile Bindemittel. Insbesondere umfasst die Schleifbeschichtung etwa 40 bis 70 Teile Schleifteilchen und etwa 30 bis 60 Teile Bindemittelvorläufer.
Der Bindemittelvorläufer ist vorzugsweise ein härtbares organisches Material (d. h., ein Material, das zum Polymerisieren und/oder Vernetzen bei Einwirkung von Wärme und/oder einer anderen Energiequelle imstande ist, wie einem E-Strahl, ultraviolett, sichtbar usw., oder im Laufe der Zeit bei Zugabe eines chemischen Katalysators, von Feuchtigkeit und dergleichen). Beispiele für Bindemittelvorläufer umfassen Aminoharze (z. B. Aminoplastharze), wie alkylierte Harnstoff-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze, und alkylierte Benzoguanamin-Formaldehydharze, Acrylatharze (einschließlich Acrylate und Methacrylate), wie Vinylacrylate, acrylierte Epoxide, acrylierte Urethane, acrylierte Polyester, acrylierte Acryle, acrylierte Polyether, Vinylether, acrylierte Öle und acrylierte Silikone, Alkydharze, wie Urethanalkylharze, Polyesterharze, reaktive Urethanharze, Phenolharze, Wie Resol- und Novolac-Harze, Phenol/Latexharze, Epoxidharze, wie Bisphenolepoxidharze, Isocyanate, Iocyanurate, Polysiloxanharze (einschließlich Alkylalkoxysilanharze), reaktive Vinylharze und dergleichen. Die Harze können die Form von Monomeren, Oligomeren, Polymeren oder Kombinationen davon haben.
Beide Arten von Phenolharze (Resol und Novolac) sind nützlich. Resol-Phenolharze haben ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol von größer oder gleich Eins, für gewöhnlich zwischen 1,5 : 1,0 bis 3,0 : 1,0. Novolac-Harze haben ein Verhältnis von Formaldehyd zu Phenol von weniger als Eins zu Eins. Beispiele für im Handel erhältliche Phenolharze umfassen jene, die unter den Handelsnamen "Durez" und "Varcum" von der Occidental Chemicals Corp.; "Resinox" von Monsanto; "Arofene" von Ashland Chemical Co. und "Arotap" von Ashland Chemical Co., bekannt sind.
Beispiele für Latexharze, die als Bindemittelvorläufer nützlich sein können, umfassen Acrylonitril-Butadienemulsionen, Acrylemulsionen, Butadienemulsionen, Butadien-Styrol-Emulsionen und Kombinationen davon. Solche Latexharze sind im Handel von einer Reihe verschiedener Quellen unter verschiedenen Handelsnamen erhältlich, einschließlich "Rhoplex" und "Acrylsol", die im Handel von der Rohm and Haas Company erhältlich sind, "Flexcryl" und "Valtac", die im Handel von Air Products & Chemicals Inc. erhältlich sind, "Synthemul" und "Tylac", die im Handel von Reichold Chemical Co. erhältlich sind, "Hycar" und "Goodrite" die im Handel von B. F. Goodrich erhältlich sind, "Chemigum", das im Handel von Goodyear Tire and Rubber Co. erhältlich ist, "Neocryl", das im Handel von IC1 erhältlich ist, "Butafon", das im Handel von BASF erhältlich ist, und "Res", das im Handel von Union Carbide erhältlich ist. Es ist auch möglich, das Latexharz mit einem Phenolharz oder anderen thermisch härtbaren Harzen zur Bildung eines Bindemittelvorläufers zu mischen.
Der Bindemittelvorläufer kann auch ein Harnstoff-Formaldehydharz sein, z. B. wie in US Patent Nr. 5,486,219 beschrieben.
Nützliche Epoxidharze sind dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Oxiranring haben und durch die Ringöffnung polymerisiert sind. Solche Harze umfassen monomere Epoxidharze und oligomere Epoxidharze. Diese Harze können in der Art ihrer Hauptketten und Substituentengruppen sehr unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann die Hauptkette jede herkömmliche Hauptkette sein, die in Epoxidharzen normalerweise vorgefunden wird, und Substituentengruppen darauf können jede Gruppe sein, die frei von aktivem Wasserstoffatom ist, die mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv ist. Repräsentative Beispiele für annehmbare Epoxidsubstituentengruppen umfassen Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen und Phosphatgruppen. Beispiele für bevorzugte Epoxidharze umfassen 2,2-Bis(4-(2,3-epoxypropoxy)-phenyl)propan (Diglycidylether von Bisphenol A) und Materialien, die im Handel unter der Warenbezeichnung "Epon 828", "Epon 1004" und "Epon 1001F" von Shell Chemical Co. erhältlich sind, und "DER-331", "DER-332" und "DER-334" von der Dow Chemical Co.. Andere geeignete Epoxidharze umfassen Glycidylether von Phenolformaldehyd-Novolac (z. B. "DEN-431" und "DEN-428", erhältlich von Dow Chemical Co.).
Beispiele für ethylenische ungesättigte Bindemittelvorläufer umfassen Aminoplastmonomere oder -oligomere mit anhängigen ungesättigten Alpha-, Beta-Carbonylgruppen, ethylenisch ungesättigte Monomere oder Oligomere, acrylierte Isocyanuratmonomere, acrylierte Urethanoligomere, acrylierte Epoxidmonomere oder -oligomere, ethylenisch ungesättigte Monomere oder Verdünnungsmittel, Acrylatdispersionen und Mischungen davon.
Die Aminoplast-Bindemittelvorläufer haben wenigstens eine anhängige ungesättigte Alpha-, Beta-Carbonylgruppe pro Molekül oder Oligomer. Diese Materialien sind in US Patent Nr. 4,903,440 und 5,236,472 näher beschrieben.
Die ethylenisch ungesättigten Monomere oder Oligomere können monofunktional, difunktional, trifunktional, tetrafunktional oder von noch höherer Funktionalität sein, und umfassen Monomere sowohl auf Acrylat- als auch Methacrylatbasis. Ethylenisch ungesättigte Bindemittelvorläufer umfassen sowohl monomere als auch polymere Verbindungen, die Atome von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, und wahlweise Stickstoff und die Halogene. Sauerstoff- oder Stickstoffatome sind beide im Allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen vorhanden. Geeignete ethylenisch ungesättigte Verbindungen haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von weniger als etwa 4000 und sind vorzugsweise Ester, die aus der Reaktion von Verbindungen entstanden sind, die aliphatische Monohydroxygruppen oder aliphatische Polyhydroxygruppen und ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itakonsäure, Krotonsäure, Isokrotonsäure, Maleinsäure und dergleichen enthalten. Repräsentative Beispiele für ethylenisch ungesättigte Monomere umfassen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylacrylat, Hydroxybutylmethacrylat, Vinyltoluol, Ethylenglycoldiacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat, und Pentaerythritoltetramethacrylat. Andere ethylenisch ungesättigte Materialien umfassen Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und Amide von Carbonsäuren, wie Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid. Noch andere stickstoffhaltige Verbindungen umfassen Tris(2-Acryl-oxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methyacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methyl-acrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinyl-pyrrolidon und N-Vinyl-piperidon.
Beispiele für geeignete monofunktionale Acrylate und Methacrylate, die verwendet werden können (z. B. in Kombination mit di- oder trifunktionalen Acrylat- und Methacrylatmonomeren oder mit Phenol- oder Epoxidharzen) umfassen Laurylacrylat, Octylacrylat, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Cyclohexylacrylat, Stearylacrylat, 2-Phenoxyethylacrylat, Isooctylacrylat, Isobornylacrylat, Isodecylacrylat, Polyethylenglycolmonoacrylat und Polypropylenglycolmonoacrylat.
Es ist auch möglich, einen Bindemittelvorläufer zu formulieren, der eine Mischung aus einem Acrylharz und einem Epoxidharz umfasst, z. B. wie in US Patent Nr. 4,751,138 beschrieben.
Isocyanuratderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe und Isocyanatderivate mit mindestens einer anhängigen Acrylatgruppe sind in US Patent Nr. 4,652,274 näher beschrieben. Das bevorzgute Isocyanuratmaterial ist ein Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester von Hydroxy-endständigen Isocyanat-gestreckten Polyestern oder Poylettern. Beispiele für im Handel erhältliche acrylierte Urethanen umfassen jene mit dem Handelsnamen "UVITHANE 782", erhältlich von Morton Chemical; "CMD 6600", "CMD 8400" und "CMD 8805", erhältlich von UCB Radcure Specialties, Smyrna, GA; "PHOTOMER" Harze (z. B. PHOTOMER 6010) von Henkel Corp. Hoboken, NJ; "EBECRYL 220" (hexafunktionales aromatisches Urethanacrylat mit einem Molekulargewicht von 1000). "EBECRYL 284" (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1200, verdünnt mit 1,6-Hexandioldiacrylat); "EBECRYL 4827" (aromatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1600), "EBECRYL 4830" (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1200, verdünnt mit Tetraethylenglycoldiacrylat), "EBECRYL 6602" (trifunktionales aromatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1300, verdünnt mit Trimethylolpropanethoxytriacrylat) und "EBECRYL 840" (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1000) von UCB Radcure Sepcialties; und "SARTOMER" Harze (z. B. SARTOMER 9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80, usw.) von Sartomer Co., Exton, PA.
Acrylierte Epoxide sind Diacrylatester von Epoxidharzen, wie die Diacrylatester von Bisphenol A Epoxidharz. Zu Beispielen für im Handel erhältliche acrylierte Expoxide zählen jene mit dem Handelsnamen "CMD 3500", "CMD 3600" und "CMD 3700", die von UCB Radcure Specialties erhältlich sind.
Der Bindemittelvorläufer kann auch ein acryliertes Polyesterharz umfassen. Acrylierte Polyester sind die Reaktionsprodukte von Acrylsäure mit einer dibasischen Säure/einem aliphatischen Polyester auf Diolbasis. Zu Beispielen für im Handel erhältliche acrylierte Polyester zählen jene, die unter den Handelsbezeichnungen "PHOTOMER" 5007" (hexafunktionales Acrylat mit einem Molekulargewicht von 2000) und "PHOTOMER 5018" (tetrafunktionales Tetracrylat mit einem Molekulargewicht von 1000) von der Henkel Corp. bekannt sind; und "EBECRYL 80" (tetrafunktionales modifiziertes Polyesteracrylat mit einem Molekulargewicht von 1000), "EBECRYL 450" (Festtsäure modifiziertes Polyester-Hexaacrylat) und "EBECRYL 830" (hexafunktionales Polyesteracrylat mit einem Molekulargewicht von 1500) von UCB Radcure Specialties.
Beispiele für ethylenisch ungesättigte Verdünnungsmittel oder Monomere finden sich in US Patent Nr. 5,236,472 und US Patentanmeldung Seriennr. 08/474,289. In einigen Fällen sind diese ethylenisch ungesättigten Verdünnungsmittel nützlich, da sie dazu neigen, mit Wasser verträglich zu sein. Zusätzliche reaktive Ver dünnungsmittel sind in US Patent Nr. 5,178,646 offenbart.
Der Bindemittelvorläufer kann auch eine Dispersion auf Acrylatbasis umfassen. Die Dispersion auf Acrylatbasis umfasst eine Vielzahl von Tröpfchen auf Acrylatbasis, die in Wasser mit Hilfe eines Dispergiermittels suspendiert sind. Jedes Tröpfchen auf Acrylatbasis enthält zumindest eine funktionale Acrylatgruppe, für gewöhnlich zwei oder manchmal drei oder vier funktionale Acrylatgruppen. Während der Härtung erfolgt eine Polymerisierung oder Vernetzung an der Stelle dieser funktionalen Acrylatgruppe(n). Die Tröpfchen auf Acrylatbasis an sich sind für gewöhnlich in Wasser nicht löslich, sondern neigen vielmehr zur Phasentrennung von Wasser. Es wird jedoch ein Dispergiermittel zugegeben, so dass die Tröpfchen auf Acrylatbasis in Wasser dispergiert oder suspendiert werden können. Mit Hilfe des Dispergiermittels bilden die Tröpfchen auf Acrylatbasis eine Phase im Wasser. Es ist bevorzugt, dass die Tröpfchen auf Acrylatbasis gleichförmig in dem Wasser dispergiert oder suspendiert sind.
Das Dispergiermittel kann ein Emulgator sein. Es gibt drei Hauptklassen von Emulgatoren: kationische, anionische und nichtionische. Zu Beispielen für kationische Emulgatoren zählen quaternäre Ammoniumsalze. Zu Beispielen für anionische Emulgatoren zählen Triethylamin und sulfonierte Materialien. Ein Beispiel für nichtionische Emulgatoren ist Nonyl-Phenylethoxylat, das im Handel unter dem Handelsnamen "Triton X-100" bekannt ist. Die Konzentration des Emulgators reicht für gewöhnlich von 0,01 bis etwa 15%, für gewöhnlich von etwa 0,1% bis etwa 2% der Dispersion auf Acrylatbasis.
Als Alternative kann das Monomer auf Acrylatbasis selbstemulgierend sein, wodurch die Notwendigkeit an einem ergänzenden Dispergiermittel entfällt. Zum Bei spiel kann das Monomer auf Acrylatbasis polare Gruppen haben, die, wenn sie mit Wasser kombiniert werden, zu Tröpfchen auf Acrylatbasis selbstemulgieren. Diese Tröpfchen auf Acrylatbasis werden dann in Wasser suspendiert. Nähere Einzelheiten in Bezug auf Acrylatdispersionen finden sich in US Patent Nr. 5,378,252.
Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass der Schleifgegenstand während der gesamten Lebensdauer des Schleifgegenstandes eine im Wesentlichen konstante Schneidgeschwindigkeit bereitstellt. In einigen Fällen neigt das Bindemittel infolge der Verarbeitung dazu, zu der äußeren Oberfläche der Schleifbeschichtung zu wandern, und dies führt im Wesentlichen zu einem Film aus Bindemittel an der äußeren Oberfläche des Schleifgegenstandes. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass der Bindemittelfilm die anfängliche Schneidfähigkeit des Schleifgegenstandes beeinflussen könnte. Wenn ein neuer Schleifgegenstand das erste Mal zum Planarisieren eines Halbleiterwafers verwendet wird, neigt der Schleifgegenstand zu einer geringeren anfänglichen Schneidgeschwindigkeit im Vergleich zu der Schneidgeschwindigkeit des Schleifgegenstandes, nachdem dieser äußere Bindemittelfilm abgerieben wurde. Eine Lösung für dieses Problem ist die Aufbereitung des neuen Schleifgegenstandes vor dessen Verwendung zur Planarisierung eines Halbleiterwafers, obwohl eine Aufbereitung nicht immer bevorzugt ist, da die Aufbereitung einen zusätzlichen Schritt bedeutet. Es ist bevorzugt, die Aufschlämmung so zu formulieren, dass dieser Bindemittelfilm minimiert ist. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, ist eine Methode, die Bindemittelwanderung während der Härtung zu minimieren, eine hohe Volumenkonzentration von Schleifteilchen und/oder Füllmitteln in dem Bindemittel zu haben. Diese hohe Volumenkonzentration beruht darauf, die Schleifteilchen und/oder das Füllmittel in dem Bindemittel zu packen, so dass eine minimale Porosität der Schleifteilchen und/oder des Füllmittels alleine, d. h. ohne Bindemittel, vorhanden ist. Diese hohe Volumenkonzentration neigt dazu, den (die) Wanderungspfad(e) für das Bindemittel während der Härtung zu verringern. Ein Mittel zum Erreichen dieser hohen Packungsdichte der Schleifteilchen und/oder Füllmittel ist die Verwendung einer weiten Teilchengrößenverteilung der Schleifteilchen und/oder des Füllmittels. Bei einer weiten Teilchengrößenverteilung neigen die kleineren Teilchen dazu, zwischen den größeren Teilchengrößen zu liegen. Die größeren Teilchen sollten jedoch keine unerwünschten groben Kratzer auf der Halbleiterwaferoberfläche erzeugen.
Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, ist eine andere Methode zum Minieren der Bindemittelwanderung während der Härtung die Verwendung eines Bindemittelvorläufers, der teilweise polymerisiert wird, bevor er in die Aufschlämmung eingearbeitet wird. Der teilweise polymerisierte Bindemittelvorläufer neigt dazu, eine geringere Mobilität zu haben und sollte daher während der vollständigen Polymerisation oder Härtung des Bindemittelvorläufers weniger wandern. Ein solcher Bindemittelvorläufer, der teilweise polymerisiert werden kann, ist ein Acrylatmonomer. Der Bindemittelvorläufer sollte jedoch nicht in einem solchen Maße polymerisiert sein, dass, wenn er in eine Aufschlämmung eingearbeitet wird, die erhaltene Viskosität der Aufschlämmung übermäßig hoch ist.
Ein Beispiel für ein Acrylatmonomer, das teilweise polymerisiert werden kann, ist Isooctylacrylat. Eine Kombination aus einem teilweise polymerisierten ethylenisch ungesättigten Monomer mit einem anderen ethylenisch ungesättigten Monomer und/oder einem durch Kondensation härtbaren Bindemittel kann ebenso verwendet werden. Nähere Einzelheiten in Bezug auf teilweise polymerisierte, ethylenisch ungesättigte Monomere finden sich in US Patent Nr. 5,256,170.
Thermoplastische Bindemittel können ebenso verwendet werden. Zu Beispielen für geeignete thermoplastische Bindemittel zählen: Polyamide (Nylon), Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyurethane, Polyetherimid, Polysulfon, Polystyrol, Acrylonitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Acetalpolymere, Polyvinylchlorid und Kombinationen davon.
Es ist auch möglich, einen wasserlöslichen Bindemittelvorläufer zu verwenden, der des Weiteren mit einem thermisch härtbaren Harz gemischt werden kann. Die Menge und Art des Bindemittelvorläufers wird so gewählt, dass ein Schleifoberfläche mit dem richtigen Maß an Erodierbarkeit für einen bestimmten Planarisierungsvorgang erhalten wird. Zu Beispielen für wasserlösliche Bindemittelvorläufer zählen Polyvinylalkohol, Hautleim und wasserlösliche Zelluloseether (z. B. Hydroxypropylmethylzellulose, Methylzellulose und Hydroxymethylzellulose). Nähere Einzelheiten zu dieser Art von Chemie finden sich in US Patent Nr. 4,255,164.
Die folgende Besprechung bezieht sich auf Materialien, die dem organischen Harz bei der Herstellung des Bindemittels zugegeben werden können.
Weichmacher
Die Schleifbeschichtung kann wahlweise einen Weichmacher enthalten. Im Allgemeinen erhöht die Zugabe des Weichmachers die Erodierbarkeit des Schleifgegenstandes und erweicht die gesamte Bindemittelhärte. In einigen Fällen dient der Weichmacher als Verdünnungsmittel für den Bindemittelvorläufer. Der Weichmacher ist vorzugsweise mit dem Bindemittel verträglich, um die Phasentrennung zu minimieren. Zu Beispielen für geeignete Weichmacher zählen Polyethylenglycol, Polyvinylchlorid, Dibutylphthalat, Alkylbenzylphthalat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Zelluloseester, Phthalat, Silikonöle (z. B. wie in US Patent Nr. 5,453,312 beschrieben) Adipat- und Sebacatester, Polyole, Polyolderivate, t-Butylphenyldiphenylphosphat, Tricresylphosphat, Castoröl, Kombinationen davon und dergleichen. Die bevorzugten Weichmacher sind Phthalatderivate.
Die Menge an Weichmacher ist vorzugsweise mindestens 25% und reicht vorzugsweise von etwa 40 Gewichtsprozent bis etwa 75 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht des Harzes plus dem Weichmacher.
Der jeweilige Gewichtsprozentsatz wird so gewählt, dass das gewünschte Maß an Erodierbarkeit erreicht wird. Zum Beispiel sollte die Menge an Weichmacher nicht so hoch sein, dass der erhaltene Schleifgegenstand zu erodierbar ist. Zusätzlich kann manchmal, wenn zu viel Weichmacher vorhanden ist, eine schlechte Haftung zwischen der Grundierung, die mit dem Polyesterfilm-Schichtträger verbunden ist, und der Schleifbeschichtung in dem Schleifgegenstand, der eine solche Konstruktion aufweist, vorhanden sein.
Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass die wasserlöslichen oder wasserquellbaren Weichmacher zumindest teilweise aus der Schleifbeschichtung während der Halbleiterwaferplanarisierung auslaugen können. Wenn dies eintritt, wird angenommen, dass es die gesamte Erodierbarkeit der Schleifbeschichtung erhöht. Somit ist in einigen Fällen bevorzugt, wasserlösliche oder wasserquellbare Weichmacher zu verwenden.
Initiator
Im Falle von Bindemittelvorläufern, die ethylenisch ungesättigte Monomere und Oligomere enthalten, können Polymerisationsinitiatoren verwendet werden. Zu Beispielen zählen organische Peroxide, Azoverbindungen, Chinone, Nitrosoverbindungen, Acylhalogenide, Hydra zone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Imidazole, Chlorotriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone, Phenone und Mischungen davon. Beispiele von im Handel erhältlichen, ultraviolett-aktivierten Photoinitiatoren haben Handelsnamen wie "Irgacure 651" und "Irgacure 184", die im Handel von der Ciba Geigy Company erhältlich sind, und "DAROCUR 1173", das im Handel von Merck erhältlich ist. Beispiele für geeignete, durch sichtbares Licht aktivierte Initiatoren finden sich in US Patent Nr. 4,735,632. Ein anderer, durch sichtbares Licht aktivierter Photoinitiator hat den Handelsnamen "IRGACURE 369", der im Handel von der Ciba Geigy Company erhältlich ist.
Im Falle von Photopolymerisationen kann das Initiatorsystem auch einen Photosensibilisator enthalten. Zu Beispielen zählen Verbindungen mit Carbonylgruppen oder tertiären Aminogruppen und Mischungen davon. Zu den bevorzugten Verbindungen mit Carbonylgruppen zählen Benzophenon, Acetophenon, Benzil, Benzaldehyd, o-Chlorobenzaldehyd, Xanthon, Thioxanthon, 9,10-Anthrachinon und andere aromatische Ketone, die als Photosensibilisatoren wirken können. Zu den bevorzugten tertiären Aminen zählen Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin, Triethanolamin, Phenylmethyl-ethanolamin und Dimethylaminoethylbenzoat. Im Handel erhältliche Beispiele für Photosensibilisatoren umfassen jene mit den Handelsnamen wie "Quanticure ITX", "Quanticure QTX", "Quanticure PTX" "Quanticure EPD" von der Biddle Sawyer Corp. Im Allgemeinen kann die Menge des Photosensibilisator- oder Photoinitiatorsystems von etwa 0,01 bis 10 Gewichtsprozent schwanken, vorzugsweise von 0,25 bis 4,0 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht der Harzkomponente des Bindemittelvorläufers (d. h. Monomere und/oder Oligomere).
Für gewöhnlich wird der Initiator in Mengen von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 4 Gewichtsprozent, basierend auf der Harzkomponente des Bindemittel vorläufers verwendet. Zusätzlich ist bevorzugt, den Initiator in dem Bindemittelvorläufer vor der Zugabe eines Partikelmaterials, wie der Schleifteilchen und/oder der Füllteilchen, zu dispergieren (vorzugsweise gleichmäßig).
Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass der Bindemittelvorläufer einer Strahlungsenergie ausgesetzt wird, vorzugsweise Ultraviolettlicht oder sichtbarem Licht, um das fertige Bindemittel zu bilden. In einigen Fällen absorbieren gewisse Schleifteilchen und/oder bestimmte Zusatzstoffe Ultraviolett- und sichtbares Licht, wodurch es schwierig wird, den Bindemittelvorläufer richtig zu härten. Dieses Phänomen tritt zum Beispiel bei Ceroxid-Schleifteilchen und Siliziumcarbid-Schleifteilchen ein. Es hat sich ziemlich unerwartet gezeigt, dass die Verwendung von phosphathaltigen Photoinitiatoren in bestimmten Acylphosphinoxid enthaltenden Photoinitiatoren dazu neigt, dieses Problem zu lösen. Ein Beispiel für einen solchen Photoinitiator ist 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid, das im Handel von der BASF Corporation unter der Handelsbezeichnung "Lucirin TPO" erhältlich ist. Andere Beispiele von im Handel erhältlichen Acylphosphinoxiden umfassen "Darocur 4263" und "Darocur 4265", die im Handel von Merck erhältlich sind.
In einigen Bindemittelsystemen (z. B., wenn das Bindemittel auf einem Epoxid oder Vinylether basiert), können kationische Initiatoren zum Auslösen der Polymerisation verwendet werden. Zu Beispielen zählen Salze von Oniumkationen, wie Arylsulfoniumsalze, wie auch organometallische Salze, wie Ionarensysteme. Spezifische Beispiele sind in US Patent Nr. 4,751,138, 5,256,170, 4,985,340 und 4,950,696 offenbart.
Dualhärtungs- und Hybridhärtungssysteme können ebenso verwendet werden. In Dualhärtungssystemen erfolgt die Härtung in zwei separaten Stufen, entweder über densel ben oder über verschiedene Reaktionsmechanismen. In Hybridhärtungssystemen laufen zwei Härtungsmechanismen zur selben Zeit bei Bestrahlung mit ultravioletter/sichtbarer oder E-Strahl-Strahlung.
Andere Zusatzstoffe
Die Aufschlämmung kann des Weiteren Zusatzstoffe, wie Schleifteilchen-Oberflächenmodifizierungszusatzstoffe, Kopplungsmittel, Füllmittel, Treibmittel, Fasern, antistatische Mittel, Initiatoren, Suspendierungsmittel, Schmiermittel, Benetzungsmittel, oberflächenaktive Substanzen, Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren, Komplexbildner, Kettenübertragungsmittel, Beschleuniger, Katalysatoren und Aktivatoren enthalten. Die Mengen dieser Materialien werden so gewählt, dass die gewünschten Eigenschaften erhalten werden.
Treibmittel können zur Erhöhung der Erodierbarkeit des Schleifgegenstandes enthalten sein. Das Treibmittel kann jedes Material sein, das das Volumen der Schleifbeschichtung erhöht. Es ist bevorzugt, dass, wenn ein Treibmittel verwendet wird, die durchschnittliche Teilchengröße der Schleifteilchen weniger als 30 Mikrometer ist.
Zu Beispielen für geeignete Treibmittel zählen Dampfe, quellende Lösemittel, Stickstoffgas, Kohlendioxidgas, Luft als Gas, Pentan, Hexan, Heptan, Buten, CFCl₃, C₂F₃Cl₃, Vermiculit, Toluoldiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat, Hexamethylen-diisocyanat, oder Polyurethanpräpolymer, das mit Wasser reagiert, um Kohlendioxidgas zu erzeugen. Andere geeignete Treibmittel umfassen ein zersetzungsartiges Treibmittel, wie Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat, Natriumbicarbonat, Dinitropentamethylentetramin, Azodicarbonamid, Azobisisobutylonitril, Hydradinverbindungen, wie Maleinsäurehydrazid, Oxalsäurehydrazid, Benzolsulfonyl hydrazid, Toluolsulfonylhydrazid, p,p'-Hydroxybis(Benzol-sulfonylhydrazid) und t-Alyklhydrazoniumsalz. Zwei oder mehr Treibmittel können miteinander in Kombination verwendet werden. Ein Beispiel für ein Treibmittel ist ein Treibkügelchen, das im Handel von der Kema Nobel Company, Sundsvall, Schweden unter der Handelsbezeichnung "Expancel 551" erhältlich ist.
Zu Beispielen für antistatische Mittel zählen Graphit, Kohleschwarz, Vanadiumoxid, leitende Polymere, Feuchthaltemittel und dergleichen. Diese antistatischen Mittel sind in US Patent Nr. 5,061,294, 5,137,542 und 5,203,884 offenbart.
Ein Beispiel für ein Suspendierungsmittel ist ein amorphes Siliziumoxidteilchen mit einem Oberflächenbereich von weniger als 150 Quadratmeter/Gramm, das im Handel von DeGussa Corp. unter dem Handelsnamen "OX-50" erhältlich ist. Die Zugabe des Suspendierungsmittels kann die gesamte Viskosität der Aufschlämmung senken. Die Verwendung von Suspendierungsmitteln ist in US Patent Nr. 5,368,619 näher beschrieben.
Zu Beispielen für geeignete Schmiermittel zählen Metallsalze von Fettsäuren (z. B. Zinkstearat, Kalziumstearat und Lithiumstearat), Graphit, Wachse, Glycolether, Glycerin, Silikonverbindungen, Kombinationen davon und dergleichen. Es können auch eingekapselte Schmiermittel verwendet werden, wie z. B. in US Patent Nr. 3,502,453 beschrieben.
Zu Beispielen für Kettenübertragungsmittel zählen Kohlenstofftetrabromid und andere Kettenübertragungsmittel, die in "Principles of Polymerization" von G. Odian, Wiley-Interscience, New York, 1991, beschrieben sind.
Zu Beispielen für geeignete Komplexbildner (insbesondere im Falle von Siliziumdioxid enthaltenden Wafero berflächen) zählen Ammoniumsalze wie NH₄HCO₃, Tannin, Katechol [Ce(OH)(NO)₃], Ce(SO₄)₂, Phthalsäure, Salicylsäure und dergleichen. Diese Komplexbildner können die Form von Partikeln aufweisen, die der Aufschlämmung zugesetzt werden können.
Wasser und/oder organisches Lösemittel können in die Aufschlämmung eingearbeitet werden. Die Menge an Wasser und/oder organischem Lösemittel wird so gewählt, dass die gewünschte Beschichtungsviskosität erreicht wird.
Im Allgemeinen sollte das Wasser und/oder organische Lösemittel mit dem Bindemittelvorläufer verträglich sein. Das Wasser und/oder organische Lösemittel kann nach der Polymerisation des Vorläufers entfernt werden oder mit dem Bindemittel verbleiben. Wasserlösliche und/oder wasserempfindliche Zusatzstoffe, wie Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Teilchen auf Zellulosebasis und dergleichen können ebenso enthalten sein, um die Erodierbarkeit der Schleifoberfläche zu erhöhen.
Ceramer-Bindemittel
Eine andere geeignete Art von Bindemittel ist ein Ceramer-Bindemittel. "Ceramer" ist ein Begriff, der zum Identifizieren eines härtbaren Materials verwendet wird, das mindestens eine Komponente umfasst, die 1) ein Vorläufer einer Keramik oder eines keramischen Teilchens ist (d. h. Metalloxidteilchens) und 2) mindestens eine Komponente, die ein Bindemittelvorläufer (d. h. Vorläufer eines Polymers) ist. Das gehärtete Ceramer wird aus einem Ceramer-Bindemittelvorläufer gebildet, umfassend: 1) eine Dispergierflüssigkeit, 2) einen Bindemittelvorläufer und 3) nicht aggregierte, kolloidale Metalloxidteilchen, die in der Dispergierflüssigkeit und dem Bindemittelvorläufer dispergiert sind. Die Dispergierflüssigkeit kann Wasser sein (einschließlich Leitungswasser, destilliertes Wasser und deionisiertes Wasser) oder ein organisches Lösemit tel (einschließlich wässeriger Alkohollösungen, niederer aliphatischer Alkohole, Toluol, Ethylenglycol, Dimethylacetamid, Formamid und Kombinationen davon). Die bevorzugte Dispergierflüssigkeit ist Wasser, vorzugsweise destilliertes Wasser oder deionisiertes Wasser. Es ist bevorzugt, dass die Menge an Wasser in der Dispergierflüssigkeit mindestens 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens 12 Gewichtsprozent und insbesondere mindestens 15 Gewichtsprozent der gesamten Dispergierflüssigkeit (d. h., enthaltend das Wasser, den Bindemittelvorläufer und die kolloidalen Metalloxidteilchen) beträgt. Die bevorzugten Bindemittelvorläufer umfassen ethylenisch ungesättigte Monomere, ethylenisch ungesättigte Oligomere, Epoxidharze und Kombinationen davon.
Geeignete kolloidale Metalloxidteilchen sind nicht aggregierte Metalloxidteilchen, die in einem Flüssigmedium zur Bildung eines Sols dispergiert sind. Diese Metalloxidteilchen haben eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 5 bis etwa 1000 Nanometer, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 100 Nanometer, und insbesondere von etwa 10 bis etwa 50 Nanometer. In einigen Fällen neigen diese kleinen Metalloxidteilchen zur Agglomeration aufgrund der Anziehung zwischen den Teilchen. Somit haben diese Metalloxidagglomerate eine größere Teilchengröße als die einzelnen Metalloxidteilchen. Diese Metalloxidteilchengrößenbereiche sind sowohl wegen der leichteren Dispergierung der Metalloxidteilchen in dem Bindemittelvorläufer als auch wegen der Oberflächenbeschaffenheit, die durch den daraus erhaltenen Schleifgegenstand erzeugt wird, bevorzugt.
Die Metalloxid-Solteilchen können aus jedem Metalloxid, in jedem Oxidationszustand gebildet werden. Beispiele für bevorzugte Metalloxide umfassen Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Chromoxid, Antimonpentoxid, Vanadiumoxid, Ceroxid, Titanoxid, wobei Siliziumoxid am bevorzugtesten ist. Im Allgemeinen wird Sili zium als Nichtmetall angesehen. Für diesen Aspekt dieser Erfindung jedoch wird Silizium als Metall angesehen.
Die kolloidalen Metalloxidteilchen werden als Sol und nicht als Pulver oder Gel bereitgestellt. Im Sol-Zustand sind die kolloidalen Metalloxidteilchen in einem Flüssigmedium dispergiert. Wenn die kolloidalen Metalloxidteilchen in Wasser dispergiert sind, sind die Teilchen aufgrund der gemeinsamen elektrischen Ladungen auf der Oberfläche jedes Teilchens stabilisiert, wodurch eher eine Dispersion als Agglomeration gefördert wird. Die gleich geladenen Teilchen stoßen einander ab, wodurch die Aggregation minimiert wird. Im Gegensatz dazu agglomerieren im Pulverzustand, wie beim geräucherten Siliziumoxid oder Silikagel, ungeladene kolloidale Teilchen, wenn sie mit der organischen Komponente des Ceramer kombiniert werden, zur Bildung von Netzen und bilden daher keine gleichförmige Dispersion von Teilchen. Ceramer werden leicht von anderen Materialien unterschieden, die einen Bindemittelvorläufer umfassen, aber mit agglomerierten kolloidalen Metalloxidteilchen gefüllt sind. Wenn die kolloidalen Metalloxidteilchen in einem Ceramer von einem Sol abgeleitet werden, kann der Ceramer eine frei fließende Flüssigkeit bleiben, selbst bei einer Beladung mit kolloidalen Metalloxidteilchen von mehr als 50 Gewichtsprozent. Andererseits, wenn die kolloidalen Metalloxidteilchen, die von einem Sol abgeleitet werden, mit derselben Gewichtsfraktion agglomerierter kolloidaler Metalloxidteilchen ersetzt werden, ergeben sich daraus benetzte Pulver.
Sols, die zur Herstellung von Ceramern geeignet sind, können durch Verfahren, die in der Technik allgemein bekannt sind, hergestellt werden. Kolloidale Siliziumoxide, die als Sols in wässerigen Lösungen dispergiert sind, sind auch im Handel unter Handelsnamen wie "LUDOX" (E. I. Dupont de Nemours and Co., Inc., Wilmington, DE) "NYACOL" (Nyacol Co., Ashland, MA) und "NALCO" (Nalco Chemical Co., Oak Brook, IL) erhältlich. Nicht wässerige Siliziumoxid-Sols (auch als Siliziumoxid-Organosols bezeichnet) sind auch im Handel unter Handelsnamen wie "NALCO 1057" (ein Siliziumoxid-Sol in 2-Propoxyethanol, Nalco Chemical Co.) und "MA-ST", "IP-ST" und "EG-ST" (Nissan Chemical Industries, Tokio, Japan) erhältlich. Sols von anderen Oxiden sind auch im Handel erhältlich, z. B. NALCO ISJ-614" und "NALCO ISJ-613" Aluminiumoxid-Sols, und "NYACOL 10/50" Zirkondioxid-Sols. Diese kolloidalen Siliziumoxid-Sols können von etwa 10 bis 85 Gewichtsprozent Wasser, für gewöhnlich 25 bis 60 Gewichtsprozent Wasser enthalten. Es können zwei oder mehr kolloidalen Siliziumoxide verwendet werden.
Von den Ceramern haben jene mit nicht aggregierten Metalloxidteilchen, die mit Kopplungsmitteln funktionalisiert sind, Verarbeitungsvorteile gegenüber Ceramern, die keine nicht aggregierten Metalloxidteilchen aufweisen, die mit Kopplungsmitteln funktionalisiert sind. Diese Kopplungsmittel können Organosilane (z. B. 3-Methacryloxyalkyltrimethoxysilan, Methacryloxyalkyltrimethoxysilan, Phenyltrichlorosilan, Phenyltrimethoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Propyltriethoxysilan, Octyltriethoxysilan und Mischungen davon), Titanate (z. B. Isopropyltrisosteroyltitanat), Zirkoaluminate und Kombiantionen davon sein. Die Ceramer mit kolloidalen Metalloxidteilchen, die mit Kopplungsmitteln funktionalisiert sind, neigen dazu, eine geringere Viskosität zu haben als jene, die nicht mit Kopplungsmitteln funktionalisiert sind. Diese Verringerung in der Viskosität kann dann ermöglichen, dass der Ceramer-Bindemittelvorläufer mit mehr Schleifteilchen gefüllt wird als jene Ceramer, die nicht funktionalisierte, kolloidale Metalloxidteilchen haben, und weiterhin auftragbare und verarbeitbare Mischungen bereitstellen. Das Ausmaß der Funktionalisierung der kolloi dalen Metalloxidteilchen, das erforderlich ist, um Mischungen, die Ceramer und Schleifteilchen enthalten, zu ermöglichen, auftragbar zu bleiben, hängt bis zu einem hohen Maß von der Konzentration kolloidaler Metalloxidteilchen, der Art des Bindemittelvorläufers und der Art von Kopplungsmittel ab. Wenn nicht genügend Kopplungsmittel zugegeben wird, können die Metalloxidteilchen in dem Ceramer nicht richtig dispergiert werden, das tendenziell zu einer höheren Viskosität des gesamten Ceramers führt. Wenn im Gegensatz dazu zu viel Kopplungsmittel zugegeben wird, kann dies zu einem Gesamtanstieg in den Kosten führen und/oder der Ceramer kann gelieren. Wenn das Kopplungsmittel trifunktional ist, kann ebenso ein trifunktionales Kopplungsmittel zu einer vorzeitigen Gelierung des Ceramers führen.
Das Kopplungsmittel sollte mit der Chemie des Bindemittelvorläufers verträglich sein. Wenn das Kopplungsmittel mit dem Bindemittelvorläufer nicht verträglich ist, kann eine Phasentrennung stattfinden oder aber der Ceramer kann gelieren. Manchmal tritt diese Gelierung unmittelbar nach Herstellung des Ceramers ein und manchmal tritt diese Gelierung Stunden nach Herstellung des Ceramers ein. Es ist bevorzugt, dass der Ceramer eine stabile Viskosität über einen Zeitraum von mindestens 24 Stunden aufweist.
In einigen Fällen kann eine Mischung von zwei Kopplungsmitteln vorhanden sein, um die richtige Verringerung in der Viskosität und die richtige Verträglichkeit mit dem Bindemittelvorläufer bereitzustellen. Wenn zum Beispiel der Bindemittelvorläufer Hydroxyethylacrylat ist und die Metalloxidteilchen Siliziumoxid sind, ist das bevorzugte Kopplungsmittel eine Mischung aus 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan und einem Polyethylenoxidgruppen enthaltenden Trialkoxysilan-Kopplungsmittel, das im Handel von OSI, Danbury, CT unter der Handelsbezeichnung "A1230" erhältlich ist. Ein anderes nützliches, Polyethylenoxidgruppen enthaltendes Trial koxysilan mit einer Urethangruppe kann aus der Reaktion von 2-Isocyanotriethyltriethoxysilan ("A-1310", im Handel von OSI erhältlich) mit Carbowax PEG 350, einem Methoxy-Endkappen-Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von etwa 350, erhältlich von Union Carbide, erhalten werden.
Das allgemeine Verfahren zur Herstellung des Ceramer-Bindemittelvorläufers umfasst folgende Schritte:

a) Bereitstellen eines Metalloxid-Sols in einer inerten Flüssigkeit, wie Wasser,
b) Bereitstellen einer Dispergierflüssigkeit, umfassend einen Bindemittelvorläufer (vorzugsweise einen ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorläufer), wahlweise ein Kopplungsmittel und wahlweise Wasser,
c) Dispergieren des Metalloxid-Sols in die Dispergierflüssigkeit,
d) wahlweise Entfernen eines Teils der inerten Flüssigkeit zur Bildung eines Ceramer-Bindemittelvorläufers.

In der bevorzugten Form umfasst der Ceramer-Bindemittelvorläufer mindestens 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens etwa 10 Gewichtsprozent, insbesondere mindestens etwa 12 Gewichtsprozent und sogar mehr als 15 Gewichtsprozent Wasser, basierend auf der Kombination aus Wasser und dem Bindemittelvorläufer.
Die bevorzugten Bindemittelvorläufer für die Ceramer werden aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Monomeren, ethylenisch ungesättigten Oligomeren, Epoxidharzen und Kombinationen davon ausgewählt. Der bevorzugtere Bindemittelvorläufer ist ethylenisch ungesättigte(s) Monomer(e). Viele ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorläufer sind mit Wasser nicht verträglich. Somit sind die bevorzugten ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorläufer mit Wasser verträg lich und sogar in Wasser löslich. Beispiele für solche Bindemittelvorläufer umfassen: Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylacrylat, Hydroxybutylmethacrylat, Acrylamid, N,N-Dimethylacrylamid und dergleichen.
Im Allgemeinen kann die Konzentration an kolloidalen Metalloxidteilchen in dem Ceramer bis zu 70 Gewichtsprozent betragen, wobei die bevorzugte Konzentration von etwa 15 Gewichtsprozent etwa 60 Gewichtsprozent reicht. Das Kopplungsmittel kann in einem Bereich von etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent der Metalloxidteilchen liegen, vorzugsweise zwischen 1 und 5 Gewichtsprozent der Metalloxidteilchen.
Nach der Herstellung des Ceramers werden die Schleifteilchen in das Ceramer-Sol zugegeben oder darin dispergiert, um eine Aufschlämmung zu bilden. Es kann dem Ceramer ein zusätzliches Kopplungsmittel zugesetzt werden, um die Dispergierbarkeit der Schleifteilchen in dem Ceramer-Sol zu verbessern. Als Alternative können die Schleifteilchen mit einem anderen Kopplungsmittel vorbehandelt werden. Das Kopplungsmittel für die Metalloxidteilchen in dem Ceramer-Bindemittelvorläufer kann dasselbe sein oder kann sich von dem Kopplungsmittel für die Schleifteilchen unterscheiden. Ebenso kann nach der Herstellung des Ceramer-Bindemittelvorläufers ein Initiator gemeinsam mit den Schleifteilchen zugegeben werden. Der Initiator kann dazu beitragen, die Polymerisation des Bindemittelvorläufers zu beschleunigen, um das Bindemittel zu bilden.
In einigen Fällen kann der Ceramer-Bindemittelvorläufer überschüssiges Wasser enthalten, d. h., aus irgendeinem Grund ist überschüssiges Wasser vorhanden, das entweder vom Standpunkt der Verarbeitung und/oder Produktleistung unerwünscht ist. Wenn überschüssiges Wasser vorhanden ist, kann das Wasser durch jede herkömmliche Technik entfernt werden. Diese Techniken umfassen das Vakuumabtreiben, die Destillation und dergleichen, wobei das Vakuumabtreiben bevorzugt ist. Es ist bevorzugt, dass das Wasser vor Zugabe der Schleifteilchen auf das gewünschte Maß entfernt wird. Wenn zuviel Wasser von dem Ceramer-Bindemittelvorläufer entfernt wird, kann es schwierig sein, dem Ceramer-Bindemittelvorläufer mehr Wasser zuzufügen.
Ein Beispiel für eine nützliche Aufschlämmung umfasst nach dem Gewicht etwa 1 bis etwa 50 Teile kolloidale Metalloxidteilchen (vorzugsweise Siliuziumoxidteilchen), etwa 2 bis etwa 60 Teile ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorläufer, 0,1 bis 50 Teile Kopplungsmittel und etwa 0,1 bis etwa 50 Teile Wasser. In einem anderen Beispiel umfasst der Ceramer-Bindemittelvorläufer nach dem Gewicht etwa 3 bis etwa 50 Teile kolloidale Metalloxidteilchen (vorzugsweise Siliuziumoxidteilchen), etwa 5 bis etwa 35 Teile ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorläufer, etwa 0,1 bis etwa 20 Teile Kopplungsmittel und etwa 1 bis etwa 45 Teile Wasser. In einem weiteren Beispiel umfasst der Ceramer-Bindemittelvorläufer nach dem Gewicht etwa 5 bis etwa 15 Teile kolloidale Metalloxidteilchen (vorzugsweise Siliuziumoxidteilchen), etwa 5 bis 20 Teile ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorläufer, etwa 0,5 bis etwa 6 Teile Kopplungsmittel und etwa 1 bis 20 Teile Wasser.
Nach der Herstellung der Aufschlämmung wird diese weiter verarbeitet, um den Bindemittelvorläufer zu einem Bindemittel umzuwandeln oder zu vernetzen, und somit wird die Aufschlämmung zu einer Schleifzusammensetzung umgewandelt. Es ist bevorzugt, dass während des Prozesses nicht das gesamte Wasser vor der Polymerisation des ethylenisch ungesättigten Bindemittelvorläufers entfernt wird. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass entweder Restwasser in der Schleifbeschichtung vorhanden sein kann und/oder das Wasser, das entfernt wird (für gewöhnlich durch Verdampfung) Poren in der Schleifbeschichtung erzeugt. Erneut ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass dieses Restwasser und/oder die Poren zu einer Schleifzusammensetzung führen, die ein Maß an Erodierbarkeit hat, die für die Halbleiterwaferplanarisierung sehr geeignet ist.
Das Ceramer-Bindemittel neigt dazu, härter als viele andere Bindemittel zu sein, teilweise wegen der Gegenwart der kolloidalen Metalloxidteilchen. Die Schleifgegenstände, die diese Ceramer-Bindemittel umfassen, haben tendenziell ausgezeichnete Leistungseigenschaften in Bezug auf die Halbleiterwaferplanarisierung. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass es die Kombination aus einem harten Bindemittel und einem erodierbaren Bindemittel ist, die dem erhaltenen Schleifgegenstand diese ausgezeichneten Leistungseigenschaften verleiht. Es ist möglich, dass das harte Bindemittel zu einer relativ hohen Schneidgeschwindigkeit beiträgt, aber nicht nachteilig tiefe oder grobe Kratzer aufgrund der Erodierbarkeit der Schleifbeschichtung erzeugt. Die Schleifteilchen werden bei einer solchen Geschwindigkeit abgestoßen, dass jeder grobe Kratzer vermieden wird.
5. Konfiguration des Schleifgegenstandes
Es gibt viele verschiedene Formen von dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenständen. Beispiele für repräsentative Formen sind in 4 bis 12 schematisch dargestellt.
Ein bevorzugter Schleifgegenstand weist eine Vielzahl von Schleifverbundwerkstoffen auf (wie in der vorangehenden Kurzdarstellung der Erfindung definiert). Diese Schleifverbundwerkstoffe können präzise geformt sein (wie in der vorangehenden Kurzdarstellung der Erfindung definiert) oder unregelmäßig geformt, wobei die präzise geformten Verbundwerkstoffe bevorzugt sind. Eine solche präzise Form kann zum Beispiel durch Härten des Bindemittelvorläufers in der Aufschlämmung gebildet werden, während die Aufschlämmung sowohl auf einem Schichtträger gebildet wird als auch einen Hohlraum auf der Oberfläche eines Produktionswerkzeuges füllt, wie in der Folge ausführlicher beschrieben wird.
Die Form des Schleifverbundwerkstoffes kann jede Form sein. Für gewöhnlich ist der Oberflächenbereich der Basisseite der Form, die sich mit dem Schichtträger in Kontakt befindet, im Wert größer als jene des distalen Endes des Verbundwerkstoffes, das von dem Schichtträger beabstandet ist. Die Form des Verbundwerkstoffes kann aus einer Reihe geometrischer Formen gewählt werden, wie einer kubischen, zylindrischen, prismenförmigen, rechteckigen, pyramidenförmigen, pyramidenstumpfförmigen, kegelförmigen, kegelstumpfförmigen, kreuzförmigen, pfostenartigen mit einer flachen oberen Oberfläche. Eine andere Form ist halbkugelförmig, wie in PCT WO 95/224,436 beschrieben. Der erhaltene Schleifgegenstand kann eine Mischung verschiedener Formen des Schleifverbundwerkstoffes haben. Die Schleifverbundwerkstoffe können in Reihen, Spiralen, Schraubenlinien, wie ein Korkenzieher oder als Gitter angeordnet oder regellos platziert sein.
Die Seiten, die die Schleifverbundwerkstoffe bilden, können in Bezug auf den Schichtträger senkrecht sein oder können konisch zulaufen, mit verringernder Breite zu dem distalen Ende hin. Wenn die Seiten konisch zulaufen, ist es leichter, den Schleifverbundwerkstoff von den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges zu entfernen. Der Winkel, der die konische Form bildet, kann von etwa 1 bis 75 Grad, vorzugsweise von etwa 2 bis 50 Grad, insbesondere von etwa 3 bis 35 Grad und ganz besonders von etwa 5 bis 15 Grad reichen. Die kleineren Winkel sind tendenziell bevorzugt, da dies eher zu einer gleichförmigeren Querschnittsfläche entlang der Höhe des Schleifverbundwerkstoffes führt. Somit ist der Konuswinkel ein Kompromiss zwischen einem ausreichend großen Winkel zur Entfernung des Schleifverbundwerkstoffes und einem ausreichend kleinen, um eine gleichförmige Querschnittsfläche zu schaffen. Die konstante Querschnittsfläche ist bevorzugt, da dies einen beständigeren Oberflächenbereich der Schleifbeschichtung während der Planarisierung bereitstellt. Dies führt wiederum zu einer beständigeren Schneidgeschwindigkeit, Flachheit und Oberflächenbeschaffenheit. Eine bevorzugte Form ist ein Zylinder mit einem Konuswinkel von 10 bis 15 Grad.
Die Höhe jedes Verbundwerkstoffes in demselben Schleifgegenstand ist vorzugsweise dieselbe, aber es ist möglich, Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Höhen zu haben. Die Höhe der Verbundwerkstoffe kann im Allgemeinen einen Wert bis zu etwa 200 Mikrometer haben und insbesondere im Bereich von etwa 25 bis 200 Mikrometer liegen. Der Durchmesser der Querschnittsbreite des Schleifverbundwerkstoffes kann von etwa 5 bis 500 Mikrometer reichen, für gewöhnlich von etwa 10 bis 250 Mikrometer und vorzugsweise von 15 bis 150 Mikrometer.
Im Falle von Pyramiden wie jenen, die in 4 dargestellt sind, oder abgestumpften Pyramiden wie jenen, die in 12 dargestellt sind, hat die Pyramidenform vorzugsweise vier bis fünf Seiten, wenn sie nicht abgestumpft ist, und fünf bis sechs Seiten, wenn sie abgestumpft ist (einschließlich der Basisseite), obwohl eine größere Anzahl von Seiten ebenso verwendet werden kann. Wenn eine Pyramiden- oder abgestumpfte Pyramidenform als Verbundwerkstoffform verwendet wird, können die Basisseitenlängen im Allgemeinen eine Länge von etwa 100 bis 500 Mikrometer haben.
Im Falle von kreuzförmigen Verbundwerkstoffen umfasst das Kreuz im Wesentlichen zwei gerade lineare Elemente, die einander schneiden. Als Alternative können die Linien wellenförmig oder nicht gerade sein. Die zwei Linien können einander in einem Winkel zwischen 1 bis 90 Grad, vorzugsweise zwischen 45 bis 90 Grad schneiden. In jenen Ausführungsformen von Schleifgegenständen, in welchen der Schichtträger gerade Seiten enthält, kann eine der beiden Linien zu den Seiten des Schichtträgers parallel verlaufen. Als Alternative kann eine der beiden Linien in einem Winkel von weniger als 180° in Bezug auf die Seiten des Schichtträgers verlaufen. Für dieses kreuzförmige Muster ist bevorzugt, dass die Linien, die das Kreuz bilden, eine Länge von etwa 50 bis 1500 Mikrometer, vorzugsweise etwa 100 bis 1000 Mikrometer und insbesondere 250 bis 800 Mikrometer haben. Die Höhe des Schleifverbundwerkstoffes reicht von etwa 10 bis 2000 Mikrometer, vorzugsweise von 25 bis 500 Mikrometer und insbesondere von 50 bis 100 Mikrometer. Der Konuswinkel reicht von etwa 5 bis 30 Grad, vorzugsweise von 10 bis 20 Grad und insbesondere von 15 bis 20 Grad. Die obere oder äußerste Oberfläche des kreuzförmigen Schleifverbundwerkstoffes hat eine Breite von etwa 10 bis 250 Mikrometer, vorzugsweise 25 bis 150 Mikrometer und insbesondere 50 bis 125 Mikrometer.
Bei jedem der hierin beschriebenen Schleifgegenstände können alle Schleifverbundwerkstoffe im Wesentlichen dieselbe Form und Größe haben, aber die Orientierung der einzelnen Schleifverbundwerkstoffe in Bezug auf einen Referenzpunkt kann unterschiedlich sein. Wenn der Schleifgegenstand einen Schichtträger enthält, kann der Referenzpunkt eine Ebene sein, die zu einem Punkt an der Seite des Schichtträgers tangential ist. Ein möglicher Vorteil der Drehung des Schleifverbundwerkstoffes relativ zu einem benachbarten Schleifverbundwerkstoff ist die Erhöhung der Packungsdichte der Schleifverbundwerkstoffe, die eine bestimmte Form haben. In einigen Ausführungsformen wird ein benachbarter Schleifverbundwerkstoff in Bezug auf seinen nächsten Nachbar zwischen 5 und 355 Grad gedreht. In jenen Ausführungsformen, in welchen benachbarte Schleifverbundwerkstoffe relativ zueinander gedreht werden, wird ein benachbarter Schleifverbundwerkstoff für gewöhnlich 30 bis 120 Grad gedreht. In einer Ausführungsform werden Schleifverbundwerkstoffe etwa 45 Grad zueinander gedreht. In einer anderen Ausführungsform sind die benachbarten Schleifverbundwerkstoffe Spiegelbilder voneinander.
Es ist auch möglich, dass alle Schleifverbundwerkstoffe identisch geformt und orientiert sind. Es sind auch Konstruktionen möglich, in welchen die Verbundwerkstoffe verschiedene Formen und verschiedene Orientierungen haben.
Die Basis der Schleifverbundwerkstoffe können aneinander stoßen oder aber die Basen benachbarter Schleifverbundwerkstoffe können durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sein. In einigen Ausführungsformen nimmt der physische Kontakt zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffen nicht mehr als 33% der vertikalen Höhendimension jedes kontaktierenden Verbundwerkstoffes ein. Insbesondere liegt das Ausmaß des physischen Kontakts zwischen den anstoßenden Verbundwerkstoffen im Bereich von 1 bis 25% der vertikalen Höhe jedes kontaktierenden Verbundwerkstoffes. Es versteht sich, dass diese Definition einer Auflage auch eine Anordnung umfasst, wo benachbarte Verbundwerkstoffe einen gemeinsamen Schleifmaterialsteg haben oder eine brückenartige Struktur, die mit den zueinander weisenden Seitenwänden der Verbundwerkstoffe in Kontakt steht und sich dazwischen erstreckt. Vorzugsweise hat die Stegstruktur eine Höhe von nicht mehr als 33% der vertikalen Höhendimension jedes benachbarten Verbundwerkstoffes. Der Schleifmaterialsteg ist aus derselben Aufschlämmung gebildet, die zur Bildung der Schleifverbundwerkstoffe verwendet wird. Die Verbundwerkstoffe sind in dem Sinn "benachbart", dass sich kein dazwischen liegender Verbundwerkstoff auf einer direkten imaginären Linie befindet, die zwischen den Mittelpunkten der Verbundwerkstoffe gezogen wird.
Es ist bevorzugt, dass mindestens Teile der Schleifverbundwerkstoffe voneinander getrennt sind, so dass die vertieften Flächen zwischen den erhabenen Abschnitten der Verbundwerkstoffe wie zuvor beschrieben bereitgestellt werden. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass diese Trennung ein Mittel bereitstellt, um dem Flüssigmedium zu ermöglich, frei zwischen den Schleifverbundwerkstoffen zu fließen. Es wird dann angenommen, dass dieser freie Fluss des Flüssigmediums zu einer besseren Schneidgeschwindigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und/oder Flachheit während der Halbleiterwaferplanarisierung beitragen kann.
Der Abstand der Schleifverbundwerkstoffe kann von etwa 1 Schleifverbundwerkstoff pro linearem cm bis etwa 100 Schleifverbundwerkstoffen pro linearem cm reichen, vorzugsweise von etwa 5 Schleifverbundwerkstoffen pro linearem cm bis etwa 80 Schleifverbundwerkstoffen pro linearem cm, insbesondere von etwa 10 Schleifverbundwerkstoffen pro linearem cm bis etwa 60 Schleifverbundwerkstoffe pro linearem cm und ganz besonders von etwa 15 Schleifverbundwerkstoffen pro linearem cm bis etwa 50 Schleifverbundwerkstoffen pro linearem cm. Zusätzlich kann der Abstand so variiert werden, dass die Konzentration von Verbundwerkstoffen an einer Stelle größer als an einer anderen ist (z. B. kann die Konzentration in der Mitte der Oberfläche am größten sein).
In einigen Ausführungsformen gibt es eine Flächenabstandsdichte von mindestens 1200 Verbundwerkstoffen/cm², wobei die Verbundwerkstoffe jeweils eine Vielzahl von Schleifteilchen und ein Bindemittel enthalten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung reicht die Flächenabstandsdichte der Verbundwerkstoffe von etwa 1 bis 12.000 Verbundwerkstoffen/cm², vorzugs weise mindestens etwa 50 bis 7.500 Schleifverbundwerkstoffen/cm² und insbesondere mindestens etwa 50 bis 5.000 Schleifverbundwerkstoffen/cm².
Es ist auch möglich, Flächen mit freiliegendem Schichtträger zu haben, d. h., wo die Schleifbeschichtung nicht den gesamten Oberflächenbereich des Schichtträgers bedeckt. Diese Art von Anordnung ist in US Patent Nr. 5,014,468 näher beschrieben.
Die Schleifverbundwerkstoffe sind vorzugsweise in einem vorbestimmten Muster bereitgestellt. Das heißt, die Verbundwerkstoffe sind an vorbestimmten Stellen bereitgestellt. Zum Beispiel entspricht in dem Schleifgegenstand, der durch eine Aufschlämmung zwischen dem Schichtträger und einem Produktionswerkzeug, das Hohlräume aufweist, hergestellt ist, das vorbestimmte Muster der Verbundwerkstoffe dem Muster der Hohlräume an dem Produktionswerkzeug. Das Muster ist somit von Gegenstand zu Gegenstand reproduzierbar.
In einer Version des vorbestimmten Musters können die Schleifverbundwerkstoffe in einer Gruppierung oder Anordnung vorhanden sein, womit verstanden wird, dass die Verbundwerkstoffe sich in einer regelmäßigen Anordnung, wie ausgerichteten Reihen oder Spalten, oder als Alternative versetzten Reihen und Spalten befinden. In einigen Fällen kann die eine Reihe von Schleifverbundwerkstoffen direkt vor einer zweiten Reihe von Schleifverbundwerkstoffen ausgerichtet sein. Als Alternative kann eine Reihe von Schleifverbundwerkstoffen zu der zweiten Reihe von Schleifverbundwerkstoffen versetzt sein. Es ist bevorzugt, dass benachbarte Reihen von Schleifverbundwerkstoffen zueinander versetzt sind.
Als Alternative können die Verbundwerkstoffe in einer "regellosen" Anordnung oder Konfiguration angeordnet sein. Dies soll bedeuten, dass die Verbundwerkstoffe sich nicht in einer regelmäßigen Anordnung von Reihen und Spalten, wie zuvor beschrieben, befinden. Zum Beispiel können die Schleifverbundwerkstoffe in einer Weise angeordnet sein, wie in PCT WO 95/07797 und PCT WO 95/22436 beschrieben. Es ist jedoch klar, dass diese "regellose" Anordnung ein vorbestimmtes Muster ist, in dem die Stelle der Verbundwerkstoffe auf dem Schleifgegenstand vorbestimmt ist und der Stelle der Hohlräume in dem Produktionswerkzeug entspricht, das zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wird.
Der dreidimensionale, texturierte, feststehende Schleifgegenstand kann auch eine variable Schleifbeschichtungszusammensetzung aufweisen. Zum Beispiel kann die Mitte einer feststehenden Schleifscheibe eine Schleifbeschichtung enthalten, die anders (z. B. weicher, härter oder weniger erodierbar) als die äußere Region der Schleifscheibe ist.
Besondere Konfigurationen sind in 4 bis 12 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst der Schleifgegenstand 50 einen Schichtträger 59 mit einer vorderen Oberfläche 58, wobei eine Schleifbeschichtung 57 an die vordere Oberfläche 58 des Schichtträgers 59 gebunden ist. Die Schleifbeschichtung 57 ist dreidimensional und umfasst eine Vielzahl von Schleifverbundwerkstoffen 54. In dieser besonderen Ausführungsform sind die Schleifverbundwerkstoffe 54 Pyramiden. Es gibt Vertiefungen oder Täler 53 zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffen. Es ist auch mehr als eine Reihe von pyramidenförmigen Schleifverbundwerkstoffen dargestellt, wobei die zweite Reihe von Schleifverbundwerkstoffen zu der ersten Reihe versetzt ist. Schleifverbundwerkstoffe 54 umfassen eine Vielzahl von Schleifteilchen 56, die in dem Bindemittel 55 dispergiert sind. Der äußerste Punkt oder das distale Ende 51 von Schleifverbundwerkstoffen 54 steht mit dem Halbleiterwafer während der Planarisierung in Kontakt.
5 zeigt einen Schleifverbundwerkstoff, der eine unregelmäßige Form hat. Der Schleifgegenstand 60 umfasst einen Schichtträger 61 und an den Schichtträger ist eine Vielzahl von Schleifverbundwerkstoffen 62 gebunden. Im Inneren der Schleifverbundwerkstoffe befindet sich eine Vielzahl von Schleifteilchen 63, die im Bindemittel 64 dispergiert ist. In dieser besonderen Darstellung hat der Schleifverbundwerkstoff eine pyramidenartige Form. Grenzen 65, welche die Pyramide definieren, sind unregelmäßig geformt. Die unvollkommene Form kann gebildet werden, indem die Aufschlämmung fließt und die anfängliche Form vor der Härtung und Verfestigung des Bindemittelvorläufers verformt. Diese Grenzen mit nicht geraden, nicht klaren, nicht reproduzierbaren, nicht exakten oder unvollkommenen Ebenen oder Formen sind das, was unter einer unregelmäßigen Form verstanden wird.
Unter Bezugnahme auf 6 ist 6 eine Draufsicht auf eine Anordnung von Schleifverbundwerkstoffen 300. Diese Schleifverbundwerkstoffe haben eine "Kreuzform" 310 und eine "x"-Form 311, die ihnen zugeordnet ist. Schleifverbundwerkstoffe werden an einen Schichtträger gebunden und dieser Schichtträger hat zwei Seiten 304 und 305. In dieser besonderen Darstellung gibt es vier Reihen von Schleifverbundwerkstoffen 301, 302, 303 und 308. Die Schleifverbundwerkstoffe in den Reihen 301 und 303 sind identisch an dem Schichtträger positioniert. Ebenso sind Schleifverbundwerkstoffe in Reihen 302 und 308 an dem Schichtträger in identischer Weise positioniert.
Die Schleifverbundwerkstoffe von Reihe 301 und der benachbarten Reihe 302 sind zueinander versetzt, d. h., die Schleifverbundwerkstoffe in Reihe 301 sind nicht direkt mit den Schleifverbundwerkstoffen in Reihe 302 ausgerichtet. Obwohl in 6 nicht dargestellt, kann die Form und/oder Orientierung der einzelnen Schleif verbundwerkstoffe von benachbarten Reihen dieselbe sein.
Der Schleifverbundwerkstoff 310 besteht aus zwei schneidenden Linien 306 und 307, die in einem Winkel Alpha schneiden. Die Linie 306 kann zu den Schichtträgerseiten 304 und 305 parallel sein oder die Linie 306 kann nicht parallel sein. Die Linie 307 kann die Schichtträgerseiten 304 und 305 in einem Winkel von 90 Grad oder weniger schneiden. In 6 liegen die Schleifverbundwerkstoffe 310 und 311 nicht aneinander, sondern sind vielmehr durch einen Raum oder ein Tal 309 getrennt. In einigen Fällen kann das Tal aus einer sehr geringen Menge (d. h., Höhe) Schleifverbundwerkstoff bestehen. Das Tal 309 kann frei von Schleifverbundwerkstoff sein und in diesem Fall ist der Schichtträger freigelegt.
Eine andere bevorzugte Anordnung von Schleifverbundwerkstoffen ist ähnlich 6, mit der Ausnahme, dass jede zweite Reihe entweder Schleifverbundwerkstoffe mit der "Kreuzform" oder Schleifverbundwerkstoffe mit der "x"-Form umfasst. In dieser Anordnung sind die Schleifverbundwerkstoffe der ungeraden Reihen noch immer zu den Schleifverbundwerkstoffen der geraden Reihen versetzt.
In den zuvor beschriebenen Anordnungen aus kreuzförmigen oder "x"-förmigen Verbundwerkstoffen ist bevorzugt, dass die Länge einer Linie, die entweder die Kreuz- oder "x"-Form bildet, etwa 750 Mikrometer ist und die Breite einer Linie, die entweder die Kreuz- oder "x"-Form bildet, etwa 50 Mikrometer ist. Der Abstand zwischen der Mitte eines Kreuzes zu der Mitte des benachbarten x-förmigen Schleifverbundwerkstoffes ist etwa 1270 Mikrometer.
Unter Bezugnahme auf 7 umfasst der Schleifgegenstand 75 einen Schichtträger 76 mit einer vorderen Oberfläche 77 und einer hinteren Oberfläche 78. Die Schleifbeschichtung 79 besteht aus einer Reihe von Schleifverbundwerkstoffen 80; das Bindemittel und die Schleifteilchen fehlen der Einfachheit wegen. Schleifverbundwerkstoffe 80 haben eine Stegform. Die Stege 80 sind durch Täler 73 getrennt. Die Stege 80 haben einen oberen Abschnitt 72, der mit dem Halbleiterwafer während der Planarisierung in Kontakt steht. Diese Stege sind für gewöhnlich kontinuierlich und können jede Querschnittsform haben.
In einer anderen Ausführungsform sind die Stege der Schleifverbundwerkstoffe nicht parallel und nicht senkrecht in Bezug auf die Seiten, die den Schleifschichtträger bilden. Diese Art von Anordnung ist in US Patent Nr. 5,489,235 näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 12 umfasst ein Schleifgegenstand 230 einen Schichtträger 231 mit einer druckempfindlichen Klebstoffbeschichtung 238 und einem schützenden Liner 237. Über der oberen Oberfläche 232 des Schichtträgers 231 befindet sich die Schleifbeschichtung 240. Die Schleifbeschichtung 240 ist dreidimensional und umfasst eine Vielzahl von Schleifverbundwerkstoffen 234. Zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffen befinden sich Öffnungen oder Täler 241. In diesem besonderen Beispiel sind die Schleifverbundwerkstoffe 234 abgestumpfte Pyramiden. Schleifverbundwerkstoffe 241 umfassen eine Vielzahl von Schleifteilchen 235 und ein Bindemittel 236.
Eine andere Schleifkonstruktion, die zum Polieren von Halbleiterwafern nützlich sein kann, ist ein beschichtetes Schleifmittel, das Schleifagglomerate enthält.
Unter Bezugnahme auf 10 umfasst das beschichtete Schleifmittel 160 einen Schichtträger 161 mit einer vorderen Oberfläche 162. Ein erstes Bindemittel 163 ist über der vorderen Oberfläche 162 aufgetragen und im ersten Bindemittel 163 ist eine Vielzahl von Schleifag glomeraten 165 eingebettet. Die Schleifagglomerate 165 umfassen ein Bindemittel 167 und Schleifteilchen 166.
Über den Schleifagglomeraten 165 befindet sich ein zweites Bindemittel 164 zur Bildung der äußersten Oberfläche 168 des Schleifgegenstandes. In 10 sind die Schleifagglomerate unregelmäßig geformt. Die Schleifagglomerate können durch jede Technik hergestellt werden, wie jene, die in US Patent Nr. 4,652,275 und 4,799,939 dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf 11 umfasst ein beschichtetes Schleifmittel 170 einen Schichtträger 171 mit einer vorderen Oberfläche 172. Ein erstes Bindemittel 173 ist über der vorderen Oberfläche 172 aufgetragen und in dem ersten Bindemittel 173 ist eine Vielzahl von Schleifagglomeraten 175 eingebettet. Die Schleifagglomerate 175 umfassen ein Bindemittel 177 und Schleifteilchen 176. Über den Schleifagglomeraten 175 befindet sich ein zweites Bindemittel 174 zur Bildung der äußersten Oberfläche 178 des Schleifgegenstandes. In 11 sind die Schleifagglomerate präzise geformt. Die Schleifagglomerate können durch jede Formungs- oder andere Technik hergestellt werden, wie die in US 5,500,273 dargestellte.
Supersize-Beschichtung
Eine Supersize-Beschichtung kann über der Schleifbeschichtung unter Verwendung herkömmlicher Techniken, wie Walzenauftrag, Sprühauftrag, Heißschmelzauftrag und dergleichen, aufgetragen werden. Die Supersize-Beschichtung kann mehrere Funktionen erfüllen. Zum Beispiel neigt die Supersize-Beschichtung dazu, die Reibung zwischen dem Schleifgegenstand und dem Halbleiterwafer während der Planarisierung zu verringern. Die Supersize-Beschichtung kann auch verhindern, dass die Ansammlung von Teilchen, die während der Planarisierung erzeugt werden, am Schleifgegenstand haftet.
Die Supersize-Beschichtung kann für gewöhnlich ein ladungsbeständiges Material, wie Metallsalze von Fettsäuren (z. B. Zinkstearat, Aluminiumstearat, Kalziumstearat und Lithiumstearat), Graphit, Wachse, Glycolether, Glycerin, Silikonverbindungen, vernetzte Alkyoxysilane (z. B. wie in US Patent Nr. 5,213,589 beschrieben), Polycarbamate und dergleichen umfassen. Es kann auch ein Bindemittel enthalten sein.
B. Herstellung
Präzise geformte Verbundwerkstoffe
Die bevorzugte Methode zur Herstellung eines nützlichen Schleifgegenstandes mit präzise geformten Schleifverbundwerkstoffen ist in US Patent Nr. 5,152,917 und 5,435,816 beschrieben. Die Herstellung wird vorzugsweise in einer Reinraumumgebung (z. B. Reinraum der Klasse 100, Klasse 1000 oder Klasse 10.000) durchgeführt, um eine Kontamination im Schleifgegenstand zu minimieren.
Andere Beschreibungen von geeigneten Methoden finden sich in US Patent Nr. 5,437,754, 5,454,844, 5,437,7543, 5,435,816 und 5,304,223.
Eine andere bevorzugte Methode beinhaltet:

a) die Herstellung einer Aufschlämmung, die Schleifteilchen, Bindemittelvorläufer und wahlweise Zusatzstoffe enthält,
b) die Bereitstellung eines Produktionswerkzeuges mit einer vorderen Oberfläche und mit einer Vielzahl von Hohlräumen, die sich von der vorderen Oberfläche erstrecken,
c) das Einführen einer Aufschlämmung in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges,
d) das Einführen eines Schichtträgers an der vorderen freiliegende Oberfläche des Produktionswerkzeuges, so dass die Aufschlämmung eine Hauptoberfläche des Schichtträgers zur Bildung eines Gegenstandes benetzt,
e) zumindest das teilweise Härten oder Gelieren des Bindemittelvorläufers, bevor der Gegenstand die obere Oberfläche des Produktionswerkzeuges verlässt,
f) das Entfernen des erhaltenen Schleifgegenstandes von dem Produktionswerkzeug zur Bildung eines Schleifgegenstandes mit präzise geformten Schleifverbundwerkstoffen, die an einen Schichtträger gebunden sind,
g) wahlweise des Weiteren das Härten des Bindemittelvorläufers.

Dieser Prozess ist in 15 näher dargestellt. Unter Bezugnahme auf 15 verlässt der Schichtträger 341 eine Abwickelstation 342 und gleichzeitig verlässt das Produktionswerkzeug (Musterungswerkzeug) 346 eine Abwickelstation 345. Das Produktionswerkzeug 346 wird mit der Aufschlämmung an der Beschichtungsstation 344 beschichtet.
Diese Aufschlämmung wird durch Kombinieren des Bindemittelvorläufers, der Schleifteilchen und der wahlweisen Zusatzstoffe mit Hilfe jeder geeigneten Mischtechnik hergestellt. Zu Beispielen von Mischtechniken zählt das Mischen mit geringer Scherung und hoher Scherung, wobei das Mischen mit hoher Scherung bevorzugt ist. Ultraschallenergie kann auch in Kombination mit dem Mischungsschritt verwendet werden, um die Viskosität der Aufschlämmung zu senken (die Viskosität ist in der Herstellung des Schleifgegenstandes wichtig) und/oder die Rheologie der erhaltenen Schleifaufschlämmung zu beeinflussen. Ein anderes Mittel ist die Verwendung eines Lösemittels oder Wassers in der Aufschlämmung oder die Verwendung von Oberflächenbehandlungen mit den Schleif- und/oder Füllteilchen. Ein weiteres Mittel ist die Erwärmung der Aufschlämmung (z. B. im Bereich von 30 bis 70°C). Zusätzlich wird ein weiteres Mittel zum Mikrofluidisieren oder Kugelmahlen der Aufschlämmung vor dem Auftrag verwendet.
Für gewöhnlich werden die Schleifteilchen langsam in den Bindemittelvorläufer zugegeben. Es ist bevorzugt, dass die Aufschlämmung eine homogene Mischung aus Bindemittelvorläufer, Schleifteilchen und wahlweise Zusatzstoffen ist. Falls notwendig, kann Wasser und/oder ein Lösemittel zugesetzt werden, um die Viskosität zu senken. Die Bildung von Luftblasen kann minimiert werden, z. B. indem ein Vakuum entweder während oder nach dem Mischschritt erzeugt wird. Als Alternative ist in einigen Fällen bevorzugt, Luftblasen in die Aufschlämmung einzuführen. Nach dem Härten bleiben diese Luftblasen in der Schleifbeschichtung, um eine Porosität zu erzeugen.
Die Beschichtungsstation kann jedes herkömmliche Beschichtungsmittel sein, wie ein Tropfschmelzbeschichter, eine Rakelstreichmaschine, ein Vorhangbeschichter, ein Vakuumschmelzbeschichter oder ein Schmelzbeschichter. Die bevorzugte Beschichtungstechnik ist eine Vakuumfluid führende Düse, wie in US Patent Nr. 3,594,865, 4,959,265 und 5,077,870 beschrieben. Während der Beschichtung wird die Bildung von Luftblasen vorzugsweise minimiert. Im Gegensatz dazu kann in einigen Fällen bevorzugt sein, Luft in die Aufschlämmung einzuarbeiten, während die Aufschlämmung in das Produktionswerkzeug aufgetragen wird. Diese eingeschlossene Luft kann zu einer Porosität (d. h. Poren) in der Schleifbeschichtung führen und möglicherweise die Erodierbarkeit der Schleifbeschichtung erhöhen. Zusätzlich kann Luft entweder während dem Mischen oder Beschichten in die Aufschlämmung eingepumpt werden.
Nach dem Beschichten des Produktionswerkzeuges werden der Schichtträger und die Aufschlämmung durch ein beliebiges Mittel miteinander in Kontakt gebracht, so dass die Aufschlämmung die vordere Oberfläche des Schichtträgers benetzt. In 15 wird die Aufschlämmung mit dem Schichtträger mit Hilfe eines Kontaktwalzenspaltes 347 in Kontakt gebracht. Der Kontaktwalzen spalt 347 presst die erhaltene Konstruktion gegen eine Stütztrommel 343. Der Walzenspalt kann aus jedem Material bestehen; es ist jedoch bevorzugt, dass der Walzenspalt aus einem Strukturmaterial, wie Metall, Metalllegierungen, Gummi oder Keramik, besteht. Die Härte des Walzenspaltes kann etwa 30 bis 120 Durometer, für gewöhnlich zwischen 60 und 100 Durometer und insbesondere etwa 90 Durometer betragen.
Anschließend wird eine gewisse Form von Energie vorzugsweise in die Aufschlämmung übertragen, um den Bindemittelvorläufer durch die Energiequelle 348 zumindest teilweise zu härten. Die Wahl der Energiequelle hängt teilweise von der Chemie des Bindemittelvorläufers, dem Produktionswerkzeug und anderen Verarbeitungsbedingungen ab. Die Energiequelle sollte das Produktionswerkzeug oder den Schichtträger nicht nenenenswert schädigen. Der Begriff Teilhärtung bedeutet, dass der Bindemittelvorläufer in einen solchen Zustand polymerisiert wird, dass die Aufschlämmung nicht fließt, wenn sie im Werkzeug umgekehrt wird. Der Bindemittelvorläufer kann durch eine passende Energiequelle vollständig gehärtet werden, sobald er von dem Produktionswerkzeug entfernt ist.
Dann werden das Produktionswerkzeug und der Schleifgegenstand in einem Winkel Alpha getrennt. Der Winkel Alpha ist ein Winkel, der effektiv ist, um das Produktionswerkzeug und den Schleifgegenstand zu trennen. Wenn der Bindemittelvorläufer nicht vollständig gehärtet ist, kann der Bindemittelvorläufer dann entweder im Laufe der Zeit und/oder durch Behandlung mit einer Energiequelle vollständig gehärtet werden. Danach wird das Produktionswerkzeug wieder auf einen Dorn 349 gewickelt, so dass das Produktionswerkzeug wieder verwendet werden kann. Zusätzlich wird der Schleifgegenstand 340 auf einen Dorn 349 gewickelt.
In einer anderen Variation dieser ersten Methode kann die Aufschlämmung auf den Schichtträger aufgetragen werden und nicht in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges. Der mit der Aufschlämmung beschichtete Schichtträger wird dann mit dem Produktionswerkzeug in Kontakt gebracht, so dass die Aufschlämmung in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges fließt. Die übrigen Schritte zur Herstellung des Schleifgegenstandes sind dieselben wie die zuvor beschriebenen.
Die Energiequelle kann eine Quelle thermischer Energie oder Strahlungsenergie sein, wie ein Elektronenstrahl, ultraviolettes Licht oder sichtbares Licht. Die erforderliche Energiemenge hängt von der chemischen Eigenschaft der reaktiven Gruppen in dem Bindemittelvorläufer, wie auch von der Dicke und Dichte der Bindemittelvorläuferbeschichtung ab. Für die thermische Energie ist eine Ofentemperatur von etwa 50°C bis etwa 250°C und eine Dauer von etwa 15 Minuten bis etwa 16 Stunden im Allgemeinen ausreichend. Elektronenstrahl-Strahlung, die auch als ionisierende Strahlung bekannt ist, kann bei einem Energiepegel von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad, vorzugsweise bei einem Energiepegel von etwa 1 bis etwa 10 Mrad verwendet werden. Ultraviolettstrahlung bezieht sich auf Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200 bis etwa 400 Nanometer, vorzugsweise im Bereich von etwa 250 bis 400 Nanometer. Es ist bevorzugt, dass 118 bis 236 Watt/cm Ultraviolettlicht verwendet werden. Sichtbare Strahlung bezieht sich auf Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 400 bis etwa 800 Nanometer, vorzugsweise im Bereich von etwa 400 bis etwa 550 Nanometer.
Es ist bevorzugt, dass der Bindemittelvorläufer durch Strahlungsenergie gehärtet wird. Die Strahlungsenergie kann durch den Schichtträger oder durch das Produktionswerkzeug übertragen werden. Der Schichtträger oder das Produktionswerkzeug sollten die Strahlungsenergie nicht nennenswert absorbieren. Zusätzlich sollte die Strahlungsenergiequelle den Schichtträger oder das Produktionswerkzeug nicht nennenswert beschädigen. Zum Beispiel kann Ultraviolettlicht durch einen Polyester-Schichtträger übertragen werden. Als Alternative, wenn das Produktionswerkzeug aus bestimmten thermoplastischen Materialien hergestellt ist, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polykarbonat, Poly(ethersulfon), Poly(methylmethacrylat), Polyurethanen, Polyvinylchlorid oder Kombinationen davon, kann ultraviolettes oder sichtbares Licht durch das Produktionswerkzeug und in die Aufschlämmung übertragen werden. Für Produktionswerkzeuge auf Thermoplast-Basis sollten die Betriebsbedingungen für die Herstellung des Schleifgegenstandes so eingestellt sein, dass keine übermäßige Wärme erzeugt wird. Wenn übermäßige Wärme erzeugt wird, kann sie das thermoplastische Werkzeug verformen oder schmelzen.
Die erhaltene verfestigte Aufschlämmung oder der Schleifverbundwerkstoff hat das umkehrte Muster des Produktionswerkzeuges. Durch zumindest teilweises Härten oder Verfestigen auf dem Produktionswerkzeug hat der Schleifverbundwerkstoff ein präzises und vorbestimmtes Muster.
Das Produktionswerkzeug hat eine vordere Oberfläche, die eine Vielzahl von Hohlräumen enthält, die sich als Vertiefungen aus der vorderen Oberfläche erstrecken. Diese Hohlräume weisen im Wesentlichen die umgekehrte Form des Schleifverbundwerkstoffes auf und sind für die Erzeugung der Form und Anordnung der Schleifverbundwerkstoffe verantwortlich.
Diese Hohlräume können jede geometrische Form haben, die die umkehrte Form der geometrischen Formen ist, die für Schleifverbundwerkstoffe geeignet sind, wie kubisch, zylindrisch, prismenförmig, halbkugelförmig, rechteckig, pyramidenförmig, pyramidenstumpfförmig, kegelförmig, kegelstumpfförmig, kreuzförmig und pfos tenartig mit einer flachen oberen Oberfläche. Die Dimensionen der Hohlräume sind so gewählt, dass die gewünschte Anzahl von Schleifverbundwerkstoffen/Quadratzentimeter erhalten wird. Die Hohlräume können in einem punktförmigen Muster vorhanden sein, wobei benachbarte Hohlräume an ihren Abschnitten, wo die Vertiefungen zu einer gemeinsamen planaren Hauptfläche des Produktionswerkzeuges, die in den Zwischenräumen der Hohlräume gebildet ist, aneinander stoßen. Vorzugsweise wird die Form der Hohlräume so gewählt, dass der Oberflächenbereich des Schleifverbundwerkstoffes von dem Schichtträger weg abnimmt.
Das Produktionswerkzeug kann die Form eines Riemens, einer Schicht, einer kontinuierlichen Schicht oder Bahn, einer Auftragwalze, wie einer Rotogravurwalze, einer Hülse, die auf einer Auftragwalze montiert ist, oder einer Düse aufweisen. Das Produktionswerkzeug kann aus einem Metall (z. B. Nickel), Metalllegierungen oder Kunststoff bestehen. Das Produktionswerkzeug kann durch jede herkömmliche Technik hergestellt werden, einschließlich der Photolithographie, dem Rändeln, Gravieren, Abwälzfräsen, Elektroformen, Diamantdrehen, und dergleichen. Zum Beispiel kann ein Kupferwerkzeug diamantgedreht werden und dann kann ein Nickelmetallwerkzeug von dem Kupferwerkzeug galvanisiert werden. Nähere Einzelheiten zur Herstellung eines Hauptwerkzeuges oder eines Produktionswerkzeuges finden sich in US Patent Nr. 5,152,917, 5,489,235, 5,454,844, 5,435,816; PCT WO 95/07797 und PCT WO 95/22436. In einigen Fällen ist ein photolithographischer Prozess erwünscht, da er Muster erzeugt, die nicht oder nur schwierig und teuer durch andere Techniken, wie das Diamantdrehen zu erzeugen sind.
Ein thermoplastisches Werkzeug kann von einem Metallhauptwerkzeug abgenommen werden. Das Hauptwerkzeug hat das umgekehrte Muster zu dem für das Produktionswerkzeug gewünschten. Das Hauptwerkzeug ist vorzugsweise aus einem Metall, z. B. einem nickelplattierten Metall, wie Aluminium, Kupfer oder Bronze hergestellt. Ein thermoplastisches Schichtmaterial kann wahlweise gemeinsam mit dem Hauptwerkzeug erwärmt werden, so dass das thermoplastische Material mit dem Hauptwerkzeugmuster geprägt wird, indem die zwei zusammengepresst werden. Das thermoplastische Material kann auch extrudiert oder zu dem Hauptwerkzeug gegossen und dann gepresst werden. Das thermoplastische Material wird in einen nicht fließfähigen Zustand abgekühlt und dann von dem Hauptwerkzeug getrennt, um ein Produktionswerkzeug zu erzeugen.
Zusätzliche Informationen über thermoplastische Produktionswerkzeuge finden sich in US Patent Nr. 5,435,816. Beispiele für thermoplastische Materialien, die zur Bildung des Produktionswerkzeuges nützlich sein können, umfassen: Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyamide, Polyurethane, Polykarbonate, Kombinationen davon und dergleichen.
Zusätzlich ist in einigen Fällen bevorzugt, dass das thermoplastische Produktionswerkzeug Zusatzstoffe wie Antioxidantien und/oder UV-Stabilisatoren enthält. Diese Zusatzstoffe können die Lebensdauer des Produktionswerkzeuges verlängern.
Das Produktionswerkzeug kann auch eine Trennbeschichtung enthalten, um eine leichtere Lösung des Schleifgegenstandes von dem Produktionswerkzeug zu ermöglichen. Beispiele für solche Trennbeschichtungen umfassen Silikone und Fluorchemikalien.
Unregelmäßig geformte Schleifverbundwerkstoffe
Es gibt viele Mittel zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, der unregelmäßig geformte Schleifverbundwerkstoffe umfasst. Diese Verbundwerkstoffe, können, obwohl sie unregelmäßig geformt sind, dennoch in einem vorgegebenen Muster bereitgestellt werden, in dem die Stelle der Verbundwerkstoffe vorgegeben ist. In einer Methode wird die Aufschlämmung in Hohlräume eines Produktionswerkzeuges aufgetragen, um die Schleifverbundwerkstoffe zu erzeugen. Das Produktionswerkzeug kann dasselbe Produktionswerkzeug sein, das zuvor im Falle von präzise geformten Verbundwerkstoffen beschrieben wurde. Die Aufschlämmung wird jedoch von dem Produktionswerkzeug entfernt, bevor der Bindemittelvorläufer ausreichend gehärtet oder verfestigt ist, so dass er im Wesentlichen sein Form behält, wenn er vom Produktionswerkzeug entfernt wird. Anschließend wird der Bindemittelvorläufer gehärtet oder verfestigt. Da der Bindemittelvorläufer nicht gehärtet ist, während er sich in den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges befindet, führt dies dazu, dass die Aufschlämmung fließt und die Form des Schleifverbundwerkstoffes verformt.
Ein Beispiel einer solchen Methode zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, der unregelmäßig geformte Verbundwerkstoffe aufweist, ist in 16 dargestellt. Der Schichtträger 351 verlässt eine Abwickelstation 352 und die Aufschlämmung 354 wird an einer Beschichtungsstation 353 auf das Produktionswerkzeug 355 aufgetragen. Das Produktionswerkzeug kann in Schichtform bereitgestellt sein, und an seinen freien Enden verschweißt sein, um eine Endloshülse zu bilden, die auf einer äußeren Oberfläche einer Trommel 355 durch Wärmeschrumpfung aufgebracht werden kann. Die Aufschlämmung kann auf das Werkzeug aufgetragen werden, und ihre Viskosität kann kontrolliert werden, wie zuvor im Falle der Herstellung präzise geformter Verbundwerkstoffe beschrieben wurde. Das Vorhandensein oder Fehlen von Luftblasen während dem Mischen und/oder Beschichten kann ebenso mit Hilfe der Prozeduren kontrolliert werden, die für den Fall von präzise geformten Verbundwerkstoffen beschrieben wurden.
Anschließend wird der Schichtträger mit der Aufschlämmung und dem Produktionswerkzeug 355 durch einen Walzenspalt 356 in Kontakt gebracht, so dass die Aufschlämmung die Hohlräume des Produktionswerkzeuges füllt. Dann wird der mit der Aufschlämmung beschichtete Schichtträger von dem Produktionswerkzeug entfernt. Nach dem Entfernen hat die Aufschlämmung ein zugehöriges Muster; das Muster der Schleifverbundwerkstoffe wird durch die Hohlräume in dem Produktionswerkzeug gebildet.
Nach der Entfernung wird der mit der Aufschlämmung beschichtete Schichtträger einer Energiequelle 357b ausgesetzt, um die Polymerisation des Bindemittelvorläufers auszulösen und somit die Schleifverbundwerkstoffe zu bilden; geeignete Energiequellen sind dieselben wie jene, die zuvor für die Herstellung präzise geformter Schleifverbundwerkstoffe beschrieben wurden. Nach dem Härten wird der erhaltene Schleifgegenstand an einer Station 358 auf eine Rolle gewickelt. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass die Zeit zwischen der Trennung des mit der Aufschlämmung beschichteten Schichtträgers von dem Produktionswerkzeug bis zur Härtung des Bindemittelvorläufers relativ minimal ist (z. B. in der Größenordnung von Sekunden bis Stunden). Wenn diese Zeit zu lange ist, fließt die Aufschlämmung und das Muster wird in einem solchen Maße verzerrt, dass das Muster im Wesentlichen verschwindet. Zusätzliche Einzelheiten zur Herstellung dieser Art von Schleifgegenstand finden sich in US Patent Nr. 4,773,920 und 5,014,468. Wahlweise kann die Aufschlämmung mit der Energiequelle 357a teilweise gehärtet werden, während sie sich mit dem Produktionswerkzeug in Kontakt befindet, vorausgesetzt, dass die Aufschlämmung von dem Produktionswerkzeug entfernt wird, bevor der Bindemittelvorläufer ausreichend gehärtet oder verfestigt ist, so dass er bei der Entfernung von dem Produktionswerkzeug seine Form behält. Anschließend wird der Bindemittelvorläufer an der Energiequelle 357b gehärtet oder verfestigt.
In einer Variation dieser Methode kann die Aufschlämmung auf den Schichtträger aufgetragen werden. Der Schichtträger wird dann mit dem Produktionswerkzeug in Kontakt gebracht, so dass die Hohlräume des Produktionswerkzeuges mit der Aufschlämmung gefüllt sind. Die übrigen Schritte zur Herstellung des Schleifgegenstandes sind dieselben wie oben ausführlich beschrieben. Nach der Herstellung des Schleifgegenstandes kann er vor der Konvertierung flexibilisiert und/oder befeuchtet werden.
In einem anderen Verfahren zur Herstellung unregelmäßig geformter Verbundwerkstoffe kann die Aufschlämmung auf die Oberfläche einer Rotogravurwalze aufgetragen werden. Der Schichtträger kommt mit der Rotogravurwalze in Kontakt und die Aufschlämmung befeuchtet den Schichtträger. Die Rotogravurwalze verleiht dann der Aufschlämmung ein Muster oder eine Textur. Danach wird die Aufschlämmung/Schichtträger-Kombination von der Rotogravurwalze entfernt. Danach wird die erhaltene Konstruktion Bedingungen zum Verfestigen des Bindemittelvorläufers ausgesetzt, so dass eine Schleifbeschichtung gebildet wird. Eine Variation dieses Prozesses ist das Auftragen der Aufschlämmung auf den Schichtträger und das In-Kontakt-Bringen mit der Rotogravurwalze.
Die Rotogravurwalze kann jedes gewünschte Muster, wie eine hexagonale Anordnung, Stege, Gitter, Kugeln, Pyramiden, abgestumpfte Pyramiden, Kegel, Würfel, Blöcke und Stäbe und dergleichen verleihen. Die Rotogravurwalze kann ein derartiges Muster erzeugen, dass zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffformen eine Stegfläche entsteht. Diese Stegfläche kann eine Mischung aus Schleifteilchen und Bindemittel enthalten. Als Alternative kann die Rotogravurwalze ein solches Muster verleihen, dass der Schichtträger zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffformen frei liegt.
Ebenso kann die Rotogravurwalze ein derartiges Muster verleihen, dass eine Mischung aus Formen vorhanden ist.
Eine andere Methode ist das Aufsprühen oder Auftragen der Aufschlämmung durch ein Sieb, um ein Muster und die Schleifverbundwerkstoffe zu erzeugen. Dann wird der Bindemittelvorläufer gehärtet oder verfestigt, um die Schleifverbundwerkstoffe zu erzeugen. Das Sieb kann jedes gewünschte Muster erzeugen, wie eine hexagonale Anordnung, Stege, Gitter, Kugeln, Pyramiden, abgestumpfte Pyramiden, Kegel, Würfel, Blöcke, Stäbe und dergleichen. Das Sieb kann ein derartiges Muster erzeugen, dass zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffformen eine Stegfläche entsteht. Diese Stegfläche kann eine Mischung aus Schleifteilchen und Bindemittel enthalten. Als Alternative kann das Sieb ein solches Muster verleihen, dass der Schichtträger zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffformen frei liegt.
Ebenso kann das Sieb ein derartiges Muster verleihen, dass eine Mischung aus Formen vorhanden ist. Diese Art von Prozess ist in US Patent Nr. 3,605,349 näher beschrieben.
Geprägte Schichtträger
Es gibt eine andere Technik, um einen dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstand herzustellen. Gemäß dieser Technik wird ein Schichtträger bereitgestellt, der geprägt ist. Eine Aufschlämmung wird über dem Schichtträger aufgetragen. Die Schleifbeschichtung folgt der Kontur des geprägten Schichtträgers, um eine texturierte Beschichtung bereitzustellen. Die Aufschlämmung kann über dem geprägten Schichtträger mit Hilfe jeder geeigneten Technik wie Walzenauftrag, Sprühen, Schmelzbeschichten, Rakelauftrag und dergleichen aufgetragen werden. Nachdem die Aufschlämmung über dem geprägten Schichtträger aufgetragen wurde, wird die erhaltene Konstruktion einer geeigneten Energiequelle ausgesetzt, um den Verfestigungsprozess zur Bildung der Schleifbeschichtung auszulösen. Ein Beispiel für eine Schleifbeschichtung, die über einem geprägten Schichtträger aufgetragen wird, findet sich in US Patent Nr. 5,015,266.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes unter Verwendung eines geprägten Schichtträgers ist in US Patent Nr. 5,219,462 beschrieben. Eine Aufschlämmung wird in die Vertiefungen eines geprägten Schichtträgers aufgetragen. Die Aufschlämmung enthält Schleifteilchen, einen Bindemittelvorläufer und ein Treibmittel. Die erhaltene Konstruktion wird derartigen Bedingungen ausgesetzt, dass das Treibmittel bewirkt, dass sich die Aufschlämmung über der vorderen Oberfläche des Schichtträgers ausdehnt. Danach wird der Bindemittelvorläufer verfestigt, um eine Bindemittel zu bilden und die Aufschlämmung wird zu Schleifverbundwerkstoffe umgewandelt. Die erhaltenen Schleifgegenstände sind in 8 und 9 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 8 umfasst ein Schleifgegenstand 100 einen geprägten Schichtträger 102 mit Vertiefungen 110 mit Seitenwänden 112 und einer Bodenwand 114. Der Schichtträger 102 hat eine hintere Oberfläche 106. Die Schleifverbundwerkstoffe 120 sind länglich und zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffen sind Öffnungen 104 vorhanden, wo der Schichtträger frei liegt. Schleifverbundwerkstoffe 120 umfassen Schleifteilchen 124 und ein Bindemittel 122.
Unter Bezugnahme auf 9 umfasst ein Schleifgegenstand 130 einen geprägten Schichtträger 132 mit Vertiefungen 140 mit Seitenwänden 142 und einer Bodenwand 144. Der Schichtträger 132 hat eine hintere Oberfläche 136. Schleifverbundwerkstoffe 150 sind getrennt und es sind Öffnungen 134 zwischen benachbarten Schleifverbundwerkstoffen vorhanden, wo der Schichtträger frei liegt. Die Schleifverbundwerkstoffe 150 umfassen Schleifteilchen 154 und ein Bindemittel 152. Die äußere Oberfläche der Schleifverbundwerkstoffe hat eine zugehörige raue Oberfläche oder Textur 156.
Eine Variation der geprägten Schichtträger-Technik verwendet einen perforierten Schichtträger, bei dem eine Schleifbeschichtung an die vordere Oberfläche des Schichtträgers gebunden ist. Dieser perforierte Schichtträger hat eine Reihe oder eine vorgegebene Anordnung von Löchern oder Hohlräumen, die sich durch die Breite des Schichtträgers erstrecken. Die Aufschlämmung wird (z. B. durch Rakelauftrag) über dem Schichtträger aufgetragen. Diese Hohlräume erzeugen an sich eine texturierte Schleifbeschichtung.
Thermoplastische Bindemittel
Eine alternative Methode zur Herstellung des Schleifgegenstandes ist die Verwendung eines thermoplastischen Bindemittels. Der Gegenstand kann mit oder ohne Schichtträger hergestellt werden. Für gewöhnlich werden das thermoplastische Bindemittel, die Schleifteilchen und etwaige wahlweise Zusatzstoffe nach herkömmlichen Techniken vermengt, z. B. durch Zuleiten der Zusammensetzung in einen Einzel- oder Doppelschneckenextruder, einen Einzelschnecken- oder Doppelschneckenextruder, und dann kann das Extrudat zu Pellets oder langen Blöcken geformt werden. Der Schleifgegenstand wird dann nach einem von vielen Protokollen gebildet.
Zum Beispiel kann der Schleifgegenstand durch Spritzguss- oder Druckformen der vermengten Zusammensetzung unter Verwendung einer Form gebildet werden, die im Wesentlichen das umgekehrte Muster des gewünschten Musters der Schleifgegenstandoberfläche aufweist. Die vermengte Zusammensetzung kann auch bis zu dem Punkt erwärmt werden, an dem sie eine geschmolzene Aufschlämmung bildet, wonach sie in eine Form geleitet und abgekühlt wird. Es ist auch möglich, das Bindemittel zu erwärmen, bis es fließt, und dann die Schleifteilchen plus etwaige andere Zusatzstoffe zuzugeben, um die geschmolzene Aufschlämmung zu bilden.
Verschiedene Modifizierungen und Änderungen dieser Erfindung werden für den Fachmann offensichtlich, ohne vom Umfang und Wesen dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte klar sein, dass diese Erfindung nicht ungebührlich auf die hierin dargelegten beispielhaften Ausführungsformen begrenzt ist.
Beispiele
Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung näher. Alle Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen und alle Mengen sind in Gramm angegeben, falls nicht anders definiert. Die Bezeichnungen in Tabelle 1 werden in allen Beispielen verwendet.
Tabelle 1 Materialbezeichnungen
Herstellung der CEO2 Schleifteilchen
Die Ceroxid-Schleifteilchen wurden mit einem Kopplungsmittel in folgender Weise behandelt, um CEO2 zu bilden. Die Ceroxid-Schleifteilchen wurden gemeinsam mit einem Isopropyltriisostearoyltitanat-Kopplungsmittel und Methylethylketon-Lösemittel gemischt. Nach dem Mischen wurde ein Vakuum angelegt, um das organische Lösemittel zu entfernen. Dann wurden die Ceroxid-Schleifteilchen bei Raumtemperatur 48 Stunden getrocknet. Die erhalte nen Schleifteilchen enthielten etwa 1 Gewichtsprozent Kopplungsmittel auf ihrer Oberfläche.
Allgemeine Prozedur I zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen
Der Ceramer-Bindemittelvorläufer wurde zunächst hergestellt und dann wurden zusätzliche Materialien zur Bildung der Schleifaufschlämmung zugegeben. Zur Herstellung des Ceramer-Bindemittelvorläufers wurde zunächst SISOL1 in einen Rundbodenkolben eingebracht, danach HEA, CA1 und CA2. Diese Reihenfolge der Zugabe war wichtig, um einen gleichförmigen Ceramer-Bindemittelvorläufer zu erhalten und eine Gelierung des Ceramers zu vermeiden. Diese Materialien wurden vermischt, um eine gleichförmige Dispersion zu bilden. Dann wurde der Kolben, der diese Materialien enthielt, auf einen Rotationsverdampfer gestellt und etwa 15 Minuten bei 55°C erwärmt und kontinuierlich gerührt. Dann wurde ein Vakuumpumpensystem, das bei etwa 2,64–6,60 KPa (20 bis 50 mm Hg) arbeitete, errichtet, um einen Teil des Wassers zu entfernen, während die Temperatur des Rotationsverdampfers bei etwa 55°C gehalten wurde.
Diese Bedingungen wurden aufrechterhalten, bis genug Wasser entfernt war, so dass der erhaltene Ceramer aus etwa 66% Feststoffen bestand, in etwa 30 Minuten, wodurch der Ceramer-Bindemittelvorläufer erzeugt wurde. BP1 wurde dann dem Ceramer zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa eine Minute gemischt. CEO2 wurde dann langsam zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa vier Minuten gemischt. Danach wurde TIO zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa vier Minuten gemischt. Dann wurde PH1 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa zwei Minuten gemischt. Danach wurde PH2 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa drei bis vier Minuten gemischt. Danach wurde zusätzliches CA1 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa eine Minuten gemischt. Etwaiges zusätzliches TIO wurde zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa drei Minuten gemischt, um die Schleifaufschlämmung zu bilden.
Allgemeine Prozedur II zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen
Die allgemeine Prozedur II zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen, ist im Wesentlichen dieselbe wie die allgemeine Prozedur I, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Der Ceramer enthielt kein CA2. Es wurden 457,5 Gramm SISOLI, 88,75 Gramm HEA und 37,5 Gramm CA1 in den Rundbodenkolben eingebracht. Der Ceramer wurde erwärmt und wie in Prozedur I abgetrieben. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen von 11,4 Gramm BP1 in 400 Gramm Ceramer hergestellt. Danach wurden dieser Mischung 11,4 Gramm BP2 zugegeben. Danach wurden 540,0 Gramm CEO2 langsam in diese Mischung eingemischt.
Danach wurden 2,0 Gramm PH1 in diese Mischung eingemischt. Schließlich wurden 4,7 Gramm PH2 in diese Mischung eingemischt, um die Schleifaufschlämmung zu bilden.
Allgemeine Prozedur III zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen
Der Ceramer-Bindemittelvorläufer wurde zunächst hergestellt, und dann wurden zusätzliche Materialien zur Bildung der Schleifaufschlämmung zugegeben. Zur Herstellung des Ceramer-Bindemittels wurden zunächst 200,0 Gramm SISOL1 in einen Rundbodenkolben eingebracht, gefolgt von 20,67 Gramm HEMA, 20,67 Gramm BP3 und 16,38 Gramm CA1. Diese Reihenfolge der Zugabe war wichtig, um einen gleichförmigen Ceramer-Bindemittelvorläufer zu erhalten und eine Gelierung des Ceramers zu vermeiden.
Diese Materialien wurden vermischt, um eine gleichförmige Dispersion zu bilden. Dann wurde der Kolben, der diese Materialien enthielt, auf einen Rotationsverdampfer gestellt und etwa 15 Minuten bei 55°C erwärmt und kontinuierlich gerührt. Dann wurde ein Vakuumpumpensystem, das bei etwa 2,64–6,6 KPa (20 bis 50 mm Hg) betrieben wurde, errichtet, um einen Teil des Wassers zu entfernen. Die Temperatur des Rotationsverdampfers wurde bei etwa 55°C gehalten. Der Kolben, der die Materialien enthielt, wurde diesen Bedingungen ausgesetzt, bis genug Wasser entfernt war, so dass der erhaltene Ceramer aus etwa 66% Feststoffen bestand, in etwa 30 Minuten, wodurch das Ceramer-Bindemittel gebildet wurde. Danach wurden 100,0 Gramm dieses Ceramer-Bindemittelvorläufers in einen anderen Kolben eingebracht, dann wurden 3,65 Gramm BP1 und 3,65 Gramm BP2 dem Ceramer zugegeben, und die erhaltene Mischung etwa eine Minute gemischt. Danach wurden etwa 135,0 Gramm CEO2 langsam zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa vier Minuten gemischt. Danach wurden 0,5 Gramm PH1 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa zwei Minuten gemischt. Danach wurden 1,2 Gramm PH2 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde etwa drei bis vier Minuten gemischt, um die Schleifaufschlämmung zu bilden.
Allgemeine Prozedur IV zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen
Der Ceramer-Bindemittelvorläufer wurde zunächst hergestellt, und dann wurden zusätzliche Materialien zur Bildung der Schleifaufschlämmung zugegeben. Zur Herstellung des Ceramer-Bindemittels wurden zunächst 366,4 Gramm SISOLI in einen Rundbodenkolben eingebracht, gefolgt von 306 Gramm CA1 und 71,2 Gramm HEA. Diese Materialien wurden vermischt, um eine gleichförmige Dispersion zu bilden. Dann wurde der Kolben, der diese Materialien enthielt, auf einen Rotationsverdampfer gestellt und etwa 15 Minuten bei 55°C erwärmt und kontinuierlich gerührt. Dann wurde ein Vakuumpumpensystem, das bei etwa 2,6–6,6 KPa (20 bis 50 mm Hg) arbeitete, errichtet, um einen Teil des Wassers zu entfernen. Die Temperatur des Rotationsverdampfers wurde bei etwa 55°C gehalten. Der Kolben, der die Materialien enthielt, wurde diesen Bedingungen ausgesetzt, bis genug Wasser entfernt war, so dass der erhaltene Ceramer aus etwa 66% Feststoffen bestand, in etwa 30 Minuten, wodurch das Ceramer-Bindemittel gebildet wurde.
Danach wurden 40,2 Gramm dieses Ceramer-Bindemittelvorläufers in einen anderen Kolben eingebracht, dann wurden 0,47 Gramm PH2, 0,47 Gramm PH5 und 0,47 Gramm PH4 dem Ceramer zugegeben, und die erhaltene Mischung wurde unter Verwendung eines Luftrührers gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war. Danach wurden etwa 9,8 Gramm BP1 und 9,8 Gramm BP2 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war. Danach wurden 54,2 Gramm CEO2 langsam zugegeben und die erhaltene Mischung wurde gemischt, um die Schleifaufschlämmung zu bilden.
Allgemeine Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes
Ein Polypropylen-Produktionswerkzeug wurde bereitgestellt, das eine Reihe von Hohlräumen mit spezifizierten Dimensionen enthielt, und diese Hohlräume wurden in einer vorbestimmten Reihenfolge oder Anordnung angeordnet. Das Produktionswerkzeug war im Wesentlichen die Umkehr der gewünschten Form, Dimensionen und Anordnung der Schleifverbundwerkstoffe. Das Produktionswerkzeug wurde an einer Metallträgerplatte unter Verwendung eines maskierungsartigen, druckempfindlichen Klebebandes befestigt. Die Schleifaufschlämmung wurde in den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges unter Verwendung eines Gummiwischers aufgebracht, so dass die Schleifaufschlämmung die Hohlräume vollständig ausfüllte.
Danach wurde ein PPF-Schichtträger mit der Schleifaufschlämmung in Kontakt gebracht, die in den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges enthalten war. Eine Gummiwalze wurde über die hintere Oberfläche des Schichtträgers gerollt, um sicherzustellen, dass die Schleifaufschlämmung die vordere Oberfläche des Schichtträgers benetzte und um unerwünschte Luftblasen zu entfernen.
Der Gegenstand wurde gehärtet, indem das Werkzeug gemeinsam mit dem Schichtträger und dem Bindemittelvorläufer vier Durchläufe unter einer Ultraviolettlichtlampe ("V"-Birne, im Handel erhältlich von Fusion Systems Inc.) durchgeleitet wurde, die bei etwa 236,2 Watt/cm (600 Watt/Inch) betrieben wurde. Die Strahlung ging durch den Film-Schichtträger hindurch. Die Geschwindigkeit betrug etwa 7,6 bis 10,7 Meter/Minute (25 bis 35 Fuß/Minute). In einigen Fällen war die Probe breiter als die "V"-Birne. In einem solchen Fall wurde eine Seite der Probe zweimal unter der Birne durchgeleitet und dann wurde die andere Seite der Probe zweimal unter der Birne durchgeleitet. Diese Ultraviolettlichtbestrahlung bewirkte eine Auslösung der Polymerisation des Bindemittelvorläufers und dass die Schleifaufschlämmung zu einem Schleifverbundwerkstoff umgeformt wurde, wobei der Schleifverbundwerkstoff an dem PPF-Film-Schichtträger haftete. Die Härtung erfolgte unter Umgebungsbedingungen. Danach wurde die PPF/Schleifverbundwerkstoff-Konstruktion von dem Produktionswerkzeug getrennt, um einen Schleifgegenstand zu bilden. Der Schleifgegenstand wurde dann etwa 15 Sekunden bis eine Minute bei etwa 110°C bis 115,5°C (230 bis 240°F) erwärmt, um die Grundierung auf dem PPF-Schichtträger zu aktivieren.
Zur Vorbereitung des Schichtträgers zur Testung wurden die Kanten von zwei Schleifgegenständen aneinander gelegt und an ein druckempfindliches Klebeband laminiert, das im Handel von 3M, St. Paul, MN unter der Handelsbezeichnung "Scotch Adhesive 7963MP" erhältlich ist. Dann wurde eine kreisförmige Testprobe mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Inch) für den Test ausgestanzt.
Allgemeine Prozedur II zur Herstellung des Schleifgegenstandes
Der Schleifgegenstand wurde auf einer Maschine ähnlich jener, die in 15 der vorliegenden Anmeldung dargestellt ist, hergestellt. Dieser Prozess wurde in einem Reinraum der Klasse 10.000 ausgeführt. Ein Polypropylen-Produktionswerkzeug wurde bereitgestellt, das eine Reihe von Hohlräumen mit spezifizierten Dimensionen enthielt, die in einer vorbestimmten Reihenfolge oder Anordnung angeordnet waren. Das Produktionswerkzeug war im Wesentlichen die Umkehr der gewünschten Form, Dimensionen und Anordnung der Schleifverbundwerkstoffe. Das Produktionswerkzeug wurde von einer Wickelvorrichtung abgewickelt. Die Schleifaufschlämmung wurde bei Raumtemperatur aufgetragen und in die Hohlräume des Produktionswerkzeuges unter Verwendung eines Vakuumschlitzschmelzbeschichters aufgebracht. Danach wurde der PPF-Schichtträger mit dem mit der Schleifaufschlämmung beschichteten Produktionswerkzeug in Kontakt gebracht, so dass die Schleifaufschlämmung die vordere Oberfläche des Schichtträgers benetzte. Danach wurde Ultraviolettlichtstrahlung durch das Produktionswerkzeug und in die Schleifaufschlämmung geleitet. Es wurden zwei verschiedene Ultraviolettlampen in Serie verwendet. Die erste UV-Lampe war ein Fusion System Ultraviolettlicht, das eine "V"-Birne verwendete und bei 236,2 Watt/cm (600 Watt/Inch) betrieben wurde. Die zweite war eine ATEK Ultraviolettlampe, die eine Quecksilberbirne mittleren Drucks verwendete und bei 157,5 Watt/cm (400 Watt/Inch) betrieben wurde. Bei Bestrahlung mit dem Ultraviolettlicht wurde der Bindemittelvorläufer zu einem Bindemittel umgewandelt und die Schleifaufschlämmung wurde zu einem Schleifverbundwerkstoff umgewandelt. Dann wurde das Produktionswerkzeug von dem Schleifverbundwerkstoff/Schichtträger entfernt und das Produktionswerkzeug wieder aufgewickelt. Danach wurde der Schleifverbundwerkstoff/Schichtträger, die den Schleifgegenstand bilden, auf einen Kern gewickelt.
Dieser Prozess war ein kontinuierlicher Prozess, der bei etwa 4,6 bis 7,6 Meter/Minute (15 bis 25 Fuß/Minute) betrieben wurde. Der Schleifgegenstand wurde dann etwa zwei Minuten bei 110 bis 115,5°C (230 bis 240°F) erwärmt, um die Grundierung auf dem PPF-Schichtträger zu aktivieren.
Zur Vorbereitung des Schichtträgers zur Testung wurde der Schichtträger an ein druckempfindliches Klebeband laminiert, das im Handel von 3M, St. Paul, M, unter der Handelsbezeichnung "Scotch 467MP Hi Performance Adhesive" erhältlich ist. Dann wurde eine kreisförmige Testprobe mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Inch) für den Test ausgestanzt.
Allgemeine Prozedur III zur Herstellung des Schleifgegenstandes
Die allgemeine Prozedur III war im Allgemeinen dieselbe wie die allgemeine Prozedur II, mit der Ausnahme, dass sie nicht in einem Reinraum ausgeführt wurde und zwei identische Ultraviolettlampen (Fusion System), die eine "V"-Birne verwendeten und bei 236,2 Watt(cm (600 Watt/Inch) betrieben wurden, verwendet wurden. Der Schleifgegenstand wurde dann etwa 15 Sekunden bis eine Minute bei 110 bis 115,5°C (230 bis 240°F) erwärmt, um die Grundierung auf dem PPF-Schichtträger zu aktivieren.
Zur Vorbereitung des Schichtträgers zur Testung wurden zwei Schleifgegenstände aneinander gelegt und an ein druckempfindliches Klebeband laminiert, das im Handel von 3M, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung "Scotch 467MP Hi Performance Adhesive" erhältlich ist.
Dann wurde eine kreisförmige Testprobe mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Inch) für den Test ausgestanzt.
Allgemeine Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes
Die allgemeine Prozedur IV war im Allgemeinen dieselbe wie die allgemeine Prozedur I, mit der Ausnahme, dass der Schleifgegenstand nicht erwärmt wurde, um die Grundierung auf dem PPF-Schichtträger zu aktivieren.
Allgemeine Prozedur V zur Herstellung des Schleifgegenstandes
Die allgemeine Prozedur V war im Allgemeinen dieselbe wie die allgemeine Prozedur I, mit der Ausnahme, dass der benetzte PPF-Schichtträger und Bindemittelvorläufer, der noch an einer Metallträgerplatte befestigt war, durch einen Labor-Tischlaminator geleitet wurde, der im Handel von Chem Instruments, Modell #001998, erhältlich ist. Der Gegenstand wurde kontinuierlich zwischen zwei Gummiwalzen bei etwa 280 Pa (40 psi) und einer Geschwindigkeit von 2 bis 7 durchgeleitet. Der Gegenstand wurde gehärtet, indem das Werkzeug gemeinsam mit dem Schichtträger und Bindemittelvorläufer unter zwei eisendotierten Lampen durchgeleitet wurde, die im Handel von der American Ultraviolet Company erhältlich sind, die bei etwa 157,5 Watt/cm (400 Watt/Inch) betrieben wurden. Die Strahlung ging durch den Film-Schichtträger. Die Geschwindigkeit betrug etwa 10,2 Meter/Minute (35 Fuß/Minute) und die Probe wurde zweimal durchgeleitet.
Zur Vorbereitung des Schichtträgers zur Testung wurde der Schleifgegenstand an ein druckempfindliches Klebeband laminiert, das im Handel von 3M, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung "Scotch Tape 467MP Hi Performance Adhesive" erhältlich ist. Dann wurde eine kreisförmige Testprobe mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Inch) für den Test ausgestanzt.
Allgemeine Prozedur VI zur Herstellung des Schleifgegenstandes
Die allgemeine Prozedur VI war im Wesentlichen dieselbe wie die allgemeine Prozedur V, mit der Ausnahme, dass der Bindemittelvorläufer gehärtet wurde, indem das Werkzeug gemeinsam mit dem Schichtträger und dem Bindemittelvorläufer unter einer Lampe mit sichtbarem Licht, mit einer "V"-Birne, durchgeleitet wurde, die im Handel von Fusion Systems, Inc., erhältlich ist, die bei etwa 600 Watt/Inch betrieben wurde.
Muster 1
Ein Produktionswerkzeug wurde durch Gießen eines Polypropylenmaterials auf ein Metallhauptwerkzeug mit einer Gussoberfläche hergestellt, die eine Ansammlung von benachbarten abgestumpften Pyramiden enthielt. Das erhaltene Produktionswerkzeug enthielt Hohlräume, die die Form abgestumpfter Pyramiden hatten. Das pyramidenförmige Muster war derart, dass benachbarte Basen nicht mehr als etwa 510 Mikrometer (0,020 Inch) voneinander beabstandet waren. Die Höhe jeder abgestumpften Pyramide war etwa 80 Mikrometer, die Basis war etwa 178 Mikrometer pro Seite und die Oberseite war etwa 51 Mikrometer pro Seite. Es gab etwa 50 Linien/Zentimeter, welche die Anordnung von Verbundwerkstoffen abgrenzten.
Muster 2
Diese Anordnung von Schleifverbundwerkstoffen war ähnlich jener von 6, wobei jede Reihe abwechselnd Schleifverbundwerkstoffe umfasste, die die "Kreuzform" hatten, und Schleifverbundwerkstoffe, die die "x"-Form hatten. In dieser Anordnung waren die Schleifverbundwerkstoffe der ungeraden Reihen zu den Schleifverbundwerkstoffen der geraden Reihen versetzt. In dieser Anordnung war die Gesamtlänge beider Arme sowohl der Kreuz- als auch der x-Form etwa 750 Mikrometer und die Breite eines Arms sowohl der Kreuz- als auch der x-Form war etwa 50 Mikrometer. Etwa 1270 Mikrometer lagen zwischen der Mitte eines Kreuzes zu der Mitte des benachbarten x-förmigen Schleifverbundwerkstoffes. Es waren etwa 8 Kreuze pro laufendem cm (20 Kreuze pro laufendem Inch) vorhanden. Die Höhe der Verbundwerkstoffe betrug etwa 76 Mikrometer (3 mil). Die Kreuze und x waren leicht konisch, mit einem Winkel zwischen etwa 15 bis 20 Grad. Das Produktionswerkzeug wurde durch Extrudieren (Gießen) von Polypropylen auf ein Hauptwerkzeug hergestellt, das durch einen photolithographischen Prozess hergestellt wurde. Während dieses photolithographischen Prozesses wurde ein Photoresist auf eine Magnesiumdruckplatte aufgetragen. Dann wurde die Photolithographie verwendet, um das gewünschte Muster zu schaffen und die Magnesiumsplatte wurde geätzt, um das Muster und somit das Hauptwerkzeug zu bilden.
Muster 3
Dieses Muster war eine quadratische Anordnung von Pfosten mit kreisförmigem Querschnitt. Es waren etwa 20 Pfosten pro laufendem cm (50 Pfosten pro laufendem Inch) vorhanden. Der Pfostendurchmesser betrug etwa 100 Mikrometer (4 mil). Die Pfostenhöhe betrug etwa 76 Mikrometer (3 mil). Die Pfosten waren leicht konisch, mit einem Winkel von etwa 15 bis 20 Grad. Das Produktionswerkzeug wurde auf ähnliche Weise wie jenes von Muster #2 unter Verwendung eines Photolithographie- Prozesses und Gießen eines Polypropylenmaterials von dem Hauptwerkzeug hergestellt.
Testverfahren I
Dieses Testverfahren simulierte den Planarisierungsprozess eines Halbleiterwafers. Das Werkstück für dieses Testverfahren war eine Siliziumbasiseinheit mit einer Siliziumdoxidschicht (d. h., ein "Blanket-Wafer") Im Allgemeinen war dieses Werkstück weniger teuer als ein herkömmlicher gemusterter Halbleiterwafer.
Die Oxidschicht auf einem Blanket-Wafer ist schwieriger zu entfernen als bei einem herkömmlichen gemusterten Halbleiterwafer. Im Allgemeinen umfassen herkömmliche gemusterte Halbleiterwafer eine Vielzahl einzelner Metallverbindungen, die mit einer Metalloxidbeschichtung bedeckt sind. Diese einzelnen Metallverbindungen verringern den Oberflächenbereich deutlich und erhöhen den effektiven Druck auf der Waferoberfläche. Bei einem Blanket-Wafer ist eine kontinuierliche Beschichtung aus Metalloxid vorhanden und die Last ist über den gesamten Oberflächenbereich verteilt, so dass der effektive Druck geringer ist. Da der höhere Druck dazu neigt, zu höheren Schneidgeschwindigkeiten zu führen, können die hohen Schneidgeschwindigkeiten auf den Blanket-Wafern tatsächlich zu noch höheren Schneidgeschwindigkeiten auf herkömmlichen gemusterten Halbleiterwafern führen.
Das Werkstück, d. h., der Blanket-Wafer, wurde nach der folgenden Prozedur hergestellt. Eine Einzelkristall-Siliziumbasiseinheit mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von etwa 0,5 mm wurde von Wafernet, San Jose, CA, gekauft. Die Siliziumbasiseinheit wurde dann in einen Ofen mit einer Wasserstoff- und Sauerstoffatmosphäre gebracht und die Temperatur in dem Ofen auf 1050°C erhöht. Eine gleichförmige Schicht aus Siliziumdioxid wurde thermisch über der Siliziumbasis abgeschieden, und dieser Prozess ist in der Technik als thermischer Oxidprozess bekannt. Die Dicke des abgeschiedenen Siliziumdioxids betrug etwa 7.000 bis 20.000 Ångström, gemessen mit einer Messvorrichtung, die im Handel als Maschine Modell #RR/FTM Resist erhältlich ist, im Handel von Rudolph, Fairfield, NJ erhältlich ist. Die Siliziumdioxiddicke wurde fünf Mal an jeder der folgenden Stellen gemessen: der Mitte, 24 mm direkt unter der Mitte, 36 mm direkt unter der Mitte, 24 mm direkt über der Mitte und 36 mm direkt über der Mitte.
Die Testmaschine war eine modifizierte Strausbaugh Lapping Machine, Modell 6Y-1, ähnlich der in 3 dargestellten Vorrichtung. Das Werkstück wurde zu einem Halterungsring zusammengefügt, der im Handel von Rodel, Newark, DE, erhältlich ist. Ein druckempfindlicher Klebstoff, "Scotch Brand Adhesive #7963MP", der im Handel von 3M, St. Paul, MN, erhältlich ist, wurde auf die Rückseite des Schleifgegenstandes laminiert. Dieser druckempfindliche Klebstoff ermöglichte eine Befestigung des Schleifgegenstandes an einer Polyesterfilmscheibe, mit einem Durchmesser von 40,6 cm (16 Inch), zwischen der Schleifprobenscheibe und der ersten Stützscheibe. Dieser Polyesterfilm verhinderte, dass das Flüssigmedium in die Stützscheiben eindrang. Die erste Stützscheibe war eine Polyurethanscheibe, die im Handel von Rodel, Newark, DE, unter der Handelsbezeichnung "IC1000" erhältlich ist. Die zweite Stützscheibe war eine mit Polyurethan imprägnierte Polyestervlies-Scheibe, die im Handel von Rodel Newark, DE, unter der Handelsbezeichnung "SUBA IV" erhältlich ist. Eine zweite Stützscheibe wurde dann unter der ersten Stützscheibe auf der Auflageplatte der Läppmaschine befestigt. Jede Stützscheibe hatte einen Durchmesser von etwa 30,5 cm (12 Inch).
Vor der Testung wurde ein Aluminiummetallring auf dem Testgerät zum Aufbereiten des Schleifgegenstandes eingesetzt. Der Aluminiummetallring, der anstelle des Werkstückes eingesetzt wurde, wurde bei 100 U/min gedreht und dann mit dem Schleifgegenstand bei einem Druck von 21 Pa (3 psi) 5 Sekunden bis eine Minute in Kontakt gebracht. Nach der Aufbereitung wurde der Schleifgegenstand mit deionisiertem Wasser gespült.
Der Kopf, der das Werkstück hielt, wurde mit etwa 100 U/min in Drehung versetzt, bevor er mit der Schleifscheibe in Kontakt gebracht wurde. Das Werkstück wurde durch einen 31 mm Bogen bewegt, beginnend 13 mm von der Kante der Schleifscheibe mit einer 9 Sekunden Periodizität. Die Schleifscheibe wurde bei etwa 67 bis 70 U/min gedreht. Das Werkstück und die Schleifscheibe drehten im Uhrzeigersinn relativ zueinander. Die Schleifscheibe drehte über einen Bogen von 32 mm in einem 0,9 Sekunden Zyklus. Sowohl die Schleifscheibe als auch das Werkstück wurden zunächst gedreht und dann miteinander bei einem Druck von etwa 21 Pa (3 psi) in Kontakt gebracht. Der Manometer- oder Liniendruck war etwa 5,4 kg (12 lbs) und die abwärtsgerichtete Last oder Kraft betrug etwa 16,2 kg (36 lbs). An der Grenzfläche zwischen Scheibe und Werkstück wurde eine Kaliumhydroxidlösung (0,25 Gewichtsprozent KOH in deionisiertem Wasser) gepumpt, die einen pH im Bereich von etwa 11,5 bis 12,5 hatte. Die Strömungsrate der Kaliumhydroxidlösung war 80 ml/Minute. Die Schleifscheibe wurde zur Behandlung des Werkstücks über einen zwei Minuten Zyklus verwendet. Nach Beendigung der Behandlung wurde das Werkstück mit deionisiertem Wasser gespült und getrocknet.
Danach wurde das Werkstück auf Schneidgeschwindigkeit und Oberflächenbeschaffenheit getestet. Die Schneidgeschwindigkeit wurde gemessen, indem die Oxidfilmdicke an denselben Stellen wie vor der Behandlung mit derselben Maschine gemessen wurde. Der Unterschied zwischen der Werkstückdicke vor der Behandlung und der Dicke nach der Behandlung wird in den folgenden Tabellen als "Schnitt" bezeichnet. Von zwei bis fünf Ablesungen wurde der Durchschnitt bestimmt, um eine durchschnittliche Schneidgeschwindigkeit in Ångström pro Minute zu bestimmen.
In einigen Fällen war die Testlänge länger als zwei Minuten. Die Testlänge ist in jedem Beispiel spezifiziert. Alle zwei Minuten wurde der Test angehalten, um die Schneidgeschwindigkeit zu messen, um das behandelte Testwerkstück zu entfernen und ein neues Werkstück für den nächsten Zyklus einzusetzen.
Testverfahren II
Das Testverfahren II war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren I, mit der Ausnahme, dass der Manometer- oder Liniendruck etwa 4,2 kg (9,3 lbs) betrug und die abwärts gerichtete Lastkraft 10,4 kg (23 lbs) betrug.
Testverfahren III
Das Testverfahren III war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren II, mit der Ausnahme, dass der Schleifgegenstand vor der Verwendung nicht mit dem Aluminiumring aufbereitet wurde.
Testverfahren IV
Folgendes simulierte das Testverfahren zum Modifizieren der frei liegenden Oberfläche eines Halbleiterwafers.
Die Testmaschine wies zwei Teile auf. Die Basiseinheit, die das Werkstück hielt, war ein Ecomet 4 Variable Speed Grinder-Polisher, der im Handel von Buehler Ltd., Lake Bluff, IL, erhältlich ist. Die Basiseinheit hielt eine Schleifscheibe mit einem Durchmesser von 23 cm (9 Inch). Die Schleifscheibe wurde an der Basiseinheit mit Hilfe eines druckempfindlichen Klebstoffs befestigt, der im Handel von 3M, St. Paul, MN, unter der Handels bezeichnung "Scotch Brand Adhesive 7963MP" erhältlich ist. Die Schleifscheibe wurde aus einer größeren Scheibe oder Schicht zum Testen geschnitten. Das Blanket-Wafer-Werkstück wurde auf dieselbe Weise wie in dem Testverfahren I beschrieben vorbereitet. Vor der Behandlung wurde die Werkstückdicke unter Verwendung eines FTM gemessen, der im Handel von Nanometrics, Sunnyvale, CA, unter der Handelsbezeichnung "Nanospec AFT" erhältlich ist. Die Kopfeinheit war ein Automet 2 Power Head, der im Handel von Beuhler Ltd. erhältlich ist. Das Werkstück wurde an der drehenden Automet 2 Power Head Platte mit Hilfe einer Wafermatrizes befestigt, die im Handel von Rodel, Newark, DE, erhältlich ist. Die Kopfeinheit, die die Schleifscheibe enthielt, wurde mit dem Werkstück in Kontakt gebracht. Sowohl die Kopfeinheit als auch das Werkstück drehten während der Behandlung in einer Gegenbewegung relativ zueinander.
Das Werkstück drehte etwa 500 U/min. Die Behandlung wurde nass ausgeführt, wobei Leitungswasser auf die Mitte des Werkstücks gelenkt wurde. Die Behandlungszeit reichte von zwei bis 10 Minuten, abhängig von dem besonderen Beispiel. Der Druck zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück betrug etwa 0,31 kg/cm². Nach einer bestimmten Zeit wurde das Werkstück gespült und mit einem Papiertuch rein gewischt. Danach wurde die endgültige Werkstückdicke unter Verwendung desselben Gerätes gemessen, das zur Messung der anfänglichen Dicke diente. Der Unterschied zwischen der anfänglichen und endgültigen Dicke entsprach dem Schnitt über der spezifizierten Zeitperiode.
Testverfahren V
Das Testverfahren V war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren IV, mit der Ausnahme, dass rein Schmiermittel, das deionisiertes Wasser und Ceroxid-Sol (20% Feststoffe, acetatstabilisiert, mit einem pH von etwa 3,0 und einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 20 Nanometer, erhältlich von Nyacol, Ashland, MA) während der Behandlung auf die Mitte des Werkstücks gelenkt wurde. Zusätzlich betrug der Druck 0,062 kg/cm².
Testverfahren VI
Das Testverfahren VI war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren IV, mit der Ausnahme, dass das Schmiermittel eine Natriumhydroxidlösung war, die einen pH von etwa 10,3 hatte (0,25% NaOH). Zusätzlich betrug an der Grenzfläche etwa 0,188 kg/cm².
Testverfahren VII
Das Testverfahren VII war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren I, mit der Ausnahme, dass der Schleifgegenstand vor der Verwendung nicht mit dem Aluminiumring aufbereitet wurde. Zusätzlich betrug der Manometer- oder Liniendruck etwa 91 Pa (13 psi) und die abwärts gerichtete Lastkraft betrug 17,25 kg (38 lbs).
Testverfahren VIII
Das Testverfahren VIII war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren I, mit der Ausnahme, dass der Schleifgegenstand mit dem Aluminiumring über 15 Sekunden vor der Verwendung aufbereitet wurde. Zusätzlich betrug der Manometer- oder Liniendruck etwa 91 Pa (13 psi) und die abwärts gerichtete Lastkraft betrug 17,25 kg (38 lbs). Die Länge dieses Tests war vier Minuten und alle zwei Minuten wurde der Test gestoppt, um die Schneidgeschwindigkeit zu messen und um ein neues Werkstück einzusetzen.
Testverfahren IX
Das Testverfahren IX war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren III, mit der Ausnahme, dass der Manometer- oder Liniendruck etwa 91 Pa (13 psi) betrug und die abwärts gerichtete Lastkraft 17,25 kg (38 lbs) betrug. Die Testlänge war zwei Minuten.
Testverfahren X
Das Testverfahren X war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren III, mit der Ausnahme, dass die Stützscheibe eine Polyurethanschaumscheibe war, die im Handel von Rodel unter der Handelsbezeichnung "IC1000" erhältlich ist. Zusätzlich befand sich ein 76 Mikrometer (3 mil) Polyesterfilm zwischen der Stützscheibe und dem getesteten Schleifgegenstand.
Testverfahren XI
Das Testverfahren XI war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren X, mit der Ausnahme, dass die gesamte Behandlungsdauer nur eine Minute war.
Testverfahren XII
Das Testverfahren XII war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren XI, mit der Ausnahme, dass der pH der KOH-Lösung eng auf 11,5 kontrolliert wurde.
Testverfahren XIII
Das Testverfahren XIII war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren X, mit der Ausnahme, dass der pH der KOH-Lösung eng auf 12,5 kontrolliert wurde.
Testverfahren XIV
Das Testverfahren XIV war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren IX, mit der Ausnahme, dass der Manometer- oder Liniendruck etwa 112 Pa (16 psi) betrug und die abwärts gerichtete Lastkraft 22,7 kg (50 lbs) betrug.
Testverfahren XV
Das Testverfahren XV war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren I, mit der Ausnahme, dass der Schleifgegenstand vor der Verwendung nicht mit dem Aluminiumring aufbereitet wurde und der Druck 26,6 Pa (3,8 psi) auf der Werkstückoberfläche betrug.
Testverfahren XVI
Das Testverfahren XVI war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren XV, mit der Ausnahme, dass die Behandlungszyklen nur eine Minute dauerten.
Testverfahren XVII
Das Testverfahren XVII war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren XVI, mit der Ausnahme, dass ein gemustertes Werkstück anstelle eines Blanket-Werkstücks verwendet wurde. Die gemusterten Testwafer wurden durch die folgende Prozedur hergestellt. Ein Einzelkristall-Siliziumbasissubstrat mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von etwa 0,5 mm wurde von Wafernet, San Jose, CA, gekauft. Dann wurden gemusterte Merkmale auf jeder Siliziumbasis durch Lithographie und reaktives Plasmaätzen erzeugt. Danach wurde eine dünne Schicht Siliziumdioxid, für gewöhnlich mit einer Dicke zwischen 1,5 bis 2 Mikrometer sich anpassend auf dem gemusterten Wafer-Testwerkstück unter Verwendung der Technik der chemischen Niederdruck-Dampfabscheidung ("low pressure chemical vapor deposition" – LPCVD) abgeschieden. Der Schleifgegenstand wurde zur Behandlung dieses Testwerkstücks über eine Zykluszeit zwischen 30 bis 60 Sekunden verwendet. Nach dieser Zykluszeit wurde der Test gestoppt und der TIR (Total Indicated Runout) gemessen.
Wenn ein erwünschter TIR nicht erreicht wurde, wurde die Behandlung fortgesetzt, um den TIR weiter zu verringern. Für gewöhnlich wurde ein TIR von weniger als 1500 Ångström als wünschenswert erachtet. Der TIR des gemusterten Wafer-Werkstücks wurde vor und nach der Behandlung mit dem Schleifgegenstand des bestimmten Beispiels gemessen. Der TIR wurde unter Verwendung eines Tencor P-2 Long Scan Profilometers gemessen, das im Handel von Tencor, Mountain View, CA, erhältlich ist. Die TIR-Profile wurden über vier bis fünf Anordnungen aufgenommen. Die Bewertungslänge jeder Anordnung betrug 500 bis 5.000 Mikrometer.
Testverfahren XVIII
Das Testverfahren XVIII war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren III, mit der Ausnahme, dass der Waferoberfläche auch eine lose Schleifaufschlämmung zugegeben wurde. Die Schleifaufschlämmung wurde mit einer Geschwindigkeit von 80 ml/Minute über jeden Wafer gepumpt. Diese lose Schleifaufschlämmung war zusätzlich zu dem Flüssigmedium auf KOH-Basis vorhanden. Die lose Schleifaufschlämmung enthielt etwa 30 Gewichtsprozent amorphes geräuchertes Siliziumoxid in deionisiertem Wasser. Diese lose Schleifaufschlämmung wurde von Cabot Corp., Tuscola, IL, unter der Handelsbezeichnung "SC1" Lot #2G69515 gekauft.
Testverfahren XIX
Das Testverfahren XIX war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren XVI, mit der Ausnahme, dass der pH von KOH streng auf 11,5 kontrolliert wurde und die Stützscheibe eine Polyurethanschaumscheibe ("IC1000") war. Zusätzlich befand sich ein 76 Mikrometer (3 mil) dicker Polyesterfilm zwischen der Stützscheibe und dem Schleifgegenstand.
Testverfahren XX
Das Testverfahren XX war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren XIX, mit der Ausnahme, dass die Testlänge zwei Minuten betrug.
Testverfahren XXI
Das Testverfahren XXI war im Wesentlichen dasselbe wie das Testverfahren XIX, mit der Ausnahme, dass die Testlänge fünf Minuten betrug.
Beispiele 1 bis 10
Beispiele 1 bis 10 verglichen verschiedene Formulierungen der Schleifaufschlämmung, in der ein Bindemittelvorläufer verwendet wurde. Die Schleifaufschlämmung wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen, hergestellt. Die Materialien, die den Ceramer bilden, sind in Tabelle 2 aufgelistet. Die Materialien, die die Schleifaufschlämmung bilden, finden sich in Tabelle 3. Die Mengen, die in Tabelle 2 und 3 angegeben sind, sind Gramm Material.
Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Jeder Schleifgegenstand wurde nach dem allgemeinen Testverfahren III getestet. Die Testergebnisse für die Beispiele 1 bis 10 sind in Tabelle 4 aufgelistet. Für jedes Beispiel wurden zwei bis fünf Werkstücke getestet. Die tatsächliche Schneidgeschwindigkeit pro Werkstück, gemeinsam mit einer durchschnittlichen Schneidgeschwindigkeit sind in Tabelle 4 in Ångström/Minute angegeben.
Tabelle 2 Zusammengemischte Materialmengen zur Bildung des Ceramer-Bindemittels
Tabelle 3 Zusammengefügte Materialmengen zur Bildung der Aufschlämmung
Es ist zu beachten, dass in Beispiel 5 zusätzlich 0,2 Gramm PH1 nach CA1 zugegeben wurden. Es ist zu beachten, dass in Beispiel 7 zusätzlich 5 Gramm CEO2 nach CA1 zugegeben wurden. Es ist zu beachten, dass in Beispiel 7 zusätzlich 0,2 Gramm PH1 nach TIO zugegeben wurden.
Tabelle 4 Schneidgeschwindigkeit
Die Beispiele 1 bis 10 zeigten, dass verschiedene Schneidgeschwindigkeit durch Ändern der Formulierung der Schleifaufschlämmung erreicht wurden.
Beispiele 11 bis 25
In dieser Gruppe von Beispielen wurden verschiedene Zusammensetzungen der Schleifaufschlämmung verglichen.
Die Schleifgegenstände für diese Gruppe von Beispielen wurden nach dem Testverfahren I, Testverfahren II und Testverfahren III getestet und die Testergebnisse sind in Tabelle 7, 8 und 9 aufgelistet. In dieser Gruppe von Beispielen wurden ein bis zehn Schleifgegenstände pro Beispiel getestet.
Beispiel 11
Die Schleifaufschlämmung für Beispiel 11 wurde nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen, hergestellt. Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
In den Beispielen 12 bis 19 wurden verschiedene Formulierungen einer Schleifaufschlämmung verglichen, in der ein Weichmacher verwendet wurde. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen von TMPTA, HDDA, PEG, DPP, ABP, CA3, PH3, PH4, PH2 und PH1 mit Hilfe eines Luftrührers hergestellt. Anschließend wurde CEO1 langsam dieser Mischung zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 in diese Mischung einzumischen.
Danach wurde CA1 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde weitere fünf Minuten gemischt. Danach wurde etwaiges CRCO, TNOX, SA1 der ZRO dieser Mischung zugegeben und etwa 10 Minuten gemischt, um die Schleifaufschlämmung zu bilden. Die Menge der Materialien für die Schleifaufschlämmungen ist in Tabelle 5 aufgelistet.
Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Tabelle 5 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 12 bis 19
Die Beispiele 20 bis 25 vergleichen verschiedene Werte an Weichmacher. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen von TMPTA, HDDA, CA3, PH3, PH4 und PH2 hergestellt. Anschließend wurde CEO1 langsam dieser Mischung zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 in diese Mischung einzumischen. Danach wurde CA1 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde weitere fünf Minuten gemischt. Danach wurde (gegebenenfalls) CACO dieser Mischung zugegeben und etwa 10 Minuten gemischt, um die Schleifaufschlämmung zu bilden. Die Menge der Materialien für die Schleifaufschlämmungen ist in Tabelle 6 aufgelistet. Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Tabelle 6 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 20 bis 25
Tabelle 7 Testverfahren II
Tabelle 8 Testverfahren III
Tabelle 9 Testverfahren I
Die Beispiele 11 bis 25 zeigten, dass verschiedene Schneidgeschwindigkeiten durch Ändern der Formulierung der Schleifaufschlämmung erhalten wurden.
Beispiele 26 und 27
Diese Beispiele verglichen zwei Formulierungen einer Schleifaufschlämmung, die ein Ceramer-Bindemittel enthielt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren I getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 10 aufgelistet.
Beispiel 26
Die Schleifaufschlämmung für Beispiel 26 wurde nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen, hergestellt. Der Schleifgegenstand wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Beispiel 27
Die Schleifaufschlämmung für Beispiel 27 wurde nach der allgemeinen Prozedur III zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen, hergestellt. Der Schleifgegenstand wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Tabelle 10 Testverfahren I
Diese zwei Beispiele zeigten, dass verschiedene Schneidgeschwindigkeiten durch Ändern der Formulierung der Schleifaufschlämmung erhalten wurden.
Beispiel 28
Die Schleifaufschlämmung für Beispiel 28 wurde nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung einer Schleifaufschlämmung, umfassend ein Ceramer-Bindemittel und Schleifteilchen, hergestellt. Der Schleifgegenstand wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren III getestet, mit der Ausnahme, dass die Testlänge 8 Minuten betrug. Es wurde nur ein Werkstück getestet und der Test wurde alle zwei Minuten gestoppt, um die Schneidgeschwindigkeit zu berechnen.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 11 aufgelistet.
Tabelle 11
Dieses Beispiel 28 zeigte, dass eine Form des Schleifgegenstandes der Erfindung eine beständige Schneidgeschwindigkeit von mehr als 1000 Ångström/Minute bereitstellte.
Beispiele 29 und 30
In dieser Gruppe von Beispielen wurden verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen verglichen. Die Schleifgegenstände für Beispiel 29 und 30 wurden nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Der Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren IV getestet.
Beispiel 29
Die Schleifaufschlämmung von Beispiel 29 wurde wie folgt zubereitet. In einen Behälter wurde Folgendes eingebracht: 20 Gramm organisches Lösemittel (Glycolether-Lösemittel, im Handel von Olin Chemicals, Stamford, CT unter der Handelsbezeichnung "POLYSOLVE TPM" erhältlich), 15,0 Gramm TDP, 3,68 Gramm TMPTA und 55 Gramm HDDA. Der erhaltene Bindemittelvorläufer wurde unter Verwendung eines Luftrührers gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war. Danach wurden 120 Gramm CEO1 langsam in die Mischung eingebracht und gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war.
Danach wurden 0,8 Gramm PH2, 0,8 Gramm PH6 und 0,8 Gramm PH4 in die Mischung eingebracht und gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war. Anschließend wurden 80 Gramm ASP langsam in die Mischung eingebracht und gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war, um die Schleifaufschlämmung zu bilden.
Der Schleifgegenstand wurde nach Testverfahren IV getestet und hatte eine Schneidgeschwindigkeit von 900 Ångström/Minute in einem 10 Minuten Test. Dieses Beispiel zeigte, dass eine relativ hohe Schneidgeschwindigkeit bei Verwendung von Ceroxid-Schleifteilchen, die in die Schleifstruktur eingearbeitet waren, und bei Fehlen eines Flüssigmediums auf Kaliumhydroxidbasis erreicht wurde. Zusätzlich zeigte dieses Beispiel eine Schleifaufschlämmung, die ein hochkochendes Lösemittel und einen photohärtbaren Bindemittelvorläufer enthielt.
Ebenso zeigte dieses Beispiel eine Schleifaufschlämmung, die einen Weichmacher, ein Kopplungsmittel und ein Füllmittel umfasste.
Der Schleifgegenstand von Beispiel 29 wurde auch nach dem Testverfahren V getestet. Für einen zwei Minuten Test erzeugte der Schleifgegenstand eine Schneidgeschwindigkeit von 3750 Ångström/Minute.
Beispiel 30
Die Schleifaufschlämmung für Beispiel 30 wurde auf dieselbe Weise hergestellt, wie die Schleifaufschlämmung für Beispiel 28, mit der Ausnahme, dass 0,47 Gramm PH2 und 0,2 PH1 anstelle der PH5 und PH4 Photoinitiatoren zugegeben wurden.
Der Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren IV getestet und hatte eine Schneidgeschwindigkeit von 1600 Ångström/Minute nach zwei Minuten Testen und eine Schneidgeschwindigkeit von 1270 Ångström/Minute für die nächsten zwei Minuten. Dieses Beispiele zeigte, dass 2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphinoxid ein nützlicher Initiator für den Bindemittelvorläufer war.
Beispiel 31
Die Schleifaufschlämmung von Beispiel 31 wurde wie folgt zubereitet. In einen Behälter wurde Folgendes eingebracht: 44,05 Gramm HDDA, 29,36 Gramm ASP, 5,06 Gramm TDP und 10,3 Gramm SAB. Der erhaltene Bindemittelvorläufer wurde unter Verwendung eines Luftrührers gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war.
Danach wurden 44,04 Gramm CEO1 langsam in die Mischung eingebracht und gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war. Danach wurden 0,36 Gramm PH2, 0,19 Gramm PH6 und 0,4 Gramm PH4 in die Mischung eingebracht und gemischt, bis die Mischung im Wesentlichen homogen war, um die Schleifaufschlämmung zu bilden. Der Schleifgegenstand für Beispiel 31 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
In diesem Beispiel wurde ein porenerzeugendes Material (SAB) in die Schleifbeschichtung eingearbeitet. Es wird angenommen, dass die SAB-Teilchen während der Behandlung aus der Schleifbeschichtung quollen, was zu einer poröseren und stärker erodierbaren Schleifbeschichtung führte.
Der Schleifgegenstand wurde nach Testverfahren VI getestet und hatte eine Schneidgeschwindigkeit von 398 Ångström/Minute in einem 10 Minuten Test.
Beispiele 32 und 33
In dieser Gruppe von Beispielen wurde zwei verschiedene Muster verglichen. Die Schleifaufschlämmung für beide Beispiele wurde nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung der Schleifaufschlämmung hergestellt. Der Schleifgegenstand für Beispiel 32 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #3 hergestellt. Der Schleifgegenstand für Beispiel 33 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #2 hergestellt. Beide Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren IV getestet, mit der Ausnahme, dass das Leitungswasser durch eine Kaliumhydroxidlösung ersetzt wurde, die einen pH zwischen 11,5 und 12,5 hatte. Die Strömungsrate betrug etwa 30 ml/Minute. Die Schneidgeschwindigkeit wurde nach fünf Minuten und auch nach 10 Minuten gemessen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 12 aufgelistet; die Schneidgeschwindigkeiten wurden in Ångström/Minute gemessen.
Tabelle 12 Testverfahren IV
Diese Gruppe von Beispielen zeigte die Auswirkung verschiedener Muster auf die Schneidfähigkeit des Schleifgegenstandes.
Beispiele 34 bis 44
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Prozentsätze Feststoffe des Ceramer-Bindemittelvorläufers. Der Ceramer-Bindemittelvorläufer wurde zunächst hergestellt und nach der Herstellung des Ceramer-Bindemittelvorläufers wurden die zusätzlichen Materialien dem Ceramer-Bindemittelvorläufer zur Bildung der Schleifaufschlämmung zugegeben. Zur Herstellung des Ceramer-Bindemittels wurde zunächst SISOLI in einen Rundbodenkolben eingebracht, gefolgt von HEA, CA1 und BP4. Die Mengen dieser Materialien (in Gramm) sind in Tabelle 13 aufgelistet. Diese Reihenfolge der Zugabe war wichtig, um einen gleichförmigen Ceramer-Bindemittelvorläufer zu erhalten und eine Gelierung des Ceramer-Bindemittelvorläufers zu verhindern. Diese Materialien wurden zur Bildung einer gleichförmigen Dispersion zusammengemischt. Dann wurde der Kolben, der diese Materialien enthielt, auf einen Rotationsverdampfer gestellt und etwa 15 Minuten bei 55°C erwärmt und kontinuierlich gerührt. Ein Vakuumpumpensystem, das bei etwa 2,64 bis 6,6 KPa (20 bis 50 mm Hg) arbeitete, wurde errichtet, um einen Teil des Wassers zu entfernen. Die Temperatur des Rotationsverdampfers wurde bei etwa 55°C gehalten. Der Kolben, der die Materialien enthielt, wurde diesen Bedingungen ausgesetzt, bis genug Wasser entfernt war, so dass der erhaltene Ceramer-Bindemittelvorläufer den Prozentsatz an Feststoffen aufwies, der für jedes Beispiel in Tabelle 13 aufgelistet ist.
Tabelle 13 Feststoffe und Ausgangsmaterialien in dem Ceramer-Bindemittelvorläufer
SISOL 2 wurde mit Salpetersäure zu einem pH von 2,2 bis 2,5 angesäuert. SISOL 2 und CA4 wurden in einen Rundbodenkolben eingebracht und etwa 15 Minuten gemischt. Die Mengen an SISOL2 und CA4 sind in Tabelle 14 aufgelistet.
Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen des Ceramer-Bindemittelvorläufers für das bestimmte Beispiel mit dem mit CA4 vorbehandelten SISOL 2 mit Hilfe eines Luftrührers hergestellt. Danach wurde CEO2 zugegeben und in die erhaltene Mischung eingemischt. Anschließend wurden PH2 und PH1 zugegeben und in die erhaltene Mischung eingemischt. Dann wurde BP4 zugegeben und in die erhaltene Mischung eingemischt. Anschließend wurde etwaiges deionisiertes Wasser eingemischt. Schließlich wurde etwaiges zusätzliches SISOL2 eingemischt, um die Schleifaufschlämmung zu bilden. Die Mengen dieser Materialien, in Gramm, sind in Tabelle 14 aufgelistet.
Tabelle 14 Menge der Materialien in einer Schleifaufschlämmung für die Beispiele 34 bis 43
Die Schleifgegenstände wurden nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt und nach den Testverfahren VI getestet und die Testergebnisse sind in Tabelle 15 angeführt. Die Schneidgeschwindigkeiten wurden als Ångström/Minute berechnet.
Tabelle 15 Verwendung eines Werkstücks über eine Gesamtdauer von 15 bis 20 Minuten
Die Beispiele 34 bis 43 zeigten, dass verschiedene Schneidgeschwindigkeiten durch Ändern der Formulierung der Schleifaufschlämmung erreicht wurden.
Vergleichsbeispiel (Läppfilm)
In diesem Test wurde ein Standardschleifläppmaterial verwendet, das im Handel von 3M, St. Paul, MN, als Imperial Lapping Film Chrome Oxide, Produktnummer 3M 031X erhältlich ist. Dieser Schleifläppfilm wird durch Aufschlämmungsbeschichtung von 0,5 Mikrometer Chromoxid auf einen Polyesterfilm-Schichtträger hergestellt. Das Material wurde als 30,5 cm (12 Inch) Scheibe verwendet, indem es an einen druckempfindlichen Klebstoff mit doppelseitigem Klebstoff laminiert und wie beschrieben in Testverfahren I verwendet wurde. Ergebnis: es wurde keine messbare Menge an Siliziumdioxid in einem zwei Minuten Test entfernt.
Beispiele 44 bis 46
Diese Beispiele verglichen verschiedene Werte an Weichmacher. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen mit Hilfe eines Luftrührers hergestellt: TMPTA, HDDA, ABP, CA3 und PH1. Danach wurde CEO1 langsam zugesetzt.
Es dauerte etwa 15 Minuten, um CEO1 in diese Mischung einzumischen. Danach wurde entweder CACO2 oder CACO zugegeben und weitere fünf Minuten eingemischt. Die Menge der Materialien, in Gramm, für die Schleifaufschlämmungen ist in Tabelle 16 aufgelistet. Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Tabelle 16 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 44 bis 46
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren VII getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 17 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 17
Die Daten in Tabelle 17 zeigten, dass es im Wesentlichen keinen Unterschied in den Schneidgeschwindigkeiten gab, wenn der Schleifgegenstand am selben Tag der Herstellung getestet wurde oder wenn der Schleifgegenstand drei Tage nach der Herstellung getestet wurde.
Zusätzlich zeigten die Daten in Tabelle 17 Unterschiede in den Schneidgeschwindigkeiten, die mit der Menge an Weichmacher in der Schleifaufschlämmung in Zusammenhang standen.
Beispiele 47 und 48
Diese Beispiele, die wie laut der Beschreibung für die Beispiele 44 bis 46 hergestellt wurden, verglichen verschiedene Arten von Kalziumkarbonatfüllmitteln. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 18 aufgelistet.
Tabelle 18 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 47 und 48
Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Für Beispiel 47 wurde keine Gummiwalze verwendet. Stattdessen wurde das Produktionswerkzeug/die Schleifaufschlämmung/der Schichtträger einem Doppelwalzenbeschichter unterzogen um sicherzustellen, dass die Schleifaufschlämmung die vordere Oberfläche des Schichtträgers benetzt und alle unerwünschten Luftblasen entfernt. Für Beispiel 48 wurde eine Quarzplatte über dem Produktionswerkzeug platziert und die Strahlungsenergie durch die Quarzplatte und das Produktionswerkzeug und in die Schleifaufschlämmung durchgeleitet. Die Quarzplatte trug dazu bei, das Produktionswerkzeug während der Härtung flach zu halten.
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren VII getestet, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Der Schleifgegenstand von Beispiel 47 wurde nur zwei Minuten getestet. Der Schleifgegenstand von Beispiel 48 wurde 26 Minuten getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 19 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 19
In Bezug auf Beispiel 48 wurde aus den voranstehenden Daten geschlossen, dass es eine "Einlaufzeit" für den Schleifgegenstand gab. Es schien, dass diese "Einlaufzeit" etwa die ersten vier Minuten dauerte, in welchen der Schleifgegenstand eine geringere Schneidgeschwindigkeit erzeugte. Nach dieser Einlaufzeit erzeugte der Schleifgegenstand eine höhere Schneidgeschwindigkeit.
Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass diese Einlaufzeit mit der Zeit zusammenhängen könnte, die notwendig war, um jeden äußeren Film des Bindemittels auf der Schleifbeschichtung zu entfernen.
Beispiele 49 bis 50
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Möglichkeiten, den Schleifgegenstand herzustellen und zu testen. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen mit Hilfe eines Luftrührers wie folgt hergestellt: 7,5 Gramm TMPTA, 22,50 Gramm HDDA, 45,0 Gramm ABP, 4,95 Gramm CA3 und 2,40 Gramm PH1. Danach wurden 123,75 Gramm CEO1 langsam zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 einzumischen. Danach wurden 68,30 Gramm CACO zugegeben und die erhaltene Mischung weitere fünf Minuten gemischt.
Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Für beide Beispiele wurde keine Gummiwalze verwendet. Für Beispiel 50 wurde die UV-Strahlung durch den PPF-Schichtträger durchgeleitet.
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach den Testverfahren VII und VIII getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 20 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von fünf Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 20 Testverfahren VII und Testverfahren VIII
Diese Daten zeigten, dass es Unterschiede in der Schneidgeschwindigkeit gab, wenn der Schleifgegenstand vor dem Test aufbereitet wurde und abhängig von der Art der Herstellung des Schleifgegenstandes.
Beispiele 51 bis 57
Diese Gruppe von Beispielen, die laut der Beschreibung für die Beispiele 44 bis 46 hergestellt wurden, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen.
Die Menge der Materialien ist in Tabelle 21 aufgelistet.
Tabelle 21 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 51 bis 56
Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Beispiel 51 bis 54 verwendete Muster #1.
Beispiel 55 verwendete Muster #2. Beispiel 56 verwendete Muster #3.
Für Beispiel 57 wurde der Schleifgegenstand nach der folgenden Prozedur hergestellt. Der Ceramer-Bindemittelvorläufer wurde zunächst hergestellt und nach der Herstellung des Ceramer-Bindemittelvorläufers wurden die zusätzlichen Materialien dem Ceramer-Bindemittelvorläufer zugegeben, um die Schleifaufschlämmung zu bilden. Zur Herstellung des Ceramer-Bindemittels wurden 457,5 Gramm SISOLI zunächst in einen Rundbodenkolben eingebracht, gefolgt von 88,75 Gramm HEA und 37,5 Gramm CA1. Diese Reihenfolge der Zugabe war wichtig, um einen gleichförmigen Ceramer-Bindemittelvorläufer zu erhalten und eine Gelierung des Ceramer-Bindemittelvorläufers zu verhindern. Diese Materialien wurden zur Bildung einer gleichförmigen Dispersion zusammengemischt. Dann wurde der Kolben, der diese Materialien enthielt, auf einen Rotationsverdampfer gestellt und etwa 15 Minuten bei 55°C erwärmt und kontinuierlich gerührt. Ein Vakuumpumpensystem, das bei etwa 2,64 bis 6,60 KPa (20 bis 50 mm Hg) arbeitete, wurde dann errichtet, um einen Teil des Wassers zu entfernen. Die Temperatur des Rotationsverdampfers wurde weiterhin bei etwa 55°C gehalten. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen mit Hilfe eines Luftrührers von 400 Gram des Ceramer-Bindemittelvorläufers mit 22,8 Gramm BP4 hergestellt. Danach wurden 540,0 Gramm CEO2 langsam zugegeben und in den Ceramer-Bindemittelvorläufer eingemischt. Dann wurden 3,0 Gramm von 2,0 PH1 und 4,7 Gramm PH2 der Schleifaufschlämmung zugegeben. Der Schleifgegenstand von Beispiel 57 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren VII getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 22 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von fünf Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 22
Beispiele 58 bis 64
Diese Gruppe von Beispielen, die laut der Beschreibung für die Beispiele 44 bis 46 hergestellt wurden, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 23 aufgelistet.
Tabelle 23 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 58 bis 64
Der Schleifgegenstand für Beispiel 58 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Der Schleifgegenstand von Beispiel 59 wurde nach der allgemeinen Prozedur III zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Die Schleifgegenstände von Beispiel 60 bis 64 wurden nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. In Beispiel 62 wurde der Schleifgegenstand nicht erwärmt.
In Beispiel 64 wurde der Schleifgegenstand 20 Sekunden mit dem Aluminiumring aufbereitet, wie im Testverfahren I beschrieben.
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren VII getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 24 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von fünf Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 24
Diese Gruppe von Beispielen zeigte die Auswirkung verschiedener Erwärmungsbedingungen während der Herstellung des Schleifgegenstandes. Diese Gruppe von Beispielen zeigte auch die Schneidgeschwindigkeit des Schleifgegenstandes über einen Zeitraum.
Beispiele 65 bis 70
Diese Gruppe von Beispielen, die laut der Beschreibung für die Beispiele 44 bis 46 hergestellt wurden, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 25 aufgelistet.
Tabelle 25 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 65 bis 70
Der Schleifgegenstand für Beispiel 65 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Eine Glasplatte wurde über dem Produktionswerkzeug eingesetzt und das Ultraviolettlicht wurde durch die Glasplatte und durch das Produktionswerkzeug und in die Schleifaufschlämmung durchgeleitet.
Der Schleifgegenstand für Beispiel 66 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Das Ultraviolettlicht wurde durch das Produktionswerkzeug und in die Schleifaufschlämmung geleitet. Auch hier gab es nur einen Durchlauf der Probe unter dem Ultraviolettlicht.
Die Schleifgegenstände für Beispiel 67 bis 70 wurden nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Die Schleifgegenstände für Beispiel 65 bis 70 wurden nach dem Testverfahren IX getestet, mit Ausnahme der in der Folge angeführten Änderungen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 26 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von fünf Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 26
Beispiele 71 und 72
Eine Schleifaufschlämmung für Beispiel 72 wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 7,5 Gramm TMPTA, 22,50 Gramm HDDA, 45,0 Gramm PP, 4,95 Gramm CA3 und 2,40 Gramm PH1 hergestellt. Danach wurden 123,75 Gramm CEO1 langsam dieser Mischung zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 einzumischen. Danach wurden 200,0 Gramm CACO3 zugegeben und die erhaltene Mischung wurde weitere fünf Minuten gemischt.
Eine Schleifaufschlämmung für Beispiel 72 wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 30,0 Gramm TMPTA, 90,0 Gramm HDDA, 180,0 Gramm PP, 19,8 Gramm CA3 und 9,60 Gramm PH1 hergestellt. Danach wurden 495,0 Gramm CEO1 langsam dieser Mischung zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 einzumischen. Danach wurden 320,0 Gramm CACO3, 32,0 Gramm CACO2 und 32,0 Gramm CACO4 langsam zugegeben und die erhaltene Mischung wurde weitere fünf Minuten gemischt.
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 71 und 72 wurden nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Es wurde keine Gummiwalze verwendet. Zusätzlich wurde eine Quarzplatte über dem Produktionswerkzeug platziert und das Ultraviolettlicht wurde durch die Quarzplatte und das Polymerwerkzeug durchgeleitet. Die Schleifgegenstände von Beispiel 71 und 72 wurden nach dem Testverfahren VII getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 27 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von fünf Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 27
Beispiele 73 und 74
Eine Schleifaufschlämmung für Beispiel 73 wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 7,5 Gramm TMPTA, 22,50 Gramm HDDA, 45,0 Gramm DUP, 4,95 Gramm CA3 und 2,40 Gramm PH1 hergestellt. Danach wurden 123,75 Gramm CEO1 langsam zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 einzumischen. Danach wurden 110 Gramm CACO3, 20,0 Gramm CACO2 und 10,0 Gramm CACO4 langsam zugegeben und die erhaltene Mischung wurde weitere fünf Minuten gemischt.
Eine Schleifaufschlämmung für Beispiel 74 wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 7,5 Gramm TMPTA, 22,50 Gramm HDDA, 45,0 Gramm PP, 4,95 Gramm CA3 und 2,40 Gramm PH1 hergestellt. Danach wurden 123,75 Gramm CEO1 langsam zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 einzumischen. Danach wurden 200,0 Gramm CACO3 langsam zugegeben und die erhaltene Mischung wurde weitere fünf Minuten gemischt.
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 73 und 74 wurden nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Es wurde keine Gummiwalze verwendet. Zusätzlich wurde eine Quarzplatte über dem Produktionswerkzeug platziert und das Ultraviolettlicht wurde durch die Quarzplatte und das Polymerwerkzeug durchgeleitet. Die Schleifgegenstände für Beispiel 73 und 74 wurden nach dem Testverfahren VII getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 28 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von fünf Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 28
Beispiel 75
Der Schleifgegenstand von Beispiel 75 wurde aus einer Schleifaufschlämmung hergestellt, die einen thermisch gehärteten Bindemittelvorläufer verwendete. Die Schleifaufschlämmung für Beispiel 75 wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 30,0 Gramm EPR, 6,14 Gramm EC und 72,29 Gramm CEO2 hergestellt. Das CEO2 wurde langsam dieser Mischung aus Epoxidharz und Vulkanisierungsmittel zugegeben. Ein Produktionswerkzeug wurde bereitgestellt, das wie in Muster #1 beschrieben hergestellt worden war. Das Produktionswerkzeug wurde an einer Metallträgerplatte unter Verwendung eines markierungsartigen druckempfindlichen Klebebandes befestigt. Die Schleifaufschlämmung wurde unter Verwendung eines Gummiwischers in den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges aufgebracht, so dass die Schleifaufschlämmung die Hohlräume vollständig ausfüllte. Danach wurde ein PPF-Schichtträger mit der Schleifaufschlämmung in Kontakt gebracht, die in den Hohlräumen des Produktionswerkzeuges enthalten war. Eine Gummiwalze wurde über die hintere Oberfläche des Schichtträgers gerollt um sicherzustellen, dass die Schleifaufschlämmung die vordere Oberfläche des Schichtträgers benetzte und um unerwünschte Luftblasen zu entfernen. Der Gegenstand wurde gehärtet, indem die Probe etwa eine Stunde bei 65,5°C (150°F) erwärmt wurde. Danach wurde die Konstruktion aus Polyester film/Schleifzusammensetzung von dem Produktionswerkzeug getrennt, um einen Schleifgegenstand zu bilden. Es trat eine gewisse Verformung des Produktionswerkzeugs während der thermischen Härtung des Epoxids ein, die zu einer gewissen Verformung des Schleifmusters führte.
Der Schleifgegenstand wurde dann etwa 15 Sekunden bis 1 Minute bei etwa 110°C bis 115,5°C (230 bis 240°F) erwärmt, um die Grundierung auf dem PPF-Schichtträger zu aktivieren.
Zur Vorbereitung des Schichtträgers zur Testung wurden zwei Schleifgegenstände verbunden und an ein druckempfindliches Klebeband laminiert, das im Handel von 3M, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung "Scotch 467MP Hi Performance Adhesive" erhältlich ist. Dann wurde eine kreisförmige Testprobe mit einem Durchmesser von 30,5 cm (12 Inch) für den Test ausgestanzt.
Der erhaltene Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren VII getestet. Nach 2 Minuten Test betrug die Schneidgeschwindigkeit 1090 Ångström/Minute. Nach 4 Minuten Test betrug die Schneidgeschwindigkeit 1370 Ångström/Minute.
Beispiel 76
Der Schleifgegenstand von Beispiel 76 wurde aus einer Schleifaufschlämmung hergestellt, die ein teilweise polymerisiertes, ethylenisch ungesättigtes Monomer verwendete, das nach der folgenden Prozedur hergestellt wurde. Zunächst wurden 209,5 Gramm Isooctyl-Acrylsäure und 0,81 Gramm Bensildimethyl-Ketal-Photoinitiator in ein Gefäß eingebracht. Die erhaltene Mischung wurde zunächst 15 Minuten mit Stickstoff gespült. Dann wurde das Gefäß einer einzigen Black Lamp, die bei 15 Watt betrieben wurde, 30 Sekunden ausgesetzt, um das Acrylatmonomer teilweise zu polymerisieren. Die erhaltene, teilweise polymerisierte Isooctyl-Acrylsäure hatte eine Viskosität von etwa 7.800 Centipoise.
Eine Schleifaufschlämmung für Beispiel 76 wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 1,18 Teilen CA3, 6,54 Teilen HDDA, 3,08 Teilen TMPTA, 16,15 Teilen PP, 1,0 Teilen PH7 und 1,15 Teilen des teilweise polymerisierten, ethylenisch ungesättigten Monomers hergestellt. Danach wurden 47,57 Teile CEO1 langsam zugegeben. Es dauerte etwa 15 Minuten, um das CEO1 in diese Mischung einzumischen. Danach wurden 23,33 Teile CACO3 langsam zugegeben und die erhaltene Mischung weitere fünf Minuten gemischt.
Der Schleifgegenstand für Beispiel 76 wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Es wurde keine Gummiwalze verwendet. Zusätzlich wurde eine Quarzplatte über dem Produktionswerkzeug platziert und das Ultraviolettlicht wurde durch die Quarzplatte und das Polymerwerkzeug durchgeleitet. Der Schleifgegenstand für Beispiel 76 wurde nach dem Testverfahren VII getestet.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 29 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von fünf Ablesungen ist und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 29
Beispiele 77 bis 80
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Werte der Ceroxidschleifkörner in dem feststehenden Schleifgegenstand; die Menge der Materialien ist in Tabelle 30 aufgelistet. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, HDDA, PP, CA3 und PH7 hergestellt. Danach wurde CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden auch CACO3, CACO2 und CACO4 langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis die Kalziumkarbonatteilchen im Wesentlichen dispergiert waren.
Tabelle 30 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 77 bis 80
Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XI getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 31. Die Schneidgeschwindigkeit wurde als Ångström Siliziumdioxid gemessen, die in dem einminütigen Intervall entfernt wurde.
Tabelle 31
Die Daten zeigten, dass es Unterschiede bezüglich der Menge an Siliziumdioxid gab, die durch den Schleifgegenstand entfernt wurde, abhängig von der vorhandenen Menge an Ceroxid.
Beispiele 81 bis 84
Diese Gruppe von Beispielen, die nach der Prozedur von Beispiel 77 bis 80 hergestellt und getestet wurde, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurden. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 32 aufgelistet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 33 dargestellt.
Tabelle 32 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 81 bis 84
Tabelle 33 Testverfahren XI
Die Daten zeigten, dass es Unterschiede bezüglich der Menge an Siliziumdioxid gab, die durch den Schleifgegenstand entfernt wurde, abhängig von den Materialien und ihren entsprechenden vorhandenen Mengen in der Schleifbeschichtung.
Beispiele 85 bis 87
Diese Gruppe von Beispielen, die laut Beschreibung für die Beispiele 77 bis 80 hergestellt wurde, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen zur Herstellung des Schleifgegenstandes, die verschiedene Werte an Weichmacher enthielten. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 34 aufgelistet.
Tabelle 34 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 85 bis 87
Der Schleifgegenstand für jedes Beispiel wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren X getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 35. Die Schneidgeschwindigkeit wurde als Ångström Siliziumdioxid gemessen, die in dem einminütigen Intervall entfernt wurde.
Tabelle 35
Die Daten zeigten, dass es Unterschiede bezüglich der Menge an Siliziumdioxid gab, die durch den Schleifgegenstand entfernt wurde, abhängig von den Materialien und ihren entsprechenden vorhandenen Mengen in der Schleifbeschichtung.
Beispiele 88 bis 91
Diese Gruppe von Beispielen, die laut Beschreibung für die Beispiele 77 bis 80 hergestellt wurde, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurde. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 36 aufgelistet.
Tabelle 36 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 88 bis 91
Der Schleifgegenstand für Beispiel 88 wurde nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Der Schleifgegenstand für die Beispiele 89 bis 91 wurde nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Ultraviolettlicht durch den Schichtträger geleitet wurde. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach den Testverfahren XII und XIII getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 37. Die Schneidgeschwindigkeit wurde als Ångström Siliziumdioxid gemessen, die in dem einminütigen Intervall entfernt wurde.
Tabelle 37 Testverfahren XII und XIII
Diese Daten zeigten, dass es Unterschiede bezüglich der Menge an Siliziumdioxid gab, die durch den Schleifgegenstand entfernt wurde, abhängig von den Materialien und ihren entsprechenden vorhandenen Mengen in der Schleifbeschichtung. Zusätzlich zeigten diese Daten, dass es Unterschiede in der Schneidgeschwindigkeit gab, abhängig davon, wie das Ultraviolettlicht in die Schleifaufschlämmung zur Verfestigung des Bindemittelvorläufers durchgeleitet wurde. Ebenso zeigten diese Daten, dass es Unterschiede in der Schneidgeschwindigkeit abhängig vom pH der KOH-Lösung gab.
Beispiele 92 und 93
Diese Gruppe von Beispielen, die laut Beschreibung für die Beispiele 77 bis 80 hergestellt wurde, verglich zwei verschiedene Weichmacher in den Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifge genstandes verwendet wurden. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 38 aufgelistet.
Tabelle 38 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 92 und 93
Der Schleifgegenstand für Beispiel 92 wurde nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Der Schleifgegenstand für Beispiele 93 wurde nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Probe eine Minute bei 110°C (230°F) erwärmt wurde, um die Filmgrundierung zu aktivieren, bevor der Schleifgegenstand von dem Produktionswerkzeug entfernt wurde. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren X getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 39. Die Schneidgeschwindigkeit wurde als Ångström Siliziumdioxid gemessen, die in dem einminütigen Intervall entfernt wurde.
Tabelle 39
Es sollte festgehalten werden, dass der Schleifgegenstand von Beispiel 93 nach dem Test stark beschädigt und für den Test zusätzlicher Halbleiterwafer unbrauchbar war. Diese Daten zeigten, dass es Unterschiede bezüglich der Menge an entferntem Siliziumdioxid abhängig von dem Weichmacher gab, der in der Schleifbeschichtung vorhanden war.
Beispiele 94 und 95
Diese Gruppe von Beispielen, die laut Beschreibung für die Beispiele 77 bis 80 hergestellt wurde, verglich monofunktionale Acrylate in den Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurden. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 40 aufgelistet.
Tabelle 40 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 94 und 95
Die Schleifgegenstände für diese Beispiele wurden nach der allgemeinen Prozedur VI zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Der erhaltene Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren XIV getestet. Die Testergebnisse finden sich im Einzelnen in Tabelle 41. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeiten Durchschnitte von ein bis zehn Ablesungen sind und in Ångström/Minute an entferntem Material gemessen wurde.
Tabelle 41
Diese Beispiele zeigen die Fähigkeit eines feststehenden Schleifgegenstandes, der keinen Weichmacher in der Schleifbeschichtung enthielt, Siliziumdioxid von einem Halbleiterwafer-Testwerkstück zu entfernen.
Beispiele 96 bis 98
Diese Gruppe von Beispielen, die laut der Beschreibung für die Beispiele 94 und 95 hergestellt und getestet wurde, verglich verschiedene Werte an Weichmacher in den Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurden. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 42 aufgelistet und die Testergebnisse sind in Tabelle 43 dargestellt.
Tabelle 42 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 96 bis 98
Tabelle 43 Testverfahren XIV
Diese Beispiele zeigen die Nützlichkeit von Schleifmitteln auf Ceroxidbasis, die einen Bereich von Weichmachern enthalten, zum Entfernen von Siliziumdioxid von einem Halbleiterwafer-Testwerkstück.
Beispiele 99 bis 102
Diese Gruppe von Beispielen zeigte die Verwendung einer Luftkorona-Nachbehandlung als Mittel zum Glätten des feststehenden Schleifgegenstandes. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, HDDA, PP, CA3, und PH7 hergestellt. Danach wurde CEO1 langsam dieser Mischung zugegeben. Anschließend wurde Kalziumkarbonat langsam zugegeben. Die Menge der Materialien, in Gramm, für die Schleifaufschlämmung ist in Tabelle 44 aufgelistet.
Tabelle 44 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 9 bis 102
Die feststehenden Schleifgegenstände für diese Beispiele wurden nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die Schleifgegenstände von Beispiel 99 bis 101 wurden mit einer Luftkorona unter Verwendung einer Sherman Korona-Behandlungseinheit (Sherman Treaters, Ltd., United Kingdom) in der Konfiguration mit blanker Erdungsrolle behandelt. Der Schleifgegenstand von Beispiel 99 wurde mit der Luftkorona bei einem Energiewert von 31,2 Joules/cm² behandelt. Der Schleifgegenstand von Beispiel 100 wurde mit der Luftkorona bei einem Energiewert von 41,2 Joules/cm² behandelt. Der Schleifgegenstand von Beispiel 101 wurde mit der Luftkorona bei einem Energiewert von 50 Joules/cm² behandelt. Zusätzlich wurden die Schleifgegenstände von Beispiel 100 und 101 zweimal bei der halben Energiedichte behandelt, um den Gesamtener giewert zu erreichen. Der Schleifgegenstand von Beispiel 102 wurde keiner Lufkorona-Behandlung unterzogen. Diese Gruppe von Schleifgegenständen wurde nach dem Testverfahren XIV getestet. Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeit ein Durchschnitt von Schneidgeschwindigkeiten von ein bis fünf pro Beispiel getesteten Werkstücken ist. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 45
Tabelle 45
Aus der obenstehenden Datentabelle ist ersichtlich, dass die Verwendung der Koronaenergie die erhaltene Schneidgeschwindigkeit des Schleifgegenstandes deutlich beeinflusste.
Beispiele 103 bis 108
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die verschiedene Arten von Schleifteilchen enthielten. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, HDDA, PP, CA3 und PH1 hergestellt. Danach wurde CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert war. Danach wurden auch die anderen Schleifteilchen langsam in die Schleifauf schlämmung gemischt, bis sie im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 46 aufgelistet.
Tabelle 46 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 103 bis 108
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 103 bis 108 wurden nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XV getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 47. Die Schneidgeschwindigkeit wurde als Ångström/Minute entferntes Siliziumdioxid gemessen. Die Testlänge war unterschiedlich.
Tabelle 47
Diese Daten zeigten, dass es Unterschiede hinsichtlich der Menge an entferntem Siliziumdioxid gab, abhängig von der Art und Menge der Schleifteilchen in der Schleifbeschichtung.
Für Beispiel 108 wurde nach 40 Minuten Test (d. h., 20 Wafern) der Schleifgegenstand zur Behandlung eines Wafers (des 21. Testwafers) über 2,5 Minuten verwendet.
Nach diesem Schritt wurde der Testwafer mit destilliertem Wasser gereinigt und unter Verwendung eines Frischluftstroms getrocknet. Die Oberflächenbeschaffenheit des Wafers wurde unter Verwendung eines Wyko Interferometers, Modell # RST Plus, Tucson, AZ, gemessen. Die Oberflächenbeschaffenheit wurde an fünf verschiedenen Stellen gemessen. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 48.
Tabelle 48 Oberflächenbeschaffenheitsmessungen des 21. Wafers durch Beispiel 108
Beispiel 109
Die Schleifaufschlämmung für dieses Beispiel enthielt ein Ammoniumsalz. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, HDDA, CA3 und PH1 hergestellt. Danach wurde CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden auch die anderen Schleifteilchen und NHC langsam in die Schleifaufschlämmung gemischt, bis sie im Wesentlichen disper giert war. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 49 aufgelistet.
Tabelle 49 Schleifaufschlämmungsformulierungen für Beispiel 109
Der Schleifgegenstand für Beispiel 109 wurde nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Der erhaltene Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren XVI getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 50. Die Schneidgeschwindigkeit wurde als Ångström/Minute entferntes Siliziumdioxid gemessen. Die Testlänge war fünf Minuten und die Schneidgeschwindigkeit wurde nach einer Minute Behandlung gemessen.
Tabelle 50
Beispiele 110 und 111
Diese Schleifaufschlämmung für diese Gruppe von Beispielen enthielt einen Komplexbildner. Die Schleifaufschlämmungen wurden durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, HDDA, PP, CA3 oder KD2 und PH1 hergestellt. Danach wurden die Schleifteilchen langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren.
Danach wurde entweder TANA oder SAA langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Die Menge der Materialien für die Schleifaufschlämmungen findet sich in Tabelle 51.
Tabelle 51 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 110 und 111
Der Schleifgegenstand für Beispiel 110 und 111 wurde nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 her gestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XVI getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 52. Die Schneidgeschwindigkeit wurde als Ångström/Minute entferntes Siliziumdioxid gemessen. Die Testlänge war unterschiedlich und die Schneidgeschwindigkeit wurde nach einer Minute Behandlung gemessen.
Tabelle 52
Aus den obenstehenden Daten geht hervor, dass verschiedene Schneidgeschwindigkeiten mit Schleifgegenständen erreicht wurden, die mit verschiedenen Schleifaufschlämmungen hergestellt wurden.
Der Schleifgegenstand von Beispiel 111 wurde auch nach dem Testverfahren XVII getestet. Der TIR wurde vor dem Test mit 500 Nanometer gemessen. Der TIR nach dem Test betrug 40 Nanometer.
Beispiele 112 bis 114
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurden. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, HDDA, PP, CA3, KD2 und PH1 hergestellt. Danach wurde CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden auch Zirkondioxid und/oder Kalziumkarbonat langsam in die Schleifauf schlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren. Die Menge der Materialien, in Gramm, für diese Schleifaufschlämmungen findet sich in Tabelle 53.
Tabelle 53 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 112 bis 114
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 112 bis 114 wurden nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XVII getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 54.
Tabelle 54
Diese Daten zeigten, dass verschiedene Schleifbeschichtungsformulierungen verschiedene TIR-Werte erreichten.
Beispiele 115 bis 117
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurden. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von HDDA, MA2, CA3 und PH7 hergestellt. Danach wurde CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden auch CACO3, CACO2 und CACO4 langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren. Die Menge der Materialien, in Gramm, für die Schleifaufschlämmungen findet sich in Tabelle 55.
Tabelle 55 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 115 bis 117
Der Schleifgegenstand für die Beispiele 115 bis 117 wurde nach der allgemeinen Prozedur VI zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Der erhaltene Schleifgegenstand wurden nach dem Testverfahren XX getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 56.
Tabelle 56
Aus den obenstehenden Daten geht hervor, dass es Unterschiede in der Schneidgeschwindigkeit abhängig von der Formulierung der Schleifbeschichtung gab.
Beispiele 118 bis 122
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Ceroxid-Schleifteilchen. Die Schleifaufschlämmung wurde laut der Beschreibung für die Beispiele 77 bis 80 hergestellt. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 57 aufgelistet.
Tabelle 57 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 118 bis 122
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 118 bis 122 wurden nach der allgemeinen Prozedur VI zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XIX getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 58.
Tabelle 58
Beispiele 123 und 124
Diese Gruppe von Beispielen verglich die Schneidgeschwindigkeit eines feststehenden Schleifgegenstandes mit einem äußeren Schmiermittel, das in dem Flüssigmedium vorhanden war, mit der Schneidgeschwindigkeit desselben feststehenden Schleifgegenstandes ohne äußeres Schmiermittel in dem Flüssigmedium. Der Schleifgegenstand wurde nach der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 8,44 Teilen TMPTA, 25,31 Teilen HDDA, 41,25 Teilen PP, 4,95 Teilen CA3 und 2,40 Teilen PH7 hergestellt. Danach wurden 123,75 Teile Ceroxid-Schleifteilchen (CEO1) langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden auch 60,40 Teile CACO3, 5,60 Teile CACO2 und 1,40 Teile CACO4 langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren.
Der Schleifgegenstand für Beispiel 123 wurde nach dem Testverfahren III getestet. Der Schleifgegenstand für Beispiel 124 wurde nach dem Testverfahren III getestet, mit der Ausnahme, dass das Flüssigmedium 0,5 Gewichtsprozent eines wasserlöslichen Polyethylenoxidpolymers enthielt, das im Handel von Union Carbide, Danbury, CT, unter der Handelsbezeichnung "Polyox 1105" erhältlich ist. Die Testergebnisse sind in Tabelle 59 dargestellt.
Tabelle 59
Beispiele 125 bis 129
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurden. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von MA3, HDDA, PP, CA3 und PH7 hergestellt. Danach wurden die Ceroxid-Schleifteilchen langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden auch CACO3 und CACO4 langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren. Die Menge der Materialien, in Gramm, für die Schleifaufschlämmungen findet sich in Tabelle 60.
Tabelle 60 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 125 bis 129
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 125 bis 129 wurden nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XII getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 61.
Tabelle 61
Aus den obenstehenden Daten geht hervor, dass es abhängig von der Formulierung der Schleifaufschlämmung Unterschiede in der Schneidgeschwindigkeit gab.
Beispiele 130 und 131
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung der Schleifgegenstände verwendet wurden. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, MA4, PP, CA3 und PH7 hergestellt. Danach wurden die Ceroxid-Schleifteilchen langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurde auch CACO3 langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren. Die Menge der Materialien, in Gramm, für diese Schleifaufschlämmungen findet sich in Tabelle 62.
Tabelle 62 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 130 und 131
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 130 und 131 wurden nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XII getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 63.
Tabelle 63
Aus den obenstehenden Daten geht hervor, dass es abhängig von der Formulierung der Schleifaufschlämmung Unterschiede in der Schneidgeschwindigkeit gab.
Beispiele 132 bis 134
Diese Gruppe von Beispielen, die durch die Prozedur hergestellt wurden, die für die Beispiele 77 bis 80 beschrieben ist, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung des Schleifgegenstandes verwendet wurden. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 64 aufgelistet.
Tabelle 64 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 132 bis 134
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 132 bis 134 wurden nach der allgemeinen Prozedur IV zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XII getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 65.
Tabelle 65
Aus den obenstehenden Daten geht hervor, dass es abhängig von der Formulierung der Schleifaufschlämmung Unterschiede in der Schneidgeschwindigkeit gab.
Beispiele 135 und 136
Diese Gruppe von Beispielen verglich die Viskosität einer Schleifaufschlämmung, die kein Dispergiermittel enthielt, mit der Viskosität einer Schleifaufschlämmung, die ein Dispergiermittel enthielt. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von TMPTA, HDDA, PP, KD2 und PH7 hergestellt. Danach wurden die Ceroxid-Schleifteilchen langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurde DA2 der Schleifaufschlämmung zugegeben. Anschließend wurde CACO2 langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren.
Die Menge der Materialien für die Schleifaufschlämmungen ist in Tabelle 66 aufgelistet.
Tabelle 66 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 135 und 136
Die Schleifaufschlämmung von Beispiel 135 war eine dicke Paste. Es wäre schwierig, eine solche dicke Schleifaufschlämmung zur Bildung eines Schleifgegenstandes zu verarbeiten. Die Schleifaufschlämmung für Beispiel 135 hatte eine geschätzte Viskosität von weniger als etwa 50.000 Centipoise. In diesem Viskositätsbereich kann die Schleifaufschlämmung leichter zur Bildung eines Schleifgegenstandes verarbeitet werden.
Zusätzlich ist aus diesen Daten erkennbar, dass die Zugabe einer geringen Menge eines Dispergiermittels die Viskosität der erhaltenen Schleifaufschlämmung senken kann.
Beispiel 137
Dieses Beispiel verwendet eine getrübte Zirkon-Glasfritte als Schleifteilchen. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 3,75 Gramm TMPTA, 11,25 Gramm HDDA, 22,51 Gramm PP, 0,96 Gramm CA3 und 1,21 Gramm PH7 hergestellt. Danach wurden 47,50 Gramm einer getrübten Zirkon-Glasfritte langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurde, 20,02 Gramm CACO3, 2,02 Gramm CACO2 und 2,01 Gramm CACO4 langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren. Die getrübte Zirkondioxid-Glasfritte hatte eine durchschnittliche Teilchengröße von 3,67 Mikrometer und enthielt 25 bis 50 Gewichtsprozent Siliziumoxid, etwa 14 Gewichtsprozent Zirkondioxid, 14 Gewichtsprozent einer Mischung aus Aluminiumoxid, Boroxid und Kalziumoxid. Dieses Teilchen war im Handel von Ferro Corporation, Cleveland, Ohio unter der Handelsbezeichnung "CZ-110" erhältlich. Der Schleifgegenstand für Beispiel 137 wurde nach der allgemeinen Prozedur VI zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Der erhaltene Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren XII getestet. Nach 33 Sekunden rutschte der Wafer vom Halterungsring. Die Schneidgeschwindigkeit wurde auf 360 Ångström/Minute extrapoliert.
Beispiele 138 und 139
Diese Gruppe von Beispielen verglich verschiedene Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstandes und die Schneidleistung der erhaltenen Schleifgegenstände.
In beiden Beispielen wurde dieselbe Schleifaufschlämmung verwendet. Die Schleifaufschlämmungen wurden durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 8,44 Teilen TMPTA, 25,31 Teilen HDDA, 41,25 Teilen PP, 4,95 Teilen CA3 und 2,40 Teilen PH7 hergestellt. Danach wurden 123,75 Teile Ceroxid-Schleifteilchen (CEO1) langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden 60,40 Teile CACO3, 5,60 Teile CACO2 und 1,40 Teile CACO4 auch langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen dispergiert waren.
Der Schleifgegenstand für Beispiel 138 wurde nach der allgemeinen Prozedur V zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Der Schleifgegenstand für Beispiel 139 wurde nach der allgemeinen Prozedur V zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Die Schleifaufschlämmung wurde unter Verwendung eines Gummiwischers in das Produktionswerkzeug eingebracht. Dann wurde der PFF-Schichtträger über der Oberseite der Schleifaufschlämmung platziert und der erhaltene Verbundwerkstoff wurde zwischen zwei Gummiwalzen bei etwa 840 Pa (40 psi) gelegt. Der Polyesterfilm-Schichtträger/die Schleifaufschlämmung wurden aus dem Produktionswerkzeug gezogen. Danach wurde diese Konstruktion nach oben weisend an eine Aluminiumplatte geheftet und Ultraviolettlicht ausgesetzt. Die Probe wurde zweimal durch zwei Ultraviolettlampen, die bei 157,5 Watt/cm (400 Watt/Inch) eingestellt waren, bei 10,7 Meter/Minute (35 Fuß/Minute) geleitet. Die Zeit zwischen der Entfernung der Schleifaufschlämmung von dem Produktionswerkzeug bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Schleifaufschlämmung dem Ultraviolettlicht ausgesetzt wurde, war in der Größenordnung von Minuten.
Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XIX getestet. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 67. Die Schneidgeschwindigkeiten sind in Ångström/Minute angegeben.
Tabelle 67
Beispiel 140
Dieses Beispiel zeigte die Auswirkung des pH-Wertes des Flüssigmediums auf die durch den Schleifgegenstand entfernte Menge an Siliziumdioxid. Der Schleifgegenstand wurde hergestellt, indem zunächst eine Schleifauf schlämmung hergestellt wurde. Die folgenden Materialien wurden mit einem Luftrührer zusammengemischt: 8,44 Teile TMPTA, 25,31 Teile HDDA, 41,25 Teile PP, 4,95 Teile CA3 und 2,4 Teile PH7. Danach wurden 123,75 Ceroxid-Schleifteilchen (CEO1) langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren. Danach wurden 60,42 Teile CACO3, 5,56 Teile CACO2 und 1,39 Teile CACO4 auch langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren. Der Schleifgegenstand für Beispiel 142 wurde nach der allgemeinen Prozedur V zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt.
Der erhaltene Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren XIX getestet, mit der Ausnahme, dass der pH variiert wurde. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 68.
Tabelle 68 Verschiedene pH-Werte
Beispiele 141 bis 144
Diese Gruppe von Beispielen, die laut der Beschreibung für die Beispiele 77 bis 80 hergestellt wurde, verglich verschiedene Schleifaufschlämmungen, die zur Herstellung der Schleifgegenstände verwendet wurden. Die Menge der Materialien ist in Tabelle 69 aufgelistet.
Tabelle 69 Schleifaufschlämmungsformulierungen für die Beispiele 141 bis 144
Die Schleifgegenstände für die Beispiele 141 bis 144 wurden nach der allgemeinen Prozedur V zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt. Die erhaltenen Schleifgegenstände wurden nach dem Testverfahren XIX getestet, mit der Ausnahme, dass der pH 10,5 betrug. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 70. Die Schneidgeschwindigkeiten sind in Ångström/Minute angegeben.
Tabelle 70
Die obenstehenden Daten zeigten, dass der Schleifgegenstand verschiedene Schneidgeschwindigkeiten erzeugte, abhängig von der Formulierung der Schleifaufschlämmung.
Beispiel 145
Dieses Beispiel zeigte die Auswirkung verschiedener Halterungsringmaterialien auf die Menge an Siliziumdioxid, die durch den Schleifgegenstand entfernt wurde.
Eine Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 320,63 Teilen TMPTA, 961,88 Teilen HDDA, 1567,50 Teilen PP, 188,10 Teilen CA3 und 91,20 Teilen PH1 hergestellt. Danach wurden 4702,50 Teile CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren. Danach wurden 2296 Teile CACO3, 211 Teile CACO2 und 52, 8 Teile CACO4 auch langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren. Der Schleifgegenstand für Beispiel 145 wurde nach der allgemeinen Prozedur II zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit der Ausnahme dass die Ultraviolettstrahlung durch den Filmschichtträger durchgeleitet wurde.
Der Halterungsring war ein kreisförmiger Ring, mit einem Innendurchmesser von 10,2 cm (4 Inch), einem Außendurchmesser von 12,7 cm (5 Inch), einer Dicke von 0,95 cm (0,375 Inch), und wurde aus verschiedenen phenolischen Verbundwerkstoffmaterialien, wie in der Folge beschrieben, hergestellt.
Das Material für die Halterungsringe war im Handel von Minnesota Plastics, Eden Prairie, MN, erhältlich.
Der Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren XIV durch Ersetzen des Rodel Halterungsringes durch verschiedene Halterungsringe getestet. Der Manometer- oder Liniendruck für die LE-Testhalterung war etwa 280 Pa (40 psi). Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 71.
Der Halterungsring XXX wurde aus einem Papier/phenolischen Verbundwerkstoff hergestellt.
Der Halterungsring LE wurde aus einem Baumwolltuch/phenolischen Verbundwerkstoff hergestellt.
Der Halterungsring N1 wurde aus einem Nylontuch/phenolischen Verbundwerkstoff hergestellt.
Tabelle 71 Testverfahren I: Verschiedene Halterungsringe
Die Daten zeigen, dass der Schleifgegenstand verschiedene Schneidgeschwindigkeiten erzeugte, abhängig von dem Material, das zur Herstellung des Halterungsringes verwendet wurde.
Beispiel 146
Der Schleifgegenstand für dieses Beispiel enthielt polymere Füllteilchen. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Zusammenmischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 6,57 Teilen TMPTA, 19,75 Teilen HDDA, 48,77 Teilen PP, 2,50 Teilen DA1 und 26,0 Teilen PH7 hergestellt. Danach wurden 123,8 Teile CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren. Danach wurden 26,0 Teile PLFP auch langsam in die Schleifaufschlämmung eingemischt, bis diese Teilchen im Wesentlichen in der Schleifaufschlämmung dispergiert waren. Der Schleifgegenstand für Beispiel 146 wurde nach der allgemeinen Prozedur V zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Schleifgegenstand nur einem Durchlauf unter der Ultraviolettlampe bei 7,6 Meter/Minute (25 Fuß/Minute) mit einer Quarzplatte über dem Schleifgegenstand unterzogen wurde.
Der erhaltene Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren XIX getestet und hatte eine durchschnittliche Schneidgeschwindigkeit von 1170 Ångström/Minute.
Beispiel 147
Dieses Beispiel zeigt die Verwendung von hexagonalem Bornitrid in der Schleifaufschlämmung. Die Schleifaufschlämmung wurde durch Mischen, mit Hilfe eines Luftrührers, von 18,75 g TMPTA, 56,45 g HDDR, 4,0 g KD2 und 2,4 g PH1 hergestellt. Danach wurden 173,45 g CEO1 langsam der Schleifaufschlämmung zugegeben, bis sie im Wesentlichen dispergiert war. Danach wurden 79,04 g hexagonales Bornitrid (Güte A-01), Teilchengröße 3 bis 5 Mikrometer, im Handel erhältlich von H. C. Starck Inc., Newton, MA) langsam eingemischt, bis es im Wesentlichen dispergiert war. Die Aufschlämmung wurde zur Herstellung eines Schleifgegenstandes verwendet, wie in der allgemeinen Prozedur I zur Herstellung des Schleifgegenstandes unter Verwendung von Muster #1 beschrieben.
Der Schleifgegenstand wurde nach dem Testverfahren XII getestet. Die durchschnittliche Schneidgeschwindigkeit (Durchschnitt von 10 Messungen) betrug 594 Ångström/Minute.

Claims

Verfahren zum Modifizieren einer freiliegenden Oberfläche eines Halbleiterwafers, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Kontaktieren der Oberfläche mit einem dreidimensionalen, texturierten, feststehenden Schleifgegenstand, der mehrere Schleifverbundwerkstoffe aus mehreren Schleifteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert sind, angeordnet in Form eines vorbestimmten Musters aufweist; und (b) relatives Bewegen des Wafers und des feststehenden Schleifgegenstands zum Modifizieren der Oberfläche des Wafers zum Erzeugen einer Oberfläche mit einem Ra-Wert von höchstens etwa 20 10^–10 m (20 Ångström).
Verfahren nach Anspruch 1, das das Kontaktieren der Oberfläche mit dem feststehenden Schleifgegenstand in Gegenwart einer Flüssigkeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, das das Kontaktieren der Oberfläche mit dem feststehenden Schleifgegenstand in Gegenwart einer Flüssigkeit mit einem pH-Wert von mindestens etwa 5 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die freiliegende Oberfläche Siliziumdioxid aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Modifizieren der freiliegenden Oberfläche eines bearbeiteten Halbleiterwafers aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das das relative Bewegen des Wafers und des feststehenden Schleifgegenstands aufweist, um das eine mittlere Schneidgeschwindigkeit von mindestens etwa 500 Ångström/Minute zu erzielen, um die Oberfläche des Wafers zu modifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der feststehende Schleifgegenstand einen Schichtträger mit einer Oberfläche aufweist, die mehrere Schleifverbundwerkstoffe der Schleifteilchen und das Bindemittel in Form einer Schleifbeschichtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schleifteilchen eine mittlere Teilchengröße von höchstens etwa 5 Mikrometern aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schleifteilchen im wesentlichen aus Ceroxidteilchen bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein thermisch härtbares organisches Polymerharz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ferner einen Weichmacher in einer Menge aufweist, die ausreicht, die Erodierbarkeit des Schleifgegenstands relativ zu dem gleichen Schleifgegenstand bei Fehlen des Weichmachers zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bindemittel mindestens etwa 25 Gew.-% des Weichmachers auf der Basis des Gewichts des Weichmachers plus Harz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schleifverbundwerkstoffe eine Gestalt aufweisen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus kubisch, zylindrisch, prismenförmig, rechteckig, pyramidenförmig, pyramidenstumpförmig, kegelförmig, kegelstumpförmig, kreuzförmig, pfostenartig mit einer flachen oberen Oberfläche, halbkugelförmig und Kombinationen davon.