DE69810117T2

DE69810117T2 - Polieren von halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE69810117T2
Application number: DE69810117T
Authority: DE
Inventors: Alfred A. Conklin; Walter Dudovicz; Brian Lombardo
Original assignee: Peripheral Products Inc
Current assignee: Praxair Surface Technologies Inc
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: US6971950B2; US6736714B2; KR100646490B1; US20010034197A1; EP0999918B1; KR20010022464A; JP2001512057A; TW365561B; US20040087262A1; WO1999006182A1; US20030087594A1; EP0999918A1; AU8453298A; DE69810117D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Polieren von Silicium- oder Halbleiter-Wafern.

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

Silicium-Wafer werden hergestellt als Zwischenprodukte, aus denen mikroelektronische Halbleiter-Bauteile gefertigt werden. Die Wafer werden, ähnlich wie bei der Spaltung von Schiefer, von zylindrischen Siliciumkristallen parallel zu ihren größten Oberflächen abgespalten, um dünne Scheiben herzustellen, die üblicherweise einen Durchmesser von 20-30 cm haben. Die erzeugten Wafer müssen poliert werden, so daß völlig flache und ebene Oberflächen erzielt werden, um auf die Oberfläche durch herkömmliche Lithographie- und Ätztechniken elektronische Bauteile zur Bildung integrierter Chip-Halbleitervorrichtungen aufzubringen. Ein Wafer von 20 cm Durchmesser ergibt im allgemeinen etwa 40 Mikroprozessorchips.
Die Entwurfsgröße solcher integrierter Chips nimmt ständig ab, und die Anzahl von Schichten, die beispielsweise durch Lithographie auf die Siliciumoberfläche aufgebracht werden, nimmt zu, so daß immer kleinere und zunehmend komplexe Mikroschaltungen erzeugt werden. Gegenwärtige Halbleiter weisen üblicherweise 3 oder 4 Metallschichten auf, wobei erwartet wird, daß künftige Ausführungen 5 oder mehr Schichten enthalten werden. Die Verringerung der Größe der Schaltung und die zunehmende Anzahl von aufgebrachten Schichten führen zu immer höheren Anforderungen an die Glattheit und Ebenheit der Silicium- und Halbleiter-Wafer während des Chipherstellungsverfahrens, da unebene Oberflächen letztlich Störstellen und Defekte zur Folge haben, was zu ungeplanten Widerständen führt, wenn ein Leiter verengt wird, zu Kapazitäten/nichtleitenden Lücken, wenn es zu Unterbrechungen der aufgetragenen Leiterschichten kommt, und zu ungeplanten Kurzschlüssen, wenn Isolationsbarrieren gebrochen werden, die den geplanten Betrieb der Schaltung stören oder beeinträchtigen.
Das herkömmliche, derzeit angewendete Verfahren zum Polieren von Wafern besteht darin, daß ein Wafer mittels eines Roboterarmes von einem Stapel oder einer Kassette von beispielsweise 10 Wafern entnommen wird und der Wafer über einer rotierenden flachen Polierauflage, die auf einem großen Drehtisch montiert ist, in Position gebracht wird. Die Polierauflage ist normalerweise aus Polyurethan-Schaumstoff hergestellt, wobei im allgemeinen ein Polierschlamm auf die Oberfläche der Auflage aufgebracht ist, und der Wafer wird von einer Überkopfplatte in seiner Lage gehalten, während er durch die rotierende Auflage und den Schlamm poliert wird. Dies ist eine Adaptation von optischer Poliertechnik, wie sie zum Polieren von Linsen, Spiegeln und anderen optischen Bauteilen verwendet wird. Nach Beendigung des Poliervorganges entfernt der Roboterarm den Wafer und befördert ihn zu einer anderen Arbeitsstation zum Zwecke einer etwaigen lithographischen Auftragung sowie Verfahrensschritten des Ätzens.
Ein deutlich anderer Ansatz ist die sogenannte "Linear Planarisation Technology" (LPT), entwickelt von OnTrak, bei der anstelle des Polierwerkzeuges in Form des rotierenden flachen Drehtisches ein umlaufendes Endlosband zum Polieren des Wafers verwendet wird. Das bei diesem Verfahren verwendete Band ist in der EP-A-0696495 beschrieben und umfaßt ein Endlosband aus Stahlblech oder einem anderen hochfesten Material, an dem eine herkömmliche flache Polyurethan-Polierauflage mit Klebstoff befestigt ist. Die Hauptprobleme bei dieser zweiteiligen Anordnung liegen im ordnungsgemäßen Anbringen, Haftenbleiben und Entfernen der Polierauflagen. Eine unsachgemäße Anbringung kann z. B. erhöhte Stellen oder Blasen zur Folge haben, die durch zwischen der Auflage und dem Metallband eingeschlossene Luft verursacht werden, eine schlechte Haftung kann zur Ablösung des Auflagenmaterials im Betrieb führen, und unsachgemäß hergestellte Verbindungsnähte in der Auflagenoberfläche können zu rauhen Schleifrändern führen. Eine ordnungsgemäße Anbringung ist zeitraubend und mühsam, und eine unsachgemäße Anbringung kann zu einer teuren Beschädigung von wertvollen Wafern und zu Produktionsstillstand führen. Ein weiteres Problem der zweiteiligen Bandanordnung besteht in der Gefahr von Metallstaub von dem Stützband und von Schleifpartikeln von dem Klebemittel, die die Oberfläche des Wafers verschmutzen oder zerkratzen können.

AUFGABEN DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einteiliges Band mit einer verbindungsnahtfreien Polieroberfläche zum Polieren von Silicium- und Halbleiter-Wafern zu schaffen, bei dem die Probleme, die bei der Verwendung eines zweiteiligen Blechbandes mit einer an ihm befestigten flachen Polierauflage auftreten, zumindest im wesentlichen beseitigt sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung schafft ein einteiliges Endlosband zur Verwendung als Polierwerkzeug zum Polieren von Silicium- und Halbleiter-Wafern, dadurch gekennzeichnet, daß das Band ein stützendes Gewebe oder Faservlies umfaßt, das mit einem geeigneten Polymer beschichtet oder imprägniert ist und zumindest eine verbindungsnahtfreie Polieroberfläche bildet.
Das Polymer ist vorzugsweise Polyurethan. Alternativ kann das Polymer ein beliebiges wärmehärtbares oder thermoplastisches Polymer, Copolymer oder Gemisch sein, das die gewünschten Eigenschaften, wie z. B. ausreichende Flexibilität, Abriebfestigkeit und Wasser- sowie Chemikalienbeständigkeit, aufweist. Beispiele von möglichen Polymeren enthalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Polyharnstoffe, Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Polyether, Polyacrylate, Polymethacrylate, substituierte Vinylpolymere, Polyacrylamid, Polyacrylnitril, Polyketone, Silikone, gesättigte und ungesättigte polymere Kohlenwasserstoffe, Fluorpolymere und Epoxyharze.
Das Polymer kann fest sein, oder es kann porös oder geschäumt sein. Poröses oder geschäumtes Polymer kann durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden, einschließlich, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Blasen, Schäumen, Extrahieren, Koagulieren oder Einschließen von porösen oder hohlen Partikeln oder Mikroelementen. Das Polymer kann alle gewünschten Füllstoffe oder Schleifmittel oder eingeschlossenen Stoffe enthalten. Das Polymer kann jede gewünschte Härte oder jede gewünschte Steifigkeit oder sonstige Eigenschaften aufweisen. Das Polymer kann durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden, einschließlich, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Warmgießen, Warmverformen oder Anschmelzen feiner Partikel wie beim Sintern. Das Polymer kann durchsichtig, lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sein.
Das Gewebe kann ein Substrat sein, das in Endlosform gewebt ist und Fäden und Fasern jeder geeigneten Zusammensetzung und Eigenschaften enthält, um das Polierband bei einer bestimmten Anwendung in geeigneter Weise abzustützen. Im allgemeinen sind Fäden von hoher Zugfestigkeit und relativ geringer Dehnung am besten geeignet, um im Betrieb, beispielsweise auf den von OnTrek entwickelten LPT-Maschinen, Stabilität und Haltbarkeit zu gewährleisten.
Ein endlos gewebtes Gewebe hat nicht die Schwachstellen einer Verbindungsnaht oder Verbindungsstelle, was ein großer Vorteil ist, da diese Bänder im allgemeinen unter extrem hoher Spannung arbeiten, um die Bildung von Wellen oder Falten zu verhindern. Das Gewebe kann jedes geeignete Bindungsmuster aufweisen.
Beispiele von geeigneten Fäden sind Meta- oder Para-Aramide, wie z. B. KEVLAR, NOMEX oder TWARON, PBO oder seine Derivate, Polyetherimid, Polyimid, Polyetherketon, PEEK, aus einem Gel gesponnenes ultrahochmolekulares Polyethylen (wie z. B. DYNEEMA oder SPECTRAL) oder Polybenzimidazol oder andere Fäden, die gemeinhin in Hochleistungsgeweben wie denen zur Herstellung von Flugzeugteilen verwendet werden. Es können Gemische oder Mischungen von zwei oder mehr Fäden, wie z. B. Glasfasern (vorzugsweise geschlichtete), Kohle- oder Metall- oder Keramikfäden einschließlich Basalt- oder anderer Gesteinsfasern oder Mischungen solcher Element- oder Mineralfasern mit natürlichen oder synthetischen organischen polymeren Fäden, wie z. B. Baumwolle, Nylon oder Polyester, verwendet werden. Glas-, Keramik- und Metallfasern sind zur Verwendung bei dieser Erfindung geeignet, sofern sie von dem Polymer ganz umschlossen sind und deshalb für die Unversehrtheit oder die Qualität des Wafers, der poliert wird, keine Gefahr darstellen. Aramidfäden werden aufgrund ihres niedrigen Gewichts und hoher Festigkeit am meisten bevorzugt. Jedoch können auch Fäden von geringerer Festigkeit und stärkerer Dehnung verwendet werden, obwohl diese nur für Anwendungen geeignet sein mögen, bei denen die Bandmontagespannungen niedriger sind.
Anstelle eines gewebten Substrates kann ein Faservlies- Substrat verwendet werden, das aus einem der obengenannten Fäden oder Fasern oder einem Gemisch oder einer Mischung derselben hergestellt ist. Es kann mehr als ein Faservlies-Substrat vorgesehen sein, vorzugsweise zwei, und sie können in vertikaler Richtung zueinander ausgerichtet oder relativ zueinander versetzt sein.
Ein Bandsubstrat kann ein Faservlies mit zusätzlichen, auf Abstand liegenden linearen Fäden umfassen, die sich im wesentlichen in eine gemeinsame Richtung erstrecken, sowie mit einem polymeren Matrixmaterial, das jeden der Fäden verbindet und zumindest teilweise umhüllt. Die linearen Fäden sind vorzugsweise in Laufrichtung des Bandes ausgerichtet, können aber auch oder statt dessen in Querrichtung, d. h. quer zu dem Band ausgerichtet sein, wie es z. B. in der GB-A-2202873 beschrieben ist. Es können auch zusätzliche Verstärkungsfäden vorgesehen sein, die sich im wesentlichen in Maschinenrichtung erstrecken.
Das Bandsubstrat kann einen relativ großen offenen Bereich aufweisen, um die Delaminierungsbeständigkeit zu erhöhen, wenn das Substrat stärker mit Polymer durchtränkt ist. Als eine Sorte von Geweben mit großem offenem Bereich wird ein Spiralglied-Band besonders bevorzugt, wie es in der GB-A-2051154 offenbart ist, das eine Anordnung von beispielsweise in Maschinenquerrichtung liegenden Gelenkdrähten umfaßt, die durch ineinandergreifende abgeflachte Glieder verbunden sind. Dieses Substrat kann ein Gewebe oder ein Faservlies abstützen, das mit dem geeigneten Polymer beschichtet oder teilweise oder ganz imprägniert ist.
Das Band kann eine beliebige Anzahl von Polymerschichten und Gewebeschichten in jeder gewünschten Reihenfolge aufweisen. Mehrere Stützgewebeschichten können dieselbe oder eine unterschiedliche Zusammensetzung, Konstruktion und Ausrichtung aufweisen. Mehrere polymere Schichten können eine unterschiedliche Zusammensetzung, Konstruktion und Eigenschaften aufweisen, einschließlich Kombinationen von festen und porösen Schichten, Kombinationen von harten und weichen Schichten und Kombinationen von gefüllten und ungefüllten Schichten. Beispielsweise kann das Band zwei oder mehr polymere Schichten von unterschiedlicher Härte über der Stützgewebeschicht aufweisen. Die obere Schicht kann die härtere Schicht sein, oder andererseits kann die untere Schicht die härtere Schicht sein. Entweder die obere Schicht oder die untere Schicht können ein geschäumtes Polymer umfassen oder hohle Mikroelemente aufweisen oder enthalten, die in der polymeren Schicht Poren bilden. Das Band kann mindestens eine Schicht von angeschmolzenen polymeren Partikeln oder zwei oder mehrere thermoplastische Polymere mit unterschiedlichen Schmelzpunkten umfassen. Der oberen Schicht können Schleifpartikel oder -fasern zugesetzt sein.
Zusätzlich können die Polier- und Spurführungs-Oberflächen des Bandes eine Mikro- oder Makrostruktur, Rillen oder Diskontinuitäten aufweisen. Die Oberfläche kann Bereiche aus hartem und weichem Polymer, Bereiche aus transparentem und nichttransparentem Material oder Bereiche mit höher und niedriger ausgebildeten Formationen aufweisen. Das Band kann Löcher aufweisen, die sich von der Oberseite bis zur Unterseite durch das ganze Band hindurcherstrecken. Die Oberfläche des Bandes kann Rillen aufweisen, die sich in Laufrichtung des Bandes erstrecken, um feuchten Schlamm und während des Poliervorganges erzeugte Schleifpartikel zu verteilen und zu entfernen und das Aufschwimmen zu verringern, um einen gleichmäßigeren Kontakt zwischen dem Band und dem Wafer herzustellen. Aus den Rillen des Bandes kann der Schlamm durch jedes geeignete Verfahren entfernt werden, einschließlich, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, der Verwendung von einem oder mehreren Druckwasserstrahlen, feinen rotierenden Bürsten oder harten nichtmetallischen (z. B. keramischen) Nadeln.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Endlosband-Vorrichtung zum Polieren von Silicium-Wafern, die ein erfindungsgemäßes Band enthält;
Fig. 2 ist ein vergrößert dargestellter schematischer Teilschnitt quer zur Maschinenrichtung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polierbandes;
Fig. 3 ist eine Ansicht nach Fig. 2 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandes;
Fig. 4 ist eine Ansicht nach den Fig. 2 und 3 einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandes;
Fig. 5 ist eine ähnliche Ansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandes;
Fig. 6 ist eine ähnliche Ansicht einer fünften Ausführungsform des Bandes gemäß der Erfindung;
Fig. 7 ist eine ähnliche Ansicht einer sechsten Ausführungsform des Bandes gemäß der Erfindung;
Fig. 8 ist eine ähnliche Ansicht einer siebten Ausführungsform des Bandes gemäß der Erfindung;
Fig. 9 ist eine ähnliche Ansicht einer achten Ausführungsform des Bandes gemäß der Erfindung;
Fig. 10 ist eine ähnliche Ansicht einer neunten Ausführungsform des Bandes gemäß der Erfindung; und
Fig. 11 ist eine ähnliche Ansicht einer zehnten Ausführungsform des Bandes gemäß der Erfindung.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Endlosband-Vorrichtung zum Polieren und Planarisieren von Silicium- und Halbleiter-Wafern. Eine von einem hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinder 11 zu betätigende Platte 10 hält einen Silicium-Wafer 12 flach auf der Oberfläche eines Endlosbandes 13, nachdem der Wafer 12 von einem ferngesteuerten oder autonomen Handhabungssystem, wie z. B. einem Roboterarm (nicht dargestellt) in Position gebracht wurde. Das Band 13 ist um Endrollen 14, 15 geführt und wird in der Richtung angetrieben, die in der Zeichnung durch die Pfeile bezeichnet ist. Ein Polierschlamm, der ein äußerst feinkörniges Schleifmittel enthält, wird aus einem Behälter 16 über eine Zuführung 17 auf die Oberfläche des Bandes aufgebracht. Ein Beispiel für einen geeigneten Polierschlamm ist in der WO 96/16436 von Advanced Micro Devices, Inc. offenbart. Die Zuführung 17 kann mit bekannten Vorrichtungen versehen sein, um die gewünschte Verteilung des Schlammes auf dem Band vor dem Kontakt mit dem Wafer 12 zu erzielen, der durch den chemisch-mechanischen Poliervorgang poliert werden soll.
Das Polieren erfolgt durch die Bewegung des Bandes 13 in Kontakt mit der Oberfläche des zu polierenden Wafers 12, wobei der Druckkontakt mit der Waferoberfläche durch die Platte 10 und den Arbeitszylinder 11 hergestellt wird. Gemäß der Erfindung ist das Band 13 aus einem Stützsubstrat hergestellt, das zumindest mit einem geeigneten polymeren Material beschichtet ist, und einige mögliche Strukturen sind als Beispiel in den folgenden Figuren dargestellt.
In Fig. 2 ist ein nichtgewebter Faserflor 20, der vorzugsweise mit einem geeigneten Harz imprägniert und verstärkt ist, an seiner Oberseite zum Kontakt mit zu polierenden Wafern mit einer Schicht 21 aus festem Polyurethan versehen. Die Oberseite weist eine Vielzahl von parallelen, in Maschinenrichtung verlaufenden Rillen 22 auf, um den gebrauchten Polierschlamm (der Schleifpartikel, flüssiges Medium und von der Waferoberfläche entfernte Partikel enthält) von der Polierstelle abzuleiten.
In Fig. 3 ist ein gewebtes Substrat 30 gezeigt, das in Maschinenrichtung verlaufende Fäden 31 umfaßt, mit denen in Maschinenquerrichtung verlaufende Fäden 32 verwoben sind. Gezeigt ist die einfachste Bindung, doch können selbstverständlich komplexere Bindungen, die mehrlagige, in Maschinenrichtung verlaufende Fäden 31 enthalten, verwendet werden, um ein dickeres gewebtes Substrat zu erzielen. Falls gewünscht, können mehrere Lagen von gewebtem Substrat 30 übereinandergelegt und mit einem Bindemittel oder Harz imprägniert werden. Die Fäden 32 können sich in Maschinenquerrichtung erstrecken, wobei sich die mit ihnen verwebten Fäden 31 in Maschinenrichtung erstrecken. Das Substrat 30 ist an seiner oberen Polieroberfläche mit einer Schicht 33 aus Polyurethan beschichtet. Dieses dringt vorzugsweise in das gewebte Substrat ein und kann das Substrat vollständig imprägnieren, wobei es das Stützgewebe an allen Seiten und Rändern ganz umschließt, obwohl dies in der Zeichnung nicht ausdrücklich gezeigt ist.
In Fig. 4 umfaßt ein nichtgewebtes Substrat 40 eine Anordnung von Fäden 41, die sich z. B. in Maschinenrichtung erstrecken und in eine polymere Matrix 42 eingelagert sind. Auf die Polieroberfläche des Substrats 40 ist eine Beschichtung 43 aus einem Polyurethan aufgebracht. Das Substrat kann von der in der GB-A-2202873 beschriebenen Art sein und kann vertikale, sich durch das Substrat erstreckende Passagen enthalten, wie in dieser Beschreibung offenbart.
In Fig. 5 ist ein Substrat 50 gezeigt, das ein Gliederband umfaßt, wie es in der GB-A-2051154 offenbart ist. Dieses weist eine Anordnung von in Maschinenquerrichtung liegenden Gelenkdrähten 51 auf, von denen je zwei durch entsprechende abgeflachte Glieder 52 verbunden sind, die jeweils um die entsprechenden Gelenkdrähte herum in die benachbarten Gliedern eingreifen. Das Substrat 50 ist mit einer Faserschicht bedeckt, wie z. B. einem nichtgewebten kunststoffimprägnierten und verstärkten Flor 53, der seinerseits mit einer Schicht 54 aus Polymer überzogen ist. Die Gelenkdrähte 51 und die Drahtglieder 52 können aus einem geeigneten Polyamid- Material oder, was weniger bevorzugt wird, aus Metalldraht oder einem anderen hochfesten Material bestehen.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bandes, die ein Stützsubstrat 60 und zwei Schichten aus Materialien unterschiedlicher Härte umfaßt. Diese umfassen eine obere Schicht 61 aus einem relativ harten Material, wie z. B. Polyurethan mit einer Härte von 40-90 Shore-D. Die Lage 61 bildet eine Oberfläche 62, die parallele, in Maschinenrichtung verlaufende Rillen 63 zum Ableiten von gebrauchtem Polierschlamm von der Polierstelle aufweist. Eine zweite Zwischenschicht 64 ist zwischen der relativ harten oberen Schicht 61 und dem Substrat 60 angeordnet und umfaßt ein relativ weiches Material, wie z. B. Polyurethan mit einer Härte von 10-80 Shore-A. Das Substrat 60 umfaßt, wie in Fig. 2 gezeigt, einen nichtgewebten Faserflor, der mit einem geeigneten Harz imprägniert und verstärkt ist.
Die Struktur, bei der ein relativ hartes Oberflächenmaterial über einer relativ weichen Schicht angeordnet wird, kombiniert die Vorzüge einer harten äußeren Oberfläche 62 mit der Nachgiebigkeit der weicheren Schicht 64, was eine hervorragende lokale und umfassende Planarisation des Wafers ermöglicht; die starre obere Schicht widersteht einer Anpassung an lokale Erhöhungen und Vertiefungen, während die zusammendrückbare untere Schicht eine großflächigere Anpassung ermöglicht, um einen gleichmäßigeren parallelen Kontakt zwischen der Polieroberfläche und dem Wafer zu erzielen.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bandes, die ein gewebtes Stützsubstrat 70 umfaßt, das eine obere Schicht 71 aus einem relativ weichen Material, wie z. B. Polyurethan mit einer Härte von 10-80 Shore A, trägt, so daß eine Oberfläche 72 mit Abflußrillen 73 gebildet ist, und die eine dazwischenliegende Sandwichschicht 74 aus einem relativ harten Material umfaßt, wie z. B. Polyurethan mit einer Härte von 40-90 Shore-D. Diese Anordnung ist im wesentlichen das Gegenteil von der in Fig. 6, ergibt aber eine nachgiebige Oberfläche, die für manche Polierzwecke wünschenswert sein kann, und eine harte Mittelschicht, die dem Band eine größere Steifigkeit verleiht.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandes, die ein Stützsubstrat 80 in Form einer Membrane mit darin eingelagerten, in Maschinenrichtung liegenden Verstärkungsfäden 81 umfaßt. Die Membrane 80 kann perforiert sein, obwohl dies nicht gezeigt ist. Das Membransubstrat 80 trägt eine obere Schicht 82 aus geschäumtem Kunststoff, wie z. B. Polyurethan, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Styrol usw. Dieser Schaumstoff kann starr oder vorzugsweise flexibel sein und weist eine Oberflächenporosität auf, die zur Verteilung des Polierschlammes beiträgt, das Aufschwimmen des Wafers über dem Band verringert und zur Entfernung von abgeschliffenen Partikeln beiträgt. Die erforderliche Steifigkeit, um den Wafer an seinem Platz zu halten, ist durch eine Zwischenschicht 83 aus härterem Polyurethan, beispielsweise mit einer Härte von 40-90 Shore-D, gewährleistet. Die beiden polymeren Schichten können dieselbe Dicke oder sehr unterschiedliche Dicken haben, je nach den gewünschten Eigenschaften des Bandes.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bandes, die ein Spiralgliedgewebe-Substrat 90 umfaßt, das eine relativ harte Zwischenschicht 91, z. B. aus Polyurethan mit einer Härte von 40-90 Shore-D, umfaßt, welche eine obere Schicht 92 aus Polyurethan trägt, die hohle Kügelchen zur Bildung von Poren in der Polieroberfläche ähnlich einem Schaumstoffüberzug enthält. Bevorzugte Kügelchen sind hohle Kunststoffkugeln, wie z. B. Expancel 551 DE, zu beziehen von Akzo Nobel, die speziell dazu dienen, Polymeren wie Polyurethan in einfacher Weise Porosität zu verleihen.
Fig. 10 zeigt ein gerilltes Band gemäß der Erfindung mit einem endlosen Stützgewebe 102, das an seiner Oberseite mit einer Polyurethanschicht 101 überzogen ist, die hohle Mikroelemente zur Bildung von Porosität enthält, und an seiner Unterseite mit einer festen Polyurethanschicht 103 überzogen ist. Das Stützgewebe ist mit den Polymerschichten, von denen es umhüllt ist, fest verbunden und von ihnen durchtränkt, obwohl dies in der Zeichnung nicht explizit gezeigt ist. Alle Seiten und Kanten des Gewebes sind von den Polymerschichten vollständig umhüllt, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, daß Staub oder Partikel von dem Gewebe den Poliervorgang beeinträchtigen, und wodurch der direkte Kontakt zwischen Gewebe und Polierschlamm verhindert wird, der das Band möglicherweise beeinträchtigen oder die Leistung des Bandes negativ beeinflussen könnte. Die Polymerschichten können jede gewünschte Härte aufweisen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine größere Härte eine bessere Planarisation und weichere Materialien höhere Entfernungsraten ergeben. Obwohl Polierauflagen nach dem Stand der Technik aus Polyurethan hergestellt sind, das in fester nichtporöser Form bis auf eine Härte von etwa 75 Shore-D aushärtet, kann diese Erfindung einschließlich des Bandes in diesem speziellen Beispiel alle geeigneten oder gewünschten polymeren Materialien jeder geeigneten oder gewünschten Härte umfassen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Art der Konstruktion, bei der das Gewebe in der Mitte des Bandes liegt, dazu beiträgt, daß das Band flach liegenbleibt und sich an den Rändern nicht aufrollt, wenn es auf die Rollen montiert ist. Eine andere Methode, um die Neigung der Ränder des Bandes zum Einrollen nach oben oder unten zu verringern oder zu eliminieren, besteht in der Verwendung eines Verstärkungssubstrats, das einen relativ großen offenen Bereich aufweist.
Fig. 11 zeigt ein mit Rillen 112 versehenes mehrschichtiges Band mit einer porösen Polymerschicht 111 an der Oberseite und einer festen Polymerschicht 116 an der Unterseite. Die mittleren Schichten des Bandes enthalten zwei Gewebeschichten 113, 115, zwischen denen eine weiche Urethanschicht 114 angeordnet ist. Der Vorteil dieser Art der Konstruktion besteht darin, daß die Gesamtfestigkeit des Bandes erhöht wird, wobei zwischen den beiden Schichten des Gewebes eine Polsterschicht gebildet ist. Auch bei diesem Band können höhere Montagespannungen verwendet werden, ohne ungleichmäßige Belastungen auf die Polieroberfläche zu übertragen, insbesondere während des Lenkens der Rollen zum Steuern der Spurführung.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann die obere Schicht mindestens eine Schicht von angeschmolzenen polymeren Partikeln und/oder zwei oder mehrere thermoplastische Polymere mit unterschiedlichen Schmelzpunkten umfassen. Die gesinterte Schicht kann wahlweise durch ein textiles Material verstärkt sein, wie z. B. eine Membrane, ein Gewebe oder Faservlies oder geschnitzelte Fasern. Die Polymerschichten können hohle Mikrokügelchen aus Kunststoff, Glas oder löslichem Material (wie z. B. CMC) enthalten, die später zur Bildung einer porösen Oberfläche aufbrechen können. Wegen ihrer schleifenden Eigenschaften können Glaskügelchen verwendet werden. Die hohlen Kügelchen können zusätzliche Stoffe, wie z. B. Schmiermittel, Schleifmittel, pH-Puffer, Indikatoren usw., enthalten. Die hohlen Kügelchen können aufgeschnitten werden, wenn das ausgehärtete Sand konditioniert wird, beispielsweise durch Abschleifen, so daß eine Stelle auf der Bandoberfläche gebildet ist, um Polierschlamm zurückzuhalten oder Stoffe aus dem Innern der Mikroelemente freizugeben.
Schleifpartikel oder -fasern, wie z. B. TiO&sub2;, CeO&sub2;, SiC, Si&sub3;N&sub4;, Al&sub2;O&sub3;, Glas, Silikate, BaCO&sub3;, CaCO&sub3;, Diamant oder Kohlenstoff können der oberen Schicht zugesetzt werden, die auch oder statt dessen aus einem transparenten Überzug bestehen kann.
Die Oberfläche der oberen Schicht kann mit einem Mikrostruktur-Überzug versehen sein, d. h. mit Rillen oder Rauhigkeiten im Mikrobereich, die z. B. durch maschinelle Bearbeitung, Laserschneiden (vorzugsweise mit einem Ablations- oder Excimer-Laser) oder chemische Mittel (z. B. durch Auflösen von in der oberen Schicht enthaltenen löslichen Partikeln wie Zucker oder Kochsalz) gebildet werden.
Jedes der verschiedenen dargestellten Substrate kann in Kombination mit jeder der einschichtigen, doppelschichtigen oder mehrschichtigen Strukturen, die beschrieben oder erwähnt sind, verwendet werden. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß viele andere Kombinationen von Schichten möglich sind, die hier nicht beschrieben sind.
Bei den obigen Ausführungsformen kann das Substratgewebe 20, 30 oder die Deckschicht 53 ein endlos gewebtes Material sein, um die Schwachstellen zu vermeiden, die eine Verbindungsstelle oder -naht mit sich bringt. Das Gewebe kann aus Fäden mit hoher Zugfestigkeit und relativ geringer Dehnung gewebt sein, beispielsweise Meta- oder Para-Aramide, wie z. B. KEVLAR, NOMEX oder TWARON sowie PBO oder seine Derivate, Polyetherimid, Polyetherketon, PEEK, aus einem Gel gesponnenes ultrahochmolekulares Polyethylen (wie z. B. DYNEEMA oder SPECTRA) oder Polybenzimidazol. Fäden aus diesen Zusammensetzungen können gemischt oder vermischt werden, und es können Metall- oder Mineralfasern, wie z. B. Glas-, Kohle- oder Keramikfäden einschließlich Gesteinsfasern (z. B. Basaltfasern) allein oder gemischt oder vermischt mit natürlichen oder synthetischen polymeren Fäden verwendet werden. Den Aramiden wird aufgrund ihres niedrigen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit der Vorzug gegeben. Es kann aber auch jede andere geeignete Art von Faser verwendet werden, einschließlich verschiedener Nylonsorten, Polyester und anderer hier nicht genannter Arten. Die Eignung hängt von der speziellen Anwendung und den Betriebsspannungen ab.
Die polymere Beschichtung kann auch aus allen geeigneten thermoplastischen oder wärmehärtbaren Materialien, Copolymeren, Gemischen oder Mischungen mit den gewünschten Eigenschaften, wie Abriebfestigkeit, Härte und Feuchtigkeitsbeständigkeit, bestehen. Geeignete Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polymere aus der Gruppe der Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Polyether, Polyacrylate, Polymethacrylate, substituierten Vinylpolymere, Polyacrylamid, Polyacrylnitril, Polyketone, Silikone, gesättigten und ungesättigten polymeren Kohlenwasserstoffe, Fluorpolymere und Epoxyharze.
Es kann ein Bandsubstrat aus einem gewebten Metallgitter und einer perforierten Metallplatte verwendet werden, bei dem die Bandzwischenräume durch Nieten oder Füllstoffe aus polymerem Material besetzt sind, wodurch die Festigkeit der Haftung zwischen Polymer und Metall verbessert wird. Das Metall ist im allgemeinen ganz von dem Polymer umschlossen, um eine mögliche Verunreinigung des Wafers während des Polierens zu vermeiden.
Die Hauptvorteile eines chemisch-mechanischen Polierbandes gemäß der Erfindung bestehen darin, daß ein einteiliges geschlossenes Band mit einer verbindungsnahtfreien Polieroberfläche eine deutlich bessere Bedienbarkeit aufweist, wodurch Effizienz und Konsistenz des Betriebs verbessert und die Gefahr der Beschädigung von wertvollen Halbleiter-Wafern verringert wird. Die vorliegende Erfindung erfordert weniger Aufwand bei Montage und Austausch des Poliersubstrats und reduziert gegenüber der zweiteiligen Anordnung, die in der EP-A- 0696495 beschrieben ist, in erheblichem Maße die Gefahr einer Beschädigung des Wafers aufgrund unsachgemäß montierter Auflagen, rauher Verbindungsnähte und Delaminierung.
Das Band ist normalerweise 1,5-4 Meter lang, gemessen am Innenumfang des Endlosbandes, 0,1-0,6 Meter breit und 0,1-0,6 cm dick. Die Beschichtung macht im allgemeinen 10-90% der Dicke aus. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Abmessungen beschränkt.
Bänder gemäß dieser Erfindung können dazu verwendet werden, ein Material oder eine Schicht jeder Art in jedem der verschiedenen Polierschritte während der Halbleiterfertigung zu polieren. Geeignete zu polierende Materialien umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Silicium, Siliciumdioxid, Kupfer, Wolfram und Aluminium. Das Polierband kann dazu ausgelegt sein, selektiv einige Materialien zu polieren und andere nicht zu polieren, ungleiche Materialien bei gleicher Geschwindigkeit zu polieren oder spezielle Arbeiten mit bestimmten speziellen Sorten von Polierschlämmen und -lösungen durchzuführen. Ein erfindungsgemäßes Band kann auf anderen Gebieten eingesetzt werden, z. B. zum Polieren und Planarisieren von optischen Planflächen und Spiegeln.

Claims

1. Endlosband zur Verwendung als Polierwerkzeug zum Polieren von Silicium- und Halbleiter-Wafern, dadurch gekennzeichnet, daß das Band ein Gewebe oder ein Faservlies umfaßt, das zur Bildung einer verbindungsnahtfreien Polieroberfläche mit einem geeigneten Polymer beschichtet ist.

2. Band nach Anspruch 1, bei dem zumindest die obere Schicht des Bandes ein poröses oder Schaumpolymer umfaßt.

3. Band nach Anspruch 2, bei dem die poröse Struktur durch Verwendung von hohlen Mikroelementen erzielt wird.

4. Band nach Anspruch 2, bei dem die obere Schicht des Bandes poröses Polyurethan umfaßt.

5. Band nach Anspruch 4, bei dem die nominelle Shore-D-Härte des Polyurethans, wenn es in seiner festen, nichtporösen Form aushärtet, im Bereich von 40 bis 90 liegt.

6. Band nach Anspruch 1, bei dem sowohl über als auch unter dem Stützgewebe zumindest eine stabile Polymerschicht vorhanden ist.

7. Band nach Anspruch 6, bei dem die obere Schicht über dem Gewebe porös und die untere Schicht unter dem Gewebe fest oder nichtporös ist.

8. Band nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der polymeren Schichten ein wärmehärtbares oder thermoplastisches Polymer, Copolymer oder Gemisch von hoher Abriebfestigkeit umfaßt.

9. Band nach Anspruch 8, bei dem die Polymere aus der Gruppe der Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Polyether, Polyacrylate, Polymethacrylate, substituierten Vinylpolymere, Polyacrylamid, Polyacrylnitril und Polyketone ausgewählt sind.

10. Band nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der polymeren Schichten ein wärmehärtbares oder thermoplastisches Polymer, Copolymer oder Gemisch von hoher Chemikalien- oder Feuchtebeständigkeit umfaßt.

11. Band nach Anspruch 10, bei dem die Polymere aus der Gruppe der Silikone, gesättigten und ungesättigten, polymeren Kohlenwasserstoffe, Fluorpolymere und Epoxyharze ausgewählt sind.

12. Band nach Anspruch 1, bei dem über dem Stützgewebe zwei polymere Schichten, nämlich eine obere Schicht und eine Zwischenschicht, angeordnet sind.

13. Band nach Anspruch 12, bei dem die obere polymere Schicht härter ist als die Zwischenschicht.

14. Band nach Anspruch 12, bei dem die obere polymere Schicht weicher ist als die Zwischenschicht.

15. Band nach Anspruch 12, bei dem die obere polymere Schicht porös und die Zwischenschicht nichtporös ist.

16. Band nach Anspruch 12, bei dem sowohl die obere Schicht als auch die Zwischenschicht porös sind.

17. Band nach Anspruch 1, bei dem die obere Schicht schleifende Partikel oder Fasern umfaßt.

18. Band nach Anspruch 1, bei dem die obere Schicht des Bandes eine Mikrostruktur oder eine Makrostruktur auf der Oberfläche aufweist.

19. Band nach Anspruch 18, bei dem die Mikrostruktur oder die Makrostruktur durch chemische oder mechanische Mittel ständig erneuert wird, während das Polierband in Betrieb ist.

20. Band nach Anspruch 18, bei dem die Makrostruktur Rillen umfaßt, die sich im allgemeinen in Maschinenrichtung des Bandes erstrecken.

21. Band nach Anspruch 20, bei dem die Rillen durch eine einzige, durchgehende Spirale gebildet sind, die sich über den Umfang des Bandes erstreckt.

22. Band nach Anspruch 1, bei dem Löcher vorhanden sind, die sich von oben nach unten durch das Band hindurcherstrecken.

23. Band nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein Teil des Bandes für elektromagnetische Wellen so weit durchlässig ist, wie es zweckmäßig ist, um Messungen des Wafers durch das Band hindurch vorzunehmen, während der Poliervorgang im Gange ist.

24. Band nach Anspruch 23, bei dem zumindest ein Teil des Bandes für sichtbares Licht, ultraviolettes Licht oder Röntgenstrahlen durchlässig ist.

25. Band nach Anspruch 1, bei dem die obere Schicht des Bandes mehr als ein polymeres Material unterschiedlicher Härte umfaßt.

26. Band nach Anspruch 1, bei dem das Gewebe in endloser Form gewebt ist und Fäden von hoher Zugfestigkeit und geringer Dehnung enthält.

27. Band nach Anspruch 26, bei dem die Fäden von hoher Zugfestigkeit aus der Gruppe ausgewählt sind, die folgende Stoffe umfaßt: Meta- oder Para-Aramide; Polyetherimid; Polyimid; Polyetherketon; PEEK; aus einem Gel gesponnenes, ultrahochmolekulares Polyethylen; und Polybenzimidazol.

28. Band nach Anspruch 26, bei dem die Fäden von hoher Zugfestigkeit eine Mischung oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren solcher Fäden umfassen.

29. Band nach Anspruch 26, bei dem die Fäden aus einem der folgenden Fäden bestehen: Glasfasern, Kohle- oder Keramikfäden, Basaltfasern, andere Gesteinsfasern oder Mischungen von Mineralfasern mit Fäden aus natürlichem oder synthetischem Polymer.

30. Band nach Anspruch 26, bei dem Naturfasern, wie z. B. Baumwolle, in Querrichtung über die Breite des Bandes verwoben sind.

31. Band nach Anspruch 1, bei dem das Gewebe ein Faservlies ist, das aus einer oder mehreren Stapelfasern gebildet ist.

32. Band nach Anspruch 31, bei dem die Stapelfaser eine oder mehrere Gruppen von Fasern aus der Gruppe umfaßt, die umfaßt: Meta- oder Para-Aramide; Polyetherimid; Polyimid; Polyetherketon; PEEK; aus einem Gel gesponnenes, ultrahochmolekulares Polyethylen; Polybenzimidazol; Glasfasern; Kohlefasern; Keramikfasern; Basaltfasern; andere Gesteinsfasern; und Metallfasern.

33. Band nach Anspruch 1, bei dem das Gewebe ein Faservlies umfaßt, das zusätzliche, auf Abstand liegende, lineare Fäden, die sich im wesentlichen in eine gemeinsame Richtung erstrecken, sowie ein polymeres Matrixmaterial enthält, das jeden Faden verbindet und zumindest teilweise umhüllt.

34. Band nach Anspruch 33, bei dem die linearen Fäden in Laufrichtung des Bandes ausgerichtet sind.

35. Band nach Anspruch 33, bei dem die linearen Fäden in Querrichtung des Bandes ausgerichtet sind.

36. Band nach Anspruch 35, bei dem zusätzliche Verstärkungsfäden vorhanden sind, die sich in Laufrichtung des Bandes erstrecken.

37. Band nach Anspruch 1, bei dem das Stützsubstrat einen relativ großen offenen Bereich aufweist.

38. Band nach Anspruch 37, bei dem das Band ein Spiralglied-Stützsubstrat enthält.

39. Band nach Anspruch 38, bei dem das Spiralglied-Band eine Schicht aus einem Gewebe oder einem Faservlies abstützt, die mit dem Polymer beschichtet oder imprägniert ist.