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Dokumentenidentifikation DE112005000723T5 19.04.2007
Titel Polierkissen und Verfahren zur Herstellung desselben
Anmelder RimPad Tech Ltd., Singapore, SG
Erfinder Preston, Spencer, Manteca, Calif., US;
Hutchins, Doug, Riverbank, Calif., US;
Hymes, Steve, Briarcliff, Tex., US
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Aktenzeichen 112005000723
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 22.03.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/IB2005/000732
WO-Veröffentlichungsnummer 2005096700
WO-Veröffentlichungsdatum 20.10.2005
Date of publication of WO application in German translation 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse B29C 44/42(2006.01)A, F, I, 20070108, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B29C 45/00(2006.01)A, L, I, 20070108, B, H, DE   C08J 9/30(2006.01)A, L, I, 20070108, B, H, DE   C08L 75/04(2006.01)A, L, I, 20070108, B, H, DE   B24D 13/00(2006.01)A, L, I, 20070108, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Polierkissen, die für das Erzeugen einer glatten, planaren Oberfläche auf einem breiten Spektrum von Gegenständen wie zum Beispiel Glas, Halbleitern, Kunststoffen und Polymeren, Metallen, Dielektrika und magnetischer Materialien verwendet werden. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Materialanordnung jener Kissen und auf Verfahren, diese herzustellen und zu verwenden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen Gegenstand der Herstellung, der besonders dazu nützlich ist, eine Oberfläche zu polieren oder zu planarisieren, wie zum Beispiel diejenige, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und MEM Vorrichtungen Verwendung findet. Außerdem ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich dafür, Metalle und Dielektrika zu polieren oder zu planarisieren wie zum Beispiel jene, die in Verbindungsanordnungen in Vorrichtungen aus integrierten Schaltkreisen verwendet werden, wie zum Beispiel Halbleiterwafern, die Kupfer damaszinierte und zweifach damaszinierte Eigenschaften aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Herstellung von Optiken, Magnetplatten, Kleinstgeräten und besonders bei Vorrichtungen aus integrierten Halbleiterschaltkreisen gibt es den Wunsch, chemische mechanische Planarisierungs- (CMP) Arbeitsgänge auszuführen. Im Besonderen werden integrierte Schaltungen in der Form von mehrstufigen Strukturen auf Halbleiterwafersubstraten hergestellt. Auf Substratebene werden Transistoranordnungen ausgeformt, die Diffusionsregionen aufweisen. In anschließenden Ebenen werden Metallisierungsleitungen zur Verbindung ausgeformt und mit den Transistoranordnungen elektrisch verbunden, um die gewünschte funktionelle Vorrichtung zu definieren. Wie gut bekannt ist, werden bemusterte leitfähige Schichten von anderen leitfähigen Schichten durch dielektrische Materialien wie zum Beispiel Siliziumdioxid isoliert. Traditionell schließen geeignete Metallschichten Aluminium und seine Legierungen ein wie auch Wolfram und die zugehörigen Grenz- und Trägerschichten für jedes von diesen. In der kürzeren Vergangenheit hat sich die Cu Metallisierung zusammen mit zugehöriger Grenzschicht, Trägerschicht und Passivierungsschicht herausgebildet und wird rasch zur Führenden der Wahlmöglichkeiten bei der Herstellung von fortschrittlichen Vorrichtungen. Ebenso sind Isoliermaterialien mit traditionellem Siliziumdioxid entstanden, die in zweiter Reihe hinter fortschrittlicheren Materialien mit niedrigerer dielektrischer Leitfähigkeit stehen. Ein dominierender Trend innerhalb dieses technologischen Fortschritts ist die Hinwendung zu kleineren und immer kleineren Transistoreigenschaften und zu immer weiter reichender Schichtung von vielschichtig angelegter Metallisierung, die erforderlich ist, um eine Transistorebene mit höherer Packungsdichte zu verbinden.

Während die Anordnungen schrumpfen, werden sowohl die Anforderungen an die Lithographie als auch die Erfordernisse von vielen der weiteren Verarbeitungsschritte strenger. Die Fähigkeit, mehr Metallisierungsebenen und die zugehörigen dielektrische Schichten zu schaffen, erfordert zunehmend planarere Oberflächen. Ohne eine Planarisierung wird die Herstellung von weiteren Metallisierungsschichten aufgrund der Schwankungen in der Oberflächentopographie beträchtlich schwieriger. CMP hat sich als ein dominierendes Planarisierungsverfahren in der fortschrittlichen Mikroelektronik herausgebildet und wird sowohl für die Planarisierung von Metall als auch der dielektrischen Schichten verwendet. Weiterhin war der Ansatz zur Damaszenisierung mit eingelegtem Metall, der zu einem großen Teil auf Grund des CMP Verfahrens erreicht worden ist, ein dominierender Ansatz zur Ausformung von zusammen geschalteten Anordnungen und um verbessertes Schaltungsverhalten, Herstellbarkeit in Fertigungslinien und verbesserte Ausbeuten der Fertigungslinien und der Vorrichtungen selbst zu ermöglichen.

CMP weist die Fähigkeit dazu auf, eine bedeutsame Planarisierungseffizienz über viele Größenordnungen der Längenskala hinweg zu erreichen. Im Falle der fortschrittlichsten Technologien im Waferbereich werden Wafer mit 300 mm im Durchmesser poliert. Die Planarisierung, die bei dieser Längenskalierung erreicht wird, wird im Allgemeinen als die „within-wafer-nonuniformity" oder die „across-wafer-nonuniformity" bezeichnet (Ungleichförmigkeit innerhalb eines Halbleiterwafers oder über diesen hinweg). Am entgegen gesetzten Ende des Spektrums muss CMP die Fähigkeit zur Planarisierung in der atomaren Skalierung oder der Angstrom Längenskala zur Verfügung stellen und wird im Allgemeinen als „Oberflächenrauheit" bezeichnet. Leistungsfähigkeit im Bereich der mittleren Längenskala ist ebenfalls erforderlich. Daher muss die Planarisierung über viele Größenordnungen der Längenskala hinweg erreicht werden, und CMP hat sich in dieser Beziehung als die dominierende Technik herausgebildet.

Von einer chemischen mechanischen Planarisierungs- (CMP) Vorrichtung wird typischerweise Gebrauch gemacht, um wie oben beschrieben einen Wafer zu polieren. Eine CMP Vorrichtung schließt typischerweise Vorrichtungsbestandteile für das Behandeln und das Polieren der Oberfläche eines Wafers ein. Modernere Vorrichtungen beinhalten auch Module, um eine Reinigung der Waferoberflächen nach dem CMP auszuführen. Im Zuge des CMP Verfahrens wird ein Wafer typischerweise in Gegenwart einer fortlaufend zugeführten Polierflüssigkeit gegen eine polierende Oberfläche (Polierkissen) gepresst und die seitliche Bewegung einer polierenden Oberfläche in Bezug auf die Waferoberfläche überträgt mechanische Energie, die in Verbindung mit der chemischen Beschaffenheit der Flüssigkeit wirkt, um das Entfernen der Oberfläche zu bewirken. Anordnungen von CMP Anlagen weisen rotierende, kreisförmige wie auch lineare Bewegungen der Vorrichtung auf. Maschinenkonfigurationen, die andere Bewegungen nutzen, sind ebenfalls praktikabel. Ein gut konstruiertes CMP Verfahren nutzt die Verbrauchsgüter (Kissen, Polierschlamm, usw.) und Verfahrensrezepturen auf einer bestimmten Plattform, um ein allgemeines CMP Verfahren zu erreichen. Die Anwendung dieses Verfahrenes erreicht das bevorzugte Entfernen von vorstehenden Oberflächenmerkmalen und das bevorzugte Nichtentfernen von vertieften Merkmalen und auf diese Weise werden die Glättung von Oberflächen und die Planarisierung erreicht. Das relative Ausmaß des Entfernens von vorstehenden gegenüber dem von vertieften Merkmalen bestimmt die Effizienz der Planarisierung.

Die Polierflüssigkeit, auf die weiter oben verwiesen wurde, wird typischerweise mit Schleifmittel versetzt und wird in solchen Fällen als Schlamm bezeichnet. In der Abwesenheit jeglichen Schleifmittels ist die Polierflüssigkeit auch einfach als eine reaktive Flüssigkeit oder ein schleifmittelfreier Schlamm bezeichnet worden. Im Allgemeinen kann der Schlamm als eine Polierflüssigkeit betrachtet werden, zu der eine chemische Mischung mit einem Maß an Schleifmittel zugesetzt ist. Die chemische Mischung kann einen breiten Bereich von chemischen Bestandteilen einschließlich, aber nicht beschränkt auf chemische Liganden, Chelat bildendes und Komplex bildendes Agens, Korrosion hemmende Stoffe, pH-Wert anpassendes Säuren und Basen, pH-Puffer und oberflächenaktive Stoffe umfassen. Schleifmittel können aus einem breiten Bereich von Materialien hergestellt werden, die von einem weiten Bereich von Verfahren ausgeformt werden und über einen breiten Bereich von Inhaltsstoffen verfügen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf organische Partikel und anorganische Partikel, wie zum Beispiel SiO2, TiO2 und Al2O3, ausgeformt durch Räuchern oder Lösungswachstum von deutlich unterhalb 0,1% bis zu oberhalb 40% im Gewicht. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, das Schleifmittel als eine kolloidale Lösung aufrecht zu erhalten, um die Fehleranfälligkeit zu verbessern und Probleme mit der Handhabung des Schlamms zu reduzieren.

Der polierende Artikel wird typischerweise als Polierkissen bezeichnet. Solche Komponenten können zum Beispiel ein kreisförmiges Polierkissen oder ein lineares, gürtelförmiges Polierkissen sein. Das Kissenmaterial selbst ist typischerweise auf Polyurethan basiert, obwohl ein breites Spektrum von anderen Kissenmaterialien praktikabel ist. Sowohl offen als auch geschlossen mikrozelluläre Kissen, nicht zelluläre Kissen, Faserkissen in sowohl gewebter als auch nicht gewebter Ausführungsform, gefüllte Kissen, die eingebettetes Schleifmittel anwenden und beschichtete Kissen mit keramischen Oberflächenschichten sind alle in Halbleiter CMP Arbeitsvorgängen angewandt worden. Wichtige Kisseneigenschaften, die die CMP Leistung beeinflussen, beinhalten, sind aber nicht eingeschränkt auf Materialzusammensetzung und Mikrostruktur, Makro-, Mikro- und Nanotextur der Oberfläche, Aufschichtung der Kissenschichten, Eigenschaften des Kissenmaterials einschließlich mechanischer Eigenschaften der Härte, des elastischen, unelastischen und von der Elastik unabhängigen Verhaltens und der Oberflächenspannung.

In Folge des verwendeten Verbrauchsmaterials aus Kissen und Schlamm und der in CMP Verfahren angewendeten Verfahrensparameter tritt ein Phänomen auf, das als „Verglasung" bekannt ist und in dem sich die Leistungsfähigkeit des Verfahren verschiebt in Folge einer inhärenten Instabilität des Verfahrens. Typischerweise weichen die Rate des Entfernens von Material und die damit verbundene Rate der Gleichmäßigkeit über den Wafer hinweg außerhalb des gewünschten Bereichs ab. Sowohl Schlamm als auch Schlammnebenprodukte werden in das Kissen eingebettet, und das Kissenmaterial selbst ändert sich in Folge der mechanischen und chemischen Einflüsse. Bei bestimmten faserigen Kissen kann es sein, dass der Flor des Kissens aufgefrischt werden muss. Bei anderen Kissen kann das tatsächliche Kissenmaterial eine plastische Deformation erfahren. Um eine konsistente Oberflächenqualität zu erreichen, ist eine Endbearbeitung der Oberfläche erforderlich. Dies wird typischerweise als „Konditionierung" bezeichnet und wird typischerweise erreicht durch ein Anheben der Oberfläche mit einer inerten Kunststoffbürste oder einem Entfernen von Oberflächenmaterial über Schleifmittel durch eine broschierte Hartpartikelscheibe. In einigen Fällen wird eine chemische Behandlung in Abwesenheit von mechanischer Endbearbeitung angewendet. Der jeweilige Ansatz hängt im Allgemeinen vom Ursprung des Problems und der Art des Polierkissens ab.

1 zeigt eine Sicht im Querschnitt auf eine dielektrische Schicht, die einem Herstellungsverfahren unterzogen wird, das bei der Herstellung von damaszenierten und zweifach damaszenierten Verbindungen üblich ist. Die dielektrische Schicht weist eine Diffusionsgrenzschicht/Anhaftung fördernde Schicht (typischerweise Schichten aus TiN, Ta oder TaN) auf, die über der ätzbemusterten Oberfläche der dielektrischen Schicht aufgebracht ist. Sobald die Diffusionsgrenzschicht in der gewünschten Dicke aufgetragen worden ist, wird eine Kupferschicht auf eine Weise über der Diffusionsgrenzschicht ausgeformt, die die geätzten Eigenschaften in der dielektrischen Schicht ausfüllt. Etwas an übermäßiger Diffusionsgrenzschicht und übermäßigem Metallisierungsmaterial wird dabei zwangsläufig auch über den Feldbereichen aufgebracht. Um dieses Übermaß an Material zu entfernen und die gewünschten Metallisierungsleitungen für die Zusammenschaltung und die zugehörigen Durchkontaktierungen (nicht gezeigt) abzugrenzen, wird ein chemischer mechanischer Planarisierungs- (CMP) Arbeitsvorgang ausgeführt.

Wie weiter oben erwähnt, ist der CMP Arbeitsvorgang für Metall dazu ausgelegt, das oberste Metallisierungsmaterial über der dielektrischen Schicht zu entfernen. Wie zum Beispiel in 2 gezeigt, müssen die überschüssigen Anteile der Kupferschicht und der Diffusionsgrenzschicht entfernt werden. Wie in CMP Arbeitsvorgängen üblich, muss der CMP Arbeitsvorgang fortgeführt werden, bis Alles von dem überschüssigen Material der Metallisierung und der Diffusionsgrenzschicht über der dielektrischen Schicht entfernt ist. Je größer die Planarisierungseffizienz des CMP Verfahrens für Metall ist, desto weniger Metall muss aufgebracht werden und desto besser kann eine vollständig planare Oberfläche erreicht werden. Je nach dem Schlamm oder den Schlämmen, die verwendet werden, kann das Entfernen von Kupfer- und Grenzschicht unter Verwendung eines einzelnen Schlamms mit einem oder mehreren Verfahrenschritten stattfinden oder kann unter Verwendung von auf jede Schicht gezielt ausgerichteten Schlämmen in mehrfachen Schritten ausgeführt werden. Auf Grund der mit dem Ablagerungsverfahren zusammen hängenden inhärenten Variation der Dicke über den Wafer hinweg und innerhalb der Bemusterung des Wafers, wird ein gegebener Ort auf dem Wafer zuerst freigelegt, während ein anderer Ort der Letzte sein wird, der freigelegt wird. Da es das Ziel ist, alles Metall in dem Feldbereich über den ganzen Wafer hinweg zu entfernen (jedoch die Entfernung in den vertieften Bereichen zu minimieren), unterliegt der Bereich des Wafers, der zuerst freigelegt wird, relativ mehr dem Überpolieren als der Bereich des Wafers, der zuletzt freigelegt wird. Dies wird als Overpolish bezeichnet. Ein effizienteres Planarisierungsverfahren kann das Ausmaß reduzieren, in dem ein Teilbereich eines Chips vor einem anderen freigelegt wird. Ebenso ist die gesamte Verfahrensleistung umso besser, je größer die Fähigkeit des CMP Verfahrenes ist, die induzierte Topographie während eines solchen Overpolish zu minimieren, während gleichzeitig eine angemessene Leistung im Bereich der Unmenge an anderen Maßen aufrecht erhalten bleibt.

Ganz eindeutig ist die Optimierung eines CMP Verfahrenes facettenreich. Sowohl Verfahrenseigenschaft, Stabilität und Herstellbarkeit muss entsprochen werden. Im Rahmen der Eigenschaften sind sowohl Topographie als auch Fehleranfälligkeit vorrangig. Bessere Kissen zu haben, steigert die Marge durch Verbesserung der Effizienz des Planarisierens und senkt die Empfindlichkeit der Erzeugung einer Topographie während eines Overpolish. Stabilität in Bezug auf das Kissen läuft auf Lebensdauer des Kissens hinaus. Herstellbarkeit in Bezug auf das Kissen macht die Kosten des Kissens als Verbrauchsmaterial aus, die über die Lebensdauer des Kissens mit der Stabilität des Kissens verbunden sind, wie auch die Verfahrenseigenschaften in Bezug auf die Beschränkungen der Ausbeute der Fertigungsstrasse auf Grund von zugehörigem Beitrag des Kissens zu den Verfahrenseigenschaften.

Wie oben aufgezeigt, können Polierkissen für CMP Anwendungen in eine Anzahl von Kategorien eingeteilt werden. Faserhaltige Kissen haben handelsübliche Anwendung in Halbleiteranwendungen gefunden. Solche Kissen können aus gewebten oder ungewebten Fasern bestehen. Außerdem können die Fasern aufgebrachte Beschichtungen aufweisen. Ein Beispiel für ein imprägniertes Faserkissen ist das Rodel Politex aus der Rodel Suba Reihe und das Thomas West Kissen (Kanebo). Faserkissen können sogar aus leeren Bereichen bestehen, wenn die Beschichtung auf den Fasern in einander eindringt. Ein Beispiel dafür, dass ein Kissen eine harte Beschichtung verwendet, ist das neue Angebot von PsiloQuest Inc., das eine harte keramische Beschichtung auf einem sonst weichen zellulären Substrat verwendet. Ein Beispiel für ein gefülltes Kissen ist das 3M Kissen mit fest aufgebrachtem Schleifmittel, das eingebettete keramische Partikel aufweist. Solch ein Kissen wird typischerweise mit einer schleifmittelfreien reaktiven Flüssigkeit verwendet, wobei das Kissen selbst die abschleifenden Partikel in die Vorrichtung einbringt, im Gegensatz zu auf Schlamm basierten Ansätzen, in denen das Schleifmittel in der flüssigen Chemie vorgehalten wird. Das Kissen wird auch in einem Rollenformat hergestellt.

Der Stand der Technik erörtert auch vollständig feste polymere Kissen im Rodel Patent 5,489,233 von Koch et al. Bei diesem Ansatz zur Herstellung einzelner Kissen gibt es keine internen leere Bereiche und keine immanente Fähigkeit, Schlamm entweder zu absorbieren oder zu transportieren.

Es gibt eine Anzahl von Patenten, die Kissen ansprechen, die keine völlig festen Materialien einsetzen. Diese zellularen Kissen schließen sowohl offene als auch geschlossene Zellformen ein. Die Zellgröße ist eine wichtige Kisseneigenschaft, in dem sie als Bindemittel wirkt, um Schlamm zu absorbieren und zu transportieren. Während solche Poren, wie oben erwähnt, anfällig sind gegenüber plastischer Verformung und Verglasung, kann eine effiziente Erneuerung der Oberfläche durch ein Abschleifen von Oberflächenmaterial erreicht werden, das neue Zellen hervorbringt. Bei kleineren Zellen kann diese Erneuerung häufiger und effektiver auftreten und auf diese Weise ein stabileres CMP Verfahren und eine längere Lebensdauer des Kissens zur Verfügung stellen.

Ein dominierendes Problem im Zusammenhang mit solcher Technik ist die Fähigkeit, die Zellgröße zu steuern. Ein Beispiel für die offene Zellstruktur wird im Rodel Patent 6,325,703 von Cook et al. dargestellt. Die Anordnung der Querverbindungen in einer offenen Zellstruktur ermöglicht eine signifikante Absorption von Schlamm und Schlammnebenprodukten, verlangt aber im Allgemeinen, dass eine darunter liegende Schicht als eine Feuchtigkeitsbarriere wirkt und die Unversehrtheit der Haftung an die Polierplattform aufrecht erhält. Gemäß dem Stand der Technik ist eine Anzahl von Ansätzen zur Ausformung von geschlossenen Zellen verfügbar. Die Rodel U.S. Patente mit den Nummern 6,434,989, 5,900,164 und 5,578,362 von Reinhardt et al. stellen geschlossen zellige Materialien durch die Verwendung von integrierten polymeren Mikroelementen dar. In diesem Ansatz eines ausgehärteten und aufgeschnittenen Kuchens stellen die integrierten Mikroelemente während der Verwendung einen exponierten offenen Hohlraum zur Verfügung, als Folge von entweder direkter mechanischer Scherung durch das Element während der Konditionierung oder durch Auflösung der Schale des Element während des Kontakts mit der wässrigen Polierflüssigkeit. Die Größe der Mikroelemente und der Grad, in dem sie sich vereinigen, überträgt sich direkt auf die wirksame Größe der geschlossenen Zellen des Kissenmaterials. Andere unvollständige feste Materialien sind auch vorgeschlagen worden. Polyurethan, verarbeitet durch Wasser geblasene Formungstechniken, stellt einige der frühesten Kissenmaterialien dar, die für die CMP Verarbeitung verwendet wurden. In diesem Fall schließen die Nebenprodukte der Urethanreaktion Urea und CO2 Gas ein, welches innerhalb des viskosen und aushärtenden Urethanmaterials eingeschlossen wird. Der Nachteil einer solchen Verarbeitung rührt her von der heftigen exothermen Reaktion und der eingeschränkten Kontrolle über dieses Verfahren. Der Ansatz von Universal Photonics ist eine der frühesten Arbeiten, in denen die unkontrollierte Reaktion zu einer weiten Verteilung der Zellgrößen führt. Durchschnittliche Zellgrößen betragen typischerweise 50 &mgr;m im Durchmesser und darüber und umfassen einen bedeutsamen Bereich in der Verteilung bis hin zu sehr großen Zellgrößen, was in einigen Fällen zu makroskopischen Löchern im Kissen führen. Das Toray Verfahren härtet das Polyurethan unter Druck bei Raumtemperatur aus in einem Versuch, die Zellgröße zu steuern, aber die dabei resultierende Zellgröße ist immer noch groß. Das Poval Verfahren verwendet eine sehr große geschlossene Behältervorrichtung, welche wiederum von innen nach außen ausgehärtet wird, mit großer Zellgröße und weiter Größenverteilung, die sich aus der dürftig kontrollierten Freisetzung von CO2 bei der Reaktion ergibt. Im Gegensatz zu den Wasser geblasenen Vorrichtungen, hat JSR wasserlösliche Füllstoffe integriert, die bei der Auflösung zu einer zellularen Struktur mit Leerstellen führen.

Eine Zellgrößenformung kann auch durch direkte Injektion von Gas in die polymeren Materialien erreicht werden. Das U.S. Paten Nr. 3,491,032 (Skochdopole et al; 20. Januar 1970) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von zellularen Polymermaterialien. In einem Verfahren von Skochdopole können fein verteilte feste Materialien wie Kalziumsilikat, Zinkstearat, Magnesiumstearat und Ähnliches vorteilhaft in das Polymer oder Gel integriert werden, bevor dieses ausgedehnt wird. Solche fein verteilten Materialien helfen dabei, die Größe der Zellen zu steuern, und werden in Mengen von etwa 0,01% bis etwa 2,0% in Gewichtsanteilen des Polymers verwendet.

Das U.S. Patent mit der Nr. 5,116,881, erteilt an Park et al. am 26. Mai 1992 beschreibt Platten aus Polypropylenschaum und ein Verfahren zu deren Herstellung. In einem Verfahren von Park wird ein Bläschen bildendes Agens verwendet, um Orte für die Initiierung von Blasen zu schaffen. Es wird bevorzugt, dass das Bläschen bildende Agens eine Partikelgröße im Bereich von 0,3 bis 5,0 Mikron aufweist und dass seine Konzentration weniger beträgt als ein Teil pro hundert Teile Polymer in Gewichtsanteilen. Konzentrationen von Bläschen bildendem Agens größer als fünf Teile pro hundert Teil Polymer in Gewichtsanteilen führen zu Agglomeration oder unzulänglicher Zerstreuung der Bläschen bildenden Substanz, so dass der Durchmesser der Zellgröße größer wird.

Rogers lnouac und andere erwähnen das Auflösen von Gas in die flüssigen Polymere unter hohem Druck. Dieses Gas ist dafür anfällig, in Folge eines Druckabfalls aus der Lösung heraus auszutreten. Das Gas nimmt die Form von Blasen ein.

Zusätzlich zur Formung und Steuerung der Zellgröße ist gemäß dem Stand der Technik ein breiter Bereich von Eigenschaften beim Entwurf von Kissen angesprochen worden, einschließlich Zusammensetzung, Ebenheit der Kissen, Textur, Einbringen von Rillen, Schichtstapeln und Porosität (unterschiedlich zu Mikrozellen). Eine Anzahl der Problemstellungen hat Auswirkungen auf die Stabilität der Kissen und umfasst die chemische Integrität des Materials in Folge seines direkten Ausgesetztseins gegenüber der polierenden Flüssigkeit (Feuchtigkeitsabsorption, chemischen Reaktionen), Kissenmaterial, das bei Raumtemperatur aushärtet, Probleme mit mechanischen Eigenschaften wie Elastizität, Formbarkeit, Anelastizität und zugehörige Verglasungsreaktionen.

Der Stand der Technik lehrt ein breites Spektrum von Materialzusammensetzungen für Polierkissen, die mindestens einen Teil des Folgenden umfassen: ein Urethan; ein Karbonat; ein Amid; ein Ester; ein Äther; ein Acrylat; ein Methacrylat; eine Acrylsäure; eine methacrylische Säure; ein Sulfon; ein Acrylamid; ein Halid; ein Imid; ein Carboxyl; ein Carbonyl; eine Aminosäure; ein Aldehyd und ein Hydroxyl.

Das U.S. Patent 6,641,471 von Rodel gibt an, dass die Schlammverteilung in Beziehung steht zu und in vorstellbarer Weise erfordert oder unterstützt wird von der Reibung zwischen dem Halbleiter und dem Wafer. Es gibt ausdrücklich an „Schlamm wird am typischsten auf eine sich bewegende Bereitstellungsoberfläche, zum Beispiel Gurt, Kissen, Bürste und Ähnliches aufgebracht und sowohl über die Bereitstellungsoberfläche als auch die Oberfläche des Halbleiterwafers verteilt, die geschliffen, poliert oder anderweitig durch das CMP Verfahren bearbeitet wird. Die Verteilung wird im Allgemeinen von einer Kombination der Bewegung der Bereitstellungsoberfläche, der Bewegung des Halbleiterwafers und der Reibung erreicht, die zwischen dem Halbleiterwafer und der Bereitstellungsoberfläche erzeugt wird". Jedoch wird die Wichtigkeit der Kontrolle der Reibung und der Oberflächenreibung, um die Integrität der Zielschichten zu erhalten, besonders jene, die Dielektrika mit niedrigem k umfassen, die porös und äußerst zerbrechlich sein können, nicht angesprochen. Untersuchungen, die die Rolle des Reibungskoeffizienten (COF – Coefficient Of Friction) untersuchen, sind von anderen ausgeführt und veröffentlicht worden, aber sie zielen nicht spezifisch auf die Verarbeitung mit niedrigem COF ab, noch verbinden sie solche Arbeiten deutlich damit, dass sich diese auf Oberflächen des Kissenmaterials mit niedrigem COF richten, noch schlagen sie entweder Mikroporen vor oder die Kombination von geringem COF mit Mikroporen, um niedrige Reibung während des Arbeitsgangs zu erreichen und um Probleme mit Störungen zwischen und innerhalb von Schichten zu vermeiden, die während des Arbeitsgangs besonders im Bereich von Dielektrika mit niedrigem k auftreten. Eng gepackte Mikroporen wirken, um den Kontaktbereich der Oberfläche zu reduzieren. Sie stellen auch sofort lokale Schlammversorgung zur Verfügung und begrenzen auf diese Weise Reibungswirkungen und verbessern sprunghafte Kontaktwirkungen, die zu Defekten in oder zwischen den Schichten führen können. Durch Senken der Reibungswirkungen kann eine niedrigere Oberflächentemperatur erreicht werden, und die isotrope chemische Radierungskomponente kann reduziert werden, wodurch die Effizienz der Planarisierung gesteigert wird.

Der Stand der Technik lehrt auch viele Ausführungsformen der Oberflächentextur. In den meisten Fällen rührt die Oberflächentextur des Polierkissens von einer inneren Mikrotextur in Folge seines Herstellungsverfahrens her. Die Oberflächenmikrotextur wird aus Nicht-Einheitlichkeiten der Hauptmasse abgeleitet, die während der Herstellung des Kissens absichtlich eingebracht werden. Wenn sie quer geschnitten, abgeschabt oder anderweitig freigelegt wird, wird die Textur der Hauptmasse zu einer Oberflächenmikrotextur. Diese Mikrotextur, die vor der Verwendung vorhanden ist, erlaubt die Absorption und den Transport von Schlammpartikeln und ermöglicht Polierwirkung ohne ein weiteres Hinzufügen von Mikro- oder Makrotextur zum Kissen. Beispiele für solch einen Ansatz umfassen mit Urethan imprägnierte Polyesterfilze (Beispiele für diese sind in dem U.S. Patent Nr. 4,927,432 beschrieben), in welchen die Mikrotextur zusammen mit zugehörigen Leerstellen aus den Enden von vorspringenden Fasern innerhalb der Mischung der Hauptmasse abgeleitet wird. Mikroporöse Urethankissen der Art, die als Polltex von Rodel, Inc. aus Newark Del. Verkauft werden weisen eine Oberflächentextur auf, die von den Enden von säulenförmigen leeren Strukturen innerhalb der Hauptmasse einer Urethanschicht abgeleitet wird, die sich auf einer Urethanfilzbasis entwickeln. Gefüllte und/oder geblasene zusammengesetzte Urethane wie die Polierkissen aus der IC-Reihe, MH-Reihe und LP-Reihe, hergestellt von Rodel, Inc. aus Newark Del., weisen eine Oberflächenstruktur auf, die aus halbkreisförmigen Senken zusammen gesetzt ist, die aus dem Querschnitt von freigelegten hohlen sphärischen Elementen oder integrierten Gasblasen abgeleitet ist. Mit Poliermittel gefüllte polymere Kissen, wie zum Beispiel die gemäß dem U.S. Patent Nr. 5,209,760 besitzen eine charakteristische Oberflächentextur, die aus Auskragungen und Vertiefungen besteht, in denen Füllstoffkörner vorhanden oder nicht vorhanden sind. In noch einem weiteren Fall wird die Oberflächenmikrotextur nicht aus dem Verfahren bei der Herstellung herbeigeführt, sondern ist ein Ergebnis der in situ Erzeugung während des CMP Verfahrenes. Ein Beispiel für solch einen Ansatz ist das OXP Kissen von Rodel. „Makrotexturen" oder größer dimensionierte Texturartefakte einschließlich Rillen, können der Arbeitsoberfläche eines Kissens zum Beispiel durch Prägen, Drücken, Perforieren und/oder maschinelle Herstellung beigefügt werden. Bei konventionellen Polierkissen sind der Abstand und/oder die Größe von einzelnen Makrotexturartefakten oder Eigenschaften im Allgemeinen größer als 5 mm. Der Abstand und die Größe dieser Artefakte sind typischerweise sehr regelmäßig und sich wiederholend, aber es sind auch komplexere fraktale Muster vorgeschlagen worden.

Der Stand der Technik ergibt, dass die Kontrolle der Porengröße eine wichtige Charakteristik bei den meisten, wenn nicht allen Kissen ist. Für jene Kissen, die weder eine innere Oberflächentextur in Folge einer Kissenmikrostruktur aufweisen, noch eine Mikrostruktur oder Rillen, herbeiführt als Folge des Kissenherstellungsverfahrens, wird eine Mikrostruktur als Teil der Poliervorrichtung herbeigeführt. Während die Erzeugung von Mikrozellen durch ein Vielfaches an Verfahren erreicht worden ist, ist die durchschnittliche absolute Zellgröße im Allgemeinen auf gut oberhalb 10 Mikron begrenzt worden und die Größenverteilung ist ziemlich breit gewesen. Eine Technik, die kleinere Zellgrößen und eine engere Größenkontrolle ermöglicht, wird garantiert. Die Integration von Mikroelementen hat eine vernünftige Zellgrößenverteilung ermöglicht, aber eine größere durchschnittliche Zellgröße als wünschenswert. Außerdem führt die Erzeugung der Zellgröße durch Mikroelemente oder Mikrokügelchen, die sich in wässrigen Umgebungen auflösen, zu einem Polierkissen und einem Verfahren, die für durch Nebenprodukte des Kissens ausgelöste Fehleranfälligkeit anfällig sind. Ein Kissenmaterial und Verfahren dafür, ein solches herzustellen, das gleichförmigere Zellgröße und kleinere Zellgröße zur Verfügung stellt und das nicht Gebrauch macht von der Integration eines Fremdmaterials ist wünschenswert.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Polierkissen und ein Verfahren zur Herstellung desselben, das die Integration von kleinen gleichförmigen Gasblasen von kontrollierter Größe und Form durch ein neuartiges Gasinjektionsverfahren zur Verfügung stellt, das wirksam eingesetzt wird bei der Reaktion in einem gesteuerten Spritzgussverfahren. Das verbesserte Verfahren beinhaltet die Herstellung eines geformten mikrozellulären Elastomers mit einer reduzierten Anzahl von Hohlräumen aus mindestens zwei flüssigen Reaktionspartnern und einem Gas. Das Verfahren beinhaltet, in mindestens einen Reaktionspartner ein Gas einzubringen, um eine Beimischung zu formen; das Durchlaufen der Beimischung durch eine statische Mischmaschine bei erhöhtem Druck; dann die sofortige Mischung der Beimischung mit dem anderen Reaktionspartner bei erhöhtem Druck, um eine Reaktionsmischung zu formen; das Einbringen der Reaktionsmischung in eine Gussform, in der der Druck wesentlich unterhalb des oben verwendeten erhöhten Drucks liegt; und das Aushärten der Reaktionsmischung in einer Gussform, um ein geformtes mikrozelluläres Elastomer mit einer reduzierten Anzahl großer Hohlräume zu produzieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Polierkissen und ein Verfahren dafür zur Verfügung, ein Polierkissen herzustellen, bei dem Scherkräfte angewandt werden, um die im Kissen enthaltene Zellgröße zu steuern. Das Polierkissen wird durch ein Verfahren des Reaktionsspritzgießens (Reaction Injection Molding – RIM) ausgeformt, in dem Gas vor dem Hinzufügen eines Isocyanatbestandteils mit einem polymeren Harzbestandteil gemischt wird.

Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein gleichförmige mikrozelluläre Größe aufweisendes Polierkissen hergestellt, in dem ein Gas in ein polymeres Harz eingebracht wird, das in einem unter Druck gesetzten Tank enthalten ist, die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wird, die Mischung aus polymerem Harz und Gas mit einem Isocyanat gemischt wird, um eine daraus resultierende Mischung auszuformen und die resultierende Mischung in eine Gussform einzuspritzen. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Gas durch eine Sprudelröhre in das polymere Harz eingebracht. In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, kann die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch einen Emulgator und/oder eine homogenisierende Mischmaschine hindurchgeleitet werden, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde.

In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wird die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Kavitationsvorrichtung mit hoher Scherwirkung gedrückt, die als eine noch weitere Scheranwendung funktioniert, die bewirkt, dass das Material verdampft. Es werden Tropfen mit hohem Druck eingebracht, die die Scherung herbeiführen. Die Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung kann jede der anderen Scheranwendungen ersetzen, nämlich das Durchperlen, die Steinmischmaschine mit feiner Porosität, den Emulgator, die homogenisierende Mischmaschine und alle anderen, kann aber auch zusätzlich zu diesen Scheranwendungen verwendet werden, um die Größe und Einheitlichkeit der innerhalb des entstehenden Polierkissens enthaltenen Zellen noch weitergehend zu kontrollieren. Die Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung erfordert keine separate Verwendung eines Gases, aber kann mit der separaten Einbringung von Gas verwendet werden.

Der polymere Harzbestandteil schließt einen Katalysator mit ein und wird in einem unter Druck gesetzten Tank aufbewahrt, der eine Sprudelröhre für die Einbringung von Gas enthalten kann oder auch nicht. Andere Mittel für die Einbringung von Gas in den unter Druck gesetzten Tank außer durch eine Sprudelröhre können ebenfalls angewendet werden. Die Mischung aus polymerem Harz und Gas wird durch den unter Druck gesetzten Tank und die Steinmischmaschine mit feiner Porosität umgewälzt, bevor das Isocyanat in die Mischung aus polymerem Harz und Gas gemischt wird.

Das resultierende Kissen hat eine gleichförmige mikrozelluläre Struktur mit einem durchschnittlichen Zelldurchmesser vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 0,05 bis 100 Mikrometern und noch bevorzugter innerhalb eines Bereichs von etwa 0,05 bis 30 Mikrometern. Das Oberflächenmaterial des Kissen weist einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf, vorzugsweise einen Reibungskoeffizienten von weniger als 0,4.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein oberflächenaktiver Stoff und/oder ein Ultraviolettstabilisator hinzugefügt werden, um die Oberflächenspannung des Kissens zu steuern und/oder die Lagerfähigkeit des Kissens entsprechend zu steuern.

In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Polierkissen hergestellt, das eine gleichförmige mikrozelluläre Größe aufweist, in dem ein Gas in eine polymeres Harz eingebracht wird über eine Umwälzpumpe, die die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Stenmischmaschinen mit feiner Porosität pumpt, die Mischung aus polymerem Harz und Gas mit einem Isocyanat vermischt wird, um eine daraus resultierende Mischung auszuformen und die entstandene Mischung in eine Form injiziert wird.

In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch einen Emulgator und/oder eine homogenisierende Mischmaschine geleitet werden, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde, um die Einheitlichkeit und die Größe der Mikrozellen des Kissens weitergehend zu steuern.

Wie in der zuvor beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, kann die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung gepresst werden, die wie eine weitere Scheranwendung funktioniert, die bewirkt, dass das Material verdampft. Tropfen mit hohem Druck werden erzeugt, wodurch Scherung herbeigeführt wird. Wie zuvor festgestellt kann die Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung jede der anderen Scheranwendungen ersetzen, nämlich Durchperlen, die Steinmischmaschine mit feiner Porosität, den Emulgator, die homogenisierende Mischmaschine und andere, kann aber auch zusätzlich zu diesen Scheranwendungen verwendet werden, um die Größe und Einheitlichkeit der innerhalb des entstehenden Polierkissens enthaltenen Zellen weitergehend zu steuern. Die Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung erfordert keine Verwendung eines Gases, kann aber bei der Einbringung eines Gases verwendet werden.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens mit einheitlicher Größe der Mikrozellen zur Verfügung gestellt, in dem eine Vielzahl von Scherkräften auf die oben beschriebene Mischung aus polymerem Harz und Gas angewandt wird, bevor der Isocyanatbestandteil hinzufügt wird. Entsprechend einem noch weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Fenster innerhalb des Polierkissens ausgeformt werden, um bei der Bestimmung eines Endpunkts zu helfen. Das Fenster kann durch Entfernen eines Teils des Polierkissens und durch Füllen der vom entfernten Teil geschaffenen Öffnung mit entweder einem flüssigen Polymermaterial, das als ein durchsichtiger oder durchscheinender Teilbereich verfestigt, oder einem festen durchsichtigen oder durchscheinenden Teilbereich ausgeformt werden, der mit dem Kissen verbunden wird. Außerdem können jegliche andere aus der Technik dafür bekannte Mittel verwendet werden, um entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Fenster innerhalb eines Polierkissens auszuformen.

Entsprechend einem noch weiteren Aspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung für die Herstellung eines Polierkissens werden die resultierende Mischung, die das polymere Harz und Gas enthält, und das Isocyanat als Teil eines Verfahrens einer Spritzgussreaktion in eine gesteuerte Gussform injiziert. Das von der Form ausgeformte resultierende Kissen kann dann auf mindestens einer von seinen Seiten Schleifen oder Plandrehen unterzogen werden und auch Rillen können maschinell in die Oberfläche des Kissens eingebracht werden.

Eine überlegene Einheitlichkeit und Ebenheit werden erreicht, wenn chemisches mechanisches Polieren mit dem Polierkissen der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Der Gegenstand der Erfindung wird nachstehend im Kontext der anhängenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleich Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und:

Die 1 und 2 eine beispielhafte Ansicht im Querschnitt auf eine dielektrische Schicht zeigen, die einem Herstellungsverfahren unterzogen wird, das bei der Erstellung von damaszenierten und zweifach damaszenierten Verbindungen verbreitet ist;

3 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Polierkissens der vorliegenden Erfindung zeigt;

4 eine schematische Sicht auf die Herstellungsanlage zeigt, die benutzt wird, um das Polierkissen entsprechend dem in 3 gezeigten Verfahren zu produzieren;

5 ein Ablaufdiagramm zeigt, das eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens zeigt, um das Polierkissen der vorliegenden Erfindung herzustellen;

6 eine schematische Sicht auf die Herstellungsanlage zeigt, die benutzt wird, um das Polierkissen entsprechend dem in 5 gezeigten Verfahren zu produzieren; und

7 eine vergrößerte Draufsicht zeigt, die die Oberfläche des Polierkissens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung

Die vorliegende Erfindung zielt ab auf ein nicht poröses, gleichförmig mikrozelluläres Polierkissen, das einen durchschnittlichen Zelldurchmesser aufweist, der vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 0,05 bis 100 Mikrometern liegt und noch bevorzugter innerhalb eines Bereichs von etwa 0,05 bis 30 Mikrometern liegt. Das Oberflächenmaterial des Kissens besitzt einen niedrigen Reibungskoeffizienten mit einem Reibungskoeffizienten von vorzugsweise weniger als 0,4. Der Poliergegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise eine im Allgemeinen kreisförmige Platte oder Polierkissen. Jedoch wird jemand mit einer gewöhnlichen Fertigkeit in der Technik verstehen, dass das Kissen zum Beispiel im Allgemeinen quadratisch, rechteckig oder von jeder gewünschten geeigneten Form sein kann und auch in Rollenformat geliefert werden kann, bei dem zu jedem gegebenen Zeitpunkt nur ein Teil des Kissens verwendet wird.

Der Poliergegenstand der vorliegenden Erfindung kann entweder selbst als Polierkissen verwendet werden oder als ein Trägermaterial in einer Polieranwendung, in der Polierschlamm verwendet wird, um ein gewünschtes Oberflächenfinish für Halbleitervorrichtungen, Siliziumvorrichtungen, Kristalle, Glas, Keramik, polymeres plastisches Material, Metall, Stein oder andere Oberflächen zur Verfügung zu stellen. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung kann mit Polierflüssigkeiten verwendet werden, die den in der Technik Sachkundigen alle gut bekannt und leicht verfügbar sind. Die Arbeitsumgebung des Gegenstands umfasst die Umgebung, die den Artikel umgibt, wenn er in Verwendung ist, und schließt das Substrat, das poliert werden soll, und den Polierschlamm oder die Polierflüssigkeit mit ein.

Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung ist nützlich dafür, die Oberfläche eines Werkstücks zu ändern durch einen polierenden Arbeitsvorgang wie Läppen, Planarisieren, Schleifen und Formen. Das Werkstück kann eine Halbleitervorrichtung sein, die mehrfache Schichten aus Polysilizium, thermischen Oxiden und metallischen Materialien aufweist, wobei jede dieser Schichten planarisiert werden kann, bevor eine nachfolgende Schicht aufgebracht wird.

Das Polierkissen umfasst eine polymere Matrix, die vorzugsweise undurchlässig ist (und deshalb nicht porös) für wässrige flüssige Schlämme, wie sie typischerweise bei Arbeitsvorgängen des Polierens und der Planarisierung verwendet werden. Die polymere Matrix kann von Urethanen, Melaminen, Polyestern, Polysulfonen, Polyvinylacetaten, Fluorkohlenwasserstoffen und Ähnlichem ausgeformt werden und Mischungen, Copolymeren und Abkömmlingen davon. Jemand mit gewöhnlichen Fertigkeiten in der Technik wird erkennen, dass jedes andere Polymer verwendet werden kann, das ausreichende Zähigkeit und Festigkeit aufweist, um weit reichender Abnutzung während Arbeitsvorgängen des Polierens zu widerstehen. In Bezug auf die vorliegende Erfindung umfasst die polymere Matrix vorzugsweise ein Urethanpolymer.

Zum Zweck der Beschreibung der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Begriffe die folgenden allgemeinen Bedeutungen:

nicht porös: eine Materialeigenschaft, bei der makroskopisch dimensionierte Hohlräume innerhalb des Materials existieren, typischerweise ein Ergebnis von hoch unkontrollierten Materialreaktionen. Tritt auf Grund der hoch reaktiven Eigenschaft des Wassers mit dem Isocyanat oft in dürftig kontrollierten, Wasser geblasenen Urethanen auf.

Mikrozelle: eine Materialeigenschaft, bei der mikroskopisch dimensionierte Hohlräume innerhalb des Materials existieren, typischerweise ein Ergebnis von hoch kontrollierten Materialreaktionen, die auf eine integrierte Hohlraumanordnung abzielen.

Luftlöcher: eine Eigenschaft der entstehenden Materialform (nicht wirklich des Materials selbst), in der Luft innerhalb des Formungsverfahrens eingeschlossen wird, wodurch große hohle Bereiche bewirkt werden. Diese sind typischerweise größer, als die makroskopische Hohlräume, die mit der nicht porösen Ausgestaltung verbunden sind.

mit Bläschen angereichert: ein Material, das die Gegenwart von absichtlich eingebrachtem Gas aufweist.

Geschlossen zellige Membran: ein Material, das Mikrozellstrukturen (wie oben definiert) enthält, wobei die integrierten Hohlräume im Wesentlichen diskret sind und höchst wahrscheinlich unzusammenhängend zu einander sind, um auf diese Weise einen fortlaufenden Pfad für die Aufnahme von Flüssigkeit in die Hauptmasse des Materials (im Gegensatz zu nur der Oberflächenschicht) zu vermeiden.

Sich jetzt den Figuren zuwendend, zeigt 3 ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform zeigt von einem Verfahren 10, um das Polierkissen der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Zuerst wird in Schritt 12 ein polymerer Harzbestandteil bereitgestellt und ein Gas wird in Schritt 14 dem in dem unter Druck gesetzten Tank enthaltenen polymeren Harz beigefügt. Das Gas kann dem im unter Druck gesetzten Tank enthaltenen polymeren Harz auf irgendeine Anzahl von Wegen beigefügt werden, wobei ein beispielhaftes Mittel die Einbringung auf dem Weg einer innerhalb des Tanks enthaltenen Sprudelröhre ist. Der polymere Harzbestandteil schließt einen Katalysator ein und umfasst vorzugsweise ein auf Polyäther basiertes flüssiges Urethan, wie zum Beispiel das in der Bayflex Reihe von Produkten verwendete, die kommerziell verfügbar ist von Bayer Polymers aus der Bayer Gruppe, die sich in Leverkusen, Deutschland befindet. Die Bayflex Reihe von Bayer beinhaltet eine zweiteilige flüssige Polyurethananordnung, die einen ersten polymeren Harzbestandteil, der einen Katalysator enthält und einen zweiten Isocyanatbestandteil umfasst. Die Bayflex Polyurethanharzmischung von Bayer schließt einen Glykolkatalysator ein, der für ein mit vielen anderen konventionellen Katalysatoren für reaktive Spritzgussformung (RIM – Reaction Injection Mold), wie zum Beispiel Aminen, verglichenes langsameres Reaktionstempo zur Verfügung stellt. Das mit Glykol verbundene langsamere Reaktionstempo lässt ausreichend Zeit, dass das Produkt fließt und die Formen vor dem Gelieren und dem Verfestigen füllt.

Viele andere Katalysatoren enthaltende Vorpolymere können für den ersten polymeren Harzbestandteil verwendet werden. Beispiele für solche Vorpolymere umfassen, sind aber nicht eingegrenzt auf Polyurethan, Polyätherpolyole, Polymerpolyole, aliphatische Polyesterpolyole, aromatische Polyesterpolyole, polytetramethylenätherglykol (PTMEG), PTFH, Rizinusöl basierte Polyole, Polycaprolactonpolyole, mit Hydroxylgruppe terminiertes Polybutadiene (HTPB), Acrylpolyole und Polyamine.

Das in Schritt 14 dem polymeren Harzbestandteil beigefügte Gas kann ein inertes Gas, ein reaktives Gas, ein reduktives Gas oder eine Kombination davon sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gas ein trockenes inertes Gas wie Luft, Ar, N2 oder O2 oder eine teilweise reduktive oder reinigende Gasmischung wie 3% H2/Ar. Andere Mischungen aus Gas, die nicht störend in die Urethanchemie eingreifen, wie zum Beispiel Mischungen aus reaktivem Gas mit inertem Gas, inertem Gas mit inertem Gas, reaktivem Gas mit reaktivem Gas, inertem Gas mit reduktivem Gas, reaktivem Gas mit reduktiven Gas und reduktivem Gas mit reduktivem Gas können ebenfalls verwendet werden. Es wird von jenen, die in der Technik ausgebildet sind, verstanden werden, dass entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Vielfalt von anderen Vorpolymeren und Gasen verwendet werden kann.

In Schritt 16 werden das polymere Harz und die Gasmischung durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt, um eine Scherkraft anzuwenden, die die Zellgröße des Polierkissens steuert, wenn die Spritzgussreaktion angewendet wird. Alternativ dazu können nach dem Pumpen der Mischung durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität in Schritt 16 durch Pumpen des polymeren Harzes und der Gasmischung durch einen Emulgator in Schritt 18 und/oder eine homogenisierende Mischmaschine in Schritt 20 zusätzliche Scherkräfte angewandt werden. Die Scherkräfte bewirken, dass die Gasblasen zerfallen, die dem polymeren Harz beigefügt sind. Die Mischung aus polymerem Harz und Gas nach der Steinmischmaschine mit feiner Porosität durch entweder den Emulgator oder die homogenisierende Mischmaschine oder durch beide zu pumpen, ermöglicht eine noch weitergehende Steuerung der durchschnittlichen Zellgröße des Kissens (durch Erreichen einer geringeren Zellgrößenverteilung) und unterstützt eine erhöhte Einheitlichkeit der Zellgröße.

Nach dem Anwenden der Scherkräfte in den Stufen 16, 18 und 20, wird die Mischung aus polymerem Harz und Gas in Schritt 22 mit einem Isocyanatbestandteil gemischt. Viele Arten von Isocyanaten können verwendet werden, wobei Diphenylmethandiisocyanat (MDI) eine bevorzugte Wahlmöglichkeit darstellt. Andere, die verwendet werden können umfassen, sind aber nicht darauf eingeschränkt, Toluoldiisocyanat (TDI), aliphatische Isocyanate, blockierte Isocyanate, modifizierte Isocyanate und Vorpolymere.

Die resultierende Mischung aus polymerem Harz, Gas und Isocyanat wird dann in Schritt 24 in eine Form, vorzugsweise eine gesteuerte Gussform eingespritzt. Nachdem das Formungsverfahren vollständig ist, wird der Gegenstand (Polierkissen) in Schritt 26 aus der Form entfernt, und mindestens eine Oberfläche des Kissens kann in Schritt 28 auf eine im Allgemeinen erwünschte Dicke, wie zum Beispiel 50–100 Tausendstel eines Zolls, geschliffen oder plan gedreht werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Polierkissen einem weiteren Schleifvorgang oder Plan Drehen auf eine endgültige Dicke unterzogen werden, wie in Schritt 30 gezeigt, oder kann vor dem Schleifvorgang oder Plan Drehen auf eine endgültige Dicke einem oder mehreren Bearbeitungsschritten unterzogen werden. Zum Beispiel können Rillen maschinell in eine Oberfläche des Polierkissens eingebracht werden, wie in Schritt 32 gezeigt, oder es kann ein Fenster innerhalb des Polierkissens ausgeformt werden, wie in Schritt 34 gezeigt.

In Schritt 32 werden Rillen maschinell auf einer aktiven Oberfläche des Polierkissens hergestellt. Die Rillen können von verschiedenen gebräuchlichen Ausführungsformen sein, wie zum Beispiel konzentrisch, als Schraffurmuster, X-Y und/oder Ähnliches, und die verschiedenen Größen der Rillen können in die Kissenoberfläche geschnitten werden. Zum Beispiel kann das Polierkissen so geschnitten werden, dass Rillen mit einer Dicke von dreißig Tausendstel eines Zolls in der Oberfläche des Kissens ausgeformt werden. Das Kissen wird auch mit einer beliebigen Anzahl von Mitteln auf einen gewünschten Durchmesser ausgeformt oder geschnitten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, maschinelle Bearbeitung, Drehen, Wasserschneiden usw. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung schließt keine Art von fraktalen Mustern von Artefakten oder irgendwelche Texturen auf der Kissenoberfläche ein. Stattdessen verwendet das Polierkissen der vorliegenden Erfindung typische Muster wie X-Y Muster, konzentrische Kreise, Spiralen und Ähnliches. Wenn dem Kissen auch ein Fenster hinzugefügt wird, wie in Schritt 34 gezeigt, können die Rillen bei der Ausformung eingegrenzt werden, so dass sie die Platzierung des durchsichtigen optischen Fensters nicht behindern.

In Schritt 34 wird dem Polierkissen ein Fenster hinzugefügt, durch Entfernen eines Teilbereichs des Kissens und Füllen der durch den entfernten Teilbereich geschaffenen Öffnung mit einem Polyurethanmaterial, das in seiner Zusammensetzung anders ist als das Kissenmaterial. Zum Beispiel kann ein Polycarbonat oder ein anderes geeignetes Material als eine Flüssigkeit verwendet werden, die sich mit dem Hauptkissen verbindet und sich als ein durchsichtiger oder durchscheinender Teilbereich des Kissens verfestigt. In einer anderen Ausführungsform des Fensters wird ein fester Fensterteil in die vom entfernten Teil geschaffene Öffnung eingesetzt und dann mit dem Hauptkissen verbundenen. Als Ergebnis wird eine deutliche Grenze zwischen dem Kissen und dem Fenster ausgeformt. Auf dem Fenster sind keine Rillen geschnitten, aber das Kissen kann in Schritt 30 immer noch auf eine letztendliche Dicke geschliffen oder plan gedreht werden. Das Kissen kann in Schritt 30 auch auf eine letztendliche Dicke geschliffen oder plan gedreht werden, wenn Rillen nur im Kissen ausgeformt werden. Zuletzt wird das Kissen für die Lieferung gereinigt und verpackt.

Eine schematische Sicht auf die Herstellungsanlage, die verwendet wird, um das Polierkissen entsprechend dem in 3 gezeigten Verfahren zu produzieren, wird in 4 erläutert. Das polymere Harz wird vorzugsweise in einem unter Druck gesetzten Tagestank 40 aufbewahrt, der eine Mischmaschine 42 aufweist. Das trockene Keimbildungsgas wird in seinem eigenen Tank 44 aufbewahrt und wird dem innerhalb des Tagestanks 40 enthaltenen polymeren Harz zugefügt. In einer Ausführungsform kann das Gas über eine im Tagestank 40 enthaltene Sprudelröhre 46 dem polymeren Harz beigefügt werden, bis die korrekte spezifische Dichte erreicht ist. Die Umwälzpumpe 48 zur Keimbildung fährt damit fort, das polymere Harz und die Luftblasen des trockenen Gases durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität 50 zu pumpen, wodurch die Blasen weiterhin aufgebrochen werden um die korrekte Zellgrößenverteilung zu erreichen und die korrekte spezifische Dichte aufrecht zu erhalten.

Wie zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben, können andere Verfahren der Keimbildung auch günstige Ergebnisse erzeugen. Zum Beispiel kann man mit der Platzierung einer Emulsionspumpe 52 nach der Steinmischmaschine mit feiner Porosität eine noch kleinere Zellgrößenverteilung im Kissen erreichen. Wenn man außerdem eine homogenisierende Mischmaschine 54 nach einer Steinmischmaschine mit noch feinerer Porosität platziert, kann eine noch feinere Zellgrößenverteilung erreicht werden.

Die Mischmaschine 42 im unter Druck gesetzten Tagestank 40 fährt fort, das mit Bläschen angereicherte polymere Harz zu mischen, um die Einförmigkeit der polymeren Harzmaterialien sicher zu stellen. Ein zweiter unter Druck gesetzter Tagestank 56, der eine Mischmaschine 58 aufweist, wird verwendet, um den Isocyanatbestandteil aufzubewahren. Es wird ermöglicht, dass die polymeren Harzmaterialien durch das geheizte Wasser auf Temperatur kommen, das in den ummantelten Tagestanks fließt.

Ein Hochdruckmischkopf 60 wird nach allen notwendigen Änderungen an den Anschlüssen oder Kalibrierungsschritten mit einer angesteuerten Form 62 verschraubt. Fließzeit, Presswinkel und Pressezeitfolgen werden für die Form eingestellt und Tische werden angeordnet, um die Anforderungen an die Lagerung der zu produzierenden Kissen zu unterstützen. Das polymere Harz und das Gas werden im Mischkopf 60 mit dem Isocyanat gemischt und dann durch eine Mischdüse in die Form 62 eingespritzt. Die Formpresse betätigt die Form, die die Fähigkeit aufweist, vor der Einspritzung der Flüssigkeit zu rotieren, so dass Lufttaschen entfernt werden können.

Eine Bedienperson öffnet die Form 62, sprüht sie mit einem Formtrennmittel aus, schließt die Form und dreht die Form in ihren Einspritzwinkel. Die Mischung aus polymerem Harz, Gas und Isocyanat wird unter Anwendung der vorprogrammierten Flusszeit in die Form eingespritzt. Zwei Überdruckverdrängerpumpen 64 und 66 wälzen das Isocyanat, das polymere Harz und das Gas ständig durch den Mischkopf 60 und zurück in ihre entsprechenden Tagestanks 56 und 40 um. Die Einspritzung des polymeren Harzes, Gases und Isocyanats in die Form 62 wird von einer hydraulischen Vorrichtung 68 durchgeführt, die ein Ventil innerhalb des Mischkopfs 60 aktiviert, das den Materialfluss vom Umwälzmodus in den Prallmodus (oder Verabreichungsmodus) ändert. Die Flüssigkeiten aus polymerem Harz und Gas, sowie Isocyanat werden unter äußerst hohen Geschwindigkeiten auf einander gespritzt, wodurch die zwei Bestandteile gründlich gemischt werden, die dann den Mischkopf 60 verlassen und in die Form 62 eintreten. Am Ende der Einspritzzeit schließt die hydraulische Vorrichtung 68 das Ventil, was auch alle der verbleibenden Flüssigkeiten aus polymerem Harz, Gas und Isocyanat aus dem Mischkopf 60 herausdrückt.

Die Form 62 verbleibt etwa zwei Minuten bei der Höhe, bei der sie für die Einspritzung rotiert wurde. Danach dreht sich die Form 62 langsam in ihre ebene Anfangsposition. Nach etwa einer weiteren Minute öffnet sich die Form 62 automatisch und eine Bedienperson entfernt das Kissen aus der Form, und der Zyklus wiederholt sich dann von neuem. Die entfernten Kissen werden auf einer flachen Oberfläche bereitgestellt und es wird ihnen ermöglicht, sich für ein Minimum von einer Stunde zu stabilisieren, um ein Verbiegen zu verhindern.

Die Mischung in der Form härtet ohne die Verwendung eines Ofens aus. Nachdem das Kissen aus der Form entfernt und ausgehärtet ist, kann es auf einer oder beiden Seiten geschliffen oder plan gedreht werden, wie zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben wurde. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung umfasst keine mehrfachen Schichten, sondern formt stattdessen eine einzelne homogene Schicht aus.

Nachfolgendes ist ein Beispiel für ein Polierkissen, hergestellt entsprechend dem beispielhaft gezeigten und mit Bezug auf die 3 und 4 beschriebenen Verfahren:

Beispiel 1

Die Vorrichtung wurde, wie in den anhängenden 3 und 4 beschrieben, in Verbindung mit einer unveränderten, von Bayer gelieferten elastomeren Polyurethananordnung, namentlich Bayflex XGT-140 verwendet, die eine Anordnung aus zwei Bestandteilen umfasst. Die verwendete Ausrüstung war eine Zylindermaschine mit 500 Pfund/min. Die vom Urethanlieferanten empfohlenen Standardverfahrensparameter wurden für dieses Beispiel verwendet und beinhalten:

Materialtemperatur 90–100F Formtemperatur 140–158F Polyolkeimbildung 0,75–0,80

Maximale Einspritzzeit 11–12 Sekunden Typische Ruhezeit vor dem Entfernen aus der Form 2–3 min Volumenverhältnis der Mischung Iso/Polyol 137:100

Ein geschlossen zellular strukturiertes Polierkissen wurde wie beschrieben mit den Verfahren und Verfahrensrichtlinien hergestellt. Die durchschnittliche Zellgröße für das Polierkissen betrug 20 Mikrometer. Konzentrische Rillen, 30 Tausendstel in der Tiefe, 62,5 Tausendstel in der Breite mit einer radialen Dichte von acht Rillen pro Zoll wurden in die Polieroberfläche eingearbeitet. Das Kissen wurde mit 3M 442 KW doppelseitigem Klebeband laminiert und auf einer handelsüblichen IPEC 472 Poliermaschine installiert. Siliziumwafer, 8 Zoll im Durchmesser, mit dicken thermisch gewachsenen Oxiden auf der Oberfläche wurden unter Verwendung eines handelsüblichen, auf Siliziumdioxid basierten Oxidschlamms von Rodel (Klebesol 1501-50) poliert. Typische Verfahrensparameter und Einlaufverfahren wurden, wie untenstehend gezeigt, angewendet:

Zu polierende Schicht Thermisch gewachsenes Siliziumdioxid auf 8 Zoll Siliziumsubstraten Poliermaschine IPEC 472 Geschwindigkeit des Verarbeitungstisches 110 U/min

Anpressdruck der Verfahrenshalterung 5 PSI Geschwindigkeit der Verfahrenshalterung 55 U/min Polierschlamm Rodel Klebesol 1501-50 Schlammflussrate 150 ml/min Polierdauer 2 min Konditionierer TBW Konditionierung ex situ

Die Einlaufphase umfasste drei Testwafer aus Oxid, bevor die drei Auswertungswafer aus Oxid poliert wurden. Messungen der Oxiddicke vor und nach dem Polieren wurden durchgeführt unter Verwendung von für die Wafergrößenordnung standardisierten dielektrischen Dickemesswerkzeugen, Messverfahren, Messorten und Parametern des Schichtmaterials.

Die durchschnittlichen Abtraggeschwindigkeiten von den Wafern wurden wie folgt gemessen:

  • 1. 2159 A/min
  • 2. 2149 A/min
  • 3. 2147 A/min

Sich jetzt der 5 zuwendend wird ein Ablaufdiagramm gezeigt, das eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens 100 dafür zeigt, das Polierkissen der vorliegenden Erfindung herzustellen. Das in der 5 gezeigte Verfahren ist mit Ausnahme der ersten paar Schritte im Verfahren mit dem in 3 gezeigten Verfahren fast identisch. In Schritt 112 wird das polymere Harz, das den Katalysator enthält, in einem Tagestank aufbewahrt, der eine Mischmaschine aufweist, und in Schritt 113 wird das polymere Harzmaterial aus dem Tagestank heraus und durch einen Umwälztank gepumpt. Das Gas wird dann in Schritt 114 außerhalb des Tagestanks zu dem polymeren Harz hinzugefügt. Danach wird die Mischung aus polymerem Harz und Gas in Schritt 116 durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt. Die Schritte in dieser beispielhaften Ausführungsform verlaufen dann identisch mit den in der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umrissenen Schritten und werden hierin wiederum als Referenz eingebunden.

In der in 5 gezeigten Ausführungsform kann das Gas direkt in die Umwälzpumpe gebracht werden, wodurch jeder Grund für eine Sprudelröhre beseitigt wird. 6 zeigt eine schematische Sicht auf die Herstellungsanlage, die benutzt wird, um das Polierkissen entsprechend dem in 5 gezeigten Verfahren zu produzieren. Wie aus 6 ersehen werden kann, ist die Herstellungsanlage fast identisch mit der schematischen Darstellung der in 4 gezeigten Herstellungsanlage, mit den folgenden Ausnahmen: 1) es ist keine Sprudelröhre in dem Tagestank 40 enthalten, in dem das polymere Harz aufbewahrt wird, und 2) das Gas wird in das polymere Harz eingebracht entweder durch die Umwälzpumpe 48 oder nachdem das polymere Harz durch die Umwälzpumpe 48 gepumpt wurde. Dementsprechend wird die detaillierte Beschreibung, die sich auf die in 4 gezeigte identische Ausrüstung bezieht, hierin wiederum als Referenz integriert.

7 zeigt eine vergrößerte Draufsicht, die die Oberfläche des Polierkissens der vorliegenden Erfindung darstellt. Die eingebrachten Gasblasen können in ihrem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,05 Mikron bis zu 100 Mikron und vorzugsweise von etwa 0,05 Mikron bis zu 30 Mikron betragen, mit zugehörigen Dichteverteilungen, die von den spezifischen Verfahrenparametern abhängen. Verschiedene Durchmesser von Löchern oder Öffnungen sind auf der Oberfläche des aufgeschnittenen Kissenmaterials zu beobachten, wo die Blasen geöffnet worden sind. Flache Bereiche machen das umliegende Polyurethankissenmaterial aus und befinden sich zwischen den geöffneten Blasen. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung hat aufgrund der offenen Zellen an der Kissenoberfläche einiges an Fähigkeit, Schlamm zu absorbieren/zu transportieren, aber die übrige Struktur des Kissens umfasst eine geschlossene Zellstruktur und wird als nicht porös angesehen. Die Abmessung der Zellen oder der Mikrokügelchen wird vor dem Mischen der reaktiven Bestandteile und dem Einbringen von diesen in die Form gesteuert durch die Verwendung von Verfahrensausrüstung, die Scherung herbeiführt und Sprudelröhren, emulgierende Mischmaschinen und Ähnliches umfasst. Das Isocyanatmaterial wird vollständig in der Form reagiert, um zu verhindern, dass nach der Herstellung irgendeine Art von Aushärtung stattfindet. Es wird von jenen, die in der Technik ausgebildet sind, verstanden werden, dass die Bezeichnungen Blasen, Zellen, Mikrokügelchen, Mikrozellen und Mikroporen bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung alle austauschbar verwendet werden.

Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung ist dazu ausgeführt, periodische oder beständige Oberflächenregeneration zu durchlaufen. Die Regeneration erfordert es, die alte Oberfläche zu entfernen und eine wie neue Oberfläche freizulegen, und die Ausführung des Polierkissens ermöglicht es, eine völlig neue Oberfläche freizulegen, wobei die Abnutzung des Kissens ungefähr gleich ist der Größe der maximalen Zellgröße. Weil das Polierkissen der vorliegenden Erfindung kleinere, gleichförmigere Zellgrößen erzeugen kann, kann seine Oberflächenregeneration etliche Male mehr stattfinden als in ähnlichen Produkten.

Die vorliegende Erfindung stellt Polierkissen zur Verfügung, die für CMP geeignet sind. Die Polierkissen der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein wirkungsvolles Entfernen von Materialschichten einschließlich jener, die, wie weiter oben besprochen, in Anordnungen der Mikroelektronik verwendet werden, und dies in einer Minimalanzahl von Schritten, während gute Verfahrenseigenschaften (einschließlich Ebenheit und Fehleranfälligkeit), Stabilität des Verfahrens und das Fertigungsverfahren sicher gestellt werden.

Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung kann auch zusätzliche Hardware umfassen, wie zum Beispiel Hardware für die Unterstützung bei der Bestimmung von Endpunkten, die während des Giessverfahrens in das Kissen integriert werden. Im Besonderen werden ein oder mehrere Stücke Hardware innerhalb der Form an Ort und Stelle befestigt und die Mischung aus polymerem Harz und Gas und Isocyanat wird dann in die Form eingespritzt, so dass sie die Hardware wirksam umfasst. Alternativ dazu findet ein separater Arbeitsschritt nach dem Giessen statt, in welchem ein Teil des Kissens maschinell entfernt wird, so dass die Hardware eingebracht und an dieser Stelle befestigt werden kann.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren dafür, ein Substrat zu polieren oder zu planarisieren, wobei dieses umfasst das Substrat mit dem weiter oben offenbarten Polierkissen in Kontakt zu bringen und das Substrat durch chemisches mechanisches Polieren zu polieren oder zu planarisieren.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren dafür, ein Polierkissen herzustellen, das reaktive Spritzengusstechnik unter Verwendung von durch direkte Gaseinspritzung geschaffenen Mikroporen umfasst.

Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren dafür, integrierte Halbleiterschaltungen herzustellen, das nachfolgendes umfasst: Ausformen von Schaltkreisen auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers durch photolithographische und beschichtende Verfahren, das Polieren oder das Planarisieren der Schaltkreise durch in Kontakt bringen des Halbleiterwafers mit dem weiter oben offenbarten Polierkissen in Gegenwart einer polierenden Flüssigkeit und das Planarisieren der Schaltkreise durch chemisches mechanisches Polieren.

Die vorhergehende Beschreibung der Erfindung erläutert und beschreibt die vorliegende Erfindung. Außerdem zeigt und beschreibt die Offenlegung nur die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, aber, wie oben erwähnt, ist es zu verstehen, dass die Erfindung dazu in der Lage ist, in verschiedenen anderen Kombinationen, Modifikationen und Umgebungen angewendet zu werden und fähig ist zu Änderungen oder Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs des erfinderischen Konzepts wie hierin ausgedrückt, entsprechend den oben genannten Lehren und/oder der Fertigkeit in oder des Wissens über die entsprechende Technik. Es ist weiterhin beabsichtigt, dass die hierin weiter oben beschriebenen Ausführungsformen die besten bekannte Arten erklären, die Erfindung auszuüben und es Anderen, die in der Technik ausgebildet sind, zu ermöglichen, Gebrauch zu machen von der Erfindung in solchem oder anderen Ausführungsformen und mit den entsprechenden verschiedenen Änderungen, die für die jeweiligen Anwendungen oder Verwendungen der Erfindung erforderlich sind. Dementsprechend ist es nicht beabsichtigt, dass die Beschreibung die Erfindung auf die hierin offenbarte Form beschränkt. Es ist auch beabsichtigt, dass die angehängten Ansprüche so ausgelegt werden, dass sie alternative Ausführungsformen einschließen.

Zusammenfassung Polierkissen und Verfahren zur Herstellung desselben

Ein Gegenstand oder ein Polierkissen zur Veränderung der Oberfläche eines Werkstücks umfasst eine Polymermatrix, die durch Reaktionsspritzgiessen von in der Größe gesteuerten Gasblasen in einer Polyurethanmatrix erzeugt wird. Die vorgeschlagene flüssige Urethanvorstufe wird zuerst in eine angetrieben Gussform eingespritzt und ausgehärtet. Das gegossene Produkt wird dann aus der Gussform entfernt und doppelseitig plan gedreht oder geschliffen, um ein einzelnes dünnes Polierkissen auszuformen, das eine einzelne Schicht aus homogenem Material umfasst.


Anspruch[de]
Nicht poröses Polierkissen von gleichförmiger mikrozellulärer Größe, hergestellt durch Einbringen eines Gases in ein polymeres, in einem unter Druck gesetzten Tank enthaltenes Harz, Pumpen der Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität, Mischen der Mischung aus polymerem Harz und Gas mit einem Isocyanat, um eine resultierende Mischung auszuformen und Einspritzen das resultierenden Mischung in eine Gussform. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch einen Emulgator gepumpt wird, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine homogenisierende Mischmaschine geleitet werden, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei das Gas durch eine innerhalb des unter Druck gesetzten Tanks enthaltene Sprudelröhre in das polymere Harz eingebracht wird. Polierkissen gemäß Anspruch 4, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch einen Emulgator gepumpt wird, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde. Polierkissen gemäß Anspruch 4, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine homogenisierende Mischmaschine geleitet wird, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas umgewälzt wird durch den unter Druck gesetzten Tank, der eine Mischmaschine enthält, und durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität, bevor die Mischung aus polymerem Harz und Gas mit dem Isocyanat gemischt wird. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei die gleichförmige mikrozelluläre Struktur eine geschlossene Zellmembran umfasst, die im Durchschnitt einen Zelldurchmesser innerhalb eines Bereichs von etwa 0,05 bis 100 Mikrometern aufweist. Polierkissen gemäß Anspruch 8, wobei der durchschnittliche Zelldurchmesser einen Bereich von etwa 0,05 bis 30 Mikrometern umfasst. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei ein Oberflächenmaterial des Kissens einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei die von der resultierenden Mischung ausgeformte polymere Matrix mindestens aus einem aus der Gruppe bestehend aus einem Polyurethan, einem Polyester, einem Polysulfan und einem Polyvinylacetat besteht. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei besagtes polymeres Harz Glykol als Katalysator einschließt. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei besagtes polymeres Harz mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus einem Polyurethan, einem Polyglykol, einem Polyätherpolyol, einem Polymerpolyol, einem aliphatischen Polyesterpolyol, einem aromatischen Polyesterpolyol, einem PTMEG, einem PTHF, einem auf Castoröl basierten Polyol, einem Polycaprolactonpolyol, einem mit einer Hydroxylgruppe abgeschlossenen Polybutadien, einem Acrylpolyol und einem Polyamin umfasst. Polierkissen gemäß Anspruch 1, das weiterhin einen porösen durchsichtigen Teil oder porösen durchscheinenden Teil umfasst, der dem Kissen im Anschluss an das Formpressen des Kissens hinzugefügt wird. Polierkissen gemäß Anspruch 1, das weiterhin Rillen umfasst, die in einer Oberfläche des Kissens ausgeformt sind. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei das Gas mindestens aus einem aus der Gruppe aus einem inerten Gas, einem reaktiven Gas und einem reduktiven Gas besteht. Polierkissen gemäß Anspruch 16, wobei das Gas mindestens eines aus der Gruppe aus einer trockenen Luft, einem Argongas, einem trockenen Stickstoffgas und einem trockenen Sauerstoffgas umfasst. Polierkissen gemäß Anspruch 1, das mindestens eines aus der Gruppe aus einem oberflächenaktiven Stoff und einem Ultraviolettstabilisator umfasst. Nicht poröses Polierkissen von gleichförmiger mikrozellulärer Größe, hergestellt durch Einbringen eines Gases in ein polymeres Harz mittels einer Umwälzpumpe, die die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität pumpt, Mischen der Mischung aus polymerem Harz und Gas mit einem Isocyanat, um eine resultierende Mischung auszuformen und Einspritzen das resultierenden Mischung in eine Gussform. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch einen Emulgator gepumpt wird, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine homogenisierende Mischmaschine geleitet wird, nachdem sie durch die Steinmischmaschine mit feiner Porosität gepumpt wurde. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch einen unter Druck gesetzten Tank umgewälzt wird, der eine Mischmaschine und die Steinmischmaschine mit feiner Porosität aufweist, bevor die Mischung aus polymerem Harz und Gas mit dem Isocyanat gemischt wird. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei die gleichförmige mikrozelluläre Struktur eine geschlossene Zellmembran umfasst, die einen durchschnittlichen Zelldurchmesser innerhalb eines Bereichs von etwa 0,05 bis 100 Mikrometern aufweist. Polierkissen gemäß Anspruch 23 wobei der durchschnittliche Zelldurchmesser einen Bereich von etwa 0,05 bis 30 Mikrometern umfasst. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei ein Oberflächenmaterial des Kissens einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei die von der resultierenden Mischung ausgeformte polymere Matrix mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus einem Polyurethan, einem Polyester, einem Polysulfon und einem Polyvinylazetat umfasst. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei besagtes polymeres Harz Glykol als Katalysator einschließt. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei besagtes polymeres Harz mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus einem Polyurethan, einem Polyglykol, einem Polyätherpolyol, einem Polymerpolyol, einem aliphatischen Polyesterpolyol, einem aromatischen Polyesterpolyol, einem PTMEG, einem PTHF, einem auf Castoröl basierten Polyol, einem Polycaprolactonpolyol, einem mit einer Hydroxylgruppe abgeschlossenen Polybutadien, einem Acrylpolyol und einem Polyamin umfasst. Polierkissen gemäß Anspruch 19, das weiterhin einen porösen durchsichtigen Teil oder porösen durchscheinenden Teil umfasst, der dem Kissen im Anschluss an das Formgiessen des Kissens hinzugefügt wird. Polierkissen gemäß Anspruch 19, das weiterhin Rillen umfasst, die in einer Oberfläche des Kissens ausgeformt sind. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei das Gas mindestens aus einem aus der Gruppe aus einem inerten Gas, einem reaktiven Gas und einem reduktiven Gas besteht. Polierkissen gemäß Anspruch 31, wobei das Gas mindestens eines aus der Gruppe aus einer trockenen Luft, einem Argongas, einem trockenen Stickstoffgas und einem trockenen Sauerstoffgas umfasst. Polierkissen gemäß Anspruch 19, das mindestens eines aus der Gruppe aus einem oberflächenaktiven Stoff und einem Ultraviolettstabilisator umfasst. Verfahren zur Herstellung eines nicht porösen Polierkissens gleichförmiger mikrozellulärer Größe, das die nachfolgenden Schritte umfasst:

Bereitstellung eines polymeren Harzes, das in einem unter Druck gesetzten Tank enthalten ist, der eine Mischmaschine aufweist;

Einbringen eines Gases in das polymere Harz;

Pumpen der Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität;

Mischen eines Isocyanats in die Mischung aus polymerem Harz und Gas, um eine resultierende Mischung auszuformen; und

Einspritzen der resultierenden Mischung in eine Gussform.
Verfahren gemäß Anspruch 34, das weiterhin den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas nach dem Schritt, die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität zu pumpen durch einen Emulgator zu pumpen. Verfahren gemäß Anspruch 34, das weiterhin den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas nach dem Schritt, die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität zu pumpen durch eine homogenisierende Mischmaschine zu leiten. Verfahren gemäß Anspruch 34, wobei der Schritt des Einbringens eines Gases in das polymere Harz den Schritt umfasst, das Gas durch eine innerhalb des unter Druck gesetzten Tanks enthaltene Sprudelröhre einzubringen. Verfahren gemäß Anspruch 37, das weiterhin den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas nach dem Schritt, die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität zu pumpen durch einen Emulgator zu pumpen. Verfahren gemäß Anspruch 37, das weiterhin den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas nach dem Schritt, die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität zu pumpen durch eine homogenisierende Mischmaschine zu leiten. Verfahren gemäß Anspruch 34, das weiterhin die nachfolgenden Schritte umfasst:

Entfernen eines geformten Kissens aus der Gussform; und

Schleifen oder plan Drehen von mindestens einer Seite des Polierkissens auf eine gewünschte Dicke.
Verfahren gemäß Anspruch 34, das weiterhin den Schritt umfasst, maschinell Rillen in eine Oberfläche des Kissens auszuformen. Verfahren gemäß Anspruch 34, das weiterhin den Schritt umfasst, ein Fenster in dem Kissen auszuformen. Verfahren gemäß Anspruch 42, wobei besagtes Fenster ausgeformt wird, in dem ein Teil des Kissens entfernt wird und eine Öffnung, die durch den entfernten Teil geschaffen wurde, mit einem flüssigen Polyurethanmaterial aufgefüllt wird, das als ein durchsichtiger Teil oder durchscheinender Teil des Kissens erstarrt. Verfahren gemäß Anspruch 42, wobei besagtes Fenster ausgeformt wird, in dem ein Teil des Kissens entfernt wird und eine Öffnung, die durch den entfernten Teil geschaffen wurde, mit einem festen durchsichtigen Teil oder durchscheinendem Teil aufgefüllt wird, der mit dem Kissen verbunden wird. Verfahren gemäß Anspruch 34, wobei die Gussform eine gesteuerte Gussform ist, die ein Reaktionsspritzgussverfahren durchläuft. Verfahren gemäß Anspruch 34, wobei eine durchschnittliche Zellgröße des Kissens gesteuert wird durch Anwenden einer Vielfalt von Scherkräften auf die Mischung aus polymerem Harz und Gas vor dem Hinzufügen des Isocyanats. Verfahren zur Herstellung eines nicht porösen Polierkissens gleichförmiger mikrozellulärer Größe, das die nachfolgenden Schritte umfasst:

Bereitstellung eines polymeren Harzes, das in einem unter Druck gesetzten Tank enthalten ist, der eine Mischmaschine aufweist;

Einbringen eines Gases in das polymere Harz durch eine außerhalb des unter Druck gesetzten Tanks beinhaltete Umwälzpumpe;

Pumpen der Mischung aus polymerem Harz und Gas mit der Umwälzpumpe durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität;

Mischen eines Isocyanats in die Mischung aus polymerem Harz und Gas, um eine resultierende Mischung auszuformen; und

Einspritzen der resultierenden Mischung in eine Gussform.
Verfahren gemäß Anspruch 47, das den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas nach dem Schritt, die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität zu pumpen durch einen Emulgator zu pumpen. Verfahren gemäß Anspruch 47, das weiterhin den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas nach dem Schritt, die Mischung aus polymerem Harz und Gas durch eine Steinmischmaschine mit feiner Porosität zu pumpen durch eine homogenisierende Mischmaschine zu leiten. Verfahren gemäß Anspruch 47, das weiterhin die nachfolgenden Schritte umfasst:

Entfernen eines geformten Kissens aus der Gussform; und

Schleifen oder Plan Drehen von mindestens einer Seite des Kissens auf eine gewünschte Dicke.
Verfahren gemäß Anspruch 47, das weiterhin den Schritt umfasst, maschinell Rillen in eine Oberfläche des Kissens auszuformen. Verfahren gemäß Anspruch 47, das weiterhin den Schritt umfasst, ein Fenster in dem Kissen auszuformen. Verfahren gemäß Anspruch 52, wobei besagtes Fenster durch Entfernen eines Teils des Kissens und Füllen einer durch das entfernte Teil geschaffenen Öffnung mit einem flüssigen Polyurethanmaterial ausgeformt wird, das als ein durchsichtiger oder durchscheinender Teil des Kissens erstarrt. Verfahren gemäß Anspruch 52, wobei besagtes Fenster durch Entfernen eines Teils des Kissens und Füllen einer vom entfernten Teil geschaffenen Öffnung mit einem festen durchsichtigen Teil oder durchscheinendem Teil ausgeformt wird, der mit dem Kissen verbunden ist. Verfahren gemäß Anspruch 47, wobei die Gussform eine gesteuerte Gussform ist, die ein Reaktionsspritzgussverfahren durchläuft. Verfahren gemäß Anspruch 47, wobei eine durchschnittliche Zellgröße des Kissens gesteuert wird durch Anwenden einer Vielfalt von Scherkräften auf die Mischung aus polymerem Harz und Gas vor dem Hinzufügen des Katalysators. Polierkissen gemäß Anspruch 1, wobei das polymere Harz und die Gasmischung vor dem Hinzufügen des Isocyanats durch eine Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung geleitet werden. Polierkissen gemäß Anspruch 19, wobei das polymere Harz und die Gasmischung vor dem Hinzufügen des Isocyanats durch eine Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung geleitet werden. Verfahren gemäß Anspruch 34, das weiterhin den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas vor dem Hinzufügen des Isocyanats durch eine Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung zu leiten. Verfahren gemäß Anspruch 46, das weiterhin den Schritt umfasst, die Mischung aus polymerem Harz und Gas vor dem Hinzufügen des Isocyanats durch eine Kavitationsvorrichtung hoher Scherwirkung zu leiten. Polierkissen gemäß Anspruch 1, das weiterhin Hardware umfasst, die während des Formungsverfahrens in das Polierkissen integriert wird oder nach dem Formungsverfahren durch maschinelles Entfernen eines Teils des Kissens integriert wird. Polierkissen gemäß Anspruch 19, das weiterhin Hardware umfasst, die während des Formungsverfahrens in das Polierkissen integriert wird oder nach dem Formungsverfahren durch maschinelles Entfernen eines Teils des Kissens integriert wird. Verfahren nach Anspruch 34, das weiterhin den Schritt umfasst, während des Formungsverfahrens Hardware in das Polierkissen zu integrieren oder nach dem Formungsverfahren durch maschinelles Entfernen eines Teils des Kissens zu integrieren. Verfahren nach Anspruch 46, das weiterhin den Schritt umfasst, während des Formungsverfahrens Hardware in das Polierkissen zu integrieren oder nach dem Formungsverfahren durch maschinelles Entfernen eines Teils des Kissens zu integrieren.






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