DE60106084T2

DE60106084T2 - Polierkissen und anwendungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60106084T2
Application number: DE60106084T
Authority: DE
Inventors: S. Jeffrey KOLLODGE; P. Robert MESSNER
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-01-08
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2021-06-16
Also published as: KR20030068576A; JP2004517480A; EP1349705B1; EP1349705A1; US20020151253A1; TW526554B; DE60106084D1; JP4933716B2; ATE277720T1; CN1486233A; US6612916B2; CN1217769C; US20030199235A1; KR100777846B1; US6817926B2; WO2002053324A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Erhöhen des assoziierten Volumens der Polierzusammensetzung relativ zur Kontaktfläche in chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahren.
Dreidimensionale feststehende Polierkissen sind in chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahren zum Planarisieren und Polieren von Dielektrika, Metallverdrahtungen und Leitbahnen verwendet worden, die auf der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers vorliegen.
Die dreidimensionalen Strukturen auf diesen Polierkissen erstrecken sich von einer Substratoberfläche in Form von runden Säulen, quadratischen Säulen, hexagonalen Säulen, Pyramiden und Pyramidenstümpfen.
Während vieler chemisch-mechanischer Planarisierungsverfahren wird eine Polierzusammensetzung mit einer Oberfläche eines Halbleiter-Wafers in Kontakt gebracht.
Die Polierzusammensetzung modifiziert die Oberfläche des Wafers chemisch, wodurch sie der Entfernung zugänglicher wird. Feststehende abrasive Polierkissen und viele Partikelaufschlämmung-Kissen-Kombinationen, die in chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahren verwendet werden, wirken zur Entfernung der modifizierten Schicht des Wafers und verbrauchter Polierzusammensetzung, wodurch das Oberflächenmodifizierungs/-entfernungsverfahren wiederholt werden kann, bis die gewünschten endgültigen Eigenschaften der Wafer-Oberfläche erhalten werden.
Kurzfassung
In einem Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur chemischen Modifizierung eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) Berühren einer Oberfläche des Wafers mit einem Artikel, der eine Mehrzahl von sich über die Oberfläche des Artikels wiederholenden Einheitszellen umfasst, wobei die individuellen Einheitszellen mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur mit einem Einheitszellenparameter wie folgt: [[V1 – Vs]/Aas]/√Auc > 5umfassen, wobei V₁ das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der Struktur der Einheitszelle definierte Volumen, Vs das Volumen der Struktur der Einheitszelle, Aas die scheinbare Kontaktfläche der Struktur der Einheitszelle und Auc die Fläche der Einheitszelle ist; und b) Bewegen mindestens eines des Wafers und/oder des Artikels im Verhältnis zueinander in Anwesenheit einer Polierzusammensetzung, wobei die Polierzusammensetzung gegenüber der Oberfläche des Wafers chemisch reaktiv ist und die Rate des Entfernens von mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des Wafers entweder verstärken oder verzögern kann.
In einer Ausführungsform schließt der Abschnitt des Wafers eine chemisch unterschiedliche Phase des Wafers ein. In einer anderen Ausführungsform schließt die Einheitszelle eine Vielzahl von dreidimensionalen Strukturen ein. In anderen Ausführungsformen ist [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc ≥ 10. In einigen Ausführungsformen ist [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc ≥ 15. In einer Ausführungsformen ist [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc ≥ 20.
In einer anderen Ausführungsform ist mindestens eine Abmessung, die die scheinbare Kontaktfläche der Struktur definiert, 1 μm bis nicht größer als 500 μm.
In anderen Ausführungsformen ist mindestens eine Abmessung, die die scheinbare Kontaktfläche der Struktur definiert, 1 μm bis nicht größer als 200 μm.
In einer anderen Ausführungsform ist die scheinbare Kontaktfläche einer individuellen Struktur 1 μm² bis 200.000 μm².
In einer Ausführungsform ist die Höhe der Struktur 10 μm bis 500 μm. In einigen Ausführungsformen ist 15 μm ≥ √Auc ≥ 2000 μm.
In anderen Ausführungsformen schließt die Einheitszelle eine dreidimensionale Struktur ein. In einer anderen Ausführungsform schließt die Einheitszelle eine Anzahl dreidimensionaler Strukturen ein. In einigen Ausführungsformen schließen die Einheitszellen einen Teil einer Anzahl der dreidimensionalen Strukturen ein.
In einigen Ausführungsformen ist der Artikel ein feststehender abrasiver Artikel zur Modifizierung der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, wobei der Artikel weiterhin eine Mehrzahl feststehender abrasiver Strukturen umfasst, die sich in einer festgelegten Anordnung in einem Bereich des Artikels befinden, wobei der Bereich eine ausreichende Abmessung hat, um die Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers zu planarisieren.
In einer anderen Ausführungsform schließt der Bereich mindestens etwa 10 Strukturen/lfd. cm, mindestens etwa 50 Strukturen/lfd. cm oder mindestens etwa 500 Strukturen/lfd. cm ein.
In einigen Ausführungsformen sind die dreidimensionalen Strukturen einheitlich in dem Bereich verteilt. In anderen Ausführungsformen sind die dreidimensionalen Strukturen in einem Muster mit einer sich wiederholenden Periode angeordnet. In einer Ausführungsform befinden sich mindestens einige der dreidimensionalen Strukturen in Haufen.
In einer Ausführungsform schließen die dreidimensionalen Strukturen weiterhin ein Bindemittel und in dem Bindemittel befindliche abrasive Partikel ein. In anderen Ausführungsformen sind die dreidimensionalen Strukturen wahlweise im Wesentlichen frei von anorganischen abrasiven Partikeln. In einer Ausführungsform sind die dreidimensionalen Strukturen im Wesentlichen frei von Komponenten, die mit einem Wafer reaktiv sind.
In einigen Ausführungsformen weisen die dreidimensionalen Strukturen eine Form ausgewählt aus der Gruppe auf, die aus kubischen Säulen, zylindrischen Säulen, rechtwinkligen Säulen, Prismen, Pyramiden, Pyramidenstümpfen, Kegeln, Kegelstümpfen, Kreuzen, Halbkugeln und Kombinationen davon besteht. In einer Ausführungsform schließen die dreidimensionalen Strukturen eine Pyramidenform mit Seiten ein, die im Verhältnis zur Basis der Pyramide eine variierende Neigung aufweisen. In einer anderen Ausführungsform besitzen im Wesentlichen alle diese Strukturen wahlweise im Wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen.
In einigen Ausführungsformen befinden sich die dreidimensionalen Strukturen an einem Polierelement, wobei der Artikel weiterhin folgendes aufweist: (a) ein elastisches Element; und (b) ein zwischen dem Polierelement und dem elastischen Element befindliches starres Element. In einer anderen Ausführungsform ist das starre Element mit dem Polierelement und dem elastischen Element verbunden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Planarisieren der Oberfläche des zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Planarisieren einer Metalloberfläche (z. B. Kupfer) eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers. In anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Planarisieren einer dielektrischen Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers. In anderen Ausführungsformen ist das Verfahren frei von hörbarer Vibration.
In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren in Abwesenheit von anorganischen abrasiven Partikeln durchgeführt. In anderen Ausführungsformen weist die Polierzusammensetzung abrasive Partikel auf. In anderen Ausführungsformen ist die Polierzusammensetzung im Wesentlichen frei von abrasiven Partikeln.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren des Weiteren das Entfernen von mindestens etwa 500 Å Material/Minute von der Oberfläche mindestens eines Wafers für einen Zeitraum von mindestens etwa 200 Minuten ein.
In anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren des Weiteren das Entfernen von mindestens etwa 500 Å Material/Minute von der Oberfläche mindestens eines Wafers und liefert Wafer mit nicht mehr als etwa 10% Uneinheitlichkeit des Wafers.
In einer anderen Ausführungsform weisen die Strukturen längliche Prismastrukturen auf. In einer anderen Ausführungsform weisen die Strukturen längliche Stege auf.
In einem anderen Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur chemischen Modifizierung eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) Berühren einer Oberfläche des Wafers mit einem Artikel, der eine Anzahl von sich über die Oberfläche des Artikels wiederholenden Einheitszellen umfasst, wobei die individuellen Einheitszellen mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur mit einem Einheitszellenparameter wie folgt: [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc > 1 umfassen, wobei V₁ das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der Struktur der Einheitszelle definierte Volumen, Vs das Volumen der Struktur der Einheitszelle, Aas die scheinbare Kontaktfläche der Struktur der Einheitszelle und Auc die Fläche der Einheitszelle ist, wobei die dreidimensionale Struktur im Wesentlichen frei von anorganischen abrasiven Partikeln ist; und b) Bewegen mindestens eines des Wafers und/oder des Artikels im Verhältnis zueinander in Anwesenheit einer Polierzusammensetzung, wobei die Polierzusammensetzung gegenüber der Oberfläche des Wafers chemisch reaktiv ist und die Rate des Entfernens von mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des Wafers entweder verstärken oder verzögern kann.
In anderen Aspekten umfasst die Erfindung einen Artikel zum Modifizieren der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, wobei der Artikel folgendes aufweist: a) ein erstes Element, das eine Mehrzahl von sich über die Oberfläche des Elements wiederholenden Einheitszellen aufweist, wobei die individuellen Einheitszellen mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur aufweisen, wobei die Einheitszelle durch einen Einheitszellenparameter von [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc > 1 gekennzeichnet ist, wobei V₁ das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der Struktur der Einheitszelle definierte Volumen, Vs das Volumen der Struktur der Einheitszelle, Aas die scheinbare Kontaktfläche der Struktur der Einheitszelle und Auc die Fläche der Einheitszelle ist, wobei die dreidimensionale Struktur im wesentlich frei von anorganischen abrasiven Partikeln ist, b) ein vergleichsweise elastischeres Element; und c) ein zwischen dem ersten Element und dem elastischen Element befindliches relativ starreres Element.
In einigen Ausführungen kann die dreidimensionale Struktur zur chemischen Modifizierung der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers beitragen. In einer Ausführungsform hat der Artikel die Form einer Bahn. In anderen Ausführungsformen hat der Artikel die Form eines runden Polierkissens.
In einem Aspekt umfasst die Erfindung einen Artikel, der zur Verwendung in chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahren geeignet ist und ein Element aufweist, das eine Anzahl von sich über die Oberfläche des Artikels wiederholenden Einheitszellen umfasst, wobei die individuellen Einheitszellen mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur aufweisen, der im Wesentlichen frei von anorganischen abrasiven Partikeln ist und zu der chemischen Modifizierung einer Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers beitragen kann, wobei die Einheitszelle durch einen Einheitszellenparameter [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc > 1 gekennzeichnet ist, wobei V₁ das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der Struktur der Einheitszelle definierte Volumen, Vs das Volumen der Struktur der Einheitszelle, Aas die scheinbare Kontaktfläche der Struktur der Einheitszelle und Auc die Fläche der Einheitszelle ist. In einigen Ausführungsformen umfasst der Artikel des Weiteren ein relativ elastischeres Element und ein zwischen dem relativ elastischeren Element und dem ersten Element angeordnetes relativ starreres Element.
In einem anderen Aspekt umfasst die Erfindung einen Artikel, der ein Element aufweist, das eine Mehrzahl von sich über die Oberfläche des Artikels wiederholenden Einheitszellen umfasst, wobei die individuellen Einheitszellen mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur aufweisen, und durch einen Einheitszellenparameter wie folgt: [[V1 – Vs]/Aas] /√Auc > 5 gekennzeichnet ist, wobei V₁ das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der Struktur der Einheitszelle definierte Volumen, Vs das Volumen der Struktur der Einheitszelle, Aas die scheinbare Kontaktfläche der Struktur der Einheitszelle und Auc die Fläche der Einheitszelle ist. In einigen Ausführungsformen schließen die dreidimensionalen Strukturen abrasive Partikel ein. In anderen Ausführungsformen können die dreidimensionalen Strukturen zur chemischen Modifizierung einer Oberfläche eines für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers beitragen. In einer Ausführungsform umfasst der Artikel des Weiteren ein relativ elastischeres Element und ein zwischen dem relativ elastischeren Element und dem ersten Element angeordnetes relativ starreres Element.
In einer anderen Ausführungsform kann der Artikel mindestens etwa 500 Å Material/Minute von einem zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafer über einen Zeitraum von mindestens 200 Minuten entfernen. In anderen Ausführungsformen kann der Artikel mindestens etwa 500 Å Material/Minute von Oberflächen von einer Mehrzahl von zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafern entfernen und Wafer-Oberflächen mit nicht mehr als etwa 10% Uneinheitlichkeit des Wafers liefern. In einigen Ausführungsformen hat der Artikel die Form einer Bahn.
In anderen Ausführungsformen hat der Artikel die Form eines runden Polierkissens.
Der Begriff "Einheitszelle" bezieht sich auf die kleinste sich wiederholende Einheit einer zweidimensionalen Gruppierung von Strukturen, die die Ebene eines Artikels zum Modifizieren der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers deckt. Die Einheitszelle ist analog zu der Einheitszelle in der Kristallographie. Die Einheitszelle kann Translation, Rotation, Spiegelung über eine Linie oder einen Punkt und Kombinationen davon erfordern, um die Ebene zu decken. Es kann möglicherweise mehr als eine Einheitszelle geben, die die Ebene deckt. In 1 ist beispielsweise die kleinste sich wiederholende Einheit, die die Ebene des Artikels deckt, ein Dreieck. Für erfindungsgemäße Zwecke ergibt sich im Fall von Artikeln, die längliche parallele Strukturen einschließen, d. h. Strukturen, die eine größere Längenabmessung als Breitenabmessungen haben, so dass das Verhältnis der Längenabmessung zu der Breitenabmessung mindestens 2 : 1 ist, die parallel zueinander angeordnet sind, eine Ausnahme zu der oben beschriebenen Definition der Einheitszelle. Für Artikel, die längliche parallele Strukturen umfassen, wird die Einheitszelle willkürlich als Quadrat der Summe der Breite der Struktur plus der Breite des Abstands zwischen den Strukturen gesetzt, d. h. die Längenabmessung wird willkürlich so gewählt, dass sie gleich der Summe der Breitenabmessung der Struktur plus der Breitenabmessung des Raums zwischen angrenzenden Strukturen ist.
Die Formulierung "scheinbare Kontaktfläche" bezieht sich auf die Fläche der Oberseite eines Gegenstands, z. B. einer Struktur oder eines Polierkissens, die in der Lage scheint, eine Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers zu berühren, wenn die beiden Gegenstände sich unter irgendeiner angewendeten Last miteinander in Kontakt befinden. Die tatsächliche Fläche, die die Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers berührt, d. h. die wahre Kontaktfläche, ist vermutlich geringer als die scheinbare Kontaktfläche.
Die Formulierung "% scheinbare tragende Fläche" bezieht sich auf die Fläche eines Artikels, die die scheinbare Kontaktfläche relativ zu der gesamten planaren Fläche innerhalb eines Bereichs des Artikels bildet, die eine geeignete Abmessung zum Planarisieren der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers hat.
Polierkissen mit Einheitszellen, die die Gleichung [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc > 5 erfüllen, stellen der Oberfläche des Wafers für eine ausreichende Zeitdauer, um chemische Reaktionen an der Oberfläche des Wafers stattfinden zu lassen, eine ausreichende Menge Polierzusammensetzung zur Verfügung. Die Polierkissen liefern auch eine Anzahl an Oberflächenwischvorgängen pro Zeiteinheit (d. h. die Anzahl, wie oft die Oberfläche des Wafers mit einer Struktur des Polierkissens gewischt wird), die ausreicht, um die verbrauchte Chemie und andere Reaktionsprodukte von der Oberfläche des Wafers zu entfernen und eine frische Reaktionsoberfläche freizulegen. Das Polierkissen sorgt auch für gutes Fließen des Fluids und ein ausreichendes Volumen an Polierzusammensetzung, so dass während der Poliervorgänge frische Polierzusammensetzung für den Kontakt mit der Oberfläche des Wafers zur Verfügung steht.
Die Polierkissen scheinen auch relativ niedrigere Gesamtreibungskräfte auf den Träger zu übertragen, zeigen gute Stabilität der Rate des Entfernens und liefern gute Temperaturkontrolle während der Polierverfahren. In einigen Ausführungsformen zeigt das Polierkissen wegen der verringerten Menge der scheinbaren Kontaktfläche, die zuerst modifiziert werden muss, kürzere Einlaufzeiten des Kissens. In einigen Ausführungsformen können die Polierkissen reproduzierbare Raten des Entfernens über längere Zeiträume der Polierzeit zur Verfügung stellen.
Andere Strukturen der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen und aus den Ansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht, die Einheitszellen eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Einheitszelle einer zweiten Ausführungsform eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers zeigt, welche Prismastumpfstrukturen aufweist.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Einheitszelle einer dritten Ausführungsform eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, welche Prismastumpfstrukturen aufweist.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, welche trigonal-pyramidale Strukturen aufweist.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, welche Pyramidenstumpfstrukturen aufweist.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer sechsten Ausführungsform eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, welche prismatische Strukturen aufweist.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer siebten Ausführungsform eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, welche zylindrische Strukturen aufweist.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer achten Ausführungsform eines Artikels zum Polieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, welche Kegelstumpfstrukturen aufweist.
9 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme einer Ausführungsform der Pyramidenstumpfstrukturen.
10 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme einer Ausführungsform der Kreuzstrukturen.
11 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme einer Ausführungsform der hexagonalen Strukturen.
12 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme einer Ausführungsform der zylindrischen Strukturen.
Detaillierte Beschreibung
Das Verfahren zum chemischen Modifizieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers umfasst a) Berühren einer Oberfläche des Wafers mit einem Artikel und b) Bewegen des Wafers und/oder des Artikels im Verhältnis zueinander in Anwesenheit einer Polierzusammensetzung, wobei die Polierzusammensetzung gegenüber der Oberfläche des Wafers chemisch reaktiv ist und die Rate des Entfernens von mindestens einem Abschnitt der zu modifizierenden Oberfläche des Wafers entweder verstärken oder verzögern kann. Das Modifizierungsverfahren kann z. B. Planarisieren, Polieren und Kombinationen davon umfassen. Die Oberfläche des Wafers kann z. B. Metall, Dielektrikum und Kombinationen davon umfassen.
Der Artikel umfasst eine Anzahl sich über die Oberfläche des Artikels wiederholender Einheitszellen.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Wafer-Polierartikels 10, der eine dreieckige Einheitszelle 12, die durch Linien 14a, 14b und 14c definiert ist, und zylindrische Säulenstrukturen 20 aufweist. Punkte 18a, 18b und 18c der dreieckigen Einheitszelle 12 befinden sich in der Mittel der zylindrischen Säulen 20, so dass die Einheitszelle einen Abschnitt von drei zylindrischen Säulen 20 einschließt. Die dreieckigen Einheitszellen 12 decken die Ebene des Artikels 10.
2 illustriert die quadratischen Einheitszellen 22 eines Wafer-Polierartikels 24, der längliche Prismastumpfstrukturen 30 umfasst. Jede Einheitszelle 22 ist durch die Breite 28 der Struktur 30 definiert, die entweder als der Abstand 32 zwischen dem entfernt liegenden Rand 34 einer ersten Struktur 30a und dem vorderen Rand 36 einer angrenzenden zweiten Struktur 30b, wie durch Einheitszelle 22a veranschaulicht wird, oder der Abstand 32 zwischen dem ersten Basisrand 40a und dem gegenüber liegenden Basisrand 40b genommen werden kann, wie durch Einheitszelle 22b veranschaulicht wird. Die Längsabmessung 42 der Einheitszelle 22 wird so gewählt, dass sie gleich der Breite 28 der Struktur 30 ist. Die quadratischen Einheitszellen 22 decken die Ebene des Artikels 24.
3 illustriert einen Wafer-Polierartikel 50, der angrenzende längliche Prismastumpfstrukturen 52 umfasst, die durch einen Abstand 54 voneinander beabstandet sind. Die Breitenabmessung 56 der Einheitszelle 58 umfasst den Raum 60 zwischen zwei angrenzenden länglichen Prismastrukturen 52 und die Breite 56 der länglichen Prismastruktur 52. Die Längsabmessung 62 der Einheitszelle 58 ist so gewählt, dass sie gleich der Breitenabmessung 56 der Struktur 52 plus Raum 60 ist.
Die individuelle Einheitszelle schließt mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur ein und ist durch einen Einheitszellparameter wie folgt gekennzeichnet: [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc. Der Einheitszellparameter, d. h. das Ergebnis der Berechnung [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc ist vorzugsweise größer als 5, vorzugsweise mindestens etwa 10, insbesondere mindestens etwa 15, am meisten bevorzugt mindestens etwa 20. V₁ ist das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der dreidimensionalen Struktur der Einheitszelle definierte Volumen. Vs ist das Volumen der dreidimensionalen Struktur der Einheitszelle. Bei Artikeln, in denen die Einheitszelle einen Abschnitt einer Struktur umfasst, ist Vs das Volumen jenes Abschnitts der Struktur. Bei Artikeln, in denen die Einheitszelle einen Abschnitt aus einer Anzahl von Strukturen umfasst, ist Vs die Summe des Volumens dieser Abschnitte, und wenn die Einheitszelle eine Anzahl von Strukturen umfasst, ist Vs die Summe des Volumens dieser Strukturen. Aas ist die scheinbare Kontaktoberfläche der Struktur der Einheitszelle. Auc ist die Fläche der Einheitszelle √Auc ist die Quadratwurzel der Fläche der Einheitszelle und eine Annäherung des Raums zwischen den Strukturen angrenzender Einheitszellen; vorzugsweise ist √Auc 15 μm bis 2000 μm.
Ohne sich auf eine Lehre festlegen zu wollen, nehmen die Erfinder an, dass die Anwesenheit von Fließkanälen, die Optimierung des Einheitszellvolumens und die Optimierung des freien Volumens der Einheitszelle, d. h. [[V₁ – Vs], so dass [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc > 5, die Bereitstellung von frischer Chemie an der Oberfläche des Wafers und die Entfernung von verbrauchter Chemie und anderen Nebenprodukten der Reaktion zwischen der Polierzusammensetzung und der Oberfläche des Wafers von der Wafer-Oberfläche optimiert. Es wird des Weiteren angenommen, dass das Optimieren des freien Volumens der Einheitszelle wiederum den Abstand und die Tiefe der Fließkanäle optimiert, so dass die Polierzusammensetzung auf der Oberfläche des Polierkissens mobil bleibt, d. h. dass die Polierzusammensetzung nicht in den Kanälen stagniert.
Der Artikel ist vorzugsweise in der Lage, eine Rate des Entfernens von mindestens etwa 500 Å Material/Minute, insbesondere mindestens etwa 2000 Å Material/Minute, am meisten bevorzugt mindestens etwa 6000 Å Material/Minute zur Verfügung zu stellen. Die Rate des Entfernens ist die Rate, mit der die Schicht, welche modifiziert (z. B. planarisiert) wird, von dem Wafer entfernt wird. Die Rate des Entfernens wird ermittelt, indem die Änderung der Dicke der Schicht, die modifiziert wird, von der Anfangsdicke (d. h. vor der Modifizierung) zur Enddicke (d. h. nach der Modifizierung) gemessen wird. In einigen Ausführungsformen kann der Artikel eine Rate des Entfernens liefern, die von Wafer zu Wafer im Wesentlichen konstant ist, d. h. die % Uneinheitlichkeit von Wafer zu Wafer liegt unter 10%.
Der Artikel kann so konstruiert werden, dass eine Rate des Entfernens zur Verfügung gestellt wird, die über einen Polierzeitraum von mindestens 200 Minuten, vorzugsweise mindestens etwa 500 Minuten, insbesondere mindestens etwa 700 Minuten, am meisten bevorzugt mindestens etwa 800 Minuten konstant ist.
Der Artikel kann auch eine Waferschicht so modifizieren, dass die modifizierte Schicht des Wafers niedrige % Uneinheitlich zeigt, d. h. die % Uneinheitlichkeit des Wafers. Der Artikel erzeugt vorzugsweise eine modifizierte Oberfläche des Wafers mit nicht mehr als etwa 10% Uneinheitlichkeit, insbesondere nicht mehr als etwa 5% Uneinheitlichkeit, am meisten bevorzugt nicht mehr als 2% Uneinheitlichkeit.
Die individuelle Einheitszelle umfasst mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur und kann auch einen Abschnitt aus einer Anzahl von dreidimensionalen Strukturen, eine einzige dreidimensionale Struktur, eine Anzahl von dreidimensionalen Strukturen, die z. B. einen Haufen umfassen, und Kombinationen davon umfassen. Im Fall von länglichen dreidimensionalen Strukturen schließt die Einheitszelle beispielsweise einen Abschnitt der länglichen dreidimensionalen Struktur ein. Es sei darauf hingewiesen, dass die in einer individuellen Einheitszelle vorliegende(n) dreidimensionale(n) Struktur(en) geringe Variationen in mindestens einer Abmessung relativ zu der bzw. den in anderen Einheitszellen auf dem Artikel vorhandenen dreidimensionalen Struktur(en) zeigen kann, und dass sich der Einheitszellparameter auf den durchschnittlichen Einheitszellparameter des Artikels bezieht.
Die dreidimensionalen Strukturen gehen von einer Basis des Artikels aus und enden in einer kontinuierlichen Oberseite. Die Oberseite einer individuellen Struktur ist vorzugsweise planar. In einigen Ausführungsformen ist die dreidimensionale Struktur eine kontinuierliche längliche Struktur mit einer kontinuierlichen planaren Oberseite, z. B. Prismastrukturen und längliche Stege.
Strukturen, die anfangs keine planare Oberseite haben, können in einem relativ kurzen Vorkonditionierungszeitraum planar gemacht werden. Die scheinbare Kontaktfläche einer individuellen dreidimensionalen nicht-länglichen Struktur beträgt vorzugsweise von 0 μm² (d. h. einem Punkt) bis 200.000 μm², vorzugsweise 1 μm² bis 200.000 μm², insbesondere 5 μm² bis 200.000 μm². Die Oberseite einer individuellen Struktur hat vorzugsweise eine Fläche, die durch mindestens eine Abmessung definiert ist, die 1 μm bis weniger als 500 μm, insbesondere 1 μm bis etwa 200 μm beträgt. Die Oberfläche der planaren Oberseite einer individuellen Struktur an dem Artikel mit vielen Strukturen, d. h. die planare Oberseite des Artikels ist diskontinuierlich, stellt vorzugsweise nicht mehr als 1/50, insbesondere nicht mehr als etwa 1/10.000, am meisten bevorzugt nicht mehr als etwa 1/1.000.000.00 der nominellen Fläche, die zur Berührung mit einem Wafer in jeglichem Bereich des Artikels zur Verfügung steht, der zum Planarisieren der Oberfläche eines Wafers geeignet ist.
Der Artikel kann etwa 1 Struktur/lfd. cm bis etwa 500 Strukturen/lfd. cm, vorzugsweise mindestens etwa 10 Strukturen/lfd. cm, insbesondere mindestens etwa 50 Strukturen/lfd. cm, am meisten bevorzugt etwa 50 Strukturen/lfd. cm bis etwa 500 Strukturen/lfd. cm umfassen. Die Anzahl und der Abstand der Strukturen kann in Bezug zu der Strukturgröße variiert werden, um eine gewünschte Planarisierungswirkung zu erreichen und um die gewünschte scheinbare Kontaktfläche zu erreichen. Die Verteilung der Strukturen kann einheitlich sein oder kann Haufen relativ nahe beabstandeter Strukturen einschließen.
Der Artikel schließt vorzugsweise mindestens etwa 10 Strukturen/cm², vorzugsweise mindestens etwa 100 Strukturen/cm², insbesondere mindestens etwa 5000 Strukturen/cm² ein.
Die oberen Bereiche der Strukturen liegen vorzugsweise im Wesentlichen in der selben Ebene. Die Nutzhöhe der Strukturen, d. h. jener Abschnitt der Struktur, der zur Verwendung in einem Wafer-Planarisierungsverfahren geeignet ist, beträgt vorzugsweise 10 μm bis etwa 500 μm.
Die Strukturen befinden sich vorzugsweise in einer festgelegten Anordnung auf der Oberfläche des Artikels, so dass eine Einheitszelle definiert werden kann. Das bedeutet, dass die Strukturen an festgelegten Stellen zur Verfügung gestellt werden. Die Anordnung der Strukturen kann bezogen auf z. B. die Anordnung von Hohlräumen oder Vorsprüngen in dem Produktionswerkzeug festgelegt werden, mit dem die Strukturen erzeugt werden. Bei einem Artikel, der durch Bereitstellen einer Aufschlämmung zwischen einer Unterlage und einem Produktionswerkzeug mit Hohlräumen darin hergestellt wird, entsprechen beispielsweise die festgelegten Muster der Strukturen den Mustern der Hohlräume an dem Produktionswerkzeug. Das Muster kann von Artikel zu Artikel reproduzierbar sein. Die Strukturen sind vorzugsweise in einem sich wiederholenden Muster angeordnet.
Brauchbare Strukturen können genau geformt oder unregelmäßig geformt sein. Ein Artikel kann auch eine Kombination genau geformter Strukturen und unregelmäßig geformter Strukturen einschließen. Geeignete Strukturformen umfassen kubische Säulen, zylindrische Säulen, Prismen, rechtwinklige Säulen, Pyramiden, Pyramidenstümpfe, Kegel, Kegelstümpfe, Kreuze, eine Säulenform mit einer Oberseite, die im Wesentlichen flach ist, halbkugelförmig wie z. B. in WO 95/22436 beschrieben ist, und Kombinationen davon. Die Strukturen können auch Pyramiden mit Seiten umfassen, die im Verhältnis zur Basis der Pyramide eine variierende Neigung aufweisen. 9 bis 12 veranschaulichen Beispiele für dreidimensionale Strukturen in Form von Pyramidenstümpfen, Kreuzen, hexagonalen Säulen beziehungsweise zylindrischen Säulen.
Die Strukturen können Seiten, die in Bezug zu der Ebene der Basis der Strukturen senkrecht sind, Seiten, die mit zunehmender Breite in Richtung der Ebene der Basis der Strukturen auslaufen, und Kombinationen davon umfassen. Bei Strukturen, die aus einem Hohlraumproduktionswerkzeug hergestellt sind, für das nachfolgend detaillierter Beispiele beschrieben werden, sind die Strukturen oder die Lage von Strukturen leichter aus dem Werkzeug entfernbar, wenn die Seiten der Strukturen sich verjüngen. Der die Verjüngung bildende Winkel, gemessen vom Inneren der Strukturbasis zu der Strukturwand, kann im Bereich von etwa 1 bis 89 Grad, vorzugsweise etwa 2 bis 80 Grad, insbesondere etwa 10 bis 75 Grad, am meisten bevorzugt etwa 25 bis 60 Grad liegen.
Im Fall von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen kann die Pyramidenform mindestens drei Seiten umfassen und hat vorzugsweise vier bis fünf Seiten, wenn sie kein Stumpf ist, und fünf bis sechs Seiten, wenn sie ein Stumpf ist. Die Pyramiden und Pyramidenstümpfe können auch eine Basisseite aufweisen. Wenn eine Pyramiden- oder Pyramidenstumpfform als zusammengesetzte Form verwendet wird, können die Seiten der Basisseite eine Länge von etwa 50 bis etwa 5000 μm haben.
Die Strukturen sind vorzugsweise dreidimensionale abrasive Verbundmaterialien, wie z. B. in US-A-5,958,794 und US-A-5,152,917 beschrieben.
In einer anderen Ausführungsform sind die Strukturen länglich, z. B. längliche Prismen und längliche Stege, und sind parallel zu einander angeordnet. Die länglichen Strukturen sind an ihren distalen Enden getrennt und können aneinander grenzen oder an der Seite der länglichen Struktur getrennt sein, die an einer Unterlage des Polierartikels befestigt ist.
Angrenzende Strukturen können in der Nähe von sowohl dem distalen Ende als auch dem Befestigungsende vollständig getrennt sein, so dass die Unterlage zwischen den länglichen Strukturen freiliegt.
Der Abstand oder Zwischenraum zwischen den kontinuierlichen oder intermittierenden länglichen Strukturen, gemessen von einem Punkt einer länglichen Struktur zu jenem der angrenzenden oder nächsten länglichen Struktur, in 6 als "p" dargestellt, wird über jegliche spezielle Gruppierung mit einem einheitlichen Wert gewählt. Für die Zwecke dieser Offenbarung bedeutet eine angrenzende längliche Struktur eine erste längliche Struktur, die einer zweiten länglichen Struktur über eine gemeinsame Nut gegenüberliegt, ohne dass sich dazwischen längliche Strukturen befinden. Der Zwischenraum "p" wird im Allgemeinen als ein Wert von etwa 3 bis etwa 500 μm, insbesondere etwa 1 bis etwa 150 μm, am meisten bevorzugt etwa 1 bis etwa 50 μm eingestellt.
Die Basis des Artikels kann eine Einheitsstruktur sein, die die dreidimensionalen Strukturen des Polierartikels umfasst. Eine solche Basis resultiert z. B. aus der Formung der Mehrzahl der dreidimensionalen Strukturen unter Verwendung eines Produktionswerkzeugs mit einer Mehrzahl von Hohlräumen. Die Basis kann die gleiche Zusammensetzung wie die dreidimensionalen Strukturen haben. Wenn der Polierartikel aus einem Produktionswerkzeug mit einer Anzahl von Hohlräumen gebildet wird, kann jede dreidimensionale Struktur durch eine Grenze definiert sein, wobei der Basisabschnitt der Grenze die Übergangsfläche zu der Unterlage ist, an der die Strukturen haften. Der verbleibende Abschnitt der Grenze ist durch den Hohlraum an der Oberfläche des Produktionswerkzeugs definiert, in dem die Struktur gehärtet wurde. Die gesamte Außenseite der dreidimensionalen Struktur beschränkt sich auf entweder die Unterlage oder den Hohlraum während ihrer Formung.
Zwischen den dreidimensionalen Strukturen gibt es vertiefte Bereiche. Diese vertieften Bereiche können in Form von Kanälen vorliegen, die die Verteilung der Polierzusammensetzung über die gesamte Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers unterstützen, wenn ein chemisch-mechanisches Planarisierungsverfahren durchgeführt wird. Die vertieften Bereiche können auch als Kanäle wirken, um zum Entfernen der verbrauchten Chemie und anderer Abriebteilchen von der Wafer-Oberfläche beizutragen.
Die Kanäle sind vorzugsweise kontinuierlich. Die Kanäle können auch als Ergebnis von Nuten gebildet werden, die auf der Oberfläche des Artikels gebildet sind, oder durch Entfernen oder Weglassen von mindestens einer Reihe von Strukturen auf einem Polierartikel, der mehrere Reihen umfasst.
Der Artikel kann eine Unterlage umfassen, an deren mindestens einer Hauptoberfläche die festgelegte Anordnung der dreidimensionalen Strukturen befestigt ist.
Geeignete Unterlagen schließen z. B. einen Polymerfilm (z. B. Polyester), Papier, Stoff, Metallfilm, vulkanisierte Faser, Vliessubstrate und Kombinationen davon sowie behandelte Versionen davon ein. Es ist in einigen Fällen nützlich, eine Unterlage zu haben, die für ultraviolette Strahlung durchlässig ist. Die Unterlage kann auch mit einem Material grundiert sein, um die Adhäsion des Mikrostrukturelements an der Unterlage zu fördern.
Die Strukturen umfassen ein Polymer und gegebenenfalls abrasive Partikel. Das Polymer der dreidimensionalen Strukturen oder das Bindemittel im Fall von abrasiven Strukturen kann zum Verbinden der Strukturen mit der Unterlage, falls vorhanden, verwendet werden.
Brauchbare Polymere schließen z. B. thermoplastische Polymere, duroplastische Polymere und Mischungen davon ein. Andere brauchbare Polymere sind in US-A-5,958,794 und der US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen Nr. 09/328,916 mit dem Titel "Method of Modifying a Surface", eingereicht am 9. Juni 1999, beschrieben.
Abrasive Partikel können, falls vorhanden, homogen oder inhomogen über die gesamte Polymerzusammensetzung, d. h. das Bindemittel, verteilt sein, um abrasive Strukturen zu bilden. Die abrasiven Strukturen können an Ort und Stelle auf dem Artikel fixiert werden.
Die Größe der brauchbaren abrasiven Partikel kann von etwa 0,001 μm bis etwa 1000 μm variieren. Für die Planarisierung von Halbleiter-Wafern sind feine abrasive Partikel bevorzugt. Die durchschnittliche Partikelgröße der abrasiven Partikel beträgt vorzugsweise 0,001 μm bis 50 μm, insbesondere 0,01 μm bis 10 μm. Zur Planarisierung von Metalloberflächen beträgt die durchschnittliche Partikelgröße vorzugsweise 0,005 μm bis 1 μm, insbesondere 0,01 μm bis 0,5 μm. Zur Planarisierung einer Metalloxid enthaltenden Schicht (z. B. einer Siliziumdioxid enthaltenden Schicht) ist die Partikelgröße vorzugsweise kleiner als etwa 1 μm, insbesondere kleiner als etwa 0,5 μm. Die Größenverteilung der Partikel kann gewünschtenfalls vergleichsweise enger kontrolliert werden und kann derart gewählt werden, dass ein gewünschtes Oberflächenfinish erzeugt wird.
Geeignete abrasive Partikel schließen anorganische abrasive Partikel ein. Beispiele für brauchbare abrasive Partikel schließen von Kunstkorund, wärmebehandeltem Aluminiumoxid, weißem Kunstkorund, schwarzem Siliziumcarbid, grünem Siliziumcarbid, Titandiborid, Borcarbid, Siliziumnitrid, Wolframcarbid, Titancarbid, Diamant, kubischem Bornitrid, hexagonalem Bornitrid, Granat, Kunstkorund-Zirkoniumdioxid, von Sol-Gel auf Aluminiumoxidbasis abgeleitete abrasive Partikel und Mischungen davon ein. Von Sol-Gel auf Aluminiumoxidbasis abgeleitete abrasive Partikel sind z. B. in US-A-4,314,827, US-A-4,623,364, US-A-4,744,802, US-A-4,770,671 und US-A-4,881,951 beschrieben. Andere Beispiele für geeignete anorganische abrasive Partikel umfassen Siliziumdioxid, Eisenoxid, Chromoxid, Cerdioxid, Zirkoniumdioxid, Titandioxid, Zinnoxid, γ- und andere Übergangsphasen von Aluminiumoxid sowie Mischungen davon.
Andere brauchbare Partikel sind in US-A-5,958,794 beschrieben.
Die Härte und Größe der Partikel werden so gewählt, dass eine gewünschte Rate des Entfernens und ein gewünschtes Oberflächenfinish der Oberfläche erreicht werden, die planarisiert wird.
Die abrasiven Partikel können auch in Form eines abrasiven Agglomerats vorliegen, das eine Anzahl individueller abrasiver Partikel umfasst, die unter Bildung einer einheitlichen partikulären Masse miteinander verbunden sind. Die abrasiven Agglomerate können unregelmäßig geformt sein oder eine festgelegte Form haben.
Das abrasive Agglomerat kann ein organisches Bindemittel oder ein anorganisches Bindemittel verwenden, um die abrasiven Partikel miteinander zu verbinden. Abrasive Agglomerate haben vorzugsweise eine Partikelgröße kleiner als etwa 100 μm, insbesondere kleiner als etwa 50 μm, am meisten bevorzugt kleiner als etwa 25 μm.
Beispiele für abrasive Agglomerate sind des Weiteren in US-A-4,652,275, US-A-4,799,939 und US-A-5,500,273 beschrieben.
Die abrasiven Partikel sind vorzugsweise gegenüber der Polierzusammensetzung beständig, so dass ihre physikalischen Eigenschaften sich nicht wesentlich verschlechtern, wenn sie der Polierzusammensetzung ausgesetzt werden.
In einigen Ausführungsformen schließen die dreidimensionalen Strukturen abrasive Partikel ein, die mit der Oberfläche des Wafers reaktiv sind. Solche abrasiven Partikel schließen z. B. Cerdioxid ein.
Die abrasiven Strukturen können aus einer Aufschlämmung gebildet werden, die eine Mischung von abrasiven Partikeln einschließt, die in einem ungehärteten oder ungelierten Bindemittel, z. B. einem Bindemittelvorläufer, dispergiert sind. Die Aufschlämmung kann etwa 1 Gewichtsteil bis 90 Gewichtsteile abrasive Partikel und 10 Gewichtsteile bis 99 Gewichtsteile Bindemittel, insbesondere etwa 30 Gewichtsteile bis 85 Gewichtsteile abrasive Partikel und 15 Gewichtsteile bis 70 Gewichtsteile Bindemittel, am meisten bevorzugt etwa 40 Gewichtsteile bis etwa 70 Gewichtsteile abrasive Partikel und etwa 30 Gewichtsteile bis etwa 60 Gewichtsteile Bindemittel einschließen.
Der Bindemittelvorläufer hat eine Phase, die ausreichend fließen kann, damit sie als Beschichtung aufbringbar ist, und anschließend erstarrt. Die Erstarrung kann durch Härten, z. B. Polymerisieren, Vernetzen und Kombinationen davon, durch Trocknen (z. B. Austreiben einer Flüssigkeit), Abkühlen und Kombinationen davon erreicht werden. Die Vorläuferzusammensetzung kann auf Basis von organischem Lösungsmittel, auf Basis von Wasser oder 100% Feststoffe (d. h. im Wesentlichen trägerfrei) sein.
Duroplastische Komponenten, thermoplastische Komponenten und Kombinationen davon können als Bindemittelvorläufer verwendet werden.
Der Bindemittelvorläufer ist vorzugsweise ein härtbares organisches Material (d. h. ein Material, das bei Einwirkung einer Energiequelle einschließlich z. B. Wärme, Strahlung, z. B. E-Strahl, Ultraviolettlicht, sichtbarem Licht oder einer Kombination davon und im Zeitverlauf nach Zugabe eines chemischen Katalysators, Feuchtigkeit und Kombinationen davon polymerisieren, vernetzen oder eine Kombination davon kann).
Geeignete Bindemittelvorläufer umfassen Aminoharze (z. B. Aminoplastharze) einschließlich z. B. alkylierten Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen und alkylierten Benzoguanamin-Formaldehyd-Harzen, Acrylatharze (z. B. Acrylate und Methacrylate) einschließlich z. B. Vinylacrylaten, acrylierten Epoxidharzen, acrylierten Urethanen, acrylierten Polyestern, acrylierten Acrylharzen, acrylierten Polyethern, Vinylethern, acrylierten Ölen und acrylierten Silikonen, Alkydharze wie Urethan-Alkyd-Harzen, Polyesterharze, reaktive Urethanharze, phenolische Harze wie Resol und Novolac-Harze, Phenol/Latex-Harze, Epoxidharze wie Bisphenol-Epoxidharze, Isocyanate, Isocyanurate, Polysiloxanharze einschließlich z. B. Alkylalkoxysilanharzen, reaktive Vinylharze. Die Harze können in Form von Monomeren, Oligomeren, Polymeren und Kombinationen davon vorliegen. Beispiele für geeignete Bindemittelvorläufer sind z. B. in US-A-5,958,794 beschrieben.
Die Bindemittelzusammensetzung kann auch andere Komponenten einschließen, die z. B. Plastifizierungsmittel, Initiatoren, Oberflächenmodifizierungsmittel für abrasive Partikel, Kopplungsmittel, Füllstoffe, Expandiermittel, Fasern, Antistatikmittel, Suspendiermittel, Schmiermittel, Benetzungsmittel, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren, Komplexierungsmittel, Kettenübertragungsmittel, Beschleuniger, Katalysatoren und Aktivatoren einschließen.
Ein weiterer Zusammensetzungstyp, der zur Herstellung abrasiver Strukturen geeignet ist, ist ein Ceramer.
Geeignete Ceramere sind z. B. in US-A-5,391,210 und US-A-5,958,794 offenbart. Brauchbare Verfahren zur Herstellung von Ceramervorläufern und Ceramerzusammensetzungen sind z. B. in US-A-5,958,794 offenbart.
Der Artikel zum Polieren der Oberfläche eines Wafers kann in verschiedenen Formen vorliegen, wie z. B. einer Bahn, einer Scheibe, z. B. in Form einer Schleifscheibe, und eines Endlosriemens. Der Artikel kann auch in Form eines Ovals, einer polygonalen Form einschließlich z. B. dreieckig, quadratisch, rechteckig, heptagonal und hexagonal vorliegen.
Brauchbare Artikel können auch in Form einer Bahn vorliegen, die mit sich selbst aufgerollt werden kann.
Während des Gebrauchs kann der Artikel in Bahnform von einer Rolle abgewickelt werden, auf eine Rolle aufgewickelt werden, sowie Kombinationen davon, und gerastet werden, um das geeignete Planaritätskriterium zu erreichen. Rasten kann während der Planarisierung eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, zwischen den Wafern und in Kombination davon erfolgen. Die Bahn kann auch in Schritten gerastet sein, so dass nach dem Polieren einer gegebenen Anzahl von Wafern und Rasten der Bahn nach jedem Wafer-Polierverfahren über die gesamte Polieroberfläche der Bahn eine im Gleichgewicht vorliegende % scheinbare tragende Fläche vorliegt. Die im Gleichgewicht vorliegende % scheinbar tragende Fläche setzt im Wesentlichen jeden Wafer der selben Polieroberfläche aus, wodurch die Reproduzierbarkeit und Einheitlichkeit des Polierverfahrens von Wafer zu Wafer verbessert werden kann.
Die Bahn kann eine Dicke haben, die wesentlich dünner als die Bahnbreite ist, damit die Bahn zum leichten Lagern und Transportieren aufgewickelt werden kann.
Der Artikel kann nach einer Vielfalt von Verfahren hergestellt werden, z. B. Nacharbeiten der Verfahren zur Herstellung feststehender abrasiver Artikel, die in US-A-5,958,794 beschrieben sind, und der Verfahren, die in US-A-5,152,917 und US-A-5,435,816 offenbart sind.
Andere Beschreibungen geeigneter Verfahren sind in US-A-5,437,754, US-A-5,454,844, US-A-5,437,543, US-A-5,435,816 und US-A-5,304,223 offenbart.
Ein nützliches Verfahren zur Herstellung des Artikels umfasst das Herstellen einer Aufschlämmung, die abrasive Partikel und Bindemittelvorläufer einschließt, das Bereitstellen eines Produktionswerkzeugs mit einer Vorderseite und einer Anzahl von Hohlräumen, die von der Vorderseite ausgehen, das Einbringen der Aufschlämmung in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs, das Einbringen einer Unterlage für die Vorderseite des Produktionswerkzeugs, so dass die Aufschlämmung eine Hauptoberfläche der Unterlage unter Bildung eines Artikels benetzt, das mindestens teilweise Härten oder Gelieren des Bindemittelvorläufers, bevor der Artikel sich von der Außenseite des Produktionswerkzeugs löst, und das Entfernen des Artikels aus dem Produktionswerkzeug unter Bildung eines Artikels, der Strukturen in einer festgelegten Anordnung an eine Unterlage gebunden umfasst. Der Bindemittelvorläufer kann gegebenenfalls nach Entfernen des Artikels aus dem Produktionswerkzeug weiter gehärtet werden.
Der Artikel kann in stationären Verfahren sowie kontinuierlichen und halbkontinuierlichen Verfahren verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der oben beschriebene Artikel ein Polierelement und die Artikelkonstruktion schließt des Weiteren ein Unterkissen ein, das ein relativ elastischeres Element, d. h. mit niedrigerem Modul, und zwischen dem elastischen Element und dem Polierelement angeordnet ein relativ starreres Element, d. h. mit höherem Modul, einschließt. Der Modul des elastischen Elements (d. h. der E-Modul in der Dickerichtung des Materials) liegt in der Regel mindestens etwa 25%, vorzugsweise weniger als etwa 50% unter dem Modul des starren Elements. Das starre Element hat vorzugsweise einen E-Modul von mindestens etwa 100 MPa, und das elastische Element hat einen E-Modul von weniger als etwa 100 MPa, insbesondere beträgt der E-Modul des elastischen Elements weniger als etwa 50 MPa.
Die starren und elastischen Elemente können aneinander gebunden werden, und das starre Element kann an das Polierelement gebunden werden.
Zusätzliche Artikelkonfigurationen sind in den 4 bis 8 gezeigt. In 4 schließt der Artikel 110 eine Unterlage 112 ein, an die die Basis 114 (z. B. eine kontinuierliche Schicht aus der Zusammensetzung der Strukturen oder eine Grundierungsschicht mit einer anderen Zusammensetzung) der dreidimensionalen Strukturen 116 gebunden ist. Die Strukturen 116 sind vierseitige Pyramiden (einschließlich der Basisseite), die in Reihen 118 angeordnet sind. Es befinden sich vertiefte Bereiche 120, z. B. Täler, zwischen angrenzenden Strukturen 116. Die zweite Reihe 122 der Pyramidenstrukturen 116 ist von der ersten Reihe 118 versetzt. Der am weitesten außen liegende Punkt 124 oder das distale Ende 124 der Struktur 116 berührt den zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafer während der Planarisierung.
5 zeigt einen Artikel 130, der dreidimensionale Strukturen 132 umfasst, die von einer Basis 136 in Form von Pyramidenstümpfen ausgehen. Die planare Oberseite 134 der Pyramidenstumpfstruktur 132 steht für den Kontakt mit einem Wafer während der Planarisierung zur Verfügung.
6 zeigt eine Ausführungsform des Artikels 140, der eine Anzahl länglicher Prismastrukturen 142 einschließt, die durch kontinuierliche vertiefte Bereiche 146 getrennt sind. d. h. Kanäle. Die Oberseiten 144 der Strukturen 142 stehen zur Berührung mit einem Wafer während der Planarisierung zur Verfügung. Die Punkte der Prismastrukturen 142 können während des Gebrauchs des Polierartikels 40 Verschleiß unterliegen, so dass eine Prismastumpfstruktur gebildet wird.
7 illustriert eine andere Ausführungsform des Artikels 150, der Zylinderstrukturen 152 einschließt.
8 illustriert eine Ausführungsform des Artikels 160, der Kegelstumpfstrukturen 162 einschließt.
Das Verfahren zum chemischen Modifizieren eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers wird vorzugsweise in Gegenwart einer flüssigen Polierzusammensetzung durchgeführt. Die Polierzusammensetzung wird basierend auf der Zusammensetzung der zu modifizierenden Wafer-Oberfläche ausgewählt, und um für die gewünschte Modifizierung zu sorgen, z. B. Polieren, Planarisieren und Kombinationen davon, ohne den Wafer nachteilig zu beeinflussen, z. B. zu beschädigen.
Die Polierzusammensetzung wird ferner derart ausgewählt, dass sie in der Lage ist, die Rate des Entfernens der Oberfläche des zu modifizierenden Wafers zu ändern. Die Polierzusammensetzung kann die Rate des Entfernens ändern, indem die Rate des Entfernens verstärkt oder verzögert wird. Ein Beispiel für eine Polierzusammensetzung, die die Rate des Entfernens verzögert, ist eine Zusammensetzung, die die Oberfläche des Wafers passiviert. Ein Beispiel für geeignete Polierzusammensetzungen, die die Rate des Entfernens verstärken, ist ein Ätzmittel. Andere Beispiele für geeignete Polierzusammensetzungen, die die Rate des Entfernens der Oberfläche des Wafers ändern, umfassen Oxidationsmittel, Reduktionsmittel, Passivierungsmittel, Komplexierungsmittel, Puffer, Säuren, Basen und Zusammensetzungen, die eine Kombination dieser Eigenschaften aufweisen.
Der pH-Wert der Polierzusammensetzung kann die Leistung beeinflussen und wird bezogen auf die Beschaffenheit der zu modifizierenden Wafer-Oberfläche einschließlich der chemischen Zusammensetzung und Topographie der Wafer-Oberfläche ausgewählt. In einigen Fällen, z. B. wenn die Wafer-Oberfläche Metalloxid, z. B. Siliziumdioxid, enthält, kann das flüssige Medium ein wässriges Medium mit einem pH-Wert größer als 5, vorzugsweise größer als 6, insbesondere größer als 10 sein. In einigen Fällen liegt der pH-Wert im Bereich zwischen 10,5 und 14,0, vorzugsweise zwischen etwa 10,5 und 12,5. Beispiele für geeignete Polierzusammensetzungen umfassen für Metalloxid enthaltende Wafer-Oberflächen wässrige Lösungen, die Hydroxidverbindungen, zu denen z. B. Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Lithiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid gehören, und basische Verbindungen, z. B. Amine, enthalten. Die basische Polierzusammensetzung kann auch mehr als ein basisches Material enthalten, z. B. eine Mischung aus Kaliumhydroxid und Lithiumhydroxid.
In anderen Fällen ist der pH-Wert nicht größer als etwa 6 bis etwa 8, vorzugsweise nicht größer als etwa 4, am meisten bevorzugt etwa 3 bis etwa 3,5. Die flüssige Zusammensetzung kann destilliertes oder entionisiertes Wasser sein, das in der Regel einen pH-Wert im Bereich von etwa 6 bis etwa 8 hat.
Die Polierzusammensetzung kann auch ein chemisches Ätzmittel einschließen. Beispiele für chemische Ätzmittel schließen starke Säuren (z. B. Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure) und Oxidationsmittel ein, z. B. Peroxide.
Die Polierzusammensetzung kann auch Additive einschließen, zu denen z. B. oberflächenaktive Mittel, Benetzungsmittel, Puffer, Rostschutzmittel, Schmiermittel und Seifen gehören.
In die Polierzusammensetzung können auch anorganische Partikel eingeschlossen werden. Zu Beispiele für anorganische Partikel gehören Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid, Calciumcarbonat, Chromoxid, Cerdioxid, Cersalze (z. B. Cernitrat), Aluminiumoxid, Granat, Silikate und Titandioxid. Die durchschnittliche Partikelgröße des anorganischen Partikels beträgt vorzugsweise weniger als etwa 1.000 Å, insbesondere weniger als etwa 500 Å, am meisten bevorzugt weniger als etwa 250 Å.
Obwohl die Polierzusammensetzung anorganische Partikel umfassen kann, ist die bevorzugte Polierzusammensetzung im Wesentlichen frei von anorganischen Partikeln. Die Polierzusammensetzung schließt vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,1 Gew.-%, am meisten bevorzugt 0 Gew.-% anorganische Partikel ein.
Das Polierverfahren erfolgt vorzugsweise ohne hörbare und sichtbare Vibration.
Die Erfindung wird nun mittels der folgenden Beispiele näher erläutert. Alle in den Beispielen angegebenen Teile, Verhältnisse, Prozentsätze und Mengen beziehen sich auf das Gewicht, wenn nicht anders angegeben.
Beispiele
Testverfahren
In den Beispielen wurden die folgenden Testverfahren verwendet:
Bestimmung der Rate des Entfernens
Die Rate des Entfernens wird berechnet, indem die Änderung der Dicke der Schicht, die poliert wird, von der Anfangsdicke (d. h. vor dem Planarisieren) und der Enddicke (d. h. nach dem Planarisieren) ermittelt wird.
Bei Wafern mit 8 Inch Durchmesser erfolgten die Dickemessungen mit einen ResMap 168 – 4-Punktsonden-Rs-Kartierungswerkzeug (Credence Design Engineering, Inc., Cupertino, CA, USA). Es wurden 80 Punktdurchmesserabtastwerte verwendet.
Bestimmung der % Uneinheitlichkeit des Wafers
Die % Uneinheitlichkeit des Wafers wird bestimmt, indem die Standardabweichung der Änderung der Dicke der Schicht, die poliert wird, an Punkten der Oberfläche des Wafers (wie aus der Bestimmung der Rate des Entfernens erhalten) berechnet wird, die Standardabweichung durch den Mittelwert der Änderungen der Dicke der Schicht, die poliert wird, geteilt wird, und der erhaltene Wert mit 100 multipliziert wird.
Bestimmung der % Uneinheitlich von Wafer zu Wafer
Die % Uneinheitlichkeit von Wafer zu Wafer wird berechnet, indem die Änderung der Dicke der Schicht (gemäß der Bestimmung der Rate des Entfernens) für eine Reihe von Wafern gemessen wird, die sequentiell unter Verwendung eines Polierartikels poliert wurden, die Standardabweichung der Änderungen der Dicke für die Reihe der Wafer berechnet wird, der erhaltene Wert durch den Mittelwert der Änderungen der Dicke für die Reihe der Wafer geteilt wird, und der erhaltene Wert mit 100 multipliziert wird.
Polierzusammensetzung 1
Eine erste Polierzusammensetzung wurde hergestellt, indem 16.990 g destilliertes Wasser, 200 g Iminodiessigsäure, 600 g Ammoniumhydrogenphosphat, 10 g 5-Methyl-1H-benzotriazol und 2.200 g 30% Wasserstoffperoxid kombiniert wurden.
Polierzusammensetzung 2
Eine zweite Polierzusammensetzung wurde hergestellt, indem 18.195 g destilliertes Wasser, 400 g Iminodiessigsäure, 300 g Ammoniumhydrogenphosphat, 5 g 5-Methyl-1H-benzotriazol und 1.100 g 30% Wasserstoffperoxid kombiniert wurden.
Kontrolle 1
Das Polierkissen von Kontrolle 1 umfasste ein dreidimensionales feststehendes Abrasiv mit Zylindersäulen mit einer Höhe von 38 μm und einem Durchmesser von etwa 200 μm.
Das feststehende Abrasiv wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile kombiniert wurden: 8.268,8 g SR 339 2-Phenoxyethylacrylat (Sartomer, Exton, PA, USA), 5.512,5 SR 9003 propoxyliertes Neopentylglykoldiacrylat (Sartomer), 922,9 g Disperbyk 111 mit phosphatierter sterischer Polyestergruppe (BYK Chemie, Wallington, CT, USA), 396,8 g Sipomer β-CEA Carboxyethylacrylat (Rhodia Inc., Cranbury, NJ, USA), 147,0 g Irgacure 819 Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid (Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NY, USA), 39.750,0 g Tizox 8109 Aluminiumoxid (Ferro Electronic Materials, Penn Yan, NY, USA), um eine abrasive Aufschlämmung zu bilden. Die abrasive Aufschlämmung wurde dann nach dem General Procedure II for Making the Abrasive Article aus US-A-5,958,794 (Spalte 50) zu einem abrasiven Artikel verarbeitet.
Das Kissen wurde mit einem chemisch-mechanischen Poliersystem Mirra 3400 (Applied Materials, Inc., Santa Clara, CA, USA) konditioniert, indem eine Kupfer-(Cu)-Scheibe mit 8 Inch Durchmesser 20 Minuten mit einer Plattengeschwindigkeit von 41 UpM und einer Trägergeschwindigkeit von 39 UpM poliert wurde. Der auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübte Druck betrug 3,0 psi, 3,5 psi beziehungsweise 3,0 psi.
Bewertungs-Wafer mit 8 Inch Durchmesser und Kupfer-Dummyscheiben mit 8 Inch Durchmesser wurden dann für die in Tabelle 5 angegebenen Zeiträume mit einer Plattengeschwindigkeit von 41 UpM und einer Trägergeschwindigkeit von 39 UpM unter Verwendung eines Mirra 3400 CMP-Systems poliert. Die auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübten Drücke betrugen 3,0 psi, 3,5 psi beziehungsweise 3,0 psi.
Während des Polierens wurde Polierzusammensetzung 2 auf der Oberfläche der Scheiben und Wafer in einer Flussmenge von 120 ml/Min für den in Tabelle 1 angegebenen Zeitraum bereitgestellt.
Die Gesamtpolierzeit betrug 490 Minuten.
Die scheinbare tragende Fläche auf dem Polierkissen blieb konstant auf 18%. Die scheinbare Kontaktfläche der Säulenstruktur(en) der Einheitszelle betrug 15.708 μm², die Einheitszellfläche betrug 87.266 μm², das Strukturvolumen betrug 596.904 μm³, das Einheitszellvolumen betrug 3.316.108 μm³, das freie Volumen der Einheitszellen betrug 2.719.204 μm³, die Quadratwurzel der Zellfläche betrug 295,4 μm und der Einheitszellparameter betrug 0,59.
Die Rate des Entfernens und die % Uneinheitlichkeit des Wafers wurden berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Die durchschnittliche Rate des Entfernens betrug 4174 Å/Min, die Standardabweichung betrug 661,62 Å/Min und die Uneinheitlichkeit von Wafer zu Wafer betrug 15,85%. Tabelle 1

N/A: nicht anwendbar
% NU: % Uneinheitlichkeit des Wafers

Wenn die Rate des Entfernens auf mehr als 4.000 (Å/Min) zu wandern begann, wurden leichte Trägervibrationen beobachtet. Wenn die Rate von diesem Punkt anstieg, nahmen die Vibrationen des Trägers zu. Am Ende des Experiments wurden die Vibrationen heftig.
Beispiel 1
Das Polierkissen aus Beispiel 1 umfasste ein dreidimensionales feststehendes Abrasiv mit dreiseitigen Pyramiden mit einer Höhe von 63 μm, wobei jede Seite, wenn sie auch nicht identisch waren, eine Länge von etwa 125 μm und Eckwinkel von 55,5°, 59° und 55,5° aufwiesen.
Das feststehende Abrasiv wurde durch Kombinieren der folgenden Bestandteile hergestellt: 8268,8 g SR 339 2-Phenoxyethylacrylat (Sartomer), 5.512,5 SR 9003 propoxyliertes Neopentylglykoldiacrylat (Sartomer), 922,9 g Disperbyk 111 mit phosphatierter sterischer Polyestergruppe (BYK Chemie), 396,8 g Sipomer β-CEA Carboxyethylacrylat (Rhodia Inc.), 147,0 g Irgacure 819 Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid (Ciba Specialty Chemicals), 39.750,0 Tizox 8109 Aluminiumoxid (Ferro Electronic Materials), um eine abrasive Aufschlämmung zu bilden. Die abrasive Aufschlämmung wurde dann nach dem General Procedure II for Making the Abrasive Article aus US-A-5,958,794 (Spalte 50) zu einem abrasiven Artikel verarbeitet.
Das Kissen wurde mit einem chemisch-mechanischen Poliersystem Mirra 3400 CMP konditioniert, indem eine 8 Inch Kupfer- (Cu)-Scheibe zwei Minuten mit einer Plattengeschwindigkeit von 41 UpM und einer Trägergeschwindigkeit von 39 UpM poliert wurde. Der auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübte Druck betrug 3,0 psi, 3,5 psi beziehungsweise 3,0 psi.
Bewertungs-Wafer mit 8 Inch Durchmesser und Kupfer-Dummyscheiben mit 8 Inch Durchmesser wurden unter Verwendung eines Mirra 3400 CMP-Systems wie folgt poliert: Der auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübte Druck betrug 2,0 psi, 2,5 psi beziehungsweise 2,0 psi. Die Plattengeschwindigkeit betrug von 41 UpM und die Trägergeschwindigkeit 39 UpM. Während des Polierens wurde Polierzusammensetzung 2 auf der Oberfläche des Wafers oder der Scheibe in einer Flussmenge von 180 ml/Min für den in Tabelle 2 angegebene Zeitraum bereitgestellt.
Die Gesamtpolierzeit betrug 548 Minuten.
Die scheinbare tragende Fläche auf dem Polierkissen stieg im Zeitverlauf von im Wesentlichen 0% (d. h. einem Punkt) auf eine am Ende vorhandene scheinbare tragende Fläche von 6,5%. Bei 6,5% scheinbarer tragender Fläche betrug die scheinbare Kontaktfläche der Pyramidenstruktur(en) der Einheitszelle 439,78 μm², die Einheitszellfläche 6.765,82 μm², die Strukturhöhe 54,20 μm, das Strukturvolumen 118.349,59 μm³, das Einheitszellvolumen 366.720,82 μm³, das freie Volumen der Einheitszelle 248.371,24 μm³, die Quadratwurzel der Zellfläche 82,25 μm und der Einheitszellparameter 6,87.
Die Rate des Entfernens und die % Uneinheitlichkeit des Wafers wurden berechnet und die Menge der Vibration untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Die durchschnittliche Rate des Entfernens betrug 4011 Å/Min, die Standardabweichung war 93,01 Å/Min, und die Uneinheitlichkeit von Wafer zu Wafer betrug 2,32%.
Die Oberflächen der polierten Wafer wurden untersucht, und sie hatten wenig bis keine Kratzer.
Während des Polierens wurde keine Vibration des Trägers beobachtet. Tabelle 2

N/A: nicht anwendbar
% NU: % Uneinheitlichkeit des Wafers

Beispiel 2
Das Polierkissen von Beispiel 2 wurde gemäß dem oben in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt und umfasste eine dreidimensionale abrasive Verbundlage mit dreiseitigen Pyramiden mit einer Höhe von 63 μm, wobei jede Seite, wenn sie auch nicht identisch waren, eine Breite von etwa 125 μm hatte und die Winkelecken 55,5°, 59° und 55,5° waren.
Das Kissen wurde mit einem chemisch-mechanischen Poliersystem Mirra 3400 CMP konditioniert, indem eine Kupferscheibe mit 8 Inch Durchmesser 2 Minuten mit einer Plattengeschwindigkeit von 41 UpM und einer Trägergeschwindigkeit von 39 UpM poliert wurde. Die auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübten Drücke betrugen 3,0 psi, 3,5 psi beziehungsweise 3,0 psi.
8-Inch-Bewertungs-Wafer und 8 Inch-Kupferscheiben wurden unter Verwendung eines Mirra 3400 CMP-Systems poliert. Die auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübten Drücke betrugen 2,0 psi, 2,5 psi beziehungsweise 2,0 psi, die Plattengeschwindigkeit betrug 41 UpM und die Trägergeschwindigkeit 39 UpM. Während des Polierens wurde Polierzusammensetzung 1 auf der Oberfläche des Wafers oder der Scheibe in einer Flussmenge von 180 ml/Min für den in Tabelle 3 angegebene Zeitraum bereitgestellt.
Die scheinbare tragende Fläche des Polierkissens stieg im Zeitverlauf von im Wesentlichen 0% (d. h. einem Punkt) auf eine am Ende vorhandene scheinbare tragende Fläche von 3,1%. Bei 3,1% scheinbarer tragender Fläche betrug die scheinbare Kontaktfläche der Pyramidenstruktur(en) der Einheitszelle 209,74 μm², die Einheitszellfläche 6.765,82 μm², die Strukturhöhe 58,20 μm, das Strukturvolumen 134.289,87 μm³, das Einheitszellvolumen 393.876,35 μm³, das freie Volumen der Einheitszellen 259.586,48 μm³, die Quadratwurzel der Zellfläche 82,25 μm und der Einheitszellparameter 15,05.
Die Rate des Entfernens und die % Uneinheitlichkeit des Wafers wurden berechnet und die Menge der Vibration untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 wiedergegeben.
Die durchschnittliche Rate des Entfernens betrug 1887 Å/Min, die Standardabweichung war 67,70 Å/Min, und die Uneinheitlichkeit von Wafer zu Wafer betrug 3,59%.
Die Oberflächen der polierten Wafer wurden untersucht, und sie hatten wenig bis keine Kratzer.
Während des Polierens wurde keine Vibration des Trägers beobachtet. Tabelle 3

N/A: nicht anwendbar
% NU: % Uneinheitlichkeit des Wafers

Beispiel 3
Das Polierkissen von Beispiel 3 mit 20 Inch Durchmesser umfasste eine Lage VIKUITI^TM Brightness Enhancement Film II (Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, USA) mit ungefähr 200 länglichen Prismastrukturen pro Zentimeter. Die Lage wurde auf ein Schaumunterkissen geklebt. Das Polierkissen wurde mit einem Mirra 3400 CMP System konditioniert, indem eine Kupferscheibe 1 bis 2 Minuten unter Verwendung von Polierzusammensetzung 2 in einer Menge von 180 ml/Min poliert wurde. Die auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübten Drücke betrugen 3,0 psi, 3,5 psi beziehungsweise 3,0 psi.
Fünf mit Kupfer elektroplattierte 8 Inch-Bewertungs-Wafer wurden dann auf dem Mirra 3400 CMP System unter Verwendung von Polierzusammensetzung 2 in einer Menge von 180 ml/Min jeweils zwei Minuten poliert. Die auf das Innenrohr des Trägers, den Rückhaltering und die Membran ausgeübten Drücke betrugen 2,0 psi, 2,5 psi beziehungsweise 2,0 psi. Die Plattengeschwindigkeit betrug 41 UpM und die Trägergeschwindigkeit 39 UpM.
Die scheinbare tragende Fläche des Polierkissens stieg im Zeitverlauf von im Wesentlichen 0% (d. h. einem Linienkontakt) auf eine am Ende vorhandene scheinbare tragende Fläche von 4%. Bei 4% scheinbarer tragender Fläche betrug die scheinbare Kontaktfläche der Prismastruktur der Einheitszelle 50,00 μm², die Einheitszellfläche 2500,00 μm², die Strukturhöhe 36,00 μm, das Strukturvolumen 45.000,00 μm³, das Einheitszellvolumen 90.000,00 μm³, das freie Volumen 45.000,00 μm³, die Quadratwurzel der Zellfläche 50,00 μm und der Einheitszellparameter 18,00.
Die Rate des Entfernens und die % Uneinheitlichkeit des Wafers wurden berechnet und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 wiedergegeben. Die Temperatur wurde während des Polierverfahrens überwacht und blieb zwischen 78 und 83°F. Es wurde keine Vibration beobachtet.
Die durchschnittliche Rate des Entfernens betrug 3161 Å/Min, die Standardabweichung war 58,43 Å/Min, und die Uneinheitlichkeit von Wafer zu Wafer betrug 1,85%. Tabelle 4

% NU: % Uneinheitlichkeit des Wafers

Andere Ausführungsformen liegen innerhalb der Ansprüche. Beispielsweise sind in einer anderen Ausführungsform des Artikels zum Modifizieren der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers die dreidimensionalen Strukturen im Wesentlichen frei von abrasiven Partikeln und der Einheitszellparameter [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc ist größer als 1.
In anderen Ausführungsformen umfasst der Polierartikel Bereiche mit einer Mehrzahl von Einheitszellen und Bereiche, die frei von Einheitszellen sind.

Claims

Verfahren zur chemischen Modifizierung eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: a) Berühren einer Oberfläche des Wafers mit einem Artikel, der eine Mehrzahl von sich über die Oberfläche des Artikels wiederholenden Einheitszellen umfaßt, wobei die individuellen Einheitszellen mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur mit einem Einheitszellenparameter umfassen; und b) Bewegen des Wafers und/oder des Artikels im Verhältnis zueinander in Anwesenheit einer Polierzusammensetzung, wobei die Polierzusammensetzung gegenüber der Oberfläche des Wafers chemisch reaktiv ist und die Rate des Entfernens von mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des Wafers entweder verstärken oder verzögern kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Einheitszellenparameter entweder [[V1 – Vs]/Aas]/√Auc > 5;oder [[V1 – Vs]/Aas]√Auc > 1und die dreidimensionale Struktur im wesentlichen frei von anorganischen abrasiven Partikeln ist, wobei V₁ das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der Struktur der Einheitszelle definierte Volumen, wobei wahlweise die Höhe der Struktur 10 μm bis 500 μm beträgt, Vs das Volumen der Struktur der Einheitszelle, Aas die scheinbare Kontaktfläche der Struktur der Einheitszelle und Auc die Fläche der Einheitszelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einheitszelle eine dreidimensionale Struktur oder eine Mehrzahl dreidimensionaler Strukturen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei [[V₁ – Vs]/Aas]/√Auc aus ≥ 10, ≥ 15 und ≥ 20 ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Abmessung, die die scheinbare Kontaktfläche der Struktur definiert, 1 μm bis maximal 500 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei 15 μm ≤ √Auc ≤ 2000 μm ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die scheinbare Kontaktfläche einer individuellen Struktur 1 μm² bis 200.000 μm² beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Artikel einen feststehenden abrasiven Artikel umfaßt, der sich zur Modifizierung der Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers eignet, wobei der Artikel weiterhin folgendes umfaßt: eine Mehrzahl feststehender abrasiver Strukturen, die sich in einer vorbestimmten Anordnung in einem Bereich des Artikels befinden, wobei der Bereich eine Abmessung hat, die ausreicht, um die Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers zu planarisieren, und wobei der Bereich wahlweise mindestens etwa 10 Strukturen/lfd. cm oder mindestens etwa 500 Strukturen/lfd. cm umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Strukturen in einem Muster mit einer sich wiederholenden Periode und/oder in Haufen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Strukturen weiterhin ein Bindemittel und im Bindemittel befindliche abrasive Partikel umfassen, und wobei die dreidimensionalen Strukturen wahlweise im wesentlichen frei von anorganischen abrasiven Partikeln sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Strukturen eine Form aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus kubischen Säulen, zylindrischen Säulen, rechtwinkligen Säulen, Prismen, Pyramiden, Pyramidenstümpfen, Kegeln, Kegelstümpfen, Kreuzen, Halbkugeln, einer Pyramidenform mit Seiten, die im Verhältnis zur Basis der Pyramide eine variierende Neigung aufweisen, sowie aus Kombinationen davon besteht, wobei im wesentlichen all diese Strukturen wahlweise im wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen besitzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die dreidimensionalen Strukturen an einem Polierelement befinden, wobei der Artikel weiterhin folgendes aufweist: (a) ein elastisches Element; und (b) ein zwischen dem Polierelement und dem elastischen Element befindliches starres Element, wobei das starre Element wahlweise mit dem Polierelement und dem elastischen Element verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren das Planarisieren einer Metalloberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers umfaßt, wobei das Metall wahlweise Kupfer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren das Planarisieren einer dielektrischen Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren in Abwesenheit von anorganischen abrasiven Partikeln durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polierzusammensetzung abrasive Partikel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Strukturen längliche Prismastrukturen und/oder längliche Stege aufweisen.
Artikel, der zur Verwendung in chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahren geeignet ist, wobei der Artikel folgendes aufweist: ein Element, das eine Mehrzahl von sich über die Oberfläche des Elements wiederholenden Einheitszellen aufweist, wobei die individuellen Einheitszellen mindestens einen Abschnitt einer dreidimensionalen Struktur aufweisen, wobei die Einheitszelle durch einen Einheitszellenparameter gekennzeichnet ist, wobei der Einheitszellenparameter entweder [[V1 – Vs]/Aas]/√Auc > 5;oder [[V1 – Vs]/Aas]/√Auc > 1 ist,und wobei die dreidimensionale Struktur im wesentlich frei von anorganischen abrasiven Partikeln ist und zur chemischen Modifizierung einer Oberfläche eines zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geeigneten Wafers beitragen kann, wobei V₁ das durch die Fläche der Einheitszelle und die Höhe der Struktur der Einheitszelle definierte Volumen, Vs das Volumen der Struktur der Einheitszelle, Aas die scheinbare Kontaktfläche der Struktur der Einheitszelle und Auc die Fläche der Einheitszelle ist.