DE69914834T2

DE69914834T2 - Heizelemente und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE69914834T2
Application number: DE69914834T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Otawa; Toshiyuki Fukumoto; Yasuaki Sanda-shi Kawakami
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2019-07-10
Also published as: EP0972612A2; TW402545B; CN1247380A; EP0972612A3; JP2000024911A; CN1145201C; KR100307330B1; EP0972612B1; KR20000011734A; JP2918883B1; DE69914834D1; US6089965A

Description

Die Erfindung betrifft Polierkissen und bezieht sich insbesondere auf Polierkissen zum Polieren von Materialien, wie zum Beispiel Halbleitersiliziumwafer, auf einen hohen Glättegrad.
Mit der Miniaturisierung von integrierten Schaltungen (LSI) entstand das Erfordernis, die Oberflächen von Halbleitersiliziumwafern auf einen hohen Glättegrad zu polieren. Ein solches Polieren wird üblicherweise durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) unter Verwendung einer derartigen Oberflächenpoliervorrichtung ausgeführt, die zum Beispiel in der 13 gezeigt ist. Die Oberflächenpoliervorrichtung von der 13 hat einen Drehtisch 2 mit einem Polierkissen 1, das darauf ausgebreitet und fixiert ist, einen Oberseitenring 4, der über dem Drehtisch 2 installiert und in der Vertikalrichtung beweglich ist, um ein zu polierendes Werkstück 3 zu halten, wie einen Halbleitersiliziumwafer, und eine Polierlösungsdüse 6, die ausgelegt ist, um auf das Polierkissen 1 eine Polierlösung (Brei) 5 mit abrasiven Körnern, wie SiO₂ und Al₂O₃, die darin suspendiert sind, zuzuführen. Im Betrieb drehen sich der Drehtisch 2 und der Oberseitenring 4 unabhängig voneinander, wobei die Polierlösung 5 von der Polierlösungsdüse 6 auf das Polierkissen 1 zugeführt wird und wobei der Oberseitenring 4 die zu polierende Oberfläche (die untere Oberfläche 3a des Werkstüc kes 3) gegen die obere Oberfläche (die Polieroberfläche 1a) des Polierkissens 1 presst. Auf diese Weise wird die Werkstückoberseite 3a auf einen hohen Glättegrad (spiegelnde Oberfläche) poliert, wobei die Polierlösung 5 zwischen der zu polierenden Werkstückoberfläche 3a und der Polierkissenoberfläche 1a angeordnet ist.
Unter bekannten Beispielen von geeigneten Polierkissen 1 gibt es jene, die aus unverwobenen Stoffen mit zufällig angeordneten Polyesterfasern, die teilweise mit Polyurethanharz imprägniert und gehärtet sind, gebildet sind, und jene, die aus einer Schaumstrukturschicht des Urethantyps hergestellt sind, wie einer Schaumstruktur-(poröse)Polyurethanschicht. Solche Arten des Kissens 1, die in der Struktur mit vielen feinen Poren porös sind, die in der Polierkissenoberfläche 1a verteilt sind, zeigen exzellente Poliercharakteristika. Die Poren sind verantwortlich für ein verbessertes Aufnehmen der Polierlösung 5 an der Polierkissenoberfläche 1a. Die Poren wirken auch, um das Werkstück 3 am Festhaften an der Polierkissenoberfläche 1a zu hindern.
Das Problem bei solchen porös strukturierten Polierkissen 1 des Standes der Technik ist, dass die Poren, die in der Oberflächenschicht des Kissens 1 gebildet sind, einschließlich der Polierkissenoberfläche 1a, in der Größe variieren und in Position und Anordnung (Porenanordnungsmuster, d. h. Positionsbeziehung zwischen den Poren) unregelmäßig sind. Dies trägt zu einer verringerten Polierrate, erhöhter Ungleichmäßigkeit im Polierwert bei derselben zu polierenden Werkstückoberfläche (die Oberfläche des Wafers), einem fehlerhaften Polieren oder einer beschädigten Oberfläche und ähnlichem bei. Wegen solchen ungleichmäßigen unregelmäßigen oder gestreuten Polierleistungen ist es schwierig, eine gute polierte Oberfläche zu erhalten.
Zur weiteren Darstellung bewegt sich der Bereich 1b der Polierkissenoberfläche 1a, womit die zu polierende Werkstücko berfläche 3a in Kontakt kommt (Werkstückkontaktbereich 1b), wie sich der Drehtisch 2 und der Oberseitenring 4 drehen. Wenn die Polierkissenoberfläche hinsichtlich Porengröße und Porenanordnungsmuster unregelmäßig ist, dann ändert sich der Werkstückkontaktbereich 1b der Polierkissenoberfläche 1a in der Porenformation (Anzahl der Poren, Größe, Muster, etc.), wenn sie sich bewegt. Ferner ändert sich die Porenformation der Polierkissenoberfläche 1a in jedem Moment gemäß der Abnahme der Dicke des Kissens, so wie das Polieren fortschreitet. Zum Beispiel werden, so wie die Polierkissenoberfläche mit dem Fortgang des Polierprozesses verschleißt, einige flache Poren verschwinden, während andere Poren unter der Oberfläche herauskommen werden. Auf diese Weise ändert sich die Polierkissenoberfläche 1a hinsichtlich der Porenanzahl, -größe und -muster. Es ist also zu befürchten, dass eine Polierkissenoberfläche, die mit flachen Poren besetzt ist (einschließlich Poren, die durch Verschleiß der Kissenoberfläche abgeflacht sind), ein fehlerhaftes Polieren verursachen könnte (was zu einer beschädigten polierten Oberfläche führt), da abrasive Körner oder Polierstaub, die/der in den flachen Poren, zurückgehalten und gesammelt wurde(n) in den flachen Poren, die Polierwerkstückoberfläche 3a lokal tief schaben könnten. Somit zeigten Polierkissen des Standes der Technik, die aus ungewebten Stoffen, Urethantyp-Schaumstrukturschicht, etc. gebildet sind, das Problem, dass sie sich mit Fortgang des Polierprozesses hinsichtlich Poliercharakteristika des Kissen-Werkstück-Kontaktbereiches 1b verändern, wie Aufnahme von Polierlösung, Polierrate und Ungleichmäßigkeit.
Die WO 98/14304 offenbart ein Polierkissen mit jeweils rohrartigen oder massivstabähnlichen Polierelementen, die in eine Trägermatrix eingebettet sind, die ein Element von dem Benachbarten separiert. Das Matrixmaterial und daher der Raum zwischen den Polierelementen ist für das Polierfluid undurchlässig.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neues Polierkissen bereitzustellen. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Polierkissen bereitzustellen, das die Oberfläche von Werkstücken, wie zum Beispiel Halbleitersiliziumwafern, mit befriedigenden Ergebnissen ohne solche Probleme poliert, wie sie bei dem Stand der Technik auftreten.
Gemäß der Erfindung wird daher ein Polierkissen geschaffen, wie es im Anspruch 1 oder Anspruch 2 unten beansprucht ist.
Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung enthält somit eine Zusammensetzung von länglichen Harzpolierelementen, welche Elemente rohrartig oder massiv sind, einen winzigen Durchmesser haben und untrennbar miteinander verbunden sind, Außenumfangsoberfläche an Außenumfangsoberfläche, so dass die Axialrichtungsendflächen der Elemente auf einer Ebene an einem Ende der Elemente ausgerichtet sind, um eine Plattenstruktur mit regelmäßig positionierten und angeordneten und dadurch in der Axialrichtung hindurchgehenden Poren zu bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die axialen Endflächen an beiden Enden der Elemente auf einer jeweiligen Ebene ausgerichtet sein. Entsprechend der Verwendung hierin bedeutet der Ausdruck "Axialrichtung" die Längsrichtung der Polierelemente und ist ein Konzept, das identisch mit der Dickenrichtung des Polierkissens ist. Der Ausdruck "Außenumfangsoberfläche", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet den Außenoberflächenteil des Polierelements mit Ausnahme der Axialrichtungsendflächen.
Die Elemente können massive, stabähnliche, säulenartige Elemente enthalten, welche Elemente in einer solchen Weise zusammengefügt sind, um Lücken zu bilden, die in der Axialrichtung (Dickenrichtung des Polierkissens) zwischen den Außenumfangsorberflächen der Elemente verlaufen. Wenn die Elemente zum Beispiel massiv säulenartig in der Form sind, werden sie mit Außenumfangsoberflächen in linearem Kontakt miteinander zusammengebracht, wobei die Kontaktlinie in der Axialrichtung verläuft. Die Elemente werden miteinander verbunden, wobei die Kontaktbereiche alleine miteinander verbunden werden, um Lücken zwischen den Außenumfangsoberflächen zu bilden, welche Lücken voneinander durch die Verbindungslinien (linearen Kontaktteile) isoliert sind. Die Lücken dienen als die Polierkissenporen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Elemente hohle Elemente enthalten, die an wenigstens einem Ende offen sind. Vorzugsweise sind die Elemente rohrartig. Die Elemente können miteinander entweder in einer solchen Weise, um Lücken zu bilden, wie oben beschrieben ist, oder um solche Lücken zwischen den Außenumfangsoberflächen nicht zu bilden, verbunden sein. Im ersteren Fall sind die Poren in jenen Kissen die Löcher der jeweiligen Elemente und zusätzlich die Lücken, die zwischen den Elementen gebildet sind. Im letzteren Fall sind die Poren nur die Zentrallöcher.
Die Außenumfangsoberflächen können miteinander durch thermische Fusion oder mit einem Adhäsiv verbunden sein. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung kann auch erforderlichenfalls an eine Basis angebunden sein. Die Basis kann aus Stoffen, wie zum Beispiel ungewebten Stoffen, etc. bestehen. Das heißt, dass das Polierkissen eine Mehrzahl von Schichten in der Dickenrichtung aufeinander angeordnet enthält, wobei die Oberflächenschicht aus der Plattenstruktur gebildet ist, die eine große Anzahl von rohrartigen oder säulenartigen Harzpolierelementen enthält, die miteinander verbunden sind, um ein Stück zu bilden.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung lediglich exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
In den Zeichnungen:
1 ist eine Draufsicht eines Polierkissens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Kernteils von 1.
3 ist eine vertikale Schnittansicht des Kernteils längs der Linie III-III in der 1.
4 ist eine vertikale Schnittansicht des Kernteils längs der Linie IV-IV in der 1.
5 ist eine Draufsicht eines Polierkissens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine vergrößerte Ansicht des Kernteils von 5.
7 ist eine vertikale Schnittansicht des Kernteils längs der Linie III-III in der 5.
8 ist eine vertikale Schnittansicht des Kernteils längs der Linie IV-IV in der 5.
9 ist eine Draufsicht einer Variation des Polierkissens.
10 ist eine Draufsicht einer anderen Variation des Polierkissens.
11 ist eine Draufsicht noch einer anderen Variation des Polierkissens.
12 ist eine perspektivische Darstellung eines Polierkissens oder einer Plattenstruktur, die geschnitten ist.
13 ist eine Seitenansicht einer typischen Oberflächenpoliervorrichtung, bei welcher das Polierkissen montiert sein kann.
Beispiel 1
Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Polierkissen 1 zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dies ist ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Polierkissen, das ausgebreitet und fixiert sein kann auf einem Drehtisch 2 (entweder direkt an dem Drehtisch 2 oder an die Oberseite einer Oberflächenplatte angebunden, die an den Tisch 2 montiert ist) einer Oberflächenpoliervorrichtung, wie zum Beispiel der Vorrichtung, die in der 13 gezeigt ist.
Das erste Polierkissen 1₁ ist aus einer großen Anzahl von Harzpolierelementen 11 gebildet, die alle rohrartig mit einem winzigen Durchmesser untrennbar miteinander verbunden sind, Außenumfangsoberfläche an Außenumfangsoberfläche, wobei die Axialrichtungsrohrendflächen auf einer Ebene ausgerichtet sind, um eine Plattenstruktur 10 mit Poren 12, 13 zu bilden, die regelmäßig positioniert und angeordnet sind und durch die Platte in der Dickenrichtung oder der Axialrichtung der Elemente hindurch gehen. Diese Plattenstruktur 10 kann an den Drehtisch 2 oder an die Oberseite einer Oberflächenplatte angebunden sein, die auf dem Tisch 2 der Oberflächenpoliervorrichtung montiert sein kann. Mit einer solchen Anordnung kann ein zu polierendes Werkstück 3, wie zum Beispiel ein Halbleitersiliziumwafer, mit befriedigenden Ergebnissen an der Oberfläche poliert werden.
Die Polierelemente 11 sind zylindrische ultrafeine Rohre oder hohle Fasern mit einem Durchmesser und einer Länge in der Axialrichtung jeweils identisch. Die Polierelemente 11 bestehen aus solchen Materialien, wie Fluororesin oder einem Polymerkunststoff (z. B. Polypropylen-, Polyethylen-, Polyacetal-Urethantyp-Kunststoff). Die Wahl des Materials erfolgt entsprechend den Polierbedingungen, wie den Eigenschaften des Werkstückes 3 und der Polierlösung 5, der Härte, die von der Polierkissenoberfläche verlangt wird, und ähnlichem. Wenn die Polierlösung korrosiv ist, wie zum Beispiel Säure, dann wird ein korrosionsbeständiges Material, wie Fluororesin, verwendet. Die Länge des Polierelements 11 ist in Abhängigkeit von der erforderlichen Dicke des Kissens 1₁ eingestellt, aber allgemein ist die Länge ungefähr 1 bis 15 mm.
Die Polierelemente 11 sind zu einem Stück zusammengebunden, wobei die Axialrichtungsröhrenendflächen auf einer Ebene ausgerichtet sind, und wobei jedes Polierelement 11 in Linearkontakt mit sechs umgebenden Polierelementen 11 in einem Zickzack- oder versetzten Muster gebracht ist, wie in der 1 gezeigt ist. Die Polierelemente 11 sind an linearen Kontaktbereichen nur durch thermische Fusion oder mit einem Adhäsiv verbunden, um eine Plattenstruktur 10 bilden. Die Plattenstruktur 10 hat somit Lücken 13, die voneinander durch die Verbindungsbereiche 14 isoliert und zwischen den Außenumfangsoberflächen ausgebildet sind, wobei die Oberfläche der Plattenstruktur 10 mit den Axialrichtungsröhrenendflächen gebildet ist.
Das erste Kissen 1z, das eine solche Plattenstruktur 10 enthält, hat eine Polierkissenoberfläche 1a, die mit den Axialröhrenendflächen der Polierelemente 11 gebildet ist, wobei ein Porenanordnungsmuster mit zwei Arten von Poren 12, 13 durch die Plattenstruktur 10 in der Axialrichtung verläuft und sie regelmäßig über die Oberfläche positioniert und angeordnet sind. Die ersten Poren 12 sind Poren in den Mitten der rohrartigen Polierelemente 11, während die zweiten Poren 13 Lücken sind, die zwischen den Außenumfangsoberflächen gebildet und voneinander durch Verbindungsbereiche 14 separiert sind. Jene Poren sind auch in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Es ist auch zu beachten, dass die ersten Poren 12 alle dieselbe Querschnittsform haben und von einer Endfläche zur anderen in der Dickenrichtung oder der Axialrichtung verlaufen. Das gilt auch für die zweiten Poren 13. In anderen Worten ist die Porenformation (Anzahl, Größe, Anordnung, etc. von ersten Poren 12 und zweiten Poren 13) identisch, wie bei jeglichem Quer schnitt einschließlich der Polierkissenoberfläche 1a zu sehen ist.
Der Innendurchmesser (Porengröße) und die Wanddicke des Polierelements 11 bestimmen die Haltekapazität des Kissens für die Polierlösung 5 (Kapazität der ersten Pore 12), die Polierleistung der Polierkissenoberfläche 1a, etc., und sind geeignet gemäß den Polierbedingungen eingestellt. Aus den folgenden Gründen ist der Innendurchmesser vorzugsweise 0,02 bis 3 mm und die Wanddicke 0,5 bis 2 mm.
Wenn der Innendurchmesser des Polierelements 11 geringer als 0,02 mm ist, kann der Kontaktbereich zwischen dem Polierelement 11 und dem zu polierendem Werkstück 3 größer als erforderlich sein, wodurch verfehlt wird, die erforderliche Polierlösungshaltekapazität aufrecht zu erhalten. Als ein Ergebnis kann sich der Kontaktbereich zwischen dem Polierelement 11 und dem Werkstück 3 in den Zustand von Grenzlubrikation verändern, was es schwierig macht, die Werkstückoberfläche 3a auf eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit zu polieren. Wenn andererseits der Innendurchmesser des Polierelements 11 3 mm übersteigt, kann die Haltekapazität des Kissens, die durch die ersten Poren 12 bereitgestellt wird, größer als erforderlich sein, was den Kontaktbereich zwischen dem Polierelement 11 und dem Werkstück 3 in einen Zustand einer Fluidfilmlubrikation überführen kann. In einem solchen Zustand einer Fluidfilmlubrikation könnte das Polierkissen, das mit einem dünnen Überzug der Polierlösung überzogen ist, winzige Vorsprünge an der Werkstückoberfläche 3a herausschneiden, könnte aber große Vorsprünge, wie Wellen auf der Werkstückoberfläche 3a, nicht befriedigend entfernen, wodurch ein Polieren der Werkstückoberfläche 3a auf eine gewünschte Ebenheit verfehlt wird.
Ähnlich sind die zweiten Poren 13, die die Polierlösung zusammen mit den ersten Poren 12 halten, in demselben Querschnittsflächengrößenbereich eingestellt, wie die erste Pore 12 in dem Polierelement 11, d. h. die Querschnittsfläche, die äquiva lent zu jener der ersten Pore 12 mit einem Innendurchmesser von 0,02 bis 3 mm ist.
Wenn die Wanddicke jedes Polierelements 11 geringer als 0,5 mm ist, kann ferner die lokale Druckkraft, die auf die Werkstückoberfläche 3a aufgebracht wird, höher als erforderlich werden, was es schwierig macht, die Werkstückoberfläche 3a gleichmäßig zu polieren. Bei einer Polierelementwanddicke von mehr als 2 mm kann andererseits die Gesamtsteifigkeit des Kissens mehr als erforderlich ansteigen, was ein glattes Polieren der Werkstückoberfläche 2a behindern kann. Mit einem solchen Polierkissen 1 kann es unmöglich sein, die Werkstückoberfläche 3a auf einen hohen Glättegrad fertig zu stellen.
Die Anzahl von Polierelementen 11, die die Plattenstruktur 10 bilden, ist auf 200 bis 1.000.000 in Abhängigkeit von solchen Faktoren eingestellt, wie den Elementdurchmesser und der Größe des ersten Kissens 1₁ . Die Form der Plattenstruktur 10 kann in Abhängigkeit vom Typ des Drehtisches 2 oder der Oberflächenplatte, an welcher das erste Kissen 1₁ aufgespannt und fixiert ist, gewählt werden, ist aber allgemein hexagonal oder kreisartig. Bei dem gegenwärtigen Beispiel ist eine hexagonale Form angenommen, wie in der 1 gezeigt ist.
Das erste Kissen 1₁ ist somit gleichmäßig bei der Porenformation in der Polierkissenoberfläche 1a des Kissens 1₁ und in jeglicher Querschnittsseite darunter ausgebildet und ist regelmäßig beim Porenanordnungsmuster. Mit dem Kissen 1₁ ist es daher möglich, ein Polieren mit befriedigenden Ergebnissen auszuführen, ohne solche Probleme, wie Abfälle bei der Polierrate, eine ungleichmäßig polierte Menge in der Werkstückoberfläche (Wafer) oder beschädigte polierte Oberflächen. Es wird im wesentlichen keine Änderung in der Porenformation (Porenanzahl, -größe, -muster, etc.) geben, selbst wenn der Werkstückkontaktbereich 1b auf der Polierkissenoberfläche 1a, das ist der Bereich auf der Polierkissenoberfläche 1a, mit welchem die Polierwerkstückoberfläche 3a in Kontakt kommt, sich bewegt, wie sich der Drehtisch 2 und der Oberseitenring 4 drehen, da die Poren 12, 13 in der Polierkissenoberfläche 1a gleichmäßig sind und regelmäßig angeordnet und positioniert sind. Indem sie bei jeder Querschnittsseite, die die Polierkissenoberfläche 1a enthält, identisch ist, wird die Porenformation gleichmäßig und unverändert bleiben, wenn das Kissen als ein Ergebnis eines Konditionierens oder Polierens verschleißt und in der Dicke abnimmt. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung wird die Werkstückoberfläche 3a weniger wahrscheinlich beschädigen und kann eine gleichmäßig polierte Oberfläche im Vergleich zu Kissen des Standes der Technik erzeugen, die flache Poren haben, da die Poren 12, 13 in den Kissen der vorliegenden Erfindung Durchgangsporen sind, die durch die Platte 10 in der Kissendickenrichtung ausgebildet sind.
Es ist erforderlich, sicherzustellen, dass die Polierkissenoberfläche 1a physikalische und chemische Eigenschaften gemäß den Polierbedingungen hat, wie die Eigenschaften des Werkstückes 3, der Polierlösung 5 und ähnliches. Solche Anforderungen können durch Wählen eines geeigneten Materials für das Polierelement 11 leicht erfüllt werden. Die Polierkissenoberfläche 1a ändert sich in physikalischen und chemischen Eigenschaften nicht, wenn die Kissenoberfläche aufgebraucht wird.
Somit durchlaufen die Polierkissenoberfläche 1a und der Werkstückkontaktbereich 1b auf der Polierkissenoberfläche 1a im wesentlichen keine Änderungen in der Kapazität des Haltens der Polierlösung, Polierrate und Gleichförmigkeit, etc. mit dem Fortschreiten des Polierprozesses. Das heißt, es werden im wesentlichen keine Ungleichmäßigkeiten in der Polierleistung auftreten. Zusätzlich ist es, da die Poliercharakteristika auf einem festen Niveau gehalten werden können, möglich, den Polierprozess auf der Basis solcher limitierter Faktoren, wie Polierzeit, genau zu steuern. Auf diese Weise ist es möglich, ein optimales Polieren bereitzustellen, das die Erfordernisse erfüllt, die dem Werkstück 3 auferlegt sind.
Beispiel 2
Die 5 bis 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Beispiel ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, die vorliegende Erfindung auf ein Polierkissen 1 angewandt, das ausgebreitet und fixiert werden kann auf einem Drehtisch 2 (entweder direkt angebunden an dem Drehtisch 2 oder an der Oberseite einer Oberflächenplatte, die an dem Tisch 2 montiert ist) einer Oberflächenpoliervorrichtung, wie der Vorrichtung, die in der 13 gezeigt ist.
Das zweite Polierkissen 1₂ des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung enthält eine größere Anzahl von Harzpolierelementen 20, die alle massiv stabähnlich, säulenartig in der Form, mit einem winzigen Durchmesser, untrennbar miteinander verbunden sind, Außenumfangsoberfläche an Außenumfangsoberfläche, wobei die Axialrichtungsstabendflächen auf einer Ebene ausgerichtet sind, um eine Plattenstruktur 20 in einer solchen Weise zu bilden, dass Lücken zwischen den Außenumfangsoberflächen gebildet sind, welche Lücken Poren 23 bilden, die in der Axialrichtung verlaufen, wie in den 5 bis 8 gezeigt ist. Die Poren 23 sind regelmäßig positioniert und angeordnet. Diese Plattenstruktur 20 kann an den Drehtisch 2 oder an die Oberseite einer Oberflächenplatte 20 angebunden sein, die an dem Tisch 2 der Oberflächenpoliervorrichtung montiert ist. Bei einer solchen Anordnung kann ein Werkstück 3, wie zum Beispiel ein Halbleitersiliziumwafer, an der Oberfläche mit befriedigenden Ergebnissen poliert werden.
Die Polierelemente 21 sind massiv stabartige, säulenartige Fasern oder Linearkörper, alle mit demselben Durchmesser und derselben Länge in der Axialrichtung. Solche Polierelemente bestehen aus solchen Materialien, wie Fluororesin oder einem Polymerkunststoff (wie Polypropylen-, Polyethylen-, Polyacetal-Urethantyp-Kunststoffe). Die Materialien können gemäß den Polierbedingungen ausgewählt werden, wie den Eigenschaften des Werkstückes 3 und der Polierlösung 5. Der Außendurchmesser je des Polierelements 21 ist genau gemäß den Polierbedingungen eingestellt. Allgemein ist der Außendurchmesser vorzugsweise 0,5 bis 3 mm aus demselben Grund, dass die Wanddicke des rohrartigen Polierelements 11 vom Beispiel 1 auf 0,5 bis 2 mm eingestellt ist. Die Länge des Polierelements 21 ist allgemein vorzugsweise auf 1 bis 5 mm eingestellt in Abhängigkeit von solchen Faktoren wie der Dicke des zweiten Kissens 1₂ , wie in dem Fall des vorerwähnten Polierelements 11.
Die Polierelemente 21 sind zu einem Stück verbunden, wobei die Axialrichtungsendflächen der Elemente 21 auf einer Ebene ausgerichtet sind, und wobei jedes Polierelement 21 in linearen Kontakt, Außenumfangsoberfläche an Außenumfangsoberfläche, mit sechs umgebenen Polierelementen 21 gebracht ist, wodurch ein versetztes Zickzackmuster gebildet ist, wie in den 5 bis 8 gezeigt ist. Das heißt, dass die Polierelemente 21 miteinander an linearen Kontaktbereichen nur durch thermische Fusion oder mit einem Adhäsiv zu einer Plattenstruktur 20 verbunden sind. Die Plattenstruktur 20 hat Lücken 23, die zwischen den Außenumfangsoberflächen gebildet und voneinander durch die Verbindungsbereiche 24 isoliert sind, wobei die Vorderoberfläche der Struktur 24 mit den axialen Endseiten des Elements 21 gebildet ist.
Das zweite Kissen 1₂ , das eine solche Plattenstruktur 20 enthält, hat eine Polierkissenoberfläche 1a, die von den axialen Endseiten der Polierelemente 21 mit einem Porenanordnungsmuster gebildet ist, in welchem Poren 23 einer Art in der Axialrichtung hindurchgehen und regelmäßig über die Oberfläche angeordnet sind. Die Poren 23 sind Lücken, die zwischen den Außenumfangsoberflächen der Elemente gebildet sind, und sind voneinander durch verbundene Linearbereiche partitioniert. Die Poren sind positioniert und angeordnet in der Polierkissenoberfläche 1a in einem regelmäßigen Muster. Es ist auch zu beachten, dass die Poren 23 jeweils denselben Querschnitt haben und von einer Endseite zu der anderen in der Dickenrichtung oder der Axialrichtung verlaufen. In anderen Worten ist die Porenformation (Anzahl, Größe, Anordnung etc.) der Poren 23 identisch bei jeglichem Querschnitt, einschließlich der Polierkissenoberfläche 1a. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Größe der Poren 23 äquivalent zu jener der Poren 12, 13 in dem ersten Polierkissen 1₁ des Beispiels 1 aus demselben Grund ist, wie jener, für welchen der Innendurchmesser des vorerwähnten Polierelements 11 eingestellt wurde.
Die Anzahl von Polierelementen 21, die die Plattenstruktur 20 bilden, ist auf ungefähr 200 bis 1.000.000 in Abhängigkeit von solchen Faktoren eingestellt, wie dem Elementdurchmesser und der Größe des zweiten Kissens 1₂ . Die Größe der Plattenstruktur 20 kann in Abhängigkeit von der Form des Drehtisches 2 oder der Oberflächenplatte, an welchem/welcher das zweite Kissen 1₂ vorgesehen ist, ausgebreitet und fixiert zu werden, ausgewählt werden, ist aber allgemein hexagonal oder kreisartig. Bei dem vorliegenden Beispiel ist ein hexagonale Form angenommen, wie in der 5 gezeigt ist.
Wie das erste Kissen 1₁ ist das somit geformte zweite Kissen 1₂ im wesentlichen gleichmäßig in der Porenformation in der Oberflächenschicht, die die Polierkissenoberfläche 1a des Kissens 1₂ enthält, und ist regelmäßig im Porenanordnungsmuster. Mit diesem Kissen 1₂ ist es daher möglich, ein Polieren mit befriedigenden Ergebnissen auszuführen, ohne derartige Probleme, wie verringerte Polierraten, ungleichmäßig polierte Mengen in der Werkstückoberfläche (Wafer) oder beschädigte polierte Oberflächen.
Die Polierelemente 11; 21, die das erste Kissen 1₁ oder das zweite Kissen 1₂ bilden, können zum Beispiel in jeglicher Weise, Außenumfangsoberfläche an Außenumfangsoberfläche, verbunden sein. Die Polierelemente 11; 21 können zu einem Stück, jedes Polierelement 11; 21 in linearem Kontakt mit vier umgebenden Polierelemten 11; 21 in einem Karomuster verbunden sein, wie in den 9 und 10 gezeigt ist. Das Polierelement 11; 21 kann jegliche Querschnittsform haben und ist insbeson dere nicht auf eine rohrartige Form oder eine säulenartige Form beschränkt, die kreisartig im Querschnitt ist, außer, dass säulenartige Polierelemente 21 mit speziellen Querschnittsformen, die zu einem Stück in einer solchen Weise miteinander verbunden werden können, dass keine durchgehenden Lücken in der Axialrichtung zwischen den Außenumfangsoberflächen gebildet sind, ausgeschlossen sind. Ein Beispiel einer solchen ausgeschlossenen Konfiguration ist eine Plattenstruktur 20, die durch Zusammensetzen von hexagonalen, säulenartigen, massiven, stabartigen Polierelementen 21 in einem Honigwabenmuster gebildet ist, das keine Durchgangsporen 23 in der Axialrichtung bildet. Andererseits werden, wenn hexagonale rohrartige Polierelemente 11 miteinander zu einer Plattenstruktur 10 in einem Honigwabenmuster mit keinen Lücken, die zwischen den Außenumfangsoberflächen gebildet sind, verbunden sind, zum Beispiel die Mittelporen in den Elementen 11 offen gelassen, um erste Poren 12 zu bilden.
Die Verbindungsstärke, mit welcher die Außenumfangsoberflächen verbunden werden, ist ausreichend, wenn das Verbinden gerade so stark ist, dass sich die Polierelemente 11; 21 während des Polierens nicht voneinander lösen. Zum Beispiel ist es akzeptabel, wenn die linearen Kontaktbereiche 14; 24 teilweise verbunden sind, statt über die gesamte Linie von einer Endseite zu der anderen durch thermische Fusion verbunden zu sein. Auch können Plattenstrukturen 10; 20 mit einer Mehrzahl von verschiedenen Arten von Polierelementen mit unterschiedlichen Querschnitten oder Endseiten gebildet werden, so lange eine oder mehrere Arten von Poren 12, 13, 23 in jenen Polierelementen gebildet und regelmäßig angeordnet sind. In einem solchen Fall können erforderlichenfalls Polierelemente aus verschiedenen Materialien verwendet werden.
Bei den vorhergehenden Beispielen ist das erste Kissen 1₁ oder das zweite Kissen 1₂ durch Binden und Verbinden einer großen Anzahl von Polierelementen 11; 21 miteinander zu einer Plattenstruktur 10; 20 ausgebildet. Eine Mehrzahl von solchen Plattenstrukturen 10; 20 kann auch auf derselben Ebene Seite an Seite angeordnet und verbunden sein, um das Kissen zu bilden. Die 10 zeigt ein Beispiel, bei welchem eine Mehrzahl von Plattenstrukturen 10; 20 von denen jede durch Verbinden von Polierelementen 11; 21 zu einem Hexagon gebildet ist, durch thermische Fusion zu einem Stück in einem Honigwabenmuster verbunden sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl von Bestandteilselementen für jede Plattenstruktur 10; 20 (herab bis zu einem Bereich 10 bis 10.000) zu verringern. Dieses Verfahren ist einfacher als ein Kissen 1₁ ; 1₂ mit einer Plattenstruktur 10; 20 zu bilden. Ein großes Polierkissen ist auf diese Weise leichter herzustellen. In diesem Fall können auch Plattenstrukturen 10; 20 von verschiedenen Materialien oder Aufbauten (Porenformation, etc.) miteinander zu einem Stück verbunden werden, falls es erforderlich ist.
Bei den vorhergehenden Beispielen sind die Plattenstrukturen 10; 20 durch miteinander Verbinden von Polierelementen gebildet, deren Länge gleich der Dicke davon ist. Die Plattenstrukturen 10; 20 können auch auf andere Weise hergestellt werden: Wie in der 11 gezeigt ist, werden Polierelemente 11' (von einer großen Länge, die in der Form dieselben wie die Polierelemente 11 mit Ausnahme der Länge sind) oder 21' (von einer großen Länge, die in der Form dieselben wie die Polierelemente 21 mit Ausnahme der Länge sind) miteinander zu einem Stück oder einer stabförmigen, säulenartigen Struktur 1' in derselben Weise wie beim Herstellen der Plattenstrukturen 10; 20 verbunden. Die stabförmige Struktur 10', die somit gebildet ist, eine hexagonale Struktur zum Beispiel, kann auf eine gewünschte Dicke geschnitten werden, um eine Mehrzahl von Plattenstrukturen 10; 20 zu erhalten. Bei diesem Verfahren ist es möglich, effizient Polierkissen 1 und Plattenstrukturen 10; 20 in großen Anzahlen herzustellen. Dieses Verfahren ist sehr geeignet zum Herstellen eines Polierkissens eines solchen Aufbaus, wie in der 10 gezeigt ist.
Es ist auch zu beachten, dass, während bei den vorhergehenden Beispielen Plattenstrukturen 10; 20 in einer Einschichtstrukturform verwendet werden, das Polierkissen aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet sein kann, die aufeinander liegen, mit der Oberflächenschicht, die aus den Plattenstrukturen 10; 20 gebildet ist. Zum Beispiel können das erste Kissen 1₁ oder das zweite Kissen 1₂ aufgebaut sein mit einer Basis 10'; 20', die aus unverwobenen Stoffen oder ähnlichem besteht, überlegt von Plattenstrukturen 10; 20, die durch Verbinden einer Mehrzahl von Plattenstrukturen gebildet sind, wie in der 10 gezeigt ist, wie durch gestrichelte Linien in den 3 und 4 oder 7 und 8 angegeben ist.
Wie oben angegeben ist, ist das Polierkissen der vorliegenden Erfindung in der Porenformation bei jeglichem Querschnitt, einschließlich der Kissenoberflächen, identisch, wobei die Poren in einem regelmäßigen Muster positioniert und angeordnet sind, und kann es daher die Werkstückoberfläche wie bei CMP polieren, ohne solche Probleme aufzuwerfen, wie vorher aufgezeigt wurde.

Claims

Polierkissen (1₁ ), enthaltend eine große Anzahl von Harzpolierelementen (11), die alle eine rohrartige Form mit einem winzigen Durchmesser haben, zusammengebunden durch unzertrennbares Verbinden einer Außenumfangsfläche eines Polierelements in Kontakt mit einer Außenumfangsfläche eines anderen, wobei die Axialrichtungsrohrendflächen an einer Ebene (1a) ausgerichtet sind, um eine Plattenstruktur (10) mit Poren (12, 13) zu bilden, die regelmäßig positioniert und angeordnet sind und dadurch in der Axialrichtung hindurch gehen.
Polierkissen (1₂ ), enthaltend eine große Anzahl von Harzpolierelementen (21), die alle massiv stabartig von säulenartiger Form mit einem winzigen Durchmesser sind, zusammengebunden durch unzertrennbares Verbinden einer Außenumfangsfläche eines Polierelements in Kontakt mit einer Außenumfangsfläche eines anderen, wobei die Axialrichtungsstabendflächen an einer Ebene (1a) ausgerichtet sind, um eine Plattenstruktur (20) in einer solchen Weise zu bilden, dass Lücken (23) als externe Durchgangsporen in der Axialrichtung der Außenumfangsoberflächen ausgebildet sind, welche Durchgangsporen regelmäßig positioniert und angeordnet sind.
Polierkissen, enthaltend eine Mehrzahl von Schichten, die aufeinander plaziert sind, wobei die Oberflächenschicht aus der Plattenstruktur gebildet ist, wie sie im Anspruch 1 oder im Anspruch 2 definiert ist.
Polierkissen nach Anspruch 1, wobei jedes Element einen Innendurchmesser 0,02 bis 3 mm hat.
Polierkissen nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei die Elemente miteinander in einer solchen Weise verbunden sind, dass Lücken als externe Durchgangsporen (13) in der Axialrichtung zwischen den Außenumfangsoberflächen gebildet sind, welche Durchgangsporen regelmäßig positioniert und angeordnet sind.
Polierkissen nach Anspruch 2 oder Anspruch 5, wobei jede Außendurchgangspore (13) eine Querschnittsfläche äquivalent zu einem Kreis mit einem Durchmesser von 0,02 bis 3 mm hat.
Polierkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches 200 bis 1.000.000 Elemente (11; 21) hat.
Polierkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente (11; 21) miteinander durch thermische Fusion oder mit einem Adhäsiv verbunden sind.
Chemisch-mechanisches Poliergerät, enthaltend ein oder mehrere Polierkissen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.