DE69914215T2

DE69914215T2 - Halbleiterpolierband

Info

Publication number: DE69914215T2
Application number: DE69914215T
Authority: DE
Inventors: Brian Lombardo
Original assignee: Praxair ST Technology Inc; Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair ST Technology Inc; Praxair Technology Inc
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-10-23
Also published as: WO2000024550A1; AU6354899A; TWI235115B; EP1126952B1; JP2002528277A; US6213858B1; DE69914215D1; KR20020018642A; EP1126952A1

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Herstellung von Verbundstoffbändern ohne Verbindungsnaht zum verbesserten Polieren von Halbleiter-Wafern dadurch, daß die Bänder beim Kontakt mit einem Halbleiter-Wafer flach liegen, ohne sich nach oben oder unten zu wölben.
Das chemisch-mechanische Polieren (CMP) von Halbleiter-Wafern ist eine relativ neue Technik, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen eingesetzt wird. Bei der herkömmlichen CMP-Technik wird eine Wafer-Oberfläche nach unten gehalten und in Kontakt mit einer flachen Polierauflage gebracht, die auf einem Drehtisch angebracht ist. Diese Anordnung wurde von der herkömmlichen Glaspolier-Technik übernommen. Vor kurzem wurde von Ontrak Systems ein neuartiges CMP-Polierwerkzeug entwickelt, das später von Lam Research erworben wurde. Das neue Werkzeug, das in dem US-Patent 5,692,947 beschrieben ist, verwendet ein lineares Polierglied, das eine herkömmliche flache Polierauflage umfaßt, die an einem endlosen Metallstützband angebracht ist. Gegenwärtig stehen keine einstückig ausgebildeten Bänder zur Verfügung, und zwar weder zum Einsatz beim Polieren von Halbleiter-Wafern noch zur Verwendung auf dem Werkzeug von Lam.
Eine Abteilung der Scapa Group hat ein Verbundstoffband ohne Verbindungsnaht zur Verwendung auf dem Polierwerk zeug von Lam entwickelt. Die Entwicklung eines solchen Bandes, das in integraler Weise eine ausreichende Festigkeit mit einer Präzisions-Polieroberfläche verbindet und effizient und in gleichbleibender Qualität herzustellen ist, ist mit vielen Schwierigkeiten und Auflagen verbunden. Ein unerwartetes Problem bestand insbesondere darin, daß die Band-Prototypen keine flache Oberfläche beibehielten, d. h. die Ränder des Bandes wölbten sich in dem Bereich zwischen den Tragrollen nach oben oder nach unten, was aufgrund des ungleichmäßigen Kontakts mit der Oberfläche des Halbleiter-Wafers eine unbefriedigende Polierleistung zur Folge hatte. Mit der vorliegenden Erfindung wird dieses ernste Problem gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundstoffband ohne Verbindungsnaht vorgesehen, das in einem Bereich zwischen zwei auf Abstand liegenden Montageflächen eine im wesentlichen flache Oberfläche beibehält, wobei das Band eine oder mehrere polymere Schichten einschließlich einer Polierschicht sowie eine oder mehrere gewebte oder nichtgewebte Stützschichten umfaßt, wobei eine oder mehrere der Schichten vorgespannt sind und/oder das Band über seine Länge wechselnde Abschnitte aufweist, die entgegengesetzte Wölbungstendenzen aufweisen, so daß zwischen nach oben wölbenden und nach unten wölbenden Kräften, die in dem Bereich zwischen den Montageflächen auf das Band ausgeübt werden, ein Gleichgewicht erzielt wird.
Bänder gemäß der vorliegenden Erfindung dienen insbesondere zum chemisch-mechanischen Polieren von Halblei ter-Wafern, wo es schwierig ist, mit der ganzen Oberfläche des flachen Wafers in gleichmäßigem Kontakt zu bleiben. Außerdem eignen sich Bänder gemäß der vorliegenden Erfindung auch für andere Anwendungen, einschließlich z. B. anderer Polieranwendungen, Druckanwendungen und Materialbehandlungsanwendungen, bei denen ein gleichmäßiger Kontakt zwischen dem Band und dem Werkstück erforderlich ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Verbundstoffbänder ohne Verbindungsnaht der vorliegenden Erfindung werden üblicherweise durch Aufbringen einer Polymerschicht auf eine Stützschicht durch Gießen, Formpressen oder Spritzgießen hergestellt. Der Herstellungsprozeß ist üblicherweise mit erhöhten Temperaturen verbunden, um thermoplastische Materialien zum Schmelzen und Fließen zu bringen oder wärmehärtbare Materialien zu verbinden und zu härten. Die polymeren Materialien können jedoch nach Belieben bei jeder geeigneten Temperatur oder Abfolge von unterschiedlichen Temperaturen und Zeitpunkten gehärtet werden. Die polymere Schicht kann aus jedem geeigneten Material oder Kombination von Materialien bestehen. Sie kann fest oder porös sein und alle Arten oder Kombinationen von Füllstoffen und aktiven oder inerten Bestandteilen enthalten. Üblicherweise wird eine im wesentlichen zylindrische Form verwendet, um Bänder mit symmetrischen Eigenschaften und ohne Verbindungsstellen oder Verbindungsnähte herzustellen. Die Form kann feststehend sein oder sich drehen, wie es beim Schleuderguß der Fall ist. Eine andere Möglichkeit zum Herstellen von Bändern mit symmetrischen Eigenschaften besteht darin, die Bänder auf einem rotierenden zylindrischen Kern oder einer Walze zu formen. Es besteht die Möglichkeit, die Bänder durch kontinuierliche Extrusion einer polymeren Schicht auf einem rohrförmigen Trägermaterial herzustellen, die dann in Bänder einer gewünschten Breite zerschnitten wird.
Es wird ein Verbundstoffband mit mindestens zwei verschiedenen Schichten benötigt, um sowohl die Präzisions-Polieroberfläche als auch die erforderliche mechanische Festigkeit des Bandes zu erzielen. Die Polierschicht kann glatt oder strukturiert sein und jedes geeignete Muster aus Rillen, Vertiefungen oder höher ausgebildeten Formationen aufweisen, die durch Formen oder Bearbeiten oder sonstige Sekundärmaßnahmen erzielt wurden. Die Stützschichten können aus jeder Art von Gewebe oder Faservlies bestehen, hergestellt aus natürlichen oder synthetischen, organischen oder anorganischen Materialien.
Aufgrund der Verbundstoff-Struktur kann es jedoch zu ungleichmäßigen inneren Beanspruchungen kommen, wenn sich das Band in der Ruhelage befindet und wenn es unter Spannung auf Rollen montiert ist, was oft dazu führt, daß sich die Ränder des Bandes in dem Bereich zwischen den Tragrollen nach oben oder unten wölben. Oft werden die ungleichmäßigen inneren Beanspruchungen durch die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen thermischen oder molekularen Schrumpfgeschwindigkeiten oder unterschiedlichen Zug-, Scher- und Druckeigenschaften verursacht. In Kenntnis der möglichen Ursachen für das Umwölben des Bandes würde es logisch erscheinen, nach einem Weg zu suchen, um die ungleichmäßigen inneren Beanspruchungen entweder durch zueinander passende Eigenschaften unterschiedlicher Ma terialien oder dadurch vollständig zu eliminieren, daß ein einziges Material gefunden wird, das sowohl poliert als auch eine mechanische Festigkeit bietet. Ein Einkomponentenband, das keine Verbindungsnaht aufweist und in einer im wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet wurde, beispielsweise ein Festkautschuk- oder Urethanband, wird jedoch in dem Bereich zwischen den Tragrollen nicht vollkommen flach liegen, und die Ränder werden sich in der Tat nach unten wölben. Ein überraschendes Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß die Bänder eine Verbundstoffstruktur aufweisen müssen, damit die verbindungsnahtlosen Polierbänder in dem Bereich, in dem sie mit den Wafern in Berührung kommen, die flache Oberfläche aufweisen.
Die Verbundstoffstruktur ist erforderlich, um das richtige Gleichgewicht von nach oben und nach unten wölbenden Kräften in dem Gurt herzustellen, wenn dieser zwischen Tragrollen verspannt ist. Das Gleichgewicht zwischen den nach oben und nach unten wölbenden Kräften kann dadurch erreicht werden, daß eine oder mehrere der Verbundstoffschichten vorgespannt werden. Außerdem kann ein geeignetes Gleichgewicht zwischen den nach oben und nach unten wölbenden Kräften dadurch erzielt werden, daß ein Band mit über die Länge des Bandes wechselnden Abschnitten gebildet wird, die entgegengesetzte Wölbungstendenzen aufweisen. Die abwechselnd nach oben und nach unten wölbenden Abschnitte haben die Tendenz, sich gegenseitig zu kompensieren, so daß das Band gezwungen ist, in dem Bereich zwischen den Tragrollen im wesentlichen flach zu liegen.
Beispiele von Bandstrukturen, die das gewünschte Gleichgewicht zwischen den nach oben und nach unten wölbenden Kräften aufweisen, um flach liegen zu können, umfassen

1) ein dreischichtiges Band, bei dem ein Gewebe auf beiden Seiten mit warmgegossenem Polyurethan beschichtet und die obere Urethanschicht dicker ist als die untere Schicht;
2) ein zweischichtiges Band, bei dem ein locker gewebtes Netzgewebe an der Außenseite oder Oberseite mit warmgegossenem Polyurethan beschichtet ist;
3) ein zweischichtiges Band, bei dem eine warmgegossene Polyurethan-Schicht einen gewundenen Verstärkungsfaden aufweist;
4) ein zweischichtiges Band, bei dem die warmgegossene Polyurethanschicht über einem vorgespannten Gewebe ausgebildet ist, das während des Formverfahrens unter Spannung gehalten wird;
5) ein zweischichtiges Band, bei dem eine Gewebeschicht mit einer Polyurethanschicht beschichtet ist, welche sich bei Raumtemperatur verfestigen kann, bevor der Härtungszyklus bei höherer Temperatur beendet wird;
6) ein dreischichtiges Band, bei dem die obere und die untere Schicht dieselbe Dicke aufweisen, die obere Schicht jedoch aus einem härteren Material besteht als die untere Schicht;
7) ein dreischichtiges Band, bei dem die obere Schicht von gleichmäßiger Dicke ist, die untere Schicht jedoch eine Dicke aufweist, die sich sinusförmig ändert, so daß wechselnde Abschnitte mit sich leicht nach oben wölbenden und sich leicht nach unten wölbenden Tendenzen gebildet sind;
8) ein dreischichtiges Band, bei dem die obere Schicht aus Schaum und die untere Schicht aus festem Material gebildet ist.

Claims

Verbundstoffband ohne Verbindungsnaht, das in einem Bereich zwischen zwei auf Abstand liegenden Montageflächen eine im wesentlichen flache Oberfläche beibehält, wobei das Band eine oder mehrere polymere Schichten einschließlich einer Polierschicht sowie eine oder mehrere gewebte oder nichtgewebte Stützschichten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Schichten vorgespannt sind und/oder das Band über seine Länge wechselnde Abschnitte aufweist, die entgegengesetzte Wölbungstendenzen aufweisen, so daß zwischen nach oben wölbenden und nach unten wölbenden Kräften, die in dem Bereich zwischen den Montageflächen auf das Band ausgeübt werden, ein Gleichgewicht erzielt wird.
Band nach Anspruch 1, wobei das Band im wesentlichen von zylindrischer Form ist.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein dreischichtiges Band mit einer Gewebeschicht ist, die zur Bildung einer oberen und einer unteren polymeren Schicht auf beiden Seiten mit warmgegossenem Polyurethan beschichtet ist, und wobei die obere Schicht aus Urethan dicker ist als die untere Schicht.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein zweischichtiges Band mit einer locker gewebten Netzgewebe-Schicht ist, die mit einer warmgegossenen Polyurethanschicht beschichtet ist.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein zweischichtiges Band mit einer warmgegossenen Polyurethanschicht ist, die einen gewundenen Verstärkungsfaden aufweist.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein zweischichtiges Band mit einer warmgegossenen Polyurethanschicht ist, die über einer vorgespannten Gewebeschicht ausgebildet wird, welche während eines Formverfahrens unter Spannung gehalten wird.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein zweischichtiges Band mit einer Gewebeschicht ist, die mit einer Polyurethanschicht beschichtet ist, welche sich bei Raumtemperatur verfestigen kann, bevor ein Härtungszyklus bei höherer Temperatur beendet wird.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein dreischichtiges Band ist, das eine obere und eine untere polymere Schicht derselben Dicke auf beiden Seiten der Stützschicht aufweist, und bei dem die obere polymere Schicht aus einem härteren Material besteht als die untere polymere Schicht.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein dreischichtiges Band ist, das eine obere polymere Schicht von gleichmäßiger Dicke über der Stützschicht und eine untere polymere Schicht unter der Stützschicht aufweist, deren Dicke sich sinusförmig ändert, so daß wechselnde Abschnitte mit sich leicht nach oben wölbenden und sich leicht nach unten wölbenden Tendenzen gebildet sind.
Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Band ein dreischichtiges Band mit einer Stützschicht ist, die zwischen einer oberen und einer unteren Schicht angeordnet ist, und wobei die obere polymere Schicht aus einem polymeren Schaum und die untere polymere Schicht aus einem festen Polymer gebildet ist.
Chemisch-mechanisches Polierwerkzeug zum Polieren von Silicium- oder Halbleiterwafern mit einem Band nach einem der Ansprüche 1 bis 10.