1 stellt eine Vorrichtung zum fortlaufenden Herstellen des mehrschichtigen Polierkissens der vorliegenden Erfindung dar;

1A stellt eine weitere Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar;

2 stellt eine Vorrichtung zum fortlaufenden Bearbeiten bzw. Konditionieren des mehrschichtigen Polierkissens der vorliegenden Erfindung dar;

3 stellt einen Querschnitt des mehrschichtigen Polierkissens dar, das entsprechend der Vorrichtung, die in 1 offenbart ist, hergestellt wird;

3A stellt ein weiteres mehrschichtiges Polierkissen dar, das entsprechend der Vorrichtung, die in 1 offenbart ist, hergestellt wird; und

3B stellt ein weiteres mehrschichtiges Polierkissen dar, das entsprechend der Vorrichtung, die in 1 offenbart ist, hergestellt wird.

Die vorliegende Erfindung stellt ein mehrschichtiges Polierkissen mit verringerter Fehlerhaftigkeit und verbesserter Polierleistung bereit. Vorzugsweise wird das Polierkissen in einem Web-Format hergestellt und verringert die Schwankungen von Kissen zu Kissen, die oft mit gegossenen und geschälten „harten" Polierkissen verbunden sind. Außerdem basiert das Polierkissen vorzugsweise auf Wasser statt auf einem organischen Lösungsmittel und ist leichter herzustellen als „weiche" Kissen nach dem Stand der Technik, die durch einen Koagulationsvorgang gebildet werden. Auch ist das Polierkissen hochporös und mehrschichtig, wobei es eine verringerte Fehlerhaftigkeit bereitstellt bzw. aufweist, ohne auf andere Poliermaße bzw. -variablen bzw. -eigenschaften, wie die Entfernungsrate, die topographische Regelung bzw. Kontrolle und die Kissenlebensdauer zu verzichten. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung ist nützlich zum Polieren von Halbleitersubstraten, steifen Speicher-Disks, optischen Produkten und zur Verwendung beim Polieren von verschiedenen Aspekten der Halbleiterverarbeitung, zum Beispiel ILD, STI, Wolfram, Kupfer, Dielektrika mit niedrigem k und Dielektrika mit ultraniedrigem k.

Unter jetziger Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbart 1 eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eines mehrschichtigen Polierkissens 300 der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise weist das Polierkissen 300 einen hohen Porositätsgrad auf, um so viel Polierschlamm oder reaktive Flüssigkeit wie möglich in Kontakt mit der Scheibe aufzunehmen bzw. zu halten. Wie vom Erfinder erkannt wurde, wird für zukünftige Polieranforderungen der chemische Beitrag des Polierens wichtiger werden als der mechanische Beitrag. Entsprechend ist das Polierkissen 300 der vorliegenden Erfindung ein mehrschichtiges, poröses („poromerisches") Polierkissen mit einer Polierschicht 304, die einen Porositätsgrad von mindestens 50 Volumenprozent oder größer aufweist. Mehr bevorzugt ist das Polierkissen 300 der vorliegenden Erfindung ein poromerisches Polierkissen mit einem Porositätsgrad des oberen Kissens von mindestens 65 Volumenprozent oder größer. Am meisten bevorzugt ist das Polierkissen 300 der vorliegenden Erfindung ein poromerisches Polierkissen mit einem Porositätsgrad des oberen Kissens von mindestens 75 Volumenprozent oder größer. Die poromerische, obere Polierschicht 304 stellt in Verbindung mit dem „dualen" Unterkissen (weiter unten erörtert) das mehrschichtige Polierkissen der vorliegenden Erfindung bereit, das verringerte Fehlerhaftigkeit bereit stellt, ohne auf andere Poliermaße bzw. -eigenschaften wie die Entfernungsrate, die topographische Regelung bzw. Kontrolle und die Kissenlebensdauer zu verzichten bzw. diese zu opfern.

Weiterhin weist das Polierkissen 300 der vorliegenden Erfindung eine Porosität auf, die über die Dicke der Polierschicht 304 verbunden ist. Auf diese Weise kann der Polierabrieb in die Polierschicht 304 absorbiert werden und weg von der Polierschicht (Grenzfläche) zu der unteren Oberfläche der oberen Polierschicht 304 verteilt werden. Auch kann die obere Schicht, die aufgrund ihrer hohen Porosität und Sättigung an Polierfluid kompressibel sein wird, als Pumpe arbeiten, die das Fluid während der wiederholten zyklischen Übergänge unter der Scheibe gegen die Scheibenoberfläche drückt. Außerdem ist die verbundene Porenstruktur des Polierkissens 300 gleichförmig über die Dicke der Polierschicht 304, so dass, während das Kissen verschleißt, die Querschnittsgeometrie der Pore und der Oberflächenbereich, der in Kontakt mit der Scheibe steht, konstant bleiben. Die Porenstruktur kann verbundene Mikroporen oder Säulen aufweisen.

Die Polierschicht 304 des Polierkissens 300 kann durch verschiedene Verfahren gebildet werden, einschließlich Sintern, Strecken, Spurätzen („track etching"), Templatauslaugen bzw. -auswaschen („template leaching") und Phaseninversion. Insbesondere die Verfahren der Phaseninversion schließen zum Beispiel Abscheidung durch Verdampfung eines Lösungsmittels, Abscheidung aus einer Dampfphase, Abscheidung durch geregelte Verdampfung, thermische Abscheidung und Eintauchabscheidung ein. Weitere Verfahren zur Herstellung von verbundenen Poren schließen das Verwenden von Verfahren bzw. Technologie mit superkritischen Fluiden oder einem Schaum mit niedriger Dichte ein.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das mehrschichtige Polierkissen 300 in einem „gerollten" Format gebildet, das eine „fortlaufende Herstellung" ermöglicht, um Schwankungen zwischen verschiedenen Polierkissen 300 zu verringern, die durch Chargen- bzw. Mengenverarbeitung verursacht werden können. Die Vorrichtung 100 schließt eine Zuführrolle oder eine Abwicklungsstation 102 ein, die ein schraubenförmig aufgewickeltes Substrat 302 mit in Längsrichtung fortlaufender Form lagert. Wie weiter unten mit Bezug auf die 3 bis 3B erörtert, umfasst das Substrat 302 eine „duale" Unterkissenkonstruktion, einschließlich einer steifen Zwischenschicht 312 und einer unteren kompressiblen Schicht 314. Auf diese Weise gleicht die steife Zwischenschicht 312 die Steifheit bei Längen in Chipdimension („die-scale") aus, aber arbeitet in Verbindung mit der kompressibleren Schicht 314, um bei Längen in Scheiben- bzw. Waferdimension („wafer-scale") flexibel zu sein.

Die Zuführrolle 102 wird mechanisch angetrieben, um bei einer geregelten Geschwindigkeit durch einen Antriebsmechanismus 104 zu rotieren. Der Antriebsmechanismus 104 schließt zum Beispiel einen Riemen 106 und eine Riemenscheibe 108 eines Motorantriebs ein. Wahlweise schließt der Antriebsmechanismus 104 eine motorgetriebene flexible Welle oder ein motorgetriebenes Zahnradpaar bzw. -getriebe (nicht dargestellt) ein.

Noch auf 1 Bezug nehmend, wird das fortlaufende Substrat 302 durch die Zuführrolle 102 einem fortlaufenden Fördermittel 110 zugeführt, zum Beispiel einem rostfreien Edelstahlriemen bzw. -band, der über beabstandete getrennte Antriebsrollen 112 geführt wird. Die Antriebsrollen 112 können bei einer Geschwindigkeit, welche die lineare Fortbewegung des Fördermittels 110 mit der des fortlaufenden Substrats 302 synchronisiert, motorgetrieben sein. Das Substrat 302 wird durch das Fördermittel 110 entlang des Abstands zwischen jeder Antriebsrolle 112 und einer entsprechenden Freilaufrolle 112a transportiert. Die Freilaufrolle 112a greift in das Fördermittel 110 zur sicheren Regelung der Nachführung des Substrats 302 ein. Das Fördermittel 110 weist einen flachen Abschnitt 110a auf, der auf einer flachen und ebenen Oberfläche eines Tischträgers 110b getragen wird, die das Substrat 302 trägt und das Substrat 302 durch aufeinander folgende Herstellungsstationen 114, 122 und 126 transportiert. Trägerelemente 110c in Form von Rollen sind entlang der seitlichen Kanten des Fördermittels 110 und des Substrats 302zur sicheren Regelung der Nachführung des Fördermittels 110 und des Substrats 302 verteilt.

Die erste Herstellungsstation 114 schließt weiterhin einen Speichertank 116 und eine Düse 118 an einem Auslass des Tanks 116 ein. Eine viskose Polymerzusammensetzung im Fluidstadium wird dem Tank 116 zugeführt und durch die Düse 118 auf das fortlaufende Substrat 302 abgegeben. Der Massenstrom bzw. die Flußrate der Düse 118 wird durch eine Pumpe 120 am Auslass des Tanks 116 geregelt. Die Düse 118 kann genauso breit sein wie die Breite des fortlaufenden Substrats 302, um die Gesamtheit des Substrats 302 abzudecken. Während das Fördermittel 110 das Substrat 302 an der Herstellungsstation 114 vorbei transportiert, wird dem Substrat 302 eine fortlaufende Polierschicht aus einer fluiden Phase zugeführt. Die Polymerzusammensetzung im Fluidstadium kann durch herkömmliche Hafttechniken an das Substrat 302 angehaftet werden.

Weil die Rohmaterialien in einer großen homogenen Zufuhr gemischt werden können, die wiederholt den Tank 116 füllt, werden Schwankungen in der Zusammensetzung und den Eigenschaften des fertigen Produkts verringert. Mit anderen Worten stellt die vorliegende Erfindung ein Web-Format-Verfahren zur Herstellung eines Wasser basierten Polierkissens bereit, um die Probleme bei Gieß- und Schälverfahren bzw. -techniken nach dem Stand der Technik zu überwinden. Die kontinuierliche Natur des Verfahrens ermöglicht eine genaue Regelung zur Herstellung eines mehrschichtigen poromerischen Polierkissens 300, aus dem eine große Anzahl von einzelnen Polierkissen 300 auf ein gewünschtes Flächenmuster und eine gewünschte Größe geschnitten werden. Die große Vielzahl von einzelnen Polierkissen 300 weist verringerte Schwankungen in der Zusammensetzung und den Eigenschaften auf.

Vorzugsweise basiert die Polymerzusammensetzung im Fluidstadium auf Wasser. Zum Beispiel kann die Zusammensetzung eine auf Wasser basierende Urethan-Dispersion (z.B. W-290H, W-293, W-320, W-612 und A-100 von der Crompton Corp. aus Middlebury, CT, und HP-1035 und HP-5035 von Cytec Industries Inc. aus West Paterson, NJ) und eine Acryl-Dispersion (z.B. Rhoplex^® E-358 von der Rohm und Haas Co., Philadelphia, PA) umfassen. Außerdem können Mischungen wie Acryl-/Styrol-Dispersionen (z.B. Rhoplex^® B-959 und E-693 von der Rohm und Haas Co., Philadelphia, PA) verwendet werden. Außerdem können Mischungen der auf Wasser basierenden Urethan- und Acryl-Dispersionen verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Mischung der auf Wasser basierenden Urethan- und Acryl-Dispersion mit einem Gewichtsprozentverhältnis von 100:1 bis 1:100 bereit gestellt. Mehr bevorzugt wird eine Mischung der auf Wasser basierenden Urethan- und Acryl-Dispersion mit einem Gewichtsprozentverhältnis von 10:1 bis 1:10 bereit gestellt. Am meisten bevorzugt wird eine Mischung der auf Wasser basierenden Urethan- und Acryl-Dispersion mit einem Gewichtsprozentverhältnis von 3:1 bis 1:3 bereit gestellt.

Das auf Wasser basierende Polymer bildet wirksam poröse und gefüllte Polierkissen. Für die Zwecke dieser Beschreibung schließen Füller für Polierkissen feste Partikel bzw. Teilchen, die sich während des Polierens entfernen oder auflösen, und flüssigkeitsgefüllte Partikel oder Kugeln ein. Für die Zwecke dieser Beschreibung schließt Porosität gasgefüllte Partikel, gasgefüllte Kugeln und Hohlräume, die von anderen Mitteln gebildet werden, wie mechanisches Schäumen von Gas in ein viskoses System, Einspritzen von Gas in die Polyurethanschmelze, Einführen von Gas in situ unter Verwendung einer chemischen Reaktion mit einem gasförmigen Produkt oder das Senken des Drucks, um zu bewirken, dass das gelöste Gas Blasen bildet, ein. Außerdem können Poren durch Destabilisieren der wässrigen Polymerdispersion zum Beispiel durch Verändern des pH-Werts, Verändern der Ionenstärke oder Verändern der Temperatur gebildet werden.

Wahlweise kann die Polymerzusammensetzung im Fluidstadium weitere Zusätze enthalten, einschließlich einem Entschäumer (z.B. Foamaster^® 111 von Cognis) und Viskositätsveränderern (z.B. Acrysol^® ASE-60, Acrysol 1-62, Acrysol RM-12W, Acrysol RM-825 und Acrysol RM-8W, alle von der Rohm and Haas Company). Es können weitere Zusätze, zum Beispiel ein Antihautbildungsmittel (z.B. Borchi-Nox^® C3 und Borchi-Nox M2 von der Lanxess Corp.) und ein Koaleszenzmittel (z.B. Texanol^® Esteralkohol von Eastman Chemicals) verwendet werden. Außerdem sollte die Polierschicht aus einem weichen Polymer oder einer Polymermischung hergestellt werden, wobei mindestens eine der Phasen eine Glasübergangstemperatur unterhalb Raumtemperatur aufweist. Auch kann eine Zugabe von Zusätzen, wie Ruß, zum Verbessern des Abriebwiderstands, PTFE zum Verringern der Reibung oder Tenside bzw. grenzflächenaktive Mittel zum Verbessern der Benetzbarkeit eingeschlossen sein.

Eine zweite Herstellungsstation 122 schließt zum Beispiel ein Abstreifmesser 124 ein, das in einem vorgegebenen Abstand von dem fortlaufenden Substrat 302 angeordnet ist, und einen Abstand dazwischen definiert. Während das Fördermittel 110 das fortlaufende Substrat 302 und die Polierschicht 304 aus fluider Phase an dem Abstreifmesser 124 der Herstellungsstation 122 vorbei transportiert, formt das Abstreifmesser 124 fortlaufend die Polierschicht 304 aus fluider Phase zu einer vorgegebenen Dicke.

Eine dritte Herstellungsstation 126 schließt einen Härteofen 128 ein, zum Beispiel einen beheizten Tunnel, der das fortlaufende Substrat 302 und die Polierschicht 304 transportiert. Der Ofen 128 härtet die Polierschicht 304 aus fluider Phase zu einer fortlaufenden Polierschicht 304 aus fester Phase, die an dem fortlaufenden Substrat 302 haftet. Das Wasser sollte langsam entfernt werden, um zum Beispiel Oberflächenblasen zu vermeiden. Die Härtezeit wird durch die Temperatur und die Geschwindigkeit des Transports durch den Ofen 128 geregelt. Der Ofen 128 kann Brennstoff gefeuert oder elektrisch gefeuert sein, wobei entweder eine Strahlungsheizung oder eine Zwangskonvektionsheizung oder beides verwendet werden.

Vorzugsweise kann die Temperatur des Ofens 128 zwischen 50°C und 150°C liegen. Mehr bevorzugt kann die Temperatur des Ofens 128 zwischen 55°C und 130°C liegen. Am meisten bevorzugt kann die Temperatur des Ofens 128 zwischen 60°C und 120°C liegen. Außerdem kann die Polierschicht 304 bei einer Geschwindigkeit von 5 fpm bis 20 fpm (1,52 mps bis 6,10 mps) durch den Ofen 128 bewegt werden. Vorzugsweise kann die Polierschicht 304 bei einer Geschwindigkeit von 5,5 fpm bis 15 fpm (1,68 mps bis 4,57 mps) durch den Ofen 128 bewegt werden. Mehr bevorzugt kann die Polierschicht 304 bei einer Geschwindigkeit von 6 fpm bis 12 fpm (1,83 mps bis 3,66 mps) durch den Ofen 128 bewegt werden.

Unter jetziger Bezugnahme auf 1A wird das fortlaufende Substrat 302 nach Austritt aus dem Ofen 128 auf eine fortlaufende Polierschicht 304 aus fester Phase geklebt, um ein fortlaufendes vielschichtiges poromerisches Polierkissen 300 zu umfassen. Das mehrschichtige Polierkissen 300 wird schraubenförmig auf eine Aufnahmerolle 130 gerollt, die im Anschluss an die Herstellungsstation 126 folgt. Die Aufnahmerolle 130 wird durch einen zweiten Antriebsmechanismus 104 angetrieben. Die Aufnahmerolle 130 und der zweite Antriebsmechanismus 104 umfassen eine getrennte Herstellungsstation, die gezielt in der Herstellungsvorrichtung 100 angeordnet ist.

Unter jetziger Bezugnahme auf 2 wird eine Vorrichtung 200 zur Oberflächenaufbereitung oder Oberflächenendbearbeitung des fortlaufenden mehrschichtigen Polierkissens 300 wahlweise bereit gestellt. Die Vorrichtung 200 schließt entweder ein ähnliches Fördermittel 110 wie jenes, das in 1 offenbart ist, oder einen verlängerten Abschnitt desselben Fördermittels 110, ein. Das Fördermittel 110 der Vorrichtung 200 weist eine Antriebsrolle 112 und einen flachen Abschnitt 110a auf, der das mehrschichtige Polierkissen, das aus dem Ofen 126 ausgetreten ist, trägt. Das Fördermittel 110 der Vorrichtung 200 transportiert das fortlaufende Polierkissen 300 durch eine oder mehrere Herstellungsstationen 201, 208 und 212, wo das Polierkissen 300 im Anschluss an das Härten im Ofen 126 weiter verarbeitet wird. Die Vorrichtung 200 wird mit zusätzlichen flachen Tischträgern 110b und zusätzlichen Trägerelementen 110c offenbart, die arbeiten, wie es in Bezug auf 1 offenbart ist.

Die verfestigte Polierschicht 304 kann Diamant poliert statt Sandpapier poliert sein, um eine gewünschte Oberflächenendbearbeitung und ein ebenes Oberflächenniveau der Polierschicht 304 zu ergeben bzw. freizulegen. Bevorzugt kann die Polierschicht 304 geteilt sein, um eine gewünschte Oberflächenendbearbeitung zu ergeben. Auf diese Weise wird die Rauhtiefe der Schritt- bzw. Kissenoberfläche über einen engen Bereich geregelt bzw. kontrolliert und diese Verteilung über die Lebensdauer des Kissens aufrechterhalten. Daher werden Fehlstellen, insbesondere Mikrokratzer und Rattermarken, lokalisierte Punktkontaktdrücke zwischen abrasiven Partikeln/Kissenrauhigkeiten und der Scheibenoberfläche minimiert. Mit anderen Worten werden die Polierkräfte gleichmäßig über eine große Vielzahl von Kontaktpunkten verteilt statt über eine kleinere Anzahl konzentriert zu werden. In Bezug auf eine Polymermischung und die Zugabe von „gummiartigen" Polymeren hat der Erfinder diesbezüglich entdeckt, dass bestimmte Polymere ihre Oberfläche der Polierschicht öffnen, was den Austausch von Flüssigkeit erleichtern würde und eine gleichmäßigere Porenstruktur über die Dicke der Polierschicht (z.B. Paraloid EXL^TM 2691) bereit stellen würde.

Obwohl eine topographische Regelung bzw. Kontrolle auf der Eigenschafts- bzw. Merkmalsebene solcher Parameter wie ein Konkavieren bzw. Krümmen des Leiters und eine Oxiderosion eine starke Abhängigkeit vom Schlamm bzw. von der Aufschlämmung aufweist, wird angenommen, dass auch die Rauhigkeitsverteilung der Kissenoberfläche eine Rolle spielt, besonders in Bezug auf das Merkmal Konkavieren. Wie erörtert, ist eine Regelung der Rauhtiefenverteilung wichtig, um Stellen mit hohem Punktdruck zu verringern. In fast analoger Weise, wenn die Rauhigkeiten eine vergleichbare oder kleinere Größe als die Leiterlinienbreiten aufweisen, können die Rauhigkeiten Merkmale ausmeißeln und das Konkavieren verstärken. Dies kann durch Sicherstellung einer gleichförmigen Verteilung von Rauhtiefen minimiert werden, wobei die Rauhigkeiten wirksame Spitzendurchmesser aufweisen, die größer sind als die Merkmalsgröße. Die Spitzen sollten abgerundet statt scharf sein, und die Rauhigkeiten sollten ein niedrigeres Aspektverhältnis statt ein hohes aufweisen. Unter Polierdrücken und -bedingungen sollten die Rauhigkeiten eine gute Federung aufweisen, so dass eine Verformung während des Kontakts mit der Scheibe reversibel ist. Dies kann die Verwendung einer Diamantaufbereitung verringern.

Während des Polierens entfernen abrasive Partikel Scheibenmaterial durch Kombinieren mit den Kissenrauhigkeiten, um einen mechanischen Entfernungseffekt zu bewirken. Wenn die Kräfte zwischen den harten abrasiven Partikeln und der Scheibenoberfläche zu hoch sind, kann ein Mikrozerkratzen der Scheibenoberfläche auftreten. Um dies zu minimieren, sollten die Rauhigkeiten physikalische Eigenschaften derart aufweisen, dass die abrasiven Partikel teilweise oder vollständig in die Rauhigkeit eindringen können. Dies erfolgt analog zum Glaspolieren, wobei abrasive Partikel in die Oberfläche der Steigung bzw. des Zwischenraums einsinken. Zum Eindringen sind die Schlüsseleigenschaften der Rauhigkeiten geringe Formänderungsfestigkeit und Modul.

Ein weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Vorhandensein von makroskopischen Riefen bzw. Rillen bzw. Vertiefungen bzw. Furchen in der oberen Schicht. Diese verringern die Ansaugung zwischen dem Kissen und der Scheibe, so dass die Scheibe nach dem Polieren abfällt, und um den Fluidtransport über die Kissenoberfläche während des Polierens zu regeln. Letzteres stellt ein wirksameres Polieren sicher und kann verwendet werden, um das Polierprofil über die Scheibenoberfläche zu regeln und als ein zusätzliches Verfahren, um die Fehlerhaftigkeit zu verringern. Die Riefen können kreisförmige, kreuzschraffierte, spiralförmige oder radiale Muster oder Kombinationen davon sein, einschließlich bestimmter modifizierter radialer oder spiralförmiger Riefenmuster, die für die spezielle Anwendung optimiert sind.

Rauhigkeiten in Form von Riefen oder anderen Vertiefungen werden wie gewünscht in die Oberfläche der Polierschicht 304 eingearbeitet. Zum Beispiel schließt eine Arbeitsstation 201 ein Paar von Druckform-Stanzwerkzeugen ein, die ein Kolbenstanzwerkzeug 202 und ein festes Werkzeug 204 aufweisen, die sich während eines Stanzvorgangs zueinander schließen. Das Kolbenwerkzeug 202 ist auf die Oberfläche der fortlaufenden Polierschicht 304 gerichtet. Mehrfache Zähne 205 auf dem Werkzeug 202 dringen in die Oberfläche der fortlaufenden Polierschicht 304 ein. Der Stanzvorgang stellt einen Vorgang zur Oberflächenendbehandlung bereit. Zum Beispiel kerben die Zähne 205 ein Muster von Riefen in die Oberfläche der Polierschicht 304 ein. Das Fördermittel 110 kann periodisch bzw. intermittierend angehalten werden und wird stationär, wenn die Werkzeuge 202 und 204 sich zueinander schließen. Alternativ bewegen sich die Werkzeuge 202 und 204 synchron mit dem Fördermittel 110 in der Richtung des Transports während der Zeit, wenn sich die Werkzeuge 202 und 204 zueinander schließen.

Die Herstellungsstation 208 schließt zum Beispiel eine Kreissäge 210 zum Schneiden von Riefen in die Oberfläche der fortlaufenden Polierschicht 304 ein. Die Säge 210 wird zum Beispiel von einem orthogonalen bzw. rechtwinkligen Bewegungsplotter entlang eines vorgegeben Weges bewegt, um Riefen in ein gewünschtes Riefenmuster zu schneiden. Eine weitere Herstellungsstation 212 schließt einen rotierenden Fräskopf 214 zum Polieren oder Fräsen der Oberfläche der fortlaufenden Polierschicht 304 zu einer flachen, planaren Oberfläche mit einer gewünschten Oberflächenendbearbeitung, die wahlweise aufgerauht oder geglättet wird, ein.

Die Abfolge der Herstellungsstationen 202, 210 und 212 kann von der Abfolge, die in 2 offenbart ist, abweichen. Eine oder mehrere Herstellungsstationen 202, 210 und 212 können, wie gewünscht, entfernt werden. Die Aufnahmerolle 130 und der zweite Antriebsmechanismus 104 umfassen eine getrennte Herstellungsstation, die wahlweise in der Herstellungsvorrichtung 200 am Ende des Fördermittels 110 angeordnet wird, um die feste Phase des fortlaufenden Polierkissens 300 zu sammeln.

Unter jetziger Bezugnahme auf 3 wird eine Schnittansicht des mehrschichtigen poromerischen Polierkissens 300, das durch die Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, bereit gestellt. Wie oben erörtert, bildet das Polymer aus flüssiger Phase unter dem Härten im Ofen 128 ein verfestigtes poromerisches Polierkissen 300. In einer Ausführungsform kann das Polierkissen 300Säulen 306 umfassen. Die Säulen 306 stellen eine Porosität bereit, die über die Dicke der Polierschicht 304 verbunden sein kann. Auf diese Weise kann der Polierabrieb in die Polierschicht 304 absorbiert werden und von der Polierschicht (Grenzfläche) weg und hin zur unteren Oberfläche der oberen Polierschicht 304 verteilt werden. Auch kann die obere Schicht, welche aufgrund ihrer hohen Porosität und Sättigung an Polierfluid kompressibel sein wird, als Pumpe arbeiten, die das Fluid während der wiederholten zyklischen Übergänge bzw. Translationsbewegungen unter der Scheibe gegen die Scheibenoberfläche drückt. Außerdem kann die verbundene Porenstruktur des Polierkissens 300 gleichförmig über die Dicke der Polierschicht 304 sein, so dass, während das Kissen verschleißt, die Querschnittsgeometrie der Pore und der Oberflächenbereich, der in Kontakt mit der Scheibe steht, konstant bleiben.

Vorzugsweise wird die Polierschicht 304 unter Polierbedingungen im Wesentlichen „gummiartig" mit einer Shore-D-Härte der Polymermasse von weniger als 40D sein. Mehr bevorzugt wird die Polierschicht eine Shore-D-Härte der Polymermasse von weniger als 30D aufweisen. Am meisten bevorzugt wird die Polierschicht eine Shore-D-Härte der Polymermasse von weniger als 25D aufweisen. Auch weist die Polierschicht 304 eine Dicke von weniger als 0,5 mm auf. Mehr bevorzugt weist die Polierschicht eine Dicke von weniger als 0,4 mm auf. Am meisten bevorzugt weist die Polierschicht eine Dicke von weniger als 0,25 mm auf.

Wie oben erörtert, umfasst das Substrat 302 eine „doppelte" Unterkissenkonstruktion bzw. -gestaltung, einschließlich einer steifen Zwischenschicht 312 und einer kompressiblen Schicht 314. Auf diese Weise gleicht die steife Zwischenschicht 312 die Steifheit bei Längen in Chip-Dimension aus, arbeitet aber in Verbindung mit der kompressibleren Schicht 314, um bei Längen in Wafer-Dimension flexibel zu sein. Dies ermöglicht, dass das Kissen nicht planaren Scheiben entspricht. Geeignete Materialien für die Zwischen- bzw. Mittelschicht sind Polymerfilme wie Polyethylenterephthalat und Polycarbonat oder Mischungen davon. Die bevorzugte Dicke für die Zwischenschicht 312 ist geringer als 0,38 mm, vorzugsweise zwischen 0,13 mm und 0,26 mm.

Die untere kompressible Schicht 314 wird kompressibler sein als die Zwischenschicht 312, aber weniger kompressibel als die obere Polierschicht 304. Geeignete Materialien für die untere Schicht 314 schließen zum Beispiel nicht poröse elastomere Scheiben bzw. Tafeln bzw. Platten und geschlossenzellige Polymerschäume mit hoher Dichte ein. Auch sollte, um ein Eindringen von Flüssigkeit in den Schaum zu verhindern, das Polymer hydrophob sein. Bevorzugte Polymere schließen zum Beispiel Silikonelastomere ein, die eine ausgezeichnete hydrolytische Stabilität, eine ausgezeichnete chemische und thermische Beständigkeit und ausgezeichnete Rückverformungs- bzw. Rückstelleigenschaften aufweisen. Die untere Schicht 314 sollte ausreichend kompressibel sein, um die Poliergleichmäßigkeit über den Scheibendurchmesser zu verbessern, aber nicht zu kompressibel, so dass die Fähigkeit zu planarisieren und Kanteneffekte problematisch werden. Bevorzugte Dicken für die untere Schicht sind geringer als 1 mm, vorzugsweise geringer als 0,64 mm und am meisten bevorzugt geringer als 0,25 mm. Die Kompressibilitätswerte sollten geringer als 10 Prozent, vorzugsweise geringer als 5 Prozent und am meisten bevorzugt um 3 Prozent liegen. Die Kompressibilität kann in Übereinstimung mit dem ASTM F36-99-Verfahren („Standardtestverfahren zur Kompressibilität und Rückgewinnung von Dichtungsmaterialien"; „Standard Test Method for Compressibility and Recovery of Gasket Materials") getestet werden. Die Rückverformungswerte sollten größer als 90 Prozent, vorzugsweise größer als 95 Prozent und am meisten bevorzugt größer als 98 Prozent sein.

Unter jetziger Bezugnahme auf 3A ist in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polierkissens 300 ein eingebundener Bestandteil in Form eines Schäumungsmittels, eines Treibmittels oder eines Gases in der Polymermischung beinhaltet, die als Matrix dient, in die der Bestandteil eingebunden ist. Unter dem Härten entweicht das Schäumungsmittel, Treibmittel oder Gas als flüchtige Bestandteile, um die offenen Poren 308 bereit zu stellen, die über die fortlaufende Polierschicht 304 verteilt sind. Das Polierkissen 300 der 3A umfasst weiterhin das Substrat 302. Wieder, wie oben, stellen die Poren 308 eine Porosität bereit, die durch die Dicke der Polierschicht 304 verbunden sein kann. Auf diese Weise kann, in Verbindung mit dem Substrat 302, der Polierabrieb in die Polierschicht 304 absorbiert und von der Polierschicht (Grenzfläche) weg und hin zur unteren Oberfläche der oberen Polierschicht 304 verteilt werden. Auch kann die obere Schicht, die aufgrund ihrer hohen Porosität und Sättigung an Polierfluid kompressibel sein wird, als Pumpe arbeiten, die das Fluid während der wiederholten zyklischen Übergänge unter der Scheibe gegen die Scheibenoberfläche drückt. Außerdem kann die verbundene Porenstruktur des Polierkissens 300 gleichförmig über die Dicke der Polierschicht 304 sein, so dass, während das Kissen verschleißt, die Querschnittsgeometrie der Pore und der Oberflächenbereich, der in Kontakt mit der Scheibe steht, konstant bleiben.

Unter jetziger Bezugnahme auf 3B wird eine weitere Ausführungsform des Polierkissens 300 offenbart, das Mikroballons oder polymere Mikroelemente 310 umfasst, die in der Polymermischung eingeschlossen sind und über die fortlaufende Polierschicht 304 verteilt sind. Die Mikroelemente 310 können mit Gas gefüllt sein. Alternativ sind die Mikroelemente 310 mit einem Polierfluid gefüllt, das abgegeben wird, wenn die Mikroelemente 310 durch Abrasion bzw. Abrieb geöffnet werden, wenn das Polierkissen 300 während eines Poliervorgangs verwendet wird. Alternativ sind die Mikroelemente 310 wasserlösliche polymere Mikroelemente, die während eines Poliervorgangs in Wasser aufgelöst werden. Das Polierkissen 300 in 3B umfasst weiterhin das Substrat 302. Auf diese Weise kann der Polierabrieb in Verbindung mit dem Substrat 302 in die Polierschicht 304 absorbiert werden und von der Polierschicht (Grenzfläche) weg und hin zur unteren Oberfläche der oberen Polierschicht 304 verteilt werden. Auch kann die obere Schicht, die aufgrund ihrer hohen Porosität und Sättigung an Polierfluid kompressibel sein wird, als Pumpe arbeiten, die das Fluid während der wiederholten zyklischen Übergänge unter der Scheibe gegen die Scheibenoberfläche drückt. Außerdem kann die verbundene Porenstruktur des Polierkissens 300 gleichförmig über die Dicke der Polierschicht 304 sein, so dass, während das Kissen verschleißt, die Querschnittsgeometrie der Pore und der Oberflächenbereich, der in Kontakt mit der Scheibe steht, konstant bleiben.

Vorzugsweise ist mindestens ein Teil der Mikroelemente 310 im Allgemeinen flexibel. Geeignete Mikroelemente 310 schließen anorganische Salze, Zucker und wasserlösliche Partikel ein. Beispiele für solche polymeren Mikroelemente 310 schließen Polyvinylalkohole, Pektin, Polyvinylpyrrolidon, Hydroxyethyl- zellulose, Methylzellulose, Hydropropylmethylzellulose, Carboxymethylzellulose, Hydroxypropylzellulose, Polyacrylsäuren, Polyacrylamide, Polyethylenglykole, Polyhydroxyetheracrylite, Stärken, Maleinsäure-Copolymere, Polyethylenoxid, Polyurethane, Cyclodextrin und Kombinationen davon ein. Die Mikroelemente 310 können chemisch modifiziert sein, um die Löslichkeit, das Aufquellen und andere Eigenschaften zum Beispiel durch Verzweigung, Blockierung und Vernetzung zu ändern. Ein bevorzugtes Material für die Mikrosphäre ist ein Copolymer aus Polyacrylnitril und Polyvinylidenchlorid (z.B. Expancel^TM von Akzo Nobel in Sundsvall, Schweden).

Vorzugsweise kann, wie oben erörtert, das mehrschichtige poromerische Polierkissen 300 eine Porosität oder Füllerkonzentration von mindestens 50 Volumenprozent enthalten. Diese Porosität oder der Füller tragen zu der Fähigkeit des Polierkissens bei, Polierfluid während des Polierens zu übertragen. Mit anderen Worten ermöglichen die erhöhten Porositätsgrade die Zusammenschaltung des Polierkissens. Mehr bevorzugt weist das Polierkissen eine Porositäts- oder Füllerkonzentration von mindestens 65 Volumenprozent auf. Am meisten bevorzugt weist das Polierkissen eine Porositäts- oder Füllerkonzentration von mindestens 75 Volumenprozent auf. Vorzugsweise weisen die Poren oder Füllerpartikel einen gewichtsgemittelten Durchmesser von 10 bis 100 &mgr;m auf. Am meisten bevorzugt weisen die Poren oder Füllerpartikel einen gewichtsgemittelten Durchmesser von 15 bis 90 &mgr;m auf. Der Nennbereich des gewichtsgemittelten Durchmessers der ausgedehnten hohlen polymeren Mikroelemente beträgt 15 bis 50 &mgr;m.

Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein mehrschichtiges Polierkissen mit einer verringerten Fehlerhaftigkeit und einer verbesserten Polierleistung bereit. Das Polierkissen der vorliegenden Erfindung ist ein mehrschichtiges, poromerisches Polierkissen mit einer Polierschicht, die einen Porositätsgrad von mindestens 50 Volumenprozent oder größer aufweist. Vorzugsweise wird das Polierkissen in einem Web-Format hergestellt und verringert die Schwankungen von Kissen zu Kissen, die oft mit gegossenen und geschälten „harten" Polierkissen verbunden sind. Außerdem basiert das Polierkissen vorzugsweise auf Wasser statt auf einem organischen Lösungsmittel und weist eine größere Ausbeute und weniger Fehlstellen als „weiche" Kissen nach dem Stand der Technik auf, die durch ein auf Lösungsmittel basierendes Koagulationsverfahren gebildet werden. Daher stellt das vorliegende mehrschichtige Polierkissen eine erweiterte („step-out") Fehlstellenleistung bereit, was eine flache Topographie auf Scheiben- bzw. Wafer-Chip- und Merkmals- bzw. Eigenschafts-Skalierungsdimensionen erzeugt.