Brevet FR2788460A1 — publié le 20000721

La présente invention concerne le polissage chimique- mécanique. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un tampon de polissage chimique-mécanique. Pour une intégration à très grande échelle ou même une intégration à échelle ultra-grande désignées dans la technique respectivement par (VLSI) et (ULSI), le polissage chimique-mécanique est la seule technique qui fournit une planéité globale. Un appareil général de polissage chimique-mécanique est représenté sur les Figures lA à 1C. Les Figures 1A et lB sont des vues de dessus et de côté respectives illustrant une machine classique de polissage chimiquemécanique. En se référant à la Figure 1A et à la Figure lB, un polisseur classique chimique-mécanique comprend une table de polissage 10, un tampon de polissage 12 sur la table de polissage 10 et une tête de polissage 14 sur la table de polissage 10. Pendant le polissage, la tête de polissage 14 est utilisée pour retenir le verso de la tranche 16. Un conduit 17 transporte la bouillie 18 au tampon de polissage 12 et le polissage est réalisé en faisant tourner la tête de polissage 14 pour éliminer les couches irrégulières sur la surface de la tranche 16. La Figure 1C est une vue schématique en coupe transversale illustrant la structure de la tête de polissage 14 selon la Figure 1A. Une chambre à air 20 se trouve au- dessus de la tête de polissage 14. La chambre à air 20 exerce une pression sur un support de tranche 22 pour amener la tranche 16 en contact étroit avec le tampon de polissage 12. Le support de tranche 22 maintient rigidement la tranche 16 pour améliorer la performance de polissage. Une bague de tranche 24 est disposée sous le support de tranche 22 et entoure la tranche 16, si bien que la tranche 16 est fixée en place par la bague de tranche 24. En outre, il est prévu un tampon d'insert (non représenté) entre le support de tranche 22 et la tranche 16. La Figure 2 est une vue de dessus schématique illustrant le tampon de polissage 12 selon la Figure lB. En se référant à la Figure 2, la bouillie 18 s'agglomère aisément dans les gorges annulaires autour du centre lorsque le conduit 17 transporte la bouillie 18 au tampon de polissage 12. Ce phénomène rend difficile l'écoulement de la bouillie 18 dans la tête de polissage 14 et en conséquence il n'y a pas assez de bouillie 18 dans la tête de polissage 14. La répartition non uniforme de la bouillie 18 affecte l'uniformité et le degré de planéité de la tranche 16 tandis que le polissage est mis en oeuvre. En conséquence, la présente invention fournit un tampon de polissage chimique-mécanique conçu conformément aux principes de l'hydrodynamique. On prévoit un motif approprié pour les gorges naturelles sur le tampon de polissage chimique-mécanique selon les équations d'écoulement dérivées de l'écoulement de source et de l'écoulement tourbillonnaire. Les gorges naturelles du tampon de polissage chimique-mécanique répartissent uniformément la bouillie pour améliorer la performance de polissage et obtenir un fort degré de planéité. Pour obtenir ces avantages et d'autres avantages selon l'objet de la présente invention, l'invention fournit un tampon de polissage chimiquemécanique qui comprend une pluralité de gorges annulaires et une pluralité de gorges naturelles; les gorges naturelles sont conçues selon les principes de l'hydrodynamique. Les gorges naturelles sur le tampon de polissage sont conçues par les équations d'écoulement dérivées de l'écoulement de source et de l'écoulement tourbillonnaire; l'écoulement de source et l'écoulement tourbillonnaire sont générés tandis que la bouillie s'écoule sur le tampon de polissage. Les gorges naturelles dans le tampon de polissage répartissent uniformément la bouillie sur le tampon de polissage. Un angle d'attaque et une profondeur d'une gorge naturelle qui sont calculés par un effet de couche limite de la fonction de gorge naturelle sont en outre utilisés pour concevoir une structure optimale pour un tampon de polissage. Il y a lieu de remarquer que tant la description générale ci-dessus que la description détaillée ci-après sont des exemples et sont destinées à fournir une explication de l'invention. Divers avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée ci-après faite en liaison avec les dessins annexés sur lesquels: la Figure 1A est une vue de dessus schématique illustrant la structure d'une machine de polissage chimique- mécanique; la Figure lB est une vue de côté schématique illustrant la structure d'une machine de polissage chimique- mécanique; la Figure 1C est une coupe transversale schématique illustrant la structure de la tête de polissage 14 selon la Figure 1A; la Figure 2 est une vue de dessus schématique illustrant le tampon de polissage 12 selon la Figure lB; la Figure 3 est une vue de dessus schématique illustrant le tampon de polissage chimique-mécanique selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; et la Figure 4 est une vue schématique illustrant un angle d'origine de la gorge naturelle du tampon de polissage selon le mode de réalisation préféré de la présente invention. On se réfère à présent en détail aux modes de réalisation préférés de la présente invention qui sont illustrés sur les dessins annexes o les mêmes symboles de référence sont utilisés pour désigner des parties similaires ou analogues. La direction de l'écoulement de bouillie comprend l'écoulement de source et l'écoulement tourbillonnaire qui peuvent être représentés par l'équation (1): v = m + k- ln(r), (1) o W est une fonction naturelle, m est une constante d'intensité de l'écoulement de source, k est une constante d'intensité pour l'écoulement tourbillonnaire, in est un logarithme naturel, et r,E et z sont des paramètres de coordonnées. F = fv.cosct ds =2x- k, (2) o F est la circulation de fluide. Par conséquent, conformément à l'équation (1), on obtient une fonction de gorge naturelle: r = Ci.e- /k, et C1 = constante = e k, (3) o e est une exponentielle. On obtient conformément à l'équation (3) un motif de conception pour les gorges naturelles pour la bouillie. On obtient à partir de la fonction naturelle Y = mo O + k. ln(r) un motif de conception des gorges naturelles dans le tampon de polissage pour la bouillie. Un tampon de polissage est conçu conformément au résultat optimisé pour le motif des gorges naturelles si bien que les gorges peuvent rendre optimale la répartition de la direction d'écoulement de la bouillie et répartir uniformément la bouillie sous la tête de polissage. L'effet de polissage et le degré de planéité peuvent être améliorés de façon efficace. La Figure 3 est une vue de dessus schématique illustrant le tampon de polissage chimique- mécanique selon le mode de réalisation préféré de la présente invention. En se référant à la Figure 3, on a prévu un tampon de polissage ayant des gorges annulaires primaires 30 et des gorges naturelles 32 conçues conformément aux principes de l'hydrodynamique. En outre, si on considère davantage l'effet de couche limite, la fonction de gorge naturelle décrite ci-dessus peut être utilisée pour calculer un angle d'attaque et une profondeur de gorge naturelle selon les meilleures conditions, si bien qu'on obtient une structure optimale pour le tampon de polissage. Il convient de considérer les groupes d'équation: S w- Su [ P aOu u 5:u u -+ w =----+pÉ ^+()] + ()+T] (4) 1Crr Sz p, ar ô rr 'aZ êv uv S ' c5v a v v u- + - w- = [ - w+ (-)+] et (5) U + W - - +%z. (6) ar az pO z D r r. z o les équations (4), (5) et (6) sont les équations de Navier-Stokes. u, v et w sont respectivement la vitesse pour les composants r, 8 et z. p est la densité de la bouillie,s est la viscosité dynamique et p est la pression. Les conditions limites sont: z=O, u=O, v=-wr, w=0; et z=, u=O, v--=O, o w est la vitesse angulaire. On utilise également une formule représentée dans l'équation (7): - sinO dr ds = p r 2'- 6 dr ds. (7) Les équations suivantes (8) et (9): z!6 (8) = z!. = z. - ZVi u = o-r-F(:). v = co-rG(). w = H(%). P = p-v.o.P('). (9) o To est la viscosité, 6 est l'épaisseur de couche fluide, sont appliquées pour la transformation des variables. Selon les équations (4), (5), (6), (7), (8), (9), les équations suivantes peuvent être obtenues: 2F+H'=0, F2+F' H-G2-F''=0, 2F.G+H-G'-G''=0, P'+H H'-H''=0, (10) dont les conductions limites sont: =0, F=0, G=-1, H=0, P=0; et =D, F=0, G=0. L'équation de l'angle d'origine d'attaque de la gorge naturelle est également utilisée: tg PF(O) tg40 = -(),., = --(0) (11) G'(O) G(0) La Figure 4 est une représentation schématique d'un angle d'origine d'attaque d'une gorge naturelle dans un tampon de polissage selon le mode de réalisation préféré de la présente invention. En se référant à la Figure 4, l'angle entre la gorge naturelle 32 qui est tangent à L1 au centre O et L2 qui est opposé à la gorge naturelle 32, est l'angle d'origine d'attaque de la gorge naturelle 4.o (1) La présente invention fournit un tampon de polissage chimique-mécanique conçu conformément aux principes de l'hydrodynamique. Les gorges naturelles dans le tampon de polissage chimique-mécanique peuvent répartir uniformément la bouillie pour améliorer le polissage et obtenir un fort degré de planéité tandis que le polissage est mis en oeuvre. (2) L'invention fournit un angle d'attaque et une profondeur de gorge naturelle calculés par l'effet de couche limite qui sont utilisés pour concevoir une structure optimale pour un tampon de polissage. (3) L'invention fournit un tampon de polissage souhaité pour améliorer la planéité de la surface de tranche tandis que le polissage est mis en oeuvre. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits en détail et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. - Tampon de polissage chimique-mécanique comprenant une pluralité de gorges annulaires (30) et une pluralité de gorges naturelles (32), caractérisé en ce que les gorges naturelles (32) d'un tampon de polissage sont conçues par une équation d'écoulement dérivée d'un écoulement de source et d'un écoulement tourbillonnaire, lesquels écoulement de source et écoulement tourbillonnaire sont générés tandis que la bouillie s'écoule sur le tampon de polissage. 2. - Tampon de polissage chimique-mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équation d'écoulement est: v = m O + k ln(r), o v est une fonction naturelle, m est une constante d'intensité de l'écoulement de source, k est une constante d'intensité de l'écoulement tourbillonnaire, ln est un logarithme naturel, et r, 8 et z sont des paramètres de coordonnées. 3. - Tampon de polissage chimique-mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction de gorge naturelle: r= C1. e'/k selon l'équation d'écoulement est obtenue o e est une exponentielle, ci est une constante égale à e'/k et les gorges naturelles sont conçues conformément à la fonction de gorge naturelle. 4. - Tampon de polissage chimique-mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les équations de Navier-Stokes et les conditions limites sont en outre adoptées pour obtenir un angle et une hauteur de la gorge naturelle. 5. - Tampon de polissage chimique- mécanique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les équations de Navier-Stokes sont: au v- au I: DP c u D u a2u u---+ w-=--- +[ 1(P _" Dr r Dz p or Dr Drr r 2r u-+ - + w--=8' 8-( _] et cr r Dz D[_ crr -- yv CDv I P a: I D D2w u +w. ---+ó[ ++ ó + 1 Dr z p cz cr- rr z o u, v et w sont respectivement la vitesse pour les composants r, 0 et z, p est la densité de la bouillie,ó est la viscosité dynamique, p est la pression, r et z sont des paramètres de coordonnées. 6. - Tampon de polissage chimique-mécanique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les conditions limites sont: z=O, u=O, v=- wr, w=0; et z=O, u=O, v=0, o w est la vitesse angulaire de la bouillie. 7. - Tampon de polissage chimique-mécanique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une équation pour un angle d'origine d'attaque de la gorge naturelle est: Du/ tg. /z _F'(O) tgqo =-( / Dz" = F(0) G'(0) o o est un angle d'origine d'attaque de la gorge naturelle, si bien que les équations suivantes: %^= zl/6 = z VW-. u =.r- F(). v =.r. G(). w = - H()., et P = pv P(). o ô est l'épaisseur de couche fluide de la bouillie, sont appliquées pour une transformation de variables pour obtenir une fonction de transformation de variables de F et G. 8. - Tampon de polissage chimiquemécanique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les conditions limites sont: =0, F=0, G-1, H=0, P=0; et =o, F=0, G=0. 9. - Tampon de polissage chimique-mécanique comprenant une pluralité de gorges annulaires (30) et une pluralité de gorges naturelles (32). 10. - Tampon de polissage chimique-mécanique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les gorges naturelles (32) sont conques par une équation d'écoulement dérivée d'un écoulement de source et d'un écoulement tourbillonnaire et l'écoulement de source et l'écoulement tourbillonnaire sont générés tandis qu'une bouillie s'écoule sur le tampon de polissage.