專利名稱：包括填充的半透明區(qū)域的拋光墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含一個至少對光為半透明區(qū)域的拋光墊，以及制備及使用該拋光墊的方法。
背景技術(shù)：
在將基材表面拋光過程中，通常希望就地監(jiān)測拋光制程。就地監(jiān)測拋光制程的一個方法牽涉到使用具有孔隙或窗戶的拋光墊。該孔隙或窗戶提供一個光可通過的門戶，以允許在拋光制程過程中檢查基材表面。具有孔隙及窗戶的拋光墊為已知的并且已用來拋光基材，如半導(dǎo)體裝置的表面。例如美國專利5,605,760(Roberts)提供了具有由固體均勻聚合物所形成的透明窗戶的墊，其本身不具有吸收或輸送淤漿的能力。美國專利5,433,651號(Lustig等人)揭示了一種拋光墊，其中該墊的一部份已被移除，以提供可透光的孔隙。美國專利5,893,796及5,964,643號(均為Birang等人)揭示移除拋光墊的一部份，以提供一個孔隙，并且將透明的聚胺基甲酸酯或石英塞置于孔隙中，以提供透明的窗戶，或移除拋光墊背面的一部份，以在墊上提供半透明度。
目前仍存在一種需求，希望得到具有半透明區(qū)域的有效的拋光墊以及生產(chǎn)和使用它們的有效方法。本發(fā)明提供了這樣的墊以及生產(chǎn)和使用這種墊的方法。本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點(diǎn)以及另外的發(fā)明特征通過閱讀下列的描述，將會更清楚。
發(fā)明簡述本發(fā)明提供了包含一個至少為半透明區(qū)域的一種拋光墊，其中該半透明區(qū)域包含基質(zhì)聚合物及填充劑。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種生產(chǎn)包含一個至少為半透明區(qū)域的拋光墊的方法，該方法包含(a)提供多孔性基質(zhì)聚合物；(b)用填充劑填充該基質(zhì)聚合物的至少一部分孔洞，以提供至少為半透明的區(qū)域；并(c)形成包含至少為半透明區(qū)域的拋光墊。本發(fā)明還提供了將基材，特別是半導(dǎo)體基材拋光的方法，包含使用本發(fā)明的拋光墊。
發(fā)明詳述本發(fā)明的拋光墊包含一個至少對光為半透明的區(qū)域，其中該半透明區(qū)域包含基質(zhì)聚合物及填充劑。在此所用的術(shù)語”至少為半透明”意指將與表面接觸的光透過至少一部分的能力，并且可用來敘述稍微、部份、幾乎及完全半透明或透明的材質(zhì)。本發(fā)明拋光墊的半透明區(qū)域優(yōu)選對波長為約190-3500納米的光至少是半透明的，更優(yōu)選為可見光，最優(yōu)選為來自激光源的可見光，特別是被用于與拋光墊一起使用的拋光裝置中的光。
一般的基質(zhì)聚合物被當(dāng)做拋光墊的本體，并且可包含本領(lǐng)域中已知的任何適當(dāng)聚合物。優(yōu)選的基質(zhì)聚合物能夠提供多孔性結(jié)構(gòu)(即包含任何尺寸或形狀的許多孔洞、空隙、通路、溝槽或類似物)，或通過其天然構(gòu)型提供的，或通過使用本領(lǐng)域中已知的不同生產(chǎn)技術(shù)(例如發(fā)泡、吹模等)得到的。更優(yōu)選，基質(zhì)聚合物的結(jié)構(gòu)是使得基質(zhì)聚合物在無填充劑存在下，基本上為不透明的結(jié)構(gòu)；然而，當(dāng)與填充劑組合時，該基質(zhì)聚合物至少為半透明的。適用做基質(zhì)聚合物的聚合物包括聚氨基甲酸酯、丙烯酸系、尼龍類、環(huán)氧化物及本領(lǐng)域中已知的其它適當(dāng)聚合物。優(yōu)選的基質(zhì)聚合物包含聚氨基甲酸酯，更優(yōu)選為多孔性聚氨基甲酸酯，由它們組成或基本上由它們組成。
基質(zhì)聚合物通常提供在拋光墊的拋光表面上，該表面在拋光期間接觸基材的表面。因此，該基質(zhì)聚合物優(yōu)選包含一種表面質(zhì)地，以加速運(yùn)送淤漿通過該墊的拋光表面。優(yōu)選地，基質(zhì)聚合物包含內(nèi)在表面質(zhì)地(intrinsic surfacetexture)，以允許其吸收和/或運(yùn)送拋光淤漿到其表面上。術(shù)語“內(nèi)在表面質(zhì)地”意指一種與外在制程所生產(chǎn)的質(zhì)地相對的由組合物的性質(zhì)所引起的表面質(zhì)地。例如多孔性聚氨基甲酸酯墊會因?yàn)槁对趬|表面上的孔結(jié)構(gòu)而具有內(nèi)在表面質(zhì)地。除了內(nèi)在表面質(zhì)地之外，基質(zhì)聚合物可包含由外在制程所產(chǎn)生的表面質(zhì)地(即外在表面質(zhì)地)，如本領(lǐng)域中已知的(例如浮雕、印花、切割或磨擦等)。本發(fā)明的基質(zhì)聚合物優(yōu)選包含足夠的內(nèi)在和/或外在表面質(zhì)地，以加速吸收和/或運(yùn)送淤漿通過該墊的表面。
拋光墊的半透明區(qū)域包含基質(zhì)聚合物及填充劑。該填充劑可以是能夠與基質(zhì)聚合物組合的任何材質(zhì)，以增加基質(zhì)聚合物的半透明度。不愿被任何特別的理論所限制，相信在基質(zhì)聚合物中的空氣或氣體填充的孔洞或空隙(即微孔或微隙)導(dǎo)致光通過而散射，因此減少該基質(zhì)聚合物的半透明度或使該基質(zhì)聚合物不透明。進(jìn)一步相信借著以具有折射指數(shù)更類似于基質(zhì)聚合物的填充劑來置換至少一部分的氣體或空氣，而使得該填充劑減少氣體填充孔洞或空隙的光散射效果。結(jié)果是與基質(zhì)聚合物單獨(dú)比較，經(jīng)組合的基質(zhì)聚合物/填充劑增加了光的傳送(即增加半透明度)，減少了光學(xué)密度。因此優(yōu)選，填充劑所具有的折射指數(shù)大于占據(jù)基質(zhì)聚合物孔洞的氣體(例如空氣)的折射指數(shù)，并且因此更接近基質(zhì)聚合物的折射指數(shù)。更優(yōu)選，該填充劑所具有的折射指數(shù)為約等于基質(zhì)聚合物的折射指數(shù)。當(dāng)經(jīng)組合的基質(zhì)聚合物及填充劑的半透明度，部份地取決于基質(zhì)聚合物的折射指數(shù)與填充劑的折射指數(shù)間比較的相對差別時，填充劑的選擇會部份地取決于所用的基質(zhì)聚合物。
該填充劑包含任何適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)，由這些適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)組成或基本上由它們組成。適當(dāng)?shù)奶畛鋭┌ɡ缬袡C(jī)化合物，如脂肪、油類、天然樹脂等。其它適當(dāng)?shù)奶畛鋭┌ê铣删酆衔锛皹渲?，如環(huán)氧樹脂、熱固性樹脂、UV-固化樹脂、光固化樹脂及其混合物。與本發(fā)明結(jié)合使用的適當(dāng)填充劑的更具體的實(shí)例包括聚酯、苯乙烯、丙烯酸系、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、乙基氰基丙烯酸酯及其衍生物和混合物。優(yōu)選的填充劑物質(zhì)包含聚酯、由聚酯組成或基本上由聚酯組成。
通常，給定區(qū)域的基質(zhì)聚合物的半透明程度(即光傳遞的份量)隨填充劑所占據(jù)的孔洞數(shù)目的增加而增加。然而，填充劑不需要占據(jù)基質(zhì)聚合物的區(qū)域的所有孔洞來提供半透明區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的一個觀點(diǎn)，填充劑只占據(jù)拋光墊的半透明區(qū)域的一部分孔洞。例如該填充劑占據(jù)基質(zhì)聚合物區(qū)域的內(nèi)部孔洞的足夠部分，以提供半透明區(qū)域，留下半透明區(qū)域的表面孔洞大體上未被填充，因而允許基質(zhì)聚合物的半透明區(qū)域維持其內(nèi)在表面質(zhì)地。根據(jù)本發(fā)明的另一個觀點(diǎn)，填充劑占據(jù)幾乎半透明區(qū)域的所有孔洞。根據(jù)此觀點(diǎn)，例如內(nèi)部及表面的孔洞都被填充，因而減少或排除基質(zhì)聚合物的本質(zhì)表面質(zhì)地。
雖然本發(fā)明的拋光墊就整體而言為半透明的，但是該拋光墊優(yōu)選在除了半透明區(qū)域之外，包含幾乎不透明的區(qū)域。如前所述，在無填充劑存在下，基質(zhì)聚合物優(yōu)選為幾乎不透明的。因此，大體上為不透明的區(qū)域通常是由基質(zhì)聚合物的未填充區(qū)域所提供的，使得大體上不透明的區(qū)域及半透明區(qū)域構(gòu)成連續(xù)的基質(zhì)聚合物。然而，大體上不透明的區(qū)域可以無連續(xù)基質(zhì)聚合物地被提供。換言之，該半透明區(qū)域包含不同于大體上不透明區(qū)域的材質(zhì)的基質(zhì)聚合物。例如包含基質(zhì)聚合物的半透明區(qū)域能被插入或形成為包含不同材質(zhì)的大致不透明拋光墊的一部分。用來形成不透明區(qū)域的適當(dāng)物質(zhì)通常是本領(lǐng)域中已知的，并且包括常用的拋光墊物質(zhì)，如多孔性或無孔性聚氨基甲酸酯、尼龍、丙烯酸系及類似物。關(guān)于基質(zhì)聚合物如前所討論的，該墊的大致不透明區(qū)域優(yōu)選包含本質(zhì)表面質(zhì)地和/或外在表面質(zhì)地，以加速吸收和/或運(yùn)送淤漿通過該墊的表面。
除了在此所討論的特征之外，填充劑和/或基質(zhì)聚合物可包含其它的元素、成分或添加物，如背層(backing layer)、粘著劑、研磨劑及本領(lǐng)域中已知的其它添加物。該填充劑和/或基質(zhì)聚合物可包含例如光吸收或反射元素，如紫外線或有色吸附或反射物質(zhì)，其能夠使某些波長的光通過，同時延遲或排除其它波長的光通過。
本發(fā)明也提供了一種生產(chǎn)拋光墊的方法，該拋光墊包含一個至少為半透明的區(qū)域，該方法包含(a)提供多孔性基質(zhì)聚合物；(b)用填充劑填充該基質(zhì)聚合物之孔洞的至少一部份孔洞以提供至少為半透明的區(qū)域；并(c)形成包含至少為半透明區(qū)域的拋光墊。本發(fā)明方法的基質(zhì)聚合物、填充劑及其它元素是如前它在本發(fā)明的拋光墊部分所描述的。該拋光墊可以任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)形成。
該拋光墊可在與填充劑組合之前或之后，以本領(lǐng)域中已知的任何方法由基質(zhì)聚合物形成。適當(dāng)?shù)姆椒òㄨT造、切割、射出成型或壓縮基質(zhì)聚合物成為所要的拋光墊形狀。其它的拋光墊元素也可在基質(zhì)聚合物成型之前或之后，根據(jù)需要添加到基質(zhì)聚合物中。例如背層物質(zhì)可被涂覆、鉆孔或以本領(lǐng)域中通常已知的不同方法來提供表面質(zhì)地。優(yōu)選，宏觀或微觀質(zhì)地被提供到拋光墊或基質(zhì)聚合物的至少一部分表面上。
基質(zhì)聚合物的孔洞可用填充劑以本領(lǐng)域中已知的任何方法填充。適當(dāng)?shù)姆椒ò▽⒁簯B(tài)填充劑倒到基質(zhì)聚合物的表面或?qū)⒒|(zhì)聚合物浸入液態(tài)填充劑中，并且允許該填充劑吸收到基質(zhì)聚合物中。壓力和/或熱可被用來協(xié)助填充劑吸收到基質(zhì)聚合物中。另外，該填充劑可與基質(zhì)聚合物混合，并且鑄造或以其它方式固化，以提供經(jīng)填充的基質(zhì)聚合物。還存在用填充劑填充基質(zhì)聚合物的孔洞的其它方法，并且對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言為已知的。
本發(fā)明還提供了一種包含使用本發(fā)明的拋光墊來拋光基材的方法。拋光基材的本方法可被用來拋光或平面化任何基材，例如包含玻璃、金屬、金屬氧化物、金屬復(fù)合物、半導(dǎo)體基底材質(zhì)或其混合物的基材。該基材可包含任何適當(dāng)?shù)慕饘?、由這些金屬組成或基本上由它們組成。適當(dāng)?shù)慕饘侔ɡ玢~、鋁、鉭、鈦、鎢、金、鉑、銥、釕及其組合物(例如合金或混合物)。該基材也可包含任何適當(dāng)?shù)慕饘傺趸铩⒂蛇@樣的金屬氧化物組成或基本上由其組成。適當(dāng)?shù)慕饘傺趸锇ɡ缪趸X、氧化硅、氧化鉭、氧化鈰、氧化鋯、氧化鍺、氧化鎂及其組合物。另外，該基材可包含任何適當(dāng)?shù)慕饘購?fù)合物、由其組成或基本上由其組成。適當(dāng)?shù)慕饘購?fù)合物包括例如金屬氮化物(例如氮化鉭、氮化鈦及氮化鎢)、金屬碳化物(例如碳化硅及碳化鎢)、鎳-磷、硼基硅酸鋁、硼基硅酸鹽玻璃、磷基硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷基硅酸鹽玻璃(BPSG)、硅/鍺合金及硅/鍺/碳合金。該基材也可包含任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體基底材質(zhì)、由其組成或基本上由其組成。適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體基底材質(zhì)包括單晶硅、多晶硅、無定形硅、絕緣體上的硅及半導(dǎo)體材質(zhì)化合物，如砷化鎵及磷化銦。
本發(fā)明方法被用于平面化或拋光許多經(jīng)硬化的工作對象，如記憶碟(memory disk)或硬盤、金屬(例如貴金屬)、ILD層、微機(jī)電系統(tǒng)、鐵電物質(zhì)、磁頭、聚合薄膜及低和高介電常數(shù)薄膜。術(shù)語”記憶碟或硬盤”意指用來以電磁形式留住信息的任何磁盤、硬盤(hard disk，rigid disk)或記憶碟。記憶碟或硬盤一般具有包含鎳-磷的表面，但是該表面也可包含任何其它適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)。
本發(fā)明方法特別被用于拋光或平面化半導(dǎo)體裝置，例如具有裝置特征幾何形狀(device feature geometries)約0.25微米或更小(例如0.18微米或更小)的半導(dǎo)體裝置。在此所用之術(shù)語”裝置特征”意指單一功能的組件，如晶體管、電阻器、電容、集成電路或類似物。例如在制造半導(dǎo)體裝置的期間，在以淺溝分離方法(STI拋光)形成分離結(jié)構(gòu)時，本方法可用來拋光或平面化半導(dǎo)體裝置的表面。在交互層介電(ILD拋光)形成時，本方法也可用來拋光半導(dǎo)體裝置的介電或金屬層(即金屬互連)。
拋光基材的本發(fā)明方法可進(jìn)一步包含例如在拋光或平面化基材的期間，將光通過拋光墊的半透明區(qū)域并且到基材的表面，以檢查或監(jiān)測拋光制程。用來檢查或監(jiān)測拋光制程的技術(shù)是本領(lǐng)域中已知的，是借著分析從基材表面反射的光或其它輻射而實(shí)施的。此類方法例如在美國專利5,196,353、美國專利5,433,651、美國專利5,609,511、美國專利5,643,046、美國專利5,658,183、美國專利5,730,642、美國專利5,838,447、美國專利5,872,633、美國專利5,893,796、美國專利5,949,927及美國專利5,964,643進(jìn)行描述。
在此所引用的所有參考文獻(xiàn)，包括專利、專利申請書及出版物，全文并于本文為參考。
當(dāng)本發(fā)明以強(qiáng)調(diào)優(yōu)選具體實(shí)施例來進(jìn)行敘述時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會明了可對優(yōu)選的具體實(shí)施例進(jìn)行變化，并且本發(fā)明意欲本發(fā)明可以不同于在此特定敘述的方式被實(shí)施。因此，本發(fā)明包括所有包含在本發(fā)明的精神、范疇以及權(quán)利要求書所定義的范圍中的改變。
權(quán)利要求
1.一種拋光墊，包含至少為半透明的區(qū)域，其中該半透明區(qū)域包含基質(zhì)聚合物及填充劑。
2.如權(quán)利要求1的拋光墊，其中該基質(zhì)聚合物在無填充劑存在下，基本上為不透明的，并且當(dāng)與填充劑組合時為至少半透明的。
3.如權(quán)利要求2的拋光墊，其中該基質(zhì)聚合物在無填充劑存在下為多孔性的。
4.如權(quán)利要求3的拋光墊，其中該基質(zhì)聚合物為聚氨基甲酸酯。
5.如權(quán)利要求4的拋光墊，其中該填充劑具有與基質(zhì)聚合物約相同的折射指數(shù)。
6.如權(quán)利要求4的拋光墊，其中該填充劑包含有機(jī)化合物。
7.如權(quán)利要求4的拋光墊，其中該填充劑選自環(huán)氧樹脂、熱固性樹脂、UV-固化樹脂、光固化樹脂及其混合物。
8.如權(quán)利要求4的拋光墊，其中該填充劑選自聚酯、苯乙烯、丙烯酸系、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、乙基氰基丙烯酸酯及其混合物。
9.如權(quán)利要求8的拋光墊，其中該填充劑是聚酯。
10.如權(quán)利要求3的拋光墊，其中該填充劑只占據(jù)半透明區(qū)域的一部分孔洞。
11.如權(quán)利要求10的拋光墊，其中該半透明區(qū)域具有內(nèi)在表面質(zhì)地。
12.如權(quán)利要求3的拋光墊，其中該填充劑占據(jù)基本上半透明區(qū)域的所有孔洞。
13.如權(quán)利要求2的拋光墊，進(jìn)一步包含基本上不透明的區(qū)域。
14.如權(quán)利要求13的拋光墊，其中該基本上不透明的區(qū)域?yàn)槎嗫仔缘摹?br> 15.如權(quán)利要求14的拋光墊，其中該基本上不透明的區(qū)域具有內(nèi)在表面質(zhì)地。
16.如權(quán)利要求13的拋光墊，其中該基本上不透明的區(qū)域及半透明區(qū)域包含連續(xù)基質(zhì)聚合物。
17.如權(quán)利要求16的拋光墊，其中至少一部分該墊的表面包含外在所產(chǎn)生的表面質(zhì)地。
18.如權(quán)利要求1的拋光墊，其中該半透明區(qū)域?qū)ΣㄩL為約190-3500納米的光為半透明的。
19.一種生產(chǎn)包含至少為半透明的區(qū)域的拋光墊的方法，該方法包含(a)提供多孔性基質(zhì)聚合物；(b)用填充劑填充該基質(zhì)聚合物區(qū)域的至少一部份孔洞以提供至少為半透明的區(qū)域；及(c)形成包含半透明區(qū)域的拋光墊。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中該基質(zhì)聚合物在無填充劑存在下，基本上為不透明的，并且當(dāng)與填充劑組合時為至少半透明的。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中該基質(zhì)聚合物是聚氨基甲酸酯。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中該填充劑具有與基質(zhì)聚合物約相同的折射指數(shù)。
23.如權(quán)利要求21的方法，其中該填充劑包含有機(jī)化合物。
24.如權(quán)利要求21的方法，其中該填充劑選自環(huán)氧樹脂、熱固性樹脂、UV-固化樹脂、光固化樹脂及其混合物。
25.如權(quán)利要求21的方法，其中該填充劑選自聚酯、苯乙烯、丙烯酸系、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、乙基氰基丙烯酸酯及其混合物。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中該填充劑是聚酯。
27.如權(quán)利要求21的方法，其中該基質(zhì)聚合物區(qū)域的孔洞只有一部分被填充來提供該半透明區(qū)域。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中該半透明區(qū)域包含內(nèi)在表面質(zhì)地。
29.如權(quán)利要求21的方法，其中該基質(zhì)聚合物區(qū)域基本上所有的孔洞都被填充，以提供該半透明區(qū)域。
30.如權(quán)利要求19的方法，其中該拋光墊包含基本上不透明的區(qū)域。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中該基本上不透明的區(qū)域?yàn)槎嗫仔缘摹?br> 32.如權(quán)利要求31的方法，其中該基本上不透明的區(qū)域包含內(nèi)在表面質(zhì)地。
33.如權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包含在拋光墊的一部分表面上提供外在所產(chǎn)生的表面質(zhì)地。
34.如權(quán)利要求19的方法，其中該半透明區(qū)域?qū)ΣㄩL約190-3500納米的光為半透明的。
35.一種拋光基材的方法，包含利用如權(quán)利要求1的拋光墊。
36.如權(quán)利要求35的方法，其中該基材是一種半導(dǎo)體裝置。
37.如權(quán)利要求36的方法，進(jìn)一步包含將光通過該拋光墊的半透明區(qū)域。
38.如權(quán)利要求37的方法，其中該光為激光。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種拋光墊，其包含一個至少為半透明的區(qū)域，其中該半透明區(qū)域包含基質(zhì)聚合物及填充劑。本發(fā)明也提供了一種生產(chǎn)包含一個至少為半透明的區(qū)域的拋光墊的方法，該方法包含(a)提供一個多孔性基質(zhì)聚合物；(b)用填充劑填充該基質(zhì)聚合物的至少一部份的孔洞，以提供一個至少為半透明的區(qū)域；并(c)形成包含半透明區(qū)域的拋光墊。本發(fā)明還提供了將基材，特別是半導(dǎo)體基材拋光的方法，其包含使用在本發(fā)明提供的拋光墊。
文檔編號B24B37/00GK1468162SQ01816948
公開日2004年1月14日 申請日期2001年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月6日
發(fā)明者凱利·J·紐厄爾, 凱利 J 紐厄爾 申請人:卡伯特微電子公司