專利名稱：化學(xué)機(jī)械拋光襯墊和化學(xué)機(jī)械拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光襯墊和化學(xué)機(jī)械拋光方法。
現(xiàn)有技術(shù)的說明在半導(dǎo)體器件的制造中，化學(xué)機(jī)械拋光(通?？s寫為CMP)作為能夠?yàn)楣枰r底或者具有在其上形成線路或者電極的硅襯底(以下稱為″半導(dǎo)體晶片″)形成極平的表面的拋光技術(shù)，一受關(guān)注?；瘜W(xué)機(jī)械拋光是這樣一種技術(shù)，通過在使拋光襯墊和物體待拋光表面互相滑動(dòng)接觸時(shí)、使用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體(磨料粒的水基分散體)在化學(xué)機(jī)械拋光襯墊表面上流過。大家都知道拋光結(jié)果較大地受在該化學(xué)機(jī)械拋光中的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的形狀和性能的影響，并且有人建議各種化學(xué)機(jī)械拋光襯墊。
例如，很久以前就已經(jīng)知道的一種化學(xué)機(jī)械拋光襯墊，該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊由包含微小單元的泡沫聚氨基甲酸酯制成，用來通過將用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體保持在開向襯墊表面的孔(以下稱為“孔隙”)中來進(jìn)行拋光(參看JP-A11-70463，JP-A8-216029和JP-A8-39423)(這里使用的術(shù)語“JP-A”表示“特許公開的未審日本專利申請(qǐng)”)。
最近，已經(jīng)公開一種包含分散在基質(zhì)樹脂中的水溶性聚合物的拋光襯墊，該拋光襯墊不使用泡沫就能夠形成孔隙(JP-A 8-500622、JP-A 2000-34416、JP-A2000-33552和JP-A 2001-334455)。在該技術(shù)中，通過分散在基質(zhì)樹脂中的水溶性聚合物在拋光的時(shí)候與用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體或者水接觸時(shí)溶解來形成孔隙。
在待拋光表面的化學(xué)機(jī)械拋光中，當(dāng)包含在用于所用的化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體中的磨料粒聚集成粗顆粒時(shí)，它作為異物在表面上引起所謂“刮痕”的缺陷。希望對(duì)此進(jìn)行改善。當(dāng)拋光襯墊的成分硬或者當(dāng)磨料粒聚集并且拋光襯墊的成分硬時(shí)，同樣產(chǎn)生刮痕。也希望對(duì)此進(jìn)行改善。
為了解決上述問題，有人提出一種多層襯墊，該多層襯墊在襯墊背面(非拋光表面)上包括軟的緩沖層(參看JP-A 2002-36097)。但是，雖然上述多層襯墊在一定程度上改善上述問題，但是不能完全解決它。大家都知道它的生產(chǎn)過程復(fù)雜，從而提高成本并引起質(zhì)量控制問題。
同時(shí)，為改善半導(dǎo)體器件性能起見，使用具有較低介電常數(shù)的絕緣膜來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣膜(SiO2膜)正在引起關(guān)注。作為這種低介電絕緣膜，例如，到目前為止，已經(jīng)發(fā)展了硅環(huán)氧乙二烷(silsesquioxane)(介電常數(shù)大約2.6到3.0)、添氟的SiO2(介電常數(shù)大約3.3到3.5)、聚酰亞胺基樹脂(介電常數(shù)大約2.4到3.6，Hitachi化學(xué)有限公司的PIQ(商品名)，聯(lián)合信號(hào)有限公司的FLARE(商品名))、苯并環(huán)丁烯(介電常數(shù)大約2.7，Dow化學(xué)有限公司的BCB(商品名))、含氫的SOG(介電常數(shù)大約2.5到3.5)和有機(jī)SOG(介電常數(shù)大約2.9，Hitachi化學(xué)有限公司的HSGR7(商品名))絕緣膜。但是，由于這些絕緣膜具有低機(jī)械強(qiáng)度，并且比SiO2膜更軟和更脆，當(dāng)通過使用傳統(tǒng)已知的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊來進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，與拋光傳統(tǒng)已知的絕緣膜相比，容易產(chǎn)生更多的刮痕，而且在作為待拋光表面的低介電絕緣膜和底層之間的界面處發(fā)生剝離。
對(duì)通過在具有低介電絕緣膜的半導(dǎo)體基板整個(gè)表面上沉積作為布線材料的金屬來涂覆的物體進(jìn)行如上所述的化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，形成凹槽和阻擋金屬膜，在低介電絕緣膜沒有暴露到待拋光表面，也就是說，僅僅對(duì)作為布線材料的金屬進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的階段，下面的低介電絕緣膜可能在和上層或下層的界面處發(fā)生剝離。
發(fā)明綜述本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)機(jī)械拋光襯墊解決了上述問題，該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可以抑制在物體拋光面上產(chǎn)生刮痕，并且抑制低介電絕緣膜在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中剝離，并且還可以提供高質(zhì)量的拋光面和化學(xué)機(jī)械拋光方法，該化學(xué)機(jī)械拋光方法通過使用上述化學(xué)機(jī)械拋光襯墊提供高質(zhì)量的拋光面。
首先，根據(jù)本發(fā)明，通過以下化學(xué)機(jī)械拋光襯墊實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，在以下條件下測(cè)量拋光基板在30℃和60℃下的儲(chǔ)存彈性模量(storage elasticmoduli)時(shí)，該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)小于或等于120MPa，而且在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)與在60℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(60℃)的比(E′(30℃)/E′(60℃))大于或等于2.5，條件如下初始負(fù)荷100g最大偏移0.01％
頻率0.2Hz。
第二，通過使用上述化學(xué)機(jī)械拋光襯墊來進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的化學(xué)機(jī)械拋光方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊至少包括拋光基板，并且當(dāng)在以下條件下測(cè)量拋光基板在30℃和60℃下的儲(chǔ)存彈性模量時(shí)，在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)小于或等于120MPa，并且在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)與在60℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(60℃)的比(E′(30℃)/E′(60℃))大于或等于2.5初始負(fù)荷100g最大偏移0.01％頻率0.2Hz。
在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)優(yōu)選30-120MPa，并且在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)與在60℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(60℃)的比(E′(30℃)/E′(60℃))優(yōu)選2.5-10。在60℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(60℃)優(yōu)選3-48MPa。
本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板優(yōu)選具有大于或等于35的肖氏D硬度。該肖氏D硬度更優(yōu)選35-100，最優(yōu)選35-70。通過將肖氏D硬度設(shè)定在該范圍內(nèi)，可以使待拋光物體上的負(fù)荷壓力變大，因此可以提高拋光速率。
本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板可以由任何材料制成，只要它滿足上述要求并且可以用作化學(xué)機(jī)械拋光襯墊。除化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的功能以外，具有在化學(xué)機(jī)械拋光期間保持用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體而且在拋光之后暫時(shí)保持碎屑的功能的氣孔(小洞)優(yōu)選在拋光的時(shí)候形成。因此，拋光基板優(yōu)選含有(I)包括不溶于水的成分和分散在該不溶于水的成分中的水溶性顆粒的材料或者(II)包括不溶于水的成分和分散在該不溶于水的成分中的氣孔的材料。
在上述材料中的上述材料(I)中，用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體可以保持在氣孔中，這些氣孔由水溶性顆粒在不溶于水的成分中形成，這些水溶性顆粒和用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體接觸時(shí)溶解或者膨脹從而在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中被除去。同時(shí)，在材料(II)中，形成為氣孔的部分具有保持用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體的能力。
下面將詳細(xì)描述這些材料。
(I)包括不溶于水的成分和分散在該不溶于水的成分中的水溶性顆粒的材料
(A)不溶于水的成分構(gòu)成不溶于水的成分(A)的材料沒有特別限制，但是優(yōu)選使用有機(jī)材料，因?yàn)樗菀啄Ｖ瞥删哂蓄A(yù)定形狀和預(yù)定性能，并且可以提供適當(dāng)?shù)挠捕群瓦m當(dāng)?shù)膹椥?。例如，該有機(jī)材料是熱塑性樹脂、高彈體或者天然橡膠或者可固化的樹脂。
上述熱塑性樹脂的例子包括烯烴基樹脂(例如聚乙烯和聚丙烯)、苯乙烯基樹脂(例如聚苯乙烯)、丙烯酸樹脂(例如(甲基)丙烯酸酯基樹脂)、乙烯基酯樹脂(不包括(甲基)丙烯酸酯基樹脂在內(nèi))、聚酯樹脂(不包括乙烯基酯樹脂在內(nèi))、聚酰胺樹脂、氟樹脂、聚碳酸樹酯和聚縮醛樹脂。
上述高彈體或者天然橡膠的例子包括二烯基高彈體(例如1，2-聚丁二烯)、烯烴基高彈體(例如乙丙橡膠和聚丙烯樹脂的動(dòng)態(tài)交聯(lián)產(chǎn)物)、氨基甲酸乙酯基高彈體、氨基甲酸乙酯基橡膠(例如聚氨酯橡膠)、苯乙烯基高彈體(例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(以下可以稱為“SBS”)及其氫化產(chǎn)物(以下可以稱為“SEBS”))、共軛二烯基橡膠(例如高順(high-cis)丁二烯橡膠、低順(low-cis)丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、丁苯橡膠、苯乙烯-異戊二烯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠)、乙烯-α-烯烴橡膠(例如乙丙橡膠、乙烯-丙烯-非共軛二烯橡膠)、丁基橡膠及其它橡膠(例如硅橡膠、氟橡膠、丁腈橡膠、氯磺化聚乙烯、丙烯酸橡膠、氯醇橡膠和聚硫橡膠)。上述可固化的樹脂例子包括熱固性樹脂和可光致固化的樹脂例如聚氨酯附脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯-脲樹脂、尿素樹脂、硅樹酯和酚荃樹脂。
這些有機(jī)材料可以單獨(dú)使用或者兩個(gè)或兩個(gè)以上結(jié)合使用。
這些有機(jī)材料可以改性為具有合適的官能團(tuán)。合適的官能團(tuán)的例子包括具有酸酐結(jié)構(gòu)、羧基、羥基、環(huán)氧基和氨基的基團(tuán)。
優(yōu)選地，該有材料部分地或者完全地交聯(lián)。當(dāng)該不溶于水的成分包含交聯(lián)的有機(jī)材料時(shí)，會(huì)給不溶于水的成分提供適當(dāng)?shù)膹椥曰貜?fù)力，并且可以抑制由于在化學(xué)機(jī)械拋光期間施加給化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的剪應(yīng)力引起的位移。此外，可以有效地防止氣孔由于不溶于水的成分在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中或者在整理(化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的整理和化學(xué)機(jī)械拋光交替進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行)的時(shí)候過分地伸展時(shí)的塑性變形而被充滿，并且防止化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的表面過分地起毛。因此，可以獲得這樣的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊，該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊即使在整理的時(shí)候也可以有效地形成氣孔、可以防止在拋光期間保持用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體的能力下降、很少起毛、并且可以長期保持拋光平坦。
上述交聯(lián)的有機(jī)材料優(yōu)選包含選自交聯(lián)熱塑性附脂和交聯(lián)高彈體或者交聯(lián)橡膠(在這里使用的″交聯(lián)橡膠″是指上述″天然橡膠″的交聯(lián)產(chǎn)物)的至少一種，更優(yōu)選包含選自交聯(lián)二烯基高彈體、交聯(lián)苯乙烯基高彈體和交聯(lián)共軛二烯基橡膠的至少一種，更加優(yōu)選包含選自交聯(lián)1，2-聚丁二烯、交聯(lián)SBS、交聯(lián)SEBS、交聯(lián)丁苯橡膠、交聯(lián)苯乙烯-異戊二烯橡膠和交聯(lián)丁腈橡膠的至少一種，特別優(yōu)選包含選自交聯(lián)1，2-聚丁二烯、交聯(lián)SBS和交聯(lián)SEBS的至少一種。
當(dāng)部分有機(jī)材料交聯(lián)而其它部分不交聯(lián)時(shí)，非交聯(lián)的有機(jī)材料優(yōu)選包含選自非交聯(lián)熱塑性樹脂和非交聯(lián)高彈體或者天然橡膠的至少一種，更優(yōu)選包含選自非交聯(lián)烯烴基樹脂、非交聯(lián)苯乙烯基樹脂、非交聯(lián)二烯基高彈體、非交聯(lián)苯乙烯基高彈體、非交聯(lián)共軛二烯基橡膠和非交聯(lián)丁基橡膠的至少一種，更加優(yōu)選包含選自非交聯(lián)聚苯乙烯、非交聯(lián)1，2-聚丁二烯、非交聯(lián)SBS、非交聯(lián)SEBS、非交聯(lián)丁苯橡膠、非交聯(lián)苯乙烯-異戊二烯橡膠和非交聯(lián)丁腈橡膠的至少一種，特別優(yōu)選包含選自非交聯(lián)聚苯乙烯、非交聯(lián)1，2-聚丁二烯、非交聯(lián)SBS和非交聯(lián)SEBS的至少一種。
當(dāng)部分有機(jī)材料交聯(lián)而其它部分不交聯(lián)時(shí)，在不溶于水的成分中交聯(lián)的有機(jī)材料的含量優(yōu)選大于或等于30質(zhì)量％，更優(yōu)選大于或等于50質(zhì)量％，特別優(yōu)選大于或等于70質(zhì)量％。
當(dāng)有機(jī)材料部分地或者完全地交聯(lián)時(shí)，交聯(lián)沒有特別限制，但是優(yōu)選化學(xué)交聯(lián)、輻射交聯(lián)或者光學(xué)交聯(lián)。上述化學(xué)交聯(lián)可以通過使用有機(jī)過氧化物、硫或者硫化合物作為交聯(lián)劑來進(jìn)行。上述輻射交聯(lián)可以通過使用電子束來進(jìn)行。上述光學(xué)交聯(lián)可以通過使用紫外線輻射來進(jìn)行。
在這些當(dāng)中，優(yōu)選化學(xué)交聯(lián)，并且優(yōu)選使用有機(jī)過氧化物，因?yàn)樗子诓倏v并且在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中不污染待拋光物體。該有機(jī)過氧化物的例子包括過氧化二枯基、過氧化二乙基、過氧化二叔丁基、過氧化二乙酰和過氧化二酰。
就化學(xué)交聯(lián)而言，以100質(zhì)量份不溶于水的成分進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)為基礎(chǔ)，交聯(lián)劑的含量優(yōu)選0.01到0.6質(zhì)量份。當(dāng)交聯(lián)劑的含量屬于上述范圍時(shí)，可以獲得在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中抑制產(chǎn)生刮痕的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊。
構(gòu)成不溶于水的成分的材料可以完全交聯(lián)，或者部分構(gòu)成不溶于水的成分的材料可以交聯(lián)，然后和其它的混合。通過各自不同的方法形成的幾種交聯(lián)產(chǎn)物可以混合在一起。
此外，通過在化學(xué)交聯(lián)時(shí)調(diào)整交聯(lián)劑數(shù)量和交聯(lián)條件或者在輻射交聯(lián)時(shí)控制輻射劑量，可以在一次交聯(lián)操作時(shí)容易地獲得具有交聯(lián)部分和非交聯(lián)部分的有機(jī)材料。
不溶于水的成分(A)可以包含適當(dāng)?shù)南嗳輨?compatibilizing agent)以控制它與后面將說明的水溶性顆粒(B)的相容性，以及水溶性顆粒(B)在不溶于水的成分中的分散能力。例如，該相容劑是非離子表面活性劑或者偶合劑。
(B)水溶性顆粒水溶性顆粒(B)具有當(dāng)它們接觸到用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體從而從在化學(xué)機(jī)械拋光襯墊中的水不溶性成分中除去時(shí)就在該不溶于水的成分中形成氣孔的功能，而且還具有提高化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板的刻痕硬度和給拋光基板提供上述肖氏D硬度的功能。
上述除去是由于在和用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體中包含的水或者含水混合介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生溶解或者膨脹引起的。
水溶性顆粒(B)優(yōu)選是固體，以確保上述化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板的刻痕硬度。因此，該水溶性顆粒特別優(yōu)選是固體以確保化學(xué)機(jī)械拋光襯墊中有足夠高的刻痕硬度。
構(gòu)成水溶性顆粒(B)的材料沒有特別限制，但是可以是有機(jī)水溶性顆粒或者無機(jī)水溶性顆粒。上述有機(jī)水溶性顆粒的例子包括糖類(多糖(例如淀粉、糊精和環(huán)糊精)、乳糖和甘露糖醇))、纖維素(例如羥丙基纖維素和甲基纖維素)、蛋白質(zhì)、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚環(huán)氧乙烷、水溶性感光樹脂、磺化聚異戊二烯和磺化聚異戊二烯共聚物。上述無機(jī)水溶性顆粒的例子包括乙酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氯化鉀、溴化鉀、磷酸鉀和硝酸鎂。在這些當(dāng)中，優(yōu)選有機(jī)水溶性顆粒、更優(yōu)選多糖、更加優(yōu)選環(huán)糊精，并且特別優(yōu)選β-環(huán)糊精。
上述材料可以單獨(dú)使用，或者兩種或兩種以上結(jié)合使用，以形成水溶性顆粒。此外，它們可以由一種既定材料或者兩種或兩種以上不同材料組合形成。
水溶性顆粒(B)的平均粒徑優(yōu)選0.1-500μm，更優(yōu)選0.5-100μm。當(dāng)水溶性顆粒(B)具有上述粒徑范圍時(shí)，通過除去水溶性顆粒(B)形成的氣孔的尺寸可以控制到適當(dāng)?shù)姆秶?，因此可以獲得具有保持用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體的性能和在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中的拋光速率以及機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊。
水溶性顆粒(B)的數(shù)量占不溶于水的成分(A)和水溶性顆粒(B)的總數(shù)的優(yōu)選1-90體積％，更優(yōu)選1-60體積％，特別優(yōu)選3-40體積％。當(dāng)水溶性顆粒(B)的數(shù)量屬于上述范圍時(shí)，可以獲得在機(jī)械強(qiáng)度和拋光速率之間具有好的平衡的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊。
優(yōu)選地，上述水溶性顆粒(B)只有當(dāng)它暴露于和化學(xué)機(jī)械拋光襯墊中用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體接觸的表層時(shí)才溶于水或者遇水膨脹而被除去，并且它在拋光基板內(nèi)部不吸收水分。因此，水溶性顆粒(B)可以具有外殼層，以用于抑制在它至少一部分的最外層部分上的水分吸收。該外殼層可以物理上吸附到該水溶性顆粒，化學(xué)上鍵合到該水溶性顆粒，或者物理上和化學(xué)上附著于該水溶性顆粒上。用于形成該外殼層的材料是環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚酰胺或者多硅酸酯。
(II)由不溶于水的成分和分散在該不溶于水的成分中的氣孔組成的材料當(dāng)本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板由不溶于水的成分和分散在該不溶于水的成分中的氣孔組成時(shí)，該拋光基板的材料是泡沫聚氨基甲酸二酯、三聚氰胺樹脂、聚酯、聚砜或者聚醋酸乙烯酯。
分散在上述不溶于水的成分中的氣孔的平均直徑優(yōu)選0.1-500μm，更優(yōu)選0.5-100μm。
本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板的外形沒有特別限制，但是可以是圓盤狀或者多邊形的桿狀?？梢愿鶕?jù)和本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊一起使用的拋光機(jī)適當(dāng)?shù)剡x擇。
拋光基板的尺寸沒有特別限制。在圓盤狀化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的情況下，拋光基板具有150-1200mm的直徑，特別是500-800mm，具有1.0-5.0mm的厚度，特別是1.5-3.0mm。
本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板在拋光面上可以具有凹槽。該凹槽保持在化學(xué)機(jī)械拋光的時(shí)候提供的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體，將其均勻地分布到拋光面，暫時(shí)保持廢料例如拋光后的碎片和使用過的水基分散體，并用作將它們排泄到外面的通道。
上述凹槽的外形沒有特別限制，但是可以是螺旋形的、同心的或者放射狀的。
本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板在非拋光面(背面)上可以具有凹坑。該凹坑具有減輕可能在化學(xué)機(jī)械拋光期間發(fā)生的局部過高應(yīng)力的功能，并具有有效地抑制在拋光面上產(chǎn)生表面缺陷例如刮痕的功能。
上述凹坑的外形沒有特別限制，但是可以是圓形的、多邊形的、螺旋形的、同心的或者放射狀的。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊除了拋光部分之外還可以含具有另一種功能的部分。例如，具有另一種功能的部分是用于通過使用光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)器檢測(cè)終點(diǎn)的窗口部分。該窗口部分可以由在其厚度為2mm時(shí)100-300nm波長的透射率優(yōu)選為大于或等于0.1％的材料制成，更優(yōu)選為大于或等于2％，或者由在其100-300nm波長的積分透射率(integral transmittance)優(yōu)選為大于或等于0.1％的材料制成，更優(yōu)選為大于或等于2％。如果窗口部分的材料具有上述光學(xué)特性就沒有特別限制，但是可以和上述拋光基板的材料相同。
構(gòu)成本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板的制造方法沒有特別限制，并且拋光基板可能選擇性地帶有的凹槽和凹坑(以下兩個(gè)都稱為“凹槽等等”)的形成方法沒有特別限制。例如，制備將成為化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的拋光基板的用于化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的組合物，并模制成所需形狀，通過切害在模制產(chǎn)品中形成凹槽等等。作為選擇，通過使用具有將成為凹槽等等的圖案的金屬模具模制用于化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的組合物。因此可以在形成拋光基板的同時(shí)形成凹槽等等。
獲得用于化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的組合物的方法沒有特別限制。例如，它可以通過捏合機(jī)一起捏合所需的包括預(yù)定有機(jī)材料的材料來獲得?？梢允褂猛ǔＲ阎哪蠛蠙C(jī)例如輥、捏合機(jī)、班伯里密煉機(jī)和擠出機(jī)(單螺旋的或者雙螺旋的)。
例如，通過一起捏合不溶于水的基料、水溶性顆粒及其它添加劑，可以獲得用于獲得包含水溶性顆粒的拋光襯墊的組合物，該組合物用于獲得包含水溶性顆粒的拋光襯墊。通常，它們通過加熱一起捏合，因此它們可以在捏合期間容易加工，并且優(yōu)選水溶性顆粒在該加熱溫度下是固體。當(dāng)水溶性顆粒是固體時(shí)，它們無論是否和不溶于水的基料相容都可以以上述優(yōu)選的平均粒徑分散。因此，該水溶性顆粒的種類優(yōu)選根據(jù)使用的不溶于水的基料的加工溫度來選擇。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可以單獨(dú)由上述拋光基板構(gòu)成或者可以是在上述拋光基板非拋光面上具有支撐層的多層襯墊。
上述支撐層是在與拋光面相對(duì)的背面上用于支撐拋光基板的層。該支撐層的特征性能沒有特別限制但是優(yōu)選比拋光基板更軟。因?yàn)楸景l(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊具有軟的支撐層，所以即使當(dāng)拋光基板薄時(shí)，例如，小于或等于1.0mm，它也可以防止拋光基板在拋光期間上移或者拋光層的表面彎曲，因此可以穩(wěn)定地進(jìn)行拋光。該支撐層的硬度優(yōu)選小于或等于拋光基板硬度的90％，更優(yōu)選是拋光基板硬度的50-90％，最優(yōu)選是拋光基板硬度的50-80％，特別優(yōu)選是拋光基板硬度的50-70％。
該支撐層可以是多孔的(泡沫)或者無孔的。此外，支撐層的平面外形沒有特別限制，并且可以和拋光層的平面外形相同或者不同。支撐層的平面外形可以是圓形的或者多邊形的(正方形等等)。支撐層的厚度沒有特別限制，但是優(yōu)選0.1-5mm，更優(yōu)選0.5-2mm。
構(gòu)成支撐層的材料沒有特別限制，但是優(yōu)選有機(jī)材料，因?yàn)樗梢匀菀椎啬Ｖ瞥删哂蓄A(yù)定形狀和性能，并且提供適當(dāng)彈性。
本發(fā)明的上述化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可以抑制在拋光面上產(chǎn)生刮痕并提供高質(zhì)量的拋光面。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊安裝在市場(chǎng)上可買到的拋光機(jī)上，因此它可以通過已知的方法用于化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可用于制造半導(dǎo)體器件的多種化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
可以通過使用本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光襯墊進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的物體是如布線材料的金屬、阻擋金屬或者絕緣膜。上述金屬的例子包括鎢、鋁、銅及其合金。上述阻擋金屬的例子包括鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦和氮化鎢。上述絕緣膜的例子包括氧化硅膜(例如通過真空法例如化學(xué)氣相沉積形成的PETEOS膜(等離子體增強(qiáng)的TEOS膜)、HDP膜(高密度等離子體增強(qiáng)的TEOS膜)和通過熱CVD獲得的氧化硅膜)、通過向SiO2添加少量硼和磷形成的硼磷硅酸鹽膜(BPSG膜)、通過用氟摻雜SiO2獲得的所謂FSG的絕緣膜(氟摻雜硅酸鹽玻璃)、所謂SiON的絕緣膜(氮氧化硅)、氮化硅膜和低介電絕緣膜。
上述低介電絕緣膜的例子包括由通過存在氧、一氧化碳、二氧化碳、氮、氬、H2O、臭氧或者氨的情況下的等離子體聚合含硅化合物例如烷氧基硅烷、硅烷、烷基硅烷、芳基硅烷、硅氧烷或者烷基硅氧烷獲得的聚合物制成的絕緣膜、由聚硅氧烷、聚硅氨烷、聚亞芳基醚、聚苯并噁唑、聚酰亞胺或者硅環(huán)三氧乙二烷制成的絕緣膜以及具有低介電常數(shù)的氧化硅基絕緣膜。
雖然本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可用于如上所述的多種化學(xué)機(jī)械拋光步驟，但是它在用于形成由銅制成的金屬鑲嵌線路的步驟時(shí)尤其方便。形成由銅制成的金屬鑲嵌線路的步驟包括以下子步驟從在其上沉積了作為布線材料的銅的待拋光物體除去過多的銅(第一拋光步驟)，除去除凹槽之外的部分的阻擋金屬(第二拋光步驟)，以及在阻擋金屬層形成在其中凹槽形成在布線部分的絕緣膜的凹槽部分中和除凹槽以外的部分之后，稍微磨光絕緣膜部分(第三拋光步驟)，因此獲得平坦的金屬鑲嵌線路。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可以用于上述第一到第三拋光子步驟的任何一個(gè)使用的化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
上文的術(shù)語“銅”應(yīng)該理解為包括紅銅和銅與鋁或者硅的合金，該合金中包含大于或等于95質(zhì)量％的銅。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種化學(xué)機(jī)械拋光襯墊和化學(xué)機(jī)械拋光方法，該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可以抑制在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中在拋光面上產(chǎn)生刮痕，并且可以提供高質(zhì)量的拋光面，該化學(xué)機(jī)械拋光方法通過使用該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊提供高質(zhì)量的拋光面。
實(shí)施例實(shí)施例1(1)化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的制造(1-1)用于化學(xué)機(jī)械拋光襯墊組合物的制備72.2質(zhì)量份1，2-聚丁二烯(JSR公司制造，商品名稱JSR RB830)和27.2質(zhì)量份β-環(huán)糊精(橫濱Bio Research公司制造，商品名稱Dexy Pearl β-100，平均粒徑20μm)通過設(shè)置為160℃的擠出機(jī)捏合在一起2分鐘。其后，添加0.45質(zhì)量份(相應(yīng)于以100質(zhì)量份1，2-聚丁二烯為基礎(chǔ)的0.25質(zhì)量份過氧化二枯基)PercumylD40(商品名稱，由NOF公司制造，包含40質(zhì)量％過氧化二枯基)，并在120℃下以60轉(zhuǎn)/分的速度和上述捏合產(chǎn)物一起捏合2分鐘，以獲得用于化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的組合物的小球。
(1-2)測(cè)量拋光基板的儲(chǔ)存彈性模量該小球在170℃的金屬模具中加熱18分鐘以交聯(lián)，從而獲得直徑600mm和厚2.5mm的圓盤狀模制產(chǎn)物。其后，該模制產(chǎn)物用Dumbbell有限公司的平行移動(dòng)切割機(jī)(SDL-200STT)切割成寬2.5mm、長30mm和厚1.0mm的條，作為樣品，通過使用粘彈性測(cè)量儀器(Rheometric Scientific有限公司制造，RSAIII型)，測(cè)量其在30℃和60℃、100g初始負(fù)載、0.01％最大偏移和0.2Hz頻率的拉伸模式下的儲(chǔ)存彈性模量。它在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量是89MPa，在60℃下的儲(chǔ)存彈性模量是23MPa，并且它們的比是3.9。
(1-3)用于窗口部分的成分的制備97質(zhì)量份1，2-聚丁二烯(JSR公司制造，商品名稱JSR RB830)和3質(zhì)量份β-環(huán)糊精(橫濱Bio Research公司制造，商品名稱Dexy Pearl β-100，平均粒徑20μm)通過設(shè)置在160℃的擠出機(jī)捏合2分鐘。其后，添加1.19質(zhì)量份(相應(yīng)于以100質(zhì)量份1，2-聚丁二烯為基礎(chǔ)的0.5質(zhì)量份過氧化二枯基)Percumyl D40(商品名稱，由NOF公司制造，包含40質(zhì)量％過氧化二枯基)，并在120℃下以60轉(zhuǎn)/分的速度和上述捏合產(chǎn)物一起捏合2分鐘，以獲得用于化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的組合物的小球。該小球在170℃的金屬模具中加熱18分鐘以交聯(lián)，從而獲得直徑600mm和厚2.4mm的圓盤狀模制產(chǎn)物。此外，通過Dumbbell有限公司的啞鈴沖壓機(jī)(SDL-200型)從該模制產(chǎn)物獲得寬20mm、長58mm和厚2.4mm的用于窗口部分的沖壓部件。當(dāng)用UV吸收計(jì)(Hitachi有限公司制造，U-2010型)測(cè)量該部件670nm波長的透射率時(shí)，它是40％。
(1-4)化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的制造以和上述段落(1-2)同樣的方法獲得直徑600mm、厚2.5mm的圓盤狀模制產(chǎn)物。其后，通過使用市場(chǎng)上可買到的切割機(jī)在該模制產(chǎn)物的拋光面上形成寬0.5mm、間距2.0mm和深1.0mm的同心凹槽(具有矩形的截面形狀)。此外，在離模制產(chǎn)物中心72mm的位置形成寬21mm、長59mm的通孔。在與凹槽形成表面相對(duì)的整個(gè)表面上粘附雙層涂布帶(Sekisui Chemical有限公司制造，商品名稱Double Tack Tape#512)，并且在上述段落(1-3)中制備的用于窗口部分的部件插入上述通孔中。此外，沿著該同心凹槽將該模制產(chǎn)物切割成直徑508mm以獲得化學(xué)機(jī)械拋光襯墊。
(2)化學(xué)機(jī)械拋光性能的測(cè)定(2-1)其中具有由銅和低介電絕緣膜組成的圖案的晶片被拋光的例子如上面的段落(1)所述生產(chǎn)的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊放置在配備光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)器(Applied Materials公司制造)的Mirra/Mesa化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)器的臺(tái)板上，從而在以下條件下分兩個(gè)階段進(jìn)行Sematech800BDM001(商品名稱，由InternationalSEMATECH公司制造，通過按所述順序在硅基板上形成碳化硅層、在該層除了線路部分之外的部分上形成Black Diamond低介電絕緣膜(商品名稱，由AppliedMaterials有限公司制造)和在該低介電絕緣膜上淀積鉭作為阻擋金屬和銅作為布線材料，從而獲得的測(cè)試晶片)的化學(xué)機(jī)械拋光。
通過用該化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)器的光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)器監(jiān)測(cè)激光束的反射率，將在第一階段拋光中的拋光時(shí)間設(shè)定為是從開始拋光到反射率變化(也就是說，阻擋金屬暴露)時(shí)的時(shí)間的1.2倍。在這個(gè)例子的第一階段拋光中的拋光時(shí)間是150秒。
第一階段拋光的條件用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體iCue5003(商品名稱，由CabotMicroelectronics有限公司制造，包含作為磨料粒的二氧化硅)和30質(zhì)量％的過氧化氫水以11∶1的體積比混合的混合物水基分散體的供應(yīng)速率300ml/min臺(tái)板的轉(zhuǎn)速120轉(zhuǎn)/分機(jī)頭的轉(zhuǎn)速108轉(zhuǎn)/分機(jī)頭壓力擋圈(Retainer ring)壓力5.5磅/英寸(psi)膜板(Membrane)壓力4.0磅/英寸內(nèi)管壓力3.0磅/英寸第二階段拋光的條件用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體通過向CMS-8301(商品名稱，由JSR公司制造)添加1質(zhì)量％的30質(zhì)量％雙氧水制備的分散體水基分散體的供應(yīng)速率200ml/min臺(tái)板的轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分機(jī)頭的轉(zhuǎn)速54轉(zhuǎn)/分機(jī)頭壓力擋圈(Retainer ring)壓力5.5磅/英寸(psi)膜板壓力3.0磅/英寸內(nèi)管壓力0.0磅/英寸拋光時(shí)間100秒當(dāng)通過使用晶片缺陷檢查裝置(由KLA-Tencor有限公司制造，商品名稱KLA2351)測(cè)量拋光后晶片的整個(gè)拋光面上的刮痕數(shù)目時(shí)，在銅線路上有3個(gè)刮痕，在低介電絕緣膜上有3個(gè)刮痕。
KLA2351測(cè)量條件光譜模式可見光象素尺寸(Pixel size)0.62μm閾(Threshold)50拼接(Merge)100過濾器(sieve)尺寸1μm2(3)測(cè)定低介電絕緣膜外圍的剝離(當(dāng)拋光該低介電絕緣膜的表面時(shí))(3-1)低介電絕緣膜的制造(i)聚硅氧烷溶膠的制備在60℃下加熱包括101.5g甲基三甲氧基硅烷、276.8g甲基甲氧基丙酸酯和9.7g四異丙氧基鈦/乙烷基乙酰醋酸鹽復(fù)合體的溶液。112.3g γ-丁內(nèi)酯和水(重量比4.58∶1)的混合物在1小時(shí)內(nèi)以滴狀添加到該溶液。在添加該混合物后，該混合物在60℃下反應(yīng)1小時(shí)，以獲得包含15質(zhì)量％聚硅氧烷的聚硅氫烷溶膠。
(ii)聚苯乙烯顆粒的生產(chǎn)100質(zhì)量份苯乙烯、2質(zhì)量份偶氮基聚合引發(fā)劑(由Wako Pure ChemicalIndustries有限公司制造，商品名稱V60)、0.5質(zhì)量份十二烷基苯磺酸鉀和400質(zhì)量份離子交換水注入到燒瓶中，再在攪動(dòng)的情況下在70℃下的氮?dú)夥罩屑訜?，并在該溫度下保持?jǐn)嚢?小時(shí)。過濾該反應(yīng)混合物并干燥，以獲得數(shù)均粒徑為150nm的聚苯乙烯顆粒。
(iii)低介電絕緣膜的生產(chǎn)15g在(i)中獲得的聚硅氧烷溶膠和1g在(ii)中獲得的聚苯乙烯顆粒混合在一起，并且獲得的混合物通過旋涂涂覆在具有熱氧化膜(由Asahibi Sangyo有限公司制造)的8英寸直徑硅基板上，并且在80℃下加熱5分鐘，以形成厚1.39μm的涂層。其后，該涂層膜在200℃下加熱5分鐘，然后在340℃、360℃和380℃下和5torr的壓力下各加熱30分鐘，并且還在450℃下加熱1小時(shí)，以形成無色的透明膜(厚2,000)。
在通過掃描電子顯微鏡觀察該膜的截面時(shí)，證實(shí)形成了氣孔。該膜的介電常數(shù)為1.98，彈性模量為3GPa，孔隙率為15體積％。
(3-2)低介電絕緣膜的拋光當(dāng)待拋光表面在以下條件下時(shí)，在如上所述制造的低介電絕緣膜上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。以下拋光試驗(yàn)是在低介電絕緣膜容易發(fā)生剝離的條件下的加速試驗(yàn)。
化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)器Mirra/Mesa(由Applied Materials公司制造)用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體的類型CMS-8301(商品名稱，由JSR公司制造，包含作為磨料粒的膠態(tài)氧化硅)用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體的供應(yīng)速率100ml/min臺(tái)板的轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分機(jī)頭的轉(zhuǎn)速54轉(zhuǎn)/分機(jī)頭壓力擋圈壓力6.5磅/英寸膜板壓力；5.0磅/英寸內(nèi)管壓力0.0磅/英寸拋光時(shí)間15秒在通過光學(xué)顯微鏡觀察拋光面時(shí)，在低介電絕緣膜的外圍存在剝離。
當(dāng)?shù)徒殡娊^緣膜發(fā)生剝離時(shí)，發(fā)生剝離處離絕緣膜外圍的最大值示于表3。最大值“0”表示未發(fā)生剝離。
(4)測(cè)定低介電絕緣膜外圍的剝離(當(dāng)該金屬膜是待拋光表面并且該低介電絕緣膜是底層時(shí))(4-1)化學(xué)機(jī)械拋光性能的測(cè)定在以下條件下對(duì)ATDF800LKD003(商品名稱，由Advanced TechnologyDevelopment Facility公司制造，通過按所述順序在硅基板上形成碳化硅層、在該層除了布線部分之外的部分上形成LKD5109低介電絕緣膜(商品名稱，由JSR公司制造)以及在該低介電絕緣膜上淀積作為阻擋金屬的鉭和作為布線材料的銅來制備測(cè)試晶片)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。以下拋光試驗(yàn)是在低介電絕緣膜容易發(fā)生剝離的條件下的加速試驗(yàn)。
化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)器Mirra/Mesa(由Applied Materials公司制造)用于化學(xué)機(jī)械拋光的水基分散體iCue5003(商品名稱，由CabotMicroelectronics有限公司制造，包含作為磨料粒的二氧化硅)和30質(zhì)量％的過氧化氫水以11∶1的體積比混合的混合物水基分散體的供應(yīng)速率100ml/min臺(tái)板的轉(zhuǎn)速120轉(zhuǎn)/分機(jī)頭的轉(zhuǎn)速108轉(zhuǎn)/分機(jī)頭壓力擋圈壓力6.5磅/英寸膜板壓力5.0磅/英寸內(nèi)管壓力4.0磅/英寸拋光時(shí)間15秒至于拋光后的拋光面，使用光學(xué)顯微鏡檢查底部低介電絕緣膜外圍處的剝離。
當(dāng)?shù)徒殡娊^緣膜發(fā)生剝離時(shí)，發(fā)生剝離處離絕緣膜外圍的最大值示于表3。
實(shí)施例2-10除了如表1所示改變?cè)?1-1)用于化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的組合物的制備中的原材料種類和數(shù)量之外，重復(fù)實(shí)施例1的方法。該測(cè)定結(jié)果示于表2和3。
表1中的縮寫表示以下物質(zhì)。表1中的數(shù)值是質(zhì)量份。
RB8301，2-聚丁二烯(由JSR公司制造，商品名稱JSR RB830)RB8101，2-聚丁二烯(由JSR公司制造，商品名稱JSR RB810)TR2827苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(由Kraton JSR Elastomers KK股份有限公司制造，商品名稱TR2827)HF55聚苯乙烯(由PS Japan有限公司制造，商品名稱HF55)β-CDβ-環(huán)糊精(由橫濱Bio Research公司制造，商品名稱Dexy Pearl β-40，平均粒徑20μm)D40由NOF公司制造，商品名稱PercumylD40包含40質(zhì)量％過氧化二枯基PHR以100質(zhì)量份不溶于水的成分的原料為基礎(chǔ)的有機(jī)過氧化物量(就純的有機(jī)過氧化物產(chǎn)物而言的質(zhì)量份)對(duì)比實(shí)施例1除了使用由Rodel&Nitta有限公司制造的IC1000作為化學(xué)機(jī)械拋光襯墊之外，以和實(shí)施例1同樣的方法進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光和測(cè)定。該測(cè)定結(jié)果示于表2和3。因?yàn)镮C1000沒有用于透射光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)器的檢測(cè)光的窗口部分，并且不能使用光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)器，所以根據(jù)實(shí)施例1將第一階段拋光時(shí)間設(shè)定為150秒。
表1
表2
表權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光襯墊，在以下條件下測(cè)量拋光基板在30℃和60℃下的儲(chǔ)存彈性模量時(shí)，該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)小于或等于120MPa，而且在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)與在60℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(60℃)的比(E′(30℃)/E′(60℃)大于或等于2.5，條件如下初始負(fù)荷100g最大偏移0.01％頻率0.2Hz。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊，其中該拋光基板由不溶于水的成分和分散在該不溶于水的成分中的水溶性顆粒組成，而且該不溶于水的成分包括通過以100重量份有機(jī)材料為基礎(chǔ)用0.01-0.6質(zhì)量份交聯(lián)劑交聯(lián)該有機(jī)材料獲得的交聯(lián)有機(jī)材料，或者包括這種交聯(lián)有機(jī)材料和非交聯(lián)有機(jī)材料。
3.一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，包括通過使用權(quán)利要求1或2的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的化學(xué)機(jī)械拋光方法，其中該化學(xué)機(jī)械拋光步驟是形成由銅制成的金屬鑲嵌線路的步驟。
全文摘要
一種化學(xué)機(jī)械拋光襯墊，在以下條件下測(cè)量拋光基板在30℃和60℃下的儲(chǔ)存彈性模量時(shí)，該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)小于或等于120MPa，而且在30℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(30℃)與在60℃下的儲(chǔ)存彈性模量E′(60℃)的比(E′(30℃)/E′(60℃))大于或等于2.5，條件如下初始負(fù)荷100g；最大偏移0.01％；頻率0.2Hz。使用上述化學(xué)機(jī)械拋光襯墊的化學(xué)機(jī)械拋光方法。該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊可以抑止在化學(xué)機(jī)械拋光步驟中在被拋光表面產(chǎn)生刮痕，并且可以提供高質(zhì)量的拋光表面，而且該化學(xué)機(jī)械拋光方法通過使用該化學(xué)機(jī)械拋光襯墊而提供高質(zhì)量的拋光表面。
文檔編號(hào)B24B37/24GK1757483SQ20051011327
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者田野裕之, 西村秀樹, 志保浩司 申請(qǐng)人:Jsr株式會(huì)社