專利名稱：包含磁性感應(yīng)粒子的拋光墊及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于化學(xué)-機(jī)械拋光的拋光墊。
背景技術(shù)：
化學(xué)-機(jī)械拋光("CMP")過程用于制造微電子裝置以在半導(dǎo)體晶片、集成 電路、場(chǎng)發(fā)射顯示器及許多其他微電子基板上形成平坦表面。舉例而言，半 導(dǎo)體裝置的制造一般包括形成各種工藝層、對(duì)這些層的部分進(jìn)行選擇性移除 或圖案化、及在半導(dǎo)體基板表面上方沉積額外的工藝層以形成集成電路。舉 例來說，這些工藝層可包括絕緣層、柵極氧化層、導(dǎo)電層、及金屬或玻璃的 層等。在該過程的某些步驟中一般要求工藝層的最上部表面為平面的，即平 坦的，以用于沉積后續(xù)的層。CMP用于工藝層的平坦化，其中諸如傳導(dǎo)或 絕緣材料的沉積材料經(jīng)拋光以使晶片平面化而用于后續(xù)的處理步驟。
在典型CMP過程中，晶片倒置安裝于CMP工具的載體上。通過力，將 該載體及該晶片朝著拋光墊向下推動(dòng)。將載體及晶片在位于該CMP工具的 拋光臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)拋光墊上方旋轉(zhuǎn)。拋光組合物(也稱作拋光漿液)一般在拋光 過程期間加入至旋轉(zhuǎn)晶片與旋轉(zhuǎn)拋光墊之間。該拋光組合物通常含有與最上 部晶片層的部分相互作用或溶解最上部晶片層的部分的化學(xué)物質(zhì)，以及物理 上移除這(或這些)層的部分的研磨材料。晶片及拋光墊可以相同方向或相 反方向旋轉(zhuǎn)，為了進(jìn)行特定拋光過程，無論哪一種旋轉(zhuǎn)方式均是需要的。該 載體還可橫跨拋光臺(tái)上的拋光墊而振蕩。
包括聚合物浸漬織物、微孔薄膜、多孔聚合物發(fā)泡體、無孔聚合物薄片、及 燒結(jié)熱塑性粒子。含有浸漬于聚酯非編織織物中的聚氨酯樹脂的襯墊為聚合 物浸漬織物拋光墊的例示。
盡管注意力已針對(duì)用于CMP的拋光墊的改良，但在CMP過程中該拋光 墊通常為固定元件。也就是說， 一旦拋光墊選定并投入使用，則在化學(xué)-機(jī) 械拋光操作過程期間拋光墊的物理特征不可改變。然而，當(dāng)表面經(jīng)拋光并接近于平面度時(shí)，所拋光的基板的表面特征經(jīng)歷改變。因此，在拋光操作期間 仍需要可控制拋光墊特征的拋光墊、拋光系統(tǒng)及拋光方法。
本發(fā)明提供這種拋光墊、系統(tǒng)及方法。由本文提供的本發(fā)明的描述，將

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種包含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng)粒子
(magnetically sensitive particle)的拋光墊，其中當(dāng)存在夕卜力口；茲場(chǎng)時(shí)，該拋光墊 的一種或多種性質(zhì)會(huì)改變。本發(fā)明還提供一種拋光系統(tǒng)，其包含(a)拋光墊和 (b)強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)，其中，該拋光墊包含可變形拋光墊主體及分散于其中 的磁性感應(yīng)粒子，其中當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，該拋光墊的一種或多種性質(zhì)會(huì)改 變，且該強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)設(shè)置在接近于該拋光墊的位置處。本發(fā)明進(jìn)一步 提供一種拋光基板的方法，其包括(a)提供拋光墊，該拋光墊包含可變形拋光 墊主體及分散于其中的;茲性感應(yīng)粒子，其中當(dāng)存在外加》茲場(chǎng)時(shí)，該拋光墊的 一種或多種性質(zhì)會(huì)改變，(b)將該拋光墊與基板接觸，(c)向該拋光墊施加J茲場(chǎng)， 及(d)相對(duì)于該基板移動(dòng)該拋光墊，從而拋光該基板。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供拋光墊，其包含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng) 粒子，其中當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，拋光墊的一種或多種性質(zhì)會(huì)改變。當(dāng)將磁場(chǎng) 施加至本發(fā)明的拋光墊時(shí)，可變形拋光墊主體內(nèi)含有的》茲性感應(yīng)粒子受該f茲 場(chǎng)排斥或吸引，并對(duì)該可變形拋光墊主體施加力。該力引起拋光墊主體變形 (例如，以一個(gè)或多個(gè)維度延伸或收縮)，其改變包含可變形拋光墊主體的拋 光墊的一種或多種性質(zhì)。因此，本發(fā)明的拋光墊允許使用者在使用期間通過 施加磁場(chǎng)至拋光墊而定制拋光墊的性質(zhì)。
在本文中，術(shù)語"外加磁場(chǎng)"指的是除任何天然磁場(chǎng)(例如，地球磁場(chǎng))之 外，施加至本發(fā)明的拋光墊的^f茲場(chǎng)，其可存在于使用拋光墊的特定位置。在 本文中，術(shù)語"磁性感應(yīng)粒子"指的是受外加磁場(chǎng)吸引或排斥的任何粒子。
磁性感應(yīng)粒子可包含無機(jī)粒子、有機(jī)粒子，或無機(jī)與有機(jī)粒子的混合物。 無機(jī)磁性感應(yīng)粒子在本領(lǐng)域中是公知的，且包括Fe304、 Nd-Fe-B、 Ba-Sr鐵 氧體、Ni-Zn-Cu鐵氧體、SmCos、 Sm2Co17、鐵、鋼及其混合物。依照本發(fā)明使用的有機(jī)(或金屬-有機(jī))磁性感應(yīng)粒子包括編者為P. Day及A. F. Underhill (The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1999)的"Metal-Organic and Organic Molecular Magnets", 及編者為 Lahcene Ouahab及Eduard Yagubskii (KluwerAcademic Publishers , 2004)的 "Organic Conductors, Superconductors and Magnets: From Synthesis to Molecular Electronics"中所描 述的那些粒子。優(yōu)選地，有機(jī)或金屬-有機(jī)粒子選自V[四氰乙烯]j、 V[Cr(CN)] 。.9、 &(四氰乙烯)2、 KV[Cr(CN)6]、及C-60富勒烯，其中任何一V[Cr(CN)]~。.9'2.8H20、 KV[Cr(CN)6]'2 H20、及類似物)。
雖然磁性感應(yīng)粒子無需任何特定處理即可使用，但在某些情況下，例如， 可能需要涂覆該粒子以改良可變形拋光墊的材料中磁性感應(yīng)粒子的分散性 或粘著性?？墒褂萌魏魏线m涂層，條件是該涂層基本上不會(huì)干擾或消除粒子 的》茲感應(yīng)性(magnetic sensitivity)。有用的涂層包括聚合物涂層，諸如包含聚 氨酯、尼龍、聚乙烯、或任何其他賦予粒子所需性質(zhì)的聚合物的涂層。
可變形拋光墊主體可包含任何合適數(shù)量的》茲性感應(yīng)粒子。i茲性感應(yīng)粒子 的數(shù)量將影響可變形拋光墊主體回應(yīng)外加磁場(chǎng)的程度。增加磁性感應(yīng)粒子的 數(shù)量通常會(huì)增加可變形拋光墊主體在外加》茲場(chǎng)存在下變形的程度，且因此增 加拋光墊性質(zhì)改變的程度。減少磁性感應(yīng)粒子的數(shù)量一般具有相反的效果。 本發(fā)明的拋光墊可包含O.l重量％或更多(例如，5重量％或更多、或10重量 %或更多)的,茲性感應(yīng)粒子，諸如20重量°/?；蚋?例如，30重量％或更多)、 或40重量％或更多(例如，60重量％或更多)的^茲性感應(yīng)粒子。通常，本發(fā)明 的拋光墊包含60重量％或更少的磁性感應(yīng)粒子，且可包含40重量％或更少， 諸如20重量％或更少(例如，10重量％或更少、或5重量％或更少)的》茲性感 應(yīng)粒子。
磁性感應(yīng)粒子可具有任何合適的平均粒徑。在本文中，術(shù)語"平均粒徑" 指的是基于數(shù)字的平均直徑。通常，磁性感應(yīng)粒子具有5|am或更小的平均 粒徑，諸如3iam或更小，或甚至lnm或更小。^磁性感應(yīng)粒子的平均粒徑一 般在0.1至5jam的范圍內(nèi)，諸如0.3至3ium，或甚至0.5至l[im。磁性感應(yīng) 粒子可具有任何合適形狀，包括球形、長(zhǎng)方體、立方體、薄片、針形、及其 混合物。
包含磁性感應(yīng)粒子的可變形拋光墊主體可由任何合適材料制得，條件是，相對(duì)于無^F茲場(chǎng)存在時(shí)的拋光墊的性質(zhì)，當(dāng)施加f茲場(chǎng)時(shí)的拋光墊的性質(zhì)能 夠發(fā)生改變。當(dāng)然，外加磁場(chǎng)對(duì)拋光墊性質(zhì)的影響不僅取決于拋光墊的材料， 而且取決于拋光墊中存在的磁性感應(yīng)粒子的濃度及外加磁場(chǎng)強(qiáng)度。因此，所 使用特定材料的選擇取決于特定襯墊構(gòu)型及所需應(yīng)用。
一般而言，可變形拋光墊主體包含彈性材料，諸如天然或合成彈性聚合 物。合適的聚合物包括彈性體、聚氨酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、天然及合成橡膠、苯乙烯類聚合物、聚芳烴(polyaromatics)、氟聚合物、 聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨酯、熱固性聚氨酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯 酸酯、彈性聚乙烯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物與共混物。
包含可變形拋光墊主體及;茲性感應(yīng)粒子的拋光墊可具有任何合適的儲(chǔ) 能模量。當(dāng)無外加磁場(chǎng)存在時(shí)，拋光墊的儲(chǔ)能模量通常為100至1000MPa， 諸如400至900MPa或甚至450至800MPa(例如，500至700MPa)。拋光墊 可經(jīng)構(gòu)置以具有較低儲(chǔ)能模量，其可適用于某些應(yīng)用。因此，本發(fā)明的拋光 墊可具有350MPa或更少的儲(chǔ)能模量(例如，O.lMPa至350MPa,諸如lMPa 至350MPa,或lOMPa至350MPa，或甚至lOOMPa至350MPa)?？筛鶕?jù)ASTM D790中報(bào)道的方案(protocol)來確定拋光墊的儲(chǔ)能模量。
包含可變形拋光墊主體及磁性感應(yīng)粒子的拋光墊可具有任何合適的可 壓縮性?？蓧嚎s性一般規(guī)定為在給定負(fù)載下拋光墊厚度的改變百分比(例如， 在給定負(fù)載下拋光墊的厚度與原始拋光墊厚度(無負(fù)載)的百分比)。用于確定 拋光墊的可壓縮性的優(yōu)選方法包含(a)確定無任何外加負(fù)載時(shí)拋光墊的厚度 (Dl)， (b)向拋光墊施加給定負(fù)載(例如，32kPa(4.7psi))—分鐘以壓縮拋光墊， (c)確定該經(jīng)壓縮的拋光墊的厚度(D2)，及(d)根據(jù)下列關(guān)系確定壓縮百分比
壓縮百分比(％) = [(D1 - D2)/Dl]x100。
可借助于市售儀器(例如，B.C. Ames Inc.制造的"Ames Meter"型 BG2500-l-04)來確定拋光墊的可壓縮性。無外加石茲場(chǎng)存在時(shí)，在32kPa負(fù)載 下拋光墊的平均壓縮百分比一般為2%或更高，諸如4%或更高，或甚至10% 或更高(例如15%或更高，或甚至20%或更高)。可壓縮性一般在2%至50% 的范圍內(nèi)，諸如4%至40%、或10%至30%。
包含可變形拋光墊主體及;茲性感應(yīng)粒子的拋光墊可具有任何合適的回 彈性。回彈性通常表述為回彈能力百分比。確定拋光墊的回彈能力百分比的 優(yōu)選方法包括(a)確定無任何外加負(fù)載時(shí)拋光墊的厚度(Dl), (b)向拋光墊施
加給定負(fù)載(例如，32kPa(4.7psi))—分鐘以壓縮拋光墊，(c)確定該經(jīng)壓縮的 拋光墊的厚度(D2)， (d)自拋光墊移除負(fù)載及允許拋光墊回彈一分鐘，(e)確定 該回彈的拋光墊的厚度(D3),及(f)根據(jù)下列關(guān)系確定拋光墊的回彈能力百分 比
回彈百分比(％) = [(D3 - D2)/(D1 - D2)]xl00。
與可壓縮性相同，拋光墊的回彈百分比可借助于市售儀器來確定，諸如 前述的"Ames Meter"。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，需要拋光墊在無外加^茲場(chǎng)存在下仍 具有高回彈能力百分比。因此，當(dāng)施加32kPa(4.7psi)負(fù)載之后，拋光墊優(yōu)選 具有50%或更高的回彈能力百分比，諸如60%或更高、或甚至85%或更高。 當(dāng)然，25%或更高的較低回彈能力百分比(例如，30%或更高、或40%或更高) 可適用于某些應(yīng)用。
包含可變形拋光墊主體及磁性感應(yīng)粒子的拋光墊可具有任何合適的硬 度。可根據(jù)使用硬度計(jì)的肖氏(Shore)方法，例如根據(jù)ASTM D-2240-95來量 測(cè)硬度。因此，本發(fā)明的拋光墊可具有40A至90D的肖氏硬度。 一般地， 無外加;茲場(chǎng)存在下，拋光墊的肖氏硬度為90D或更低，諸如70D或更低、 或甚至50D或更低(其中編號(hào)"D"表示肖氏"D"級(jí)的硬度)，且在40D至90D 的范圍內(nèi)，諸如50D至80D。對(duì)于需要較軟拋光墊的應(yīng)用，本發(fā)明的拋光墊 可經(jīng)構(gòu)置以具有40A或更高(例如，40A至90A)或60A或更高(例如，60A 至90A)、或甚至70A或更高(例如，70A至90A)的肖氏硬度。
包含可變形拋光墊主體及磁性感應(yīng)粒子的拋光墊可通過任何合適方法 來制造。許多這類方法在本領(lǐng)域中是已知的。合適的方法包括鑄造、切割、 反應(yīng)注射成型、注射吹塑、壓縮成型、燒結(jié)、熱成型、或?qū)⑦x定材料壓成所 需形狀。該聚合物通常為預(yù)成型聚合物；盡管如此，該聚合物也可根據(jù)任何 合適方法原位成型，許多這類方法在本領(lǐng)域中是已知的(例如，參見Szycher's Handbook of Polyurethanes， CRC Press: New York, 1999，第3章)。舉例而 言，熱塑性聚氨酯可通過氨基甲酸酯預(yù)聚物(諸如，異氰酸酯、二異氰酸酯、 及三異氰酸酯預(yù)聚物)與含有異氰酸酯反應(yīng)性部分的預(yù)聚物的反應(yīng)而原位形 成。合適的異氰酸酯反應(yīng)性部分包括胺類及多元醇。也可使用發(fā)泡聚合物， 諸如聚氨酯發(fā)泡聚合物，其主要包含開孔或閉孔，或開孔與閉孔的混合物。 現(xiàn)有技術(shù)中說明了用于發(fā)泡聚合物的技術(shù)，其包括mucell方法、相變換方法、 旋節(jié)線或雙峰式分解方法、及加壓氣體注入方法。優(yōu)選地，使用mucell方法或加壓氣體注入方法制造拋光墊。
包含磁性感應(yīng)粒子的拋光塾及可變形拋光墊主體可具有任何合適的形 狀。通常，拋光墊及可變形拋光墊主體的形狀為帶狀、圓盤或平面多邊形立 體形狀(例如長(zhǎng)方體)，其包含提供前部及后部"表面"的兩個(gè)寬表面及位于拋 光墊和可變形拋光墊主體周邊上的一個(gè)或多個(gè)邊緣表面。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)拋光墊及 可變形拋光墊主體的裝置中使用時(shí)，拋光墊及可變形拋光墊主體具有垂直于 該"表面"的旋轉(zhuǎn)軸。
可以任何合適方式影響^f茲性感應(yīng)粒子的分布。舉例而言，在將材料形成為所 需形狀之前，可通過混合或共混將磁性感應(yīng)粒子與可變形拋光墊的材料組 合。
感應(yīng)粒子的均勻分布，或;茲性感應(yīng)粒子可以非均勻方式分布。舉例而言，磁 性感應(yīng)粒子可集中于可變形拋光墊主體的特定厚度中，諸如在可變形拋光墊 的一個(gè)或兩個(gè)表面處或附近，或在可變形拋光墊主體的厚度中心處。^磁性感 應(yīng)粒子也可集中于離可變形拋光墊主體的旋轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或多個(gè)距離(distances)處，諸如在可變形拋光墊主體周邊處或附近，或接近于旋轉(zhuǎn)軸。 可選"t奪地，7磁性感應(yīng)粒子可分布于拋光墊的選定區(qū)域中。優(yōu)選地，》茲性感應(yīng) 粒子以降低拋光期間邊緣效應(yīng)的方式(例如，降低基板邊緣以不同于基板其 他部分的速率拋光的趨勢(shì))分布于拋光墊中。
當(dāng)以非均勻方式分布時(shí)，磁性感應(yīng)粒子可分布于獨(dú)特的集中區(qū)域中，或 可沿濃度梯度分布。舉例而言，^磁性感應(yīng)粒子可以在可變形拋光墊主體周邊 處以最高濃度存在，其具有朝向旋轉(zhuǎn)軸的逐漸降低的濃度梯度，或反之亦然 (例如，墊中心處濃度最高，且朝向旋轉(zhuǎn)軸濃度逐漸降低)。相同類型的梯度 也可在襯墊的整個(gè)厚度方向上建立。舉例而言，磁性粒子的濃度在表面處可 最高且朝向中心厚度而降低，或反之亦然?？蛇x擇地，磁性粒子的濃度可自 一個(gè)表面到相對(duì)表面而穩(wěn)定增加或減少?？勺冃螔伖鈮|主體中磁性感應(yīng)粒子 濃度的梯度可為線性的或非線性的。
可變形拋光墊主體中^f茲性感應(yīng)粒子的非均勻分布可通過任何合適方法 完成。舉例而言，不同類型或尺寸的磁性感應(yīng)粒子的沉降性質(zhì)可用于在成型 之前建立可變形拋光墊的材料中的濃度梯度。同樣，可使用具有不同濃度磁性感應(yīng)粒子的層或部分來形成可變形拋光墊主體。可選"f奪地，可將》茲性感應(yīng) 粒子以任何合適圖案或梯度嵌入成型的拋光墊表面中，隨后在任選施加的壓 力下，將可變形拋光墊主體的材料加熱至其流動(dòng)溫度，以使粒子結(jié)合入該材 料中。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，用于可變形拋光墊主體中粒子的非均勻分 布的其他方法是易于了解的。
可將本發(fā)明的拋光墊構(gòu)型為頂部襯墊或副襯墊。在許多拋光方法中，頂 部襯墊為實(shí)際與正被拋光的基板表面接觸的拋光墊。因此，頂部襯墊包含拋 光表面。副襯墊在頂部村墊之下并支撐頂部襯墊。當(dāng)構(gòu)型為頂部村墊時(shí)，本 發(fā)明的拋光墊通常與副襯墊結(jié)合使用?？蛇x擇地，當(dāng)構(gòu)型為頂部襯墊時(shí)，本 發(fā)明的拋光墊通常與副襯墊結(jié)合使用。
頂部襯墊中的任一種或兩種可包含^l性感應(yīng)粒子。4艮據(jù)本發(fā)明的該方面，可 由單獨(dú)聚合物薄片的不同層、或由聯(lián)合或結(jié)合在一起的單獨(dú)聚合物薄片提供 頂部襯墊及副村墊。當(dāng)由單獨(dú)聚合物薄片提供頂部襯墊及副襯墊時(shí)，期望在 無需使用粘著劑(例如，無需介入的粘著劑層)的情況下使頂部襯墊聚合物薄 片與副襯墊聚合物薄片聯(lián)合。舉例而言，頂部襯墊薄片及副襯墊薄片可通過 焊接(例如超聲焊接)、熱粘結(jié)、輻射活化粘結(jié)、層壓，或共擠出而接合?？蛇x擇地，可由單層聚合物薄片的不同層或部分提供頂部襯墊及副襯墊。舉例而言，單層聚合物薄片可經(jīng)歷改變?cè)搯螌泳酆衔锉∑囊粋€(gè)或兩個(gè)表面的物 理性質(zhì)，以提供雙層聚合物薄片的過程，其中一個(gè)層用作頂部襯墊且另一層 用作副襯墊。舉例而言，可使固體聚合物薄片選擇性發(fā)泡，從而將孔隙度引 入該聚合物薄片的一個(gè)表面中，形成具有無需使用粘著劑即可附著至固體層 的多孔層的雙層聚合物薄片(例如，雙層拋光墊)。這些層中的一層提供頂部 襯墊，且其他層提供副村墊。拋光墊的一層或兩層可包含》茲性感應(yīng)粒子。根 據(jù)以上配置的任一種，優(yōu)選由包含》茲性感應(yīng)粒子的多孔層提供副村墊。
當(dāng)構(gòu)型為頂部襯墊/副襯墊組合、或作為單片拋光墊時(shí)，本發(fā)明的拋光墊 可進(jìn)一步包含拋光表面?？捎烧持蚝附又量勺冃螔伖鈮|主體表面的單獨(dú)材 料層提供該拋光表面，或可由可變形拋光墊主體的表面提供該拋光表面。當(dāng) 由單獨(dú)材料層提供拋光表面時(shí)，可通過任何合適方法，諸如通過摩擦(例如， 無介入層)、鉤環(huán)型聯(lián)鎖織物、真空、磁力、各種粘著化合物及膠帶、使用 化學(xué)物質(zhì)、熱量及/或壓力"焊接"這些層、或其他各種方法，將該拋光表面粘 著或焊接至可變形拋光墊主體的表面上。通常，將諸如聚對(duì)苯二曱酸乙二醇 酯薄膜的中間村里層設(shè)置于拋光層與副襯墊之間。本發(fā)明的拋光墊的配置可 視需要而與副襯墊結(jié)合使用。
無論由可變形拋光墊主體的表面提供或由單獨(dú)材料層提供，拋光表面可 包含任何合適材料，諸如前面在關(guān)于可變形拋光墊主體的內(nèi)容中所提及的聚 合物中的任何一種或多種。該材料可相同于或不同于可變形拋光墊主體的材 料。通常，拋光表面包含無孔聚氨酯。
拋光表面可進(jìn)一步包含凹槽、溝道、和/或穿孔，其有利于拋光組合物在 整個(gè)拋光墊表面上的橫向輸送。這種凹槽、溝道或穿孔可為任何合適圖案， 且可具有任何合適的深度及寬度。拋光表面可具有兩種或兩種以上不同的凹
槽圖案，諸如大凹槽與小凹槽的組合，如美國(guó)專利第5,489,233號(hào)中所述。 合適的凹槽圖案的實(shí)例包括傾斜凹槽、同心凹槽、螺旋形或圓形凹槽、及 XY交叉影線圖案(crosshatch pattern),就連通性來說，其可為連續(xù)的或不連 續(xù)的。優(yōu)選地，拋光表面至少包含通過標(biāo)準(zhǔn)襯墊調(diào)節(jié)方法制造的小凹槽。
拋光表面可不含磁性感應(yīng)粒子，或可包含任何合適數(shù)量的磁性感應(yīng)粒 子。可用前述關(guān)于可變形拋光墊主體的相同方式來配置拋光表面中^f茲性感應(yīng) 粒子的濃度及分布。在根據(jù)本發(fā)明的給定拋光墊中，拋光表面中磁性感應(yīng)粒 子的濃度及分布可相同于或不同于可變形拋光墊主體中磁性感應(yīng)粒子的濃 度及分布。
當(dāng)拋光表面包含磁性感應(yīng)粒子時(shí)，該粒子優(yōu)選經(jīng)涂覆以防止任何在拋光 期間暴露的粒子刮擦基板的表面?？蛇x擇地，用于拋光表面的磁性感應(yīng)粒子 可由不會(huì)刮擦正被拋光的基板表面的材料制得，諸如非研磨性金屬-有機(jī)或 有機(jī)粒子。必須根據(jù)正被拋光的基板的特定類型來確定給定類型的非研磨性 粒子是研磨性的還是非研磨性的。磁性感應(yīng)粒子通常位于拋光墊中，使得其 在拋光期間不會(huì)自拋光墊表面凸出。然而，磁性感應(yīng)粒子可位于拋光墊中， 使得其自表面凸出以便提供研磨性拋光表面。當(dāng)存在磁場(chǎng)時(shí)，自拋光墊表面 凸出的磁性感應(yīng)粒子起雙重作用，即，在拋光墊中提供固定研磨劑及如本文 所述提供拋光墊性質(zhì)的改變。
本發(fā)明的拋光墊可經(jīng)構(gòu)置以與原位拋光終點(diǎn)沖僉測(cè)系統(tǒng)結(jié)合使用。原位終 點(diǎn)檢測(cè)一般包括，在拋光期間，通過使用光或其他形式的輻射來分析基板的 表面，以便確定拋光過程的終點(diǎn)。期望地，本發(fā)明的拋光墊包含開口(port)
或隙孔，其提供光或其他形式的輻射可行進(jìn)而到達(dá)基板表面的路徑?？捎韶?穿可變形拋光墊主體、拋光表面、副襯墊及拋光墊包含的任何其他層的厚度 而形成的孔提供該開口或隙孔?？蛇x擇地，拋光墊可包含對(duì)檢測(cè)技術(shù)中使用 的光或其他輻射呈半透明或透明的合適聚合物或其他材料的"窗口"。所使用 的特定類型的開口或隙孔取決于所選擇的特定終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)及為達(dá)成此目 的而使用的輻射的類型。通過分析自工件表面反射的光或其他輻射而4全驗(yàn)及
監(jiān)視拋光過程的技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的。例如，美國(guó)專利第5，196，353號(hào)、 美國(guó)專利第5,433,651號(hào)、美國(guó)專利第5,609,511號(hào)、美國(guó)專利第5,643,046 號(hào)、美國(guó)專利第5，658，183號(hào)、美國(guó)專利第5,730,642號(hào)、美國(guó)專利第5,838,447 號(hào)、美國(guó)專利第5，872，633號(hào)、美國(guó)專利第5,893,796號(hào)、美國(guó)專利第5,949,927 號(hào)、及美國(guó)專利第5，964，643號(hào)中描述這類方法。
在將磁場(chǎng)施加至包含可變形拋光墊主體的拋光墊時(shí)，可變形拋光墊主體 (或包含可變形拋光墊主體的拋光墊)的一種或多種性質(zhì)會(huì)改變，期望改變至 足以影響拋光墊的拋光性能的程度。改變的性質(zhì)可為拋光墊的任何性質(zhì)，包 括儲(chǔ)能模量、可壓縮性、回彈性、及硬度。拋光墊的優(yōu)選配置包括含有磁性 感應(yīng)粒子的可變形拋光墊主體，其中，該-茲性感應(yīng)粒子的數(shù)量使得當(dāng)存在1 至1000高斯(例如，5至500高斯、10至250高斯、或50至200高斯)的外 加》茲場(chǎng)時(shí)，與不存在外加^f茲場(chǎng)的拋光墊相比，這些性質(zhì)中的一種或多種將改 變5%或更多(例如，10%或更多)，諸如15%或更多(例如，20%或更多)、或 甚至25%或更多(例如，30%或更多)。
本發(fā)明的拋光墊還可包含其他拋光墊元件，諸如加強(qiáng)層、額外的副襯墊、 粘著劑層、襯里材料(backingmaterial),及其他典型組件。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種拋光系統(tǒng)，其包含(a)拋光墊，該拋光墊包含可變 形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng)粒子，其中當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，該拋 光墊的一種或多種性質(zhì)會(huì)改變，及(b)強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)設(shè)置在接近 于拋光墊的位置處。該拋光系統(tǒng)的拋光墊如以上關(guān)于本發(fā)明的拋光墊所描 述。
該強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)可由任何合適裝置提供，諸如磁體或電磁體。本文 中的術(shù)語"強(qiáng)度可調(diào)整"涵蓋強(qiáng)度可變的磁場(chǎng)(例如，在強(qiáng)度連續(xù)區(qū)上可變)以 及多重強(qiáng)度的磁場(chǎng)(例如，具有多重固定強(qiáng)度設(shè)定)。當(dāng)強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)由 具有多重固定強(qiáng)度設(shè)定的磁場(chǎng)提供時(shí)，優(yōu)選該磁場(chǎng)具有多于兩種強(qiáng)度設(shè)定(例如，多于"開"及"關(guān)"設(shè)定)，以獲得更大的改變拋光墊性質(zhì)的適應(yīng)性。例如, 可通過增加或減少供電量，或通過以較大或較小的程度使拋光墊免受^f茲場(chǎng)的 影響，從而調(diào)整場(chǎng)的強(qiáng)度。磁場(chǎng)的強(qiáng)度可調(diào)整的特征允許拋光系統(tǒng)的使用者 在使用期間改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而控制拋光墊的性質(zhì)。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)，由 ^磁性感應(yīng)粒子施加至可變形拋光墊主體上的力增加，且包含可變形拋光墊主 體的拋光墊的性質(zhì)以較大程度改變。類似地，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度降低時(shí)，拋光墊的 性質(zhì)以較小程度改變。
強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)設(shè)置在接近于拋光塾的位置處。為達(dá)成本發(fā)明的目 的，若強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)足夠接近拋光墊而改變拋光墊的一種或多種性質(zhì)， 則認(rèn)為該強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)"接近"于拋光墊?？蓪?qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)定位于 相對(duì)于拋光墊的任何合適位置。為達(dá)成本發(fā)明的目的，認(rèn)為磁場(chǎng)具有平行于 磁場(chǎng)引力及斥力方向的力線。通常，磁場(chǎng)經(jīng)定位以使得力線基本上垂直于拋 光墊的拋光表面?？蛇x擇地，磁場(chǎng)可經(jīng)定位以使得力線與拋光墊的拋光表面 成一角度，或甚至基本上平行于拋光墊的拋光表面。同樣，磁場(chǎng)源(例如， 磁體或電磁體)可相對(duì)于拋光墊及正被拋光的基板而定位，使得基板位于磁 場(chǎng)源與拋光墊之間，或，優(yōu)選地，使得拋光墊位于;茲場(chǎng)源與基板之間。
強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)應(yīng)能夠提供足夠的磁力以改變拋光墊的一種或多種 性質(zhì)。為達(dá)成此目的所需的力的大小取決于給定應(yīng)用中所使用的拋光墊的特定配置。 一般而言，能夠產(chǎn)生1至1000高斯(例如，5至500高斯、10至250 高斯、或50至200高斯)或更高的強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)是足夠的。
磁場(chǎng)強(qiáng)度可手動(dòng)控制(例如，由操作員控制)。當(dāng)使用手動(dòng)控制時(shí)，外加 磁場(chǎng)通常在拋光階段的開始或結(jié)束時(shí)或以預(yù)定時(shí)間間隔由操作員調(diào)整，以達(dá) 到或維持所需拋光參數(shù)(例如，移除速率、摩擦、粗糙度、凹陷等)。舉例而 言，在拋光期間監(jiān)視材料移除速率的操作員可調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度以改變或維持給 定的材料移除速率?？蛇x擇地，除手動(dòng)控制之外，例如可通過使用微處理器 來自動(dòng)控制磁場(chǎng)強(qiáng)度?？墒褂米詣?dòng)控制機(jī)構(gòu)以根據(jù)預(yù)先程序化的指令組或回 應(yīng)于拋光參數(shù)的改變而自動(dòng)調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度。舉例而言，可通過將反饋機(jī)構(gòu)結(jié) 合入拋光系統(tǒng)而回應(yīng)于拋光條件的改變來自動(dòng)調(diào)整^茲場(chǎng)，藉此使監(jiān)^L器^r測(cè) 到一個(gè)或多個(gè)拋光條件的改變并傳遞訊號(hào)至自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)以適當(dāng)調(diào)整》茲場(chǎng)。
本發(fā)明還提供一種拋光基板的方法，其包括(a)提供拋光墊，該拋光墊包 含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng)粒子，其中當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，拋光墊的一種或多種性質(zhì)會(huì)改變，(b)將拋光墊與基板接觸，(C)向拋光墊
施加強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)以改變拋光墊的一種或多種性質(zhì)，及(d)相對(duì)于基板移
動(dòng)拋光墊，從而拋光該基板。該拋光墊及強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)如本文關(guān)于本發(fā) 明的拋光墊及拋光系統(tǒng)所描述。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括在拋光期間調(diào)整強(qiáng)度可調(diào)整的》茲場(chǎng)。該;茲場(chǎng) 可手動(dòng)調(diào)整，或經(jīng)由如以上關(guān)于本發(fā)明的拋光系統(tǒng)所論述的自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)而 調(diào)整。優(yōu)選地，調(diào)整^f茲場(chǎng)以便達(dá)成所需的拋光性質(zhì)，以減少過度拋光或減少 基板的凹陷(例如，改善平面度及模內(nèi)均勻性)。
本發(fā)明的拋光墊及拋光系統(tǒng)尤其適于與化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)裝置結(jié)合 使用。通常，該裝置包含(a)壓板，其在使用時(shí)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)且具有由軌道、 線性或圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的速度，(b)本發(fā)明的拋光墊，其與該壓板接觸并在處于 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)與該壓板一起移動(dòng)，及(c)載體，其通過接觸并相對(duì)于拋光墊表面 移動(dòng)而固持待拋光的工件。進(jìn)行該工件的拋光是通過將工件置于與拋光墊接 觸處，隨后拋光墊相對(duì)于工件而移動(dòng)(其間通常具有拋光組合物)，以便研磨 該工件的至少 一部分而拋光該工件。該拋光組合物通常包含液體載體(例如， 含水載體)、pH調(diào)整劑、及任選的研磨劑。根據(jù)正被拋光的工件的類型，拋 光組合物視需要可進(jìn)一步包含氧化劑、有機(jī)酸、絡(luò)合劑、pH緩沖劑、表面 活性劑、緩蝕劑、抗泡劑、及類似物。CMP裝置可為任何合適的CMP裝置， 許多該裝置在本領(lǐng)域中是已知的。本發(fā)明的拋光墊及拋光系統(tǒng)還可與線性拋 光工具結(jié)合使用。
本發(fā)明的拋光墊、拋光系統(tǒng)及拋光方法適用于多種類型工件(例如，基 板或晶片)及工件材料的拋光方法中。舉例而言，拋光墊可用以拋光工件， 該工件包括記憶儲(chǔ)存裝置、玻璃基板、存儲(chǔ)器或硬磁盤、金屬(例如，貴金 屬)、磁頭、層間介電(ILD)層、聚合薄膜、低及高介電常數(shù)薄膜、鐵電體、 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、半導(dǎo)體晶片、場(chǎng)發(fā)射顯示器、及其他微電子基板，尤 其為包含絕緣層(例如，氧化硅、氮化硅或低介電材料)和/或含金屬的層(例如， 銅、鉭、鴒、鋁、鎳、鈦、鉬、釕、銠、銥，其合金及其混合物)的微電子 基板。此外，工件可包含任何合適的金屬?gòu)?fù)合物，可基本上由任何合適的金 屬?gòu)?fù)合物構(gòu)成，或可由任何合適的金屬?gòu)?fù)合物構(gòu)成。合適的金屬?gòu)?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 化硅及碳化鴒)、鎳-磷、鋁硼硅酸鹽、硼硅酸鹽玻璃、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、硅/鍺合金、及硅/鍺/碳合金。工件也可包含任何合 適的半導(dǎo)體基底材料，可基本上由任何合適的半導(dǎo)體基底材料構(gòu)成，或可由 任何合適的半導(dǎo)體基底材料構(gòu)成。合適的半導(dǎo)體基底材料包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、絕緣硅片(silicon-on-insulator)、及砷化鎵。
實(shí)施例
下列實(shí)施例說明根據(jù)本發(fā)明的拋光墊、拋光系統(tǒng)及拋光方法的制備及使用。
包含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng)粒子的拋光墊是通過 將聚氨酯發(fā)泡體粒子與磁鐵礦(Fe304)在高于聚氨酯流動(dòng)溫度的溫度下共混 而制造。該混合物經(jīng)鑄造成為圓盤形狀的拋光墊。
拋光墊安裝于CMP拋光機(jī)的壓板上作為位于標(biāo)準(zhǔn)聚氨酯頂部襯墊下方 的副襯墊，且經(jīng)圖案化的基板位于該拋光機(jī)的拋光工具上并與頂部襯墊的表 面接觸。功率可變的電磁體經(jīng)定位以使得拋光墊位于電磁體與基板之間，且 ^磁場(chǎng)的力線垂直于拋光墊的表面。開始進(jìn)行拋光工藝，并將拋光組合物供給 至拋光墊與基板的表面。電磁體處于"關(guān)"的位置。若干分鐘之后，檢測(cè)基板 表面中的凹陷，且電磁體以低功率啟動(dòng)。磁場(chǎng)的施加導(dǎo)致副村墊壓向壓板， 從而降低副襯墊的可壓縮性。拋光再繼續(xù)若干分鐘，此段時(shí)間后基板中的凹 陷減少，但仍然明顯。增加電磁體的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致副襯墊進(jìn)一步壓向壓板， 且拋光繼續(xù)進(jìn)行，其中基板的凹陷進(jìn)一步減少。
權(quán)利要求
1.一種拋光墊，包含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng)粒子，其中當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，該拋光墊的一種或多種性質(zhì)被改變。
2. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中在存在外加^茲場(chǎng)的情況下被改變的該拋光 墊的一種或多種性質(zhì)為選自下列的一種或多種性質(zhì)該拋光墊的儲(chǔ)能模量、 可壓縮性、回彈百分比、及硬度。
3. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中在無外加》茲場(chǎng)存在的情況下，該拋光墊具 有100至1 OOOMPa的儲(chǔ)能模量。
4. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中在無外加^茲場(chǎng)存在的情況下，該拋光墊在 32kPa的負(fù)載下具有2%或更高的平均壓縮百分比。
5. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中在無外加磁場(chǎng)存在的情況下，該拋光墊在 施加32kPa的負(fù)載后具有25。/。或更高的平均回彈百分比。
6. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中在無外加磁場(chǎng)存在的情況下，該拋光墊具 有40A至90D的肖氏硬度計(jì)硬度。
7. 權(quán)利要求l的拋光塾，其中該可變形拋光墊主體包含聚合物。
8. 權(quán)利要求7的拋光墊，其中該聚合物選自彈性體、聚氨酯、聚烯烴、 聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、天然及合成橡膠、苯乙烯類聚合物、聚芳烴、 氟聚合物、聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨酯、熱固性聚氨酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚 酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物與共混 物。
9. 權(quán)利要求8的拋光墊，其中該可變形拋光墊主體包含發(fā)泡聚合物。
10. 權(quán)利要求9的拋光墊，其中該發(fā)泡體主要包含開孔。
11. 權(quán)利要求9的拋光墊，其中該發(fā)泡體主要包含閉孔。
12. 權(quán)利要求9的拋光墊，其中該發(fā)泡體包含開孔與閉孔的混合物。
13. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子具有5μm或更小的平均粒徑。
14. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子為無機(jī)粒子。
15. 權(quán)利要求14的拋光墊，其中該f茲性感應(yīng)粒子選自Fe304、 Nd-Fe-B、 Ba-Sr鐵氧體、Ni-Zn-Cu鐵氧體、SmCo5、 Sm2Co17、鐵、鋼、及其混合物。
16. 權(quán)利要求14的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子為經(jīng)涂覆的粒子。
17. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子為有機(jī)粒子或金屬有機(jī)粒子。
18. 權(quán)利要求17的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子選自V[四氰乙烯]^、 V[Cr(CN)] 。.9、 Cr(四氰乙烯》、KV[Cr(CN)6]、及C-60富勒烯。
19. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子均勻分布于整個(gè)該可變形 拋光墊主體內(nèi)。
20. 權(quán)利要求1的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子以非均勻方式分布于整個(gè) 該可變形拋光墊主體內(nèi)。
21. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子以梯度形式分布于整個(gè)該 可變形拋光墊主體內(nèi)。
22. 權(quán)利要求l的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子分布于該墊的選定區(qū)域中。
23. 權(quán)利要求l的拋光墊，其進(jìn)一步包含拋光表面。
24. 權(quán)利要求23的拋光墊，其中該拋光表面由該可變形拋光墊主體的表面提供。
25. 權(quán)利要求23的拋光墊，其中該拋光表面由單獨(dú)的層提供。
26. 權(quán)利要求23的拋光墊，其中該拋光表面包含磁性感應(yīng)粒子。
27. 權(quán)利要求26的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子為經(jīng)涂覆的粒子。
28. 權(quán)利要求26的拋光墊，其中該磁性感應(yīng)粒子為有機(jī)粒子或金屬有機(jī) 粒子。
29. 權(quán)利要求23的拋光墊，其中該拋光表面無^茲性感應(yīng)粒子。
30. 權(quán)利要求l的拋光墊，其進(jìn)一步包含終點(diǎn)檢測(cè)開口。
31. —種拋光系統(tǒng)，其包含(a) 拋光墊，該拋光墊包含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng)粒 子，其中當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，該拋光墊的一種或多種性質(zhì)被改變，及(b) 強(qiáng)度可調(diào)整的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)位于接近于該拋光墊的位置處。
32. 權(quán)利要求31的拋光系統(tǒng)，其中該磁場(chǎng)的強(qiáng)度為手動(dòng)控制。
33. 權(quán)利要求31的拋光系統(tǒng)，其中該磁場(chǎng)的強(qiáng)度為自動(dòng)控制。
34. 權(quán)利要求33的拋光系統(tǒng)，其中該磁場(chǎng)的強(qiáng)度根據(jù)拋光條件的改變而 自動(dòng)調(diào)整。
35. 權(quán)利要求33的拋光系統(tǒng)，其中該磁場(chǎng)的強(qiáng)度根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序而 自動(dòng)調(diào)整。
36. 權(quán)利要求31的拋光系統(tǒng)，其中在存在外加》茲場(chǎng)的情況下被改變的該 拋光墊的一種或多種性質(zhì)為選自下列的一種或多種性質(zhì)該拋光墊的儲(chǔ)能模 量、可壓縮性、回彈百分比、及硬度。
37. —種拋光基板的方法，其包括(a) 提供拋光墊，該拋光墊包含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感 應(yīng)粒子，其中當(dāng)存在外加石茲場(chǎng)時(shí)，該拋光墊的一種或多種性質(zhì)被改變，(b) 將該拋光墊與基板接觸，(c) 向該拋光墊施加;茲場(chǎng)，以改變?cè)搾伖鈮|的一種或多種性質(zhì)，及(d) 相對(duì)于該基纟反移動(dòng)該拋光墊，^人而拋光該基斧反。
38. 權(quán)利要求37的方法，其進(jìn)一步包括在拋光期間調(diào)整該磁場(chǎng)的強(qiáng)度， 從而改變?cè)搾伖鈮|的一種或多種性質(zhì)。
39. 權(quán)利要求37的方法，其中該磁場(chǎng)的強(qiáng)度根據(jù)拋光條件的改變而調(diào)整。
40. 權(quán)利要求38的方法，其中該磁場(chǎng)的強(qiáng)度根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序而調(diào)整。
41. 權(quán)利要求38的方法，其中調(diào)整該^f茲場(chǎng)的強(qiáng)度，減少了該基板中的過 度拋光凹陷。
42. 權(quán)利要求37的方法，其中在存在外加磁場(chǎng)的情況下被改變的該拋光 墊的一種或多種性質(zhì)為選自下列的 一種或多種性質(zhì)該拋光墊的儲(chǔ)能模量、 可壓縮性、回彈性、及硬度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包含可變形拋光墊主體及分散于其中的磁性感應(yīng)粒子的拋光墊，其中當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，該拋光墊的一種或多種性質(zhì)得以改變。本發(fā)明進(jìn)一步提供包括這種拋光墊的拋光系統(tǒng)和拋光基板的方法。
文檔編號(hào)B24B37/04GK101203355SQ200680022413
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者羅納德·邁爾斯, 阿巴內(nèi)什沃·普拉薩德 申請(qǐng)人:卡伯特微電子公司