專利名稱：改進(jìn)缺陷度的多層拋光墊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的拋光墊，具體來說，本發(fā)明涉及多層拋光墊，以及能夠進(jìn)行低缺陷度拋光的多層拋光墊的制造方法。
背景技術(shù)：
在集成電路和其它電子器件的制造中，要在半導(dǎo)體晶片表面沉積或去除多層導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和電介質(zhì)材料?？梢杂煤芏喾N沉積技術(shù)沉積導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和電介質(zhì)材料薄層。在現(xiàn)代方法中常用的沉積技術(shù)包括物理蒸氣沉積(PVD，也被稱作濺射)、化學(xué)蒸氣沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)和電化學(xué)鍍敷(ECP)。
隨著材料層的順次沉積和去除，晶片的最上表面變得不平。由于隨后的半導(dǎo)體加工(例如金屬化)要求晶片有平的表面，需要對晶片進(jìn)行平面化處理。平面化處理可有效地除去不希望存在的表面外形和表面缺陷，例如粗糙表面、團(tuán)聚材料、晶格損壞、劃痕和受污染的層或材料。
化學(xué)機(jī)械平面化處理，即化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，是用于對半導(dǎo)體晶片之類的基材進(jìn)行平面化處理的常用技術(shù)。在常規(guī)的CMP中，晶片安裝在支架裝置上，并使晶片與CMP設(shè)備中的拋光墊接觸。所述支架裝置對晶片提供可控的壓力，將晶片壓在拋光墊上。外加驅(qū)動力使拋光墊相對于晶片運(yùn)動(例如旋轉(zhuǎn))。與此同時，使一種化學(xué)組合物(“漿液”)或其它流體介質(zhì)流到拋光墊上或流入晶片和拋光墊之間的間隙。由此，通過拋光墊表面和漿液的化學(xué)作用和機(jī)械作用，使晶片的表面拋光變平。
將聚合物(例如聚氨酯)澆鑄成塊、并將此塊狀體切割成(切成)幾個薄拋光墊的方法已經(jīng)被證明是一種行之有效的制造具有穩(wěn)定的可再現(xiàn)性拋光性質(zhì)的“硬”拋光墊的方法。不幸的是，使用澆鑄切割法制造的聚氨酯拋光墊會由于拋光墊的澆鑄位置而在拋光時產(chǎn)生一些不同。例如，從底部澆鑄和頂部澆鑄位置切割的拋光墊會具有不同的密度和孔隙率。另外，從過大尺寸的模制物上切割下的拋光墊，從中心到邊緣，密度和孔隙率會有不同。這些不同會對要求很高的用途，例如含多孔的脆性低k電介質(zhì)材料的成圖晶片造成負(fù)面影響。
另外，已經(jīng)證明使用溶劑/非溶劑法使聚合物凝固，形成網(wǎng)狀形式的拋光墊的方法，是一種有效制造“軟”拋光墊的方法。該方法(即網(wǎng)狀形式)消除了上文討論的一些在澆注切割法中發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)。不幸的是，通常使用的(有機(jī))溶劑(例如N，N-二甲基甲酰氨)處理起來可能很不方便，而且成本昂貴。另外，這些軟拋光墊可能會由于在凝固過程中形成的空隙的隨機(jī)定位和結(jié)構(gòu)而造成墊與墊之間的差異。
另外，可通過將兩個或更多個墊結(jié)合起來以形成拋光墊。例如，Pierce等人在美國專利第5287663號中揭示了通過將三層不同的材料結(jié)合起來，形成用于CMP的拋光墊。上部的相對不可壓縮的拋光層結(jié)合在一剛性層上，該剛性層由適于為所述不可壓縮的拋光層提供剛性的材料形成。所述剛性層位于一彈性層上，該彈性層由可壓縮材料制成，用來為剛性層提供彈性壓力。Pierce的三層拋光墊設(shè)計成以“彈性彎曲模式”操作。換言之，剛性層和彈性層依次工作，對拋光面造成受控?fù)锨?，使其與晶片表面的球狀外形相符，同時在晶片表面的局部外形上保持受控的剛性。
不幸的是，Pierce的復(fù)合拋光墊無法滿足未來對缺陷度更為苛刻的要求。例如，Pierce的堅(jiān)硬而相對不可壓縮的拋光層在被拋光的表面(具體來說是Cu低K材料)形成無法接收的缺陷度。盡管如此，人們?nèi)匀恍枰矑伖鈮|，尤其在低K拋光下可能用到的極低作用力(例如小于1psi)的情況下達(dá)到所需的拋光速率。
因此，需要能夠提供恒定的拋光性能、缺陷度低而且具有低制造成本的拋光墊。另外，人們需要具有改進(jìn)的密度和孔隙率的拋光墊。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明一方面中，提供了一種用來拋光半導(dǎo)體基材的復(fù)合化學(xué)機(jī)械拋光墊，所述拋光墊包括具有第一可壓縮性的拋光層；具有小于第一可壓縮性的第二可壓縮性的中間層；具有第三可壓縮性的底層，所述第三可壓縮性大于第二可壓縮性，且小于第一可壓縮性；所述拋光層的孔隙率至少為50體積％。


圖1顯示用來連續(xù)制造本發(fā)明的多層拋光墊的設(shè)備；
圖1A顯示本發(fā)明另一制造設(shè)備；圖2顯示用來連續(xù)精整本發(fā)明多層拋光墊的設(shè)備；圖3顯示由圖1所示的設(shè)備制造的多層拋光墊的截面圖；圖3A顯示由圖1所示的設(shè)備制造的另一多層拋光墊；圖3B顯示由圖1所示的設(shè)備制造的另一多層拋光墊。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種減少缺陷度而且提高拋光性能的多層拋光墊。較佳的是，所述拋光墊以網(wǎng)狀形式制得，減少了澆注-切割制得的“硬”拋光墊中經(jīng)常伴隨的墊與墊之間的差異。另外，所述拋光墊優(yōu)選是水基的而不是有機(jī)溶劑基的，比通過凝固法制成的現(xiàn)有技術(shù)的“軟”拋光墊更容易制造。而且，所述拋光墊具有高孔隙率，而且是多層的，減少了缺陷度，同時不會損害去除速率、外形控制和拋光墊壽命之類的其它的拋光性能。本發(fā)明的拋光墊可用來拋光半導(dǎo)體基材、剛性磁盤、光學(xué)產(chǎn)品和用來拋光半導(dǎo)體加工中的各種材料，例如ILD、STI、鎢、銅、低k電介質(zhì)和超低k電介質(zhì)。
下面來看附圖，圖1顯示用來制造本發(fā)明的多層拋光墊300的設(shè)備100。較佳的是，拋光墊300具有高孔隙率，以盡可能多地保持拋光漿液或活性液與晶片接觸。本發(fā)明人意識到，對于未來的拋光要求，拋光的化學(xué)貢獻(xiàn)將比機(jī)械貢獻(xiàn)重要得多。因此，本發(fā)明的拋光墊300是一種多層多孔(“多孔性”)拋光墊，該拋光墊具有孔隙率至少等于或大于50體積％的拋光層304。更佳的是，本發(fā)明的拋光墊300是一種多孔性拋光墊，該拋光墊具有孔隙率至少等于或大于65體積％的頂墊。最佳的是，本發(fā)明的拋光墊300是一種多孔性拋光墊，該拋光墊具有孔隙率至少等于或大于75體積％的頂墊。所述多孔性頂部拋光層304與“雙”子墊結(jié)合起來，提供了減少缺陷度，同時不會損害去除速率、外形控制和拋光墊壽命之類的其它拋光特性的本發(fā)明的多層拋光墊。
另外，本發(fā)明的拋光墊300具有在拋光層304的厚度中互連的空隙。通過這種方式，拋光碎屑會被吸收到拋光層304之內(nèi)，通過分散離開拋光層(界面)，移動到頂部拋光層304的下表面。另外，所述頂層由于具有高孔隙率而具有可壓縮性，而且被拋光液所浸潤飽和，因此在晶片之下的反復(fù)循環(huán)過渡階段，頂層可以將拋光液壓向晶片表面。另外，在拋光層304的厚度中，拋光墊300的互連孔結(jié)構(gòu)很均勻，使得在拋光墊磨損的時候，孔的截面結(jié)構(gòu)和與晶片接觸的表面區(qū)域仍然保持恒定。所述孔結(jié)構(gòu)可以是互連的微孔或圓柱形孔。
所述拋光墊300的拋光層304可通過各種方法形成，這些方法包括燒結(jié)、拉伸、徑跡蝕刻、模板蝕刻和相轉(zhuǎn)化。具體來說，相轉(zhuǎn)化的方法包括例如通過溶劑蒸發(fā)沉積，氣相沉積，受控的蒸發(fā)沉積，熱沉積和浸漬沉積。其它的制造互連孔的方法包括使用超臨界流體或低密度泡沫技術(shù)。
在本發(fā)明一實(shí)施方式中，多層拋光墊300以“卷狀”形式形成，使得可以“連續(xù)制造”，以減少在分批工藝中可能造成的不同拋光墊300之間的差異。設(shè)備100包括供料盤或解卷裝置(unwind station)102，上面儲存著以縱向連續(xù)形式螺旋纏繞的基材302。再來看圖3至圖3B，基材具有“雙”子墊構(gòu)造，包括中間的硬層312和底部的可壓縮層314。通過這種方式，硬中間層312在模頭范圍的長度上平衡了硬度，但是在晶片范圍的長度上與可壓縮性更高的層314結(jié)合發(fā)揮作用，成為撓性的。
通過驅(qū)動裝置104機(jī)械驅(qū)動進(jìn)料輥102以受控制的速度旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動裝置104包括例如帶106和馬達(dá)驅(qū)動的滑輪108。所述驅(qū)動裝置104任選包括馬達(dá)驅(qū)動的撓性軸或馬達(dá)驅(qū)動的齒輪系(未顯示)。
仍然參見圖1，由進(jìn)料輥102向連續(xù)傳送裝置110上提供連續(xù)基材302，所述傳送裝置110(例如不銹鋼帶)環(huán)繞在互相隔開的驅(qū)動輥112上?？捎民R達(dá)以一定的速度驅(qū)動驅(qū)動輥112，使傳送裝置110與連續(xù)背襯層302同步地線性傳送。通過傳送裝置110在各驅(qū)動輥112和相應(yīng)的惰輥112a之間的空間傳送基材302。惰輥112a與傳送裝置110相嚙合，用來主動循跡控制基材302。傳送裝置110具有支承在工作臺支架110b的平坦水平表面上的平坦部分110a，該平坦部分110a支承著基材302，將基材302傳送經(jīng)過連續(xù)的制造位點(diǎn)114、122和126。輥形式的支承部件110c沿傳送裝置110和基材302的側(cè)邊分布，用來主動循跡控制傳送裝置110和基材302。
第一制造位點(diǎn)114還包括儲存容器116和容器116出口處的噴嘴118。向容器116提供粘性流態(tài)聚合物組合物，通過噴嘴118將該組合物施加在連續(xù)基材302上。在容器116出口處使用泵120控制噴嘴118的流量。噴嘴118的寬度可與連續(xù)基材302相等，從而能覆蓋整個基材302。當(dāng)傳送裝置110將連續(xù)基材302傳送經(jīng)過制造位點(diǎn)114時，在基材302上就施加了連續(xù)的流體相拋光層304。所述流態(tài)聚合物組合物可以通過常規(guī)的粘著技術(shù)粘著在基材302上。
由于原料可在大的均勻供應(yīng)源內(nèi)混合，然后反復(fù)裝入容器116，這就減少了最終產(chǎn)物組成和性質(zhì)的差異。換言之，本發(fā)明提供了一種能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中澆注和切片法缺點(diǎn)的制造水基拋光墊的網(wǎng)狀方法。該方法的連續(xù)特性使得能夠精確控制多層多孔性拋光墊300的制造，可切割出具有所需區(qū)域圖案和尺寸的許多單獨(dú)的拋光墊300。所述許多單獨(dú)的拋光墊300減少了組成和性質(zhì)上的差異。
較佳的是，所述流態(tài)聚合物組合物是水基組合物。例如，該組合物可包含水基氨基甲酸乙酯分散體(例如購自位于美國康涅狄格州Middlebury的Crompton有限公司的W-290H、W-293、W-320、W-612和A-100，以及購自位于美國新澤西州West Paterson的Cytec Industries有限公司的HP-1035和HP-5035)和丙烯酸類分散體(例如購自位于美國賓夕法尼亞州費(fèi)城的羅門哈斯公司的RhoplexE-358)。另外，也可使用丙烯酸類/苯乙烯分散體(例如位于美國賓夕法尼亞州費(fèi)城的羅門哈斯公司的RhoplexB-959和E-693)之類的混合物。另外，也可使用水基氨基甲酸乙酯和丙烯酸類分散體的混合物。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，水基氨基甲酸乙酯和丙烯酸類分散體的混合物的重量百分比為100∶1至1∶100的。更佳的是，水基氨基甲酸乙酯和丙烯酸類分散體的混合物的重量百分比為10∶1至1∶10。最佳的是，水基氨基甲酸乙酯和丙烯酸類分散體的混合物的重量百分比為3∶1至1∶3。
所述水基聚合物能夠有效地形成多孔填充型拋光墊。出于本說明書的目的，用于拋光墊的填料包括能夠在拋光過程中脫落或溶解的固體顆粒，以及液體填充的顆粒或球體。出于本說明書的目的，孔隙結(jié)構(gòu)包括氣體填充的顆粒、氣體填充的球體以及由其它方式形成的空穴，所述其它方式是例如使用氣體使粘性體系機(jī)械發(fā)泡，向聚氨酯熔體內(nèi)注入熔體，通過產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)原位引入氣體，或通過減壓使溶解的氣體形成氣泡。另外，可通過例如改變pH值、改變離子強(qiáng)度或改變溫度使聚合物水分散體變得不穩(wěn)定，從而形成孔。
所述流態(tài)聚合物組合物可任選地包含其它添加劑，包括消泡劑(例如購自Cognis的Foamaster111)和流變改性劑(例如購自羅門哈斯公司的AcrysolASE-60、Acrysol I-62、Acrysol RM-12W、Acrysol RM-825和AcrysolRM-8W)。也可使用防結(jié)皮劑(例如購自Lanxess有限公司的Borchi-NoxC3和Borchi-Nox M2)和聚結(jié)劑(例如購自Eastman Chemicals的TexanolEster醇)之類的其它添加劑。另外，所述拋光墊應(yīng)由軟聚合物或至少一個相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于室溫的聚合物混合物制得。還可加入添加劑，例如可加入炭黑以提高耐磨性，加入PTFE以減少摩擦，或加入表面活性劑以提高潤濕性。
第二制造位點(diǎn)122包括例如刮片124，它距離連續(xù)背襯層302有預(yù)定距離，在它們之間形成一定余隙空間。當(dāng)傳送裝置110將連續(xù)基材302和流態(tài)拋光層304輸送過制造位點(diǎn)122的刮片124時，刮片124連續(xù)地對流態(tài)拋光層304進(jìn)行成形，將其制成預(yù)定的厚度。
第三制造位點(diǎn)126包括一固化烘箱128，例如傳送所述連續(xù)基材302和拋光層304的加熱通道。烘箱128使流體相拋光層304固化生成粘著在連續(xù)基材302上的連續(xù)固相拋光層304。應(yīng)緩慢除去水分，以免例如表面起泡。通過控制溫度和通過烘箱128的傳送速度來控制固化時間。烘箱可以是燃料加熱或電加熱的，采用輻射加熱或強(qiáng)制對流加熱，或者二者皆采用。
較佳的是，烘箱128的溫度可為50-150℃。更佳的是，烘箱128的溫度可為55-130℃。最佳的是，烘箱128的溫度可為60-120℃。另外，拋光層304可以5-20fpm(1.52-6.10mps)的速度通過烘箱128。較佳的是，拋光層304可以5.5-15fpm(1.68-4.57mps)的速度通過烘箱128。更佳的是，拋光層304可以6-12fpm(1.83-3.66mps)的速度通過烘箱128。
現(xiàn)在參見圖1A，當(dāng)離開烘箱128后，連續(xù)基材302粘著在連續(xù)的固相拋光層304上，構(gòu)成連續(xù)多層多孔拋光墊300。所述多層拋光墊300被螺旋纏繞在位于制造位點(diǎn)126后面的收集卷軸130上。該收集卷軸130由第二驅(qū)動裝置104驅(qū)動。收集卷軸130和第二驅(qū)動裝置104包括選擇性地位于制造設(shè)備100內(nèi)的獨(dú)立的制造位點(diǎn)。
現(xiàn)在參見圖2，任選地提供了對連續(xù)多層拋光墊300進(jìn)行表面精整或表面修飾的設(shè)備200。該設(shè)備200可包括與圖1所示類似的傳送裝置110，或包括相同傳送裝置110的延長部分。設(shè)備200的傳送裝置110包括驅(qū)動輥112，以及用來支承離開烘箱126的多層拋光墊300的平坦部分110a。拋光墊300在烘箱126內(nèi)固化之后，設(shè)備200的傳送裝置110將連續(xù)拋光墊300傳送經(jīng)過一個或多個制造位點(diǎn)201、208和212，在這些位點(diǎn)對其進(jìn)行進(jìn)一步的加工。設(shè)備200具有另外的平臺支架110b和另外的支承部件110c，這些支架和部件如圖1所示進(jìn)行操作。
可以用金剛石而不是用砂紙拋光固化的拋光層304，使拋光層304具有所需的表面拋光度和表面平整度。優(yōu)選可以使拋光層304裂開，以暴露出所需的表面拋光度。通過這種方式，將拋光墊表面的粗糙結(jié)構(gòu)高度嚴(yán)格控制在一定的范圍，在拋光墊的整個使用壽命內(nèi)保持此高度分布。從而使得磨粒/拋光墊粗糙結(jié)構(gòu)和晶片表面之間的缺陷、特別是微小劃痕和振顫痕、局部點(diǎn)接觸壓力都最小化。換言之，拋光作用力均勻地分布在大量的接觸點(diǎn)上，而不是集中在較少的接觸點(diǎn)上。因此，對于聚合物混合和加入“彈性”聚合物，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)某些聚合物可打開拋光層的表面，這有助于液體交換和在拋光層的厚度中提供更均勻的孔結(jié)構(gòu)(例如Paraloid EXLTM2691)。
盡管對導(dǎo)體凹陷和氧化物腐蝕之類的參數(shù)的特征水平的外形控制很大程度上取決于漿液，但是人們認(rèn)為拋光墊表面粗糙結(jié)構(gòu)的分布也具有很重要的影響，對特征凹陷的影響尤為顯著。如上所討論的，對粗糙結(jié)構(gòu)高度分布的控制是很重要的，以減少高點(diǎn)壓力點(diǎn)。在類似的形式中，如果粗糙結(jié)構(gòu)的尺寸與導(dǎo)體線寬接近或小于導(dǎo)體線寬，則粗糙結(jié)構(gòu)會劃擦掉特征結(jié)構(gòu)，增大凹陷程度。這一現(xiàn)象可通過確保粗糙結(jié)構(gòu)的高度均勻分布，使粗糙結(jié)構(gòu)的有效尖端直徑大于特征尺寸來最小化。尖端應(yīng)是圓滑的，而不是尖銳的，粗糙結(jié)構(gòu)應(yīng)具有低縱橫比而非高縱橫比。在拋光壓力和條件下，所述粗糙結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的彈性，使得在與晶片接觸過程中發(fā)生的變形是可逆的。這可減少使用金剛石精整。
在拋光過程中，磨粒與拋光墊的粗糙結(jié)構(gòu)結(jié)合起來產(chǎn)生機(jī)械清除作用，清除晶片材料。如果硬磨粒與晶片表面之間的作用力過高，晶片表面上會產(chǎn)生微小劃痕。為使得微小的劃痕最小化，所述粗糙結(jié)構(gòu)應(yīng)具有這樣的物理性質(zhì)，即使得磨粒能夠部分或完全地滲入粗糙結(jié)構(gòu)中。這與玻璃拋光是類似的，在玻璃拋光中，磨粒沉入凹凸結(jié)構(gòu)(pitch)的表面中。為了滲入，粗糙結(jié)構(gòu)最重要的性質(zhì)是低屈服強(qiáng)度和模量。
本發(fā)明另一任選的特征是在頂層中具有肉眼可見的凹槽。這減小了拋光墊和晶片之間的吸附力，使得在拋光之后晶片得以釋放，并且在拋光過程中控制拋光墊表面上的流體輸送。后者可確保更有效地進(jìn)行拋光，可用來控制晶片表面上的拋光曲線，作為一種另外的降低缺陷度的方法。凹槽可以是圓形、交叉網(wǎng)狀、螺旋狀或輻射狀的，或者它們的組合，包括為特殊應(yīng)用而最優(yōu)化的某些改良的徑向或螺旋狀凹槽構(gòu)造。
根據(jù)需要在拋光層304的表面中加工制造凹槽形式或其它凹陷形式的粗糙結(jié)構(gòu)。例如，工作位點(diǎn)201包括一對壓制成形壓模，這對壓模包括一個往復(fù)壓模202和一個固定模204，在壓印過程中這對壓模互相閉合。往復(fù)壓模202朝向連續(xù)拋光層304的表面。該往復(fù)壓模202上的多個齒205穿透連續(xù)拋光層304的表面。該壓印操作提供了表面精整操作。例如，齒205在拋光層304的表面中形成了凹槽圖案。當(dāng)模202、204互相閉合時，傳送裝置110可間斷性地停止，靜止不動。或者當(dāng)模202和204互相閉合時，模202和204沿傳送方向與傳送裝置作同步運(yùn)動。
制造位點(diǎn)208包括例如用來在連續(xù)拋光層304的表面切割凹槽的旋轉(zhuǎn)鋸210。該旋轉(zhuǎn)鋸210由(例如)正交運(yùn)動繪跡儀驅(qū)動沿預(yù)定路線移動，切割出具有所需圖案的凹槽。另一制造位點(diǎn)212包括用來將連續(xù)拋光層304的表面拋光或研磨成平坦表面的旋轉(zhuǎn)研磨頭214，所述拋光或研磨后的表面具有選擇性粗糙化或平滑化的所需表面光潔度。
制造位點(diǎn)202、210和212的排列順序可與圖2所示的順序不同?？筛鶕?jù)需要省去制造位點(diǎn)202、210和212中的一個或多個。收集卷軸130和第二驅(qū)動裝置104構(gòu)成了選擇性地位于制造設(shè)備200中傳送裝置110端、用來收集固相連續(xù)拋光墊300的獨(dú)立的制造位點(diǎn)。
下面參見圖3，圖中提供了由本發(fā)明的設(shè)備100制造的多層多孔拋光墊300的截面圖。如上文所討論的，在烘箱128中固化的時候，液相聚合物形成了固化的多孔拋光墊300。在一個實(shí)施方式中，拋光墊300可包括柱狀物306。柱狀物306提供了可以在拋光層304的厚度中互連的空隙。通過這種方式，可以將拋光碎屑吸收入拋光層304內(nèi)，使碎屑離開拋光層(界面)，朝向頂部拋光層304的底面擴(kuò)散。另外，頂層由于具有高孔隙率而呈可壓縮性，且浸飽了拋光液，因此在晶片之下的反復(fù)循環(huán)過渡階段，頂層可以將拋光液壓向晶片表面。另外，在拋光層304的整個厚度中，拋光墊300的互連孔結(jié)構(gòu)可以是均勻的，使得當(dāng)拋光墊磨損的時候，孔的橫截面幾何形狀以及與晶片接觸的表面積保持恒定。
較佳的是，所述拋光層304在拋光條件下基本為“彈性的”，本體聚合物(bulkpolymer)的肖氏硬度小于40D。更優(yōu)選拋光層的本體聚合物肖氏硬度小于30D。最優(yōu)選拋光層的本體聚合物肖氏硬度小于25D。所述拋光層304的厚度小于0.5毫米。更優(yōu)選拋光層的厚度小于0.4毫米。最優(yōu)選拋光層的厚度小于0.25毫米。
如上文所討論的，基材302具有“雙”子墊構(gòu)型，包括中間硬層312和可壓縮層314。通過這種方式，硬中間層312在模頭范圍的長度上平衡了硬度，但是在晶片范圍的長度上與可壓縮性更高的層314結(jié)合發(fā)揮作用，成為撓性的。這使得所述拋光墊適應(yīng)于非平面型晶片。適用于中間層的材料是聚合物膜，如聚對苯二甲酸乙二酯和聚碳酸酯或其混合物。優(yōu)選中間層312的厚度小于0.38毫米，優(yōu)選為0.13-0.26毫米。
底部可壓縮層314的可壓縮性應(yīng)大于中間層312，但是小于頂部的拋光層304。適用于頂層314的材料包括例如非多孔性彈性片材和高密度閉合室聚合物泡沫體。另外，為了防止液體侵入泡沫體，該聚合物應(yīng)該是疏水性的。優(yōu)選的聚合物包括例如具有極佳水解穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和耐熱性以及回彈特征的硅氧烷高彈體。底層314應(yīng)具有足夠的可壓縮性，以提高晶片直徑上的拋光均一性，但是其可壓縮性不應(yīng)過高，以免影響其平面化和修整邊緣的效果。優(yōu)選下層的厚度小于1毫米，優(yōu)選小于0.64毫米，最優(yōu)選小于0.25毫米?？蓧嚎s性數(shù)值應(yīng)小于10％、優(yōu)選小于5％，最優(yōu)選約為3％。可根據(jù)ASTM F36-99程序(“襯墊料的可壓縮性和恢復(fù)能力的標(biāo)準(zhǔn)測試法(Standard Test Method for Compressibilityand Recovery of Gasket Materials)”)測量可壓縮性?；貜棓?shù)值應(yīng)大于90％，優(yōu)選大于95％，最優(yōu)選大于98％。
下面來看圖3A，在本發(fā)明拋光墊300的另一實(shí)施方式中，在聚合物混合物中含有發(fā)泡劑或氣泡劑或氣體形式的夾帶組分，所述聚合物混合物作為夾帶這些組分的基質(zhì)。在固化的時候，所述發(fā)泡劑或氣泡劑或氣體作為揮發(fā)性物質(zhì)離開，形成分散于連續(xù)拋光層304中的開放孔308。圖3A的拋光墊300還包括基材302。同樣如上所述，孔308提供了可以在拋光層304的厚度中互連的空隙結(jié)構(gòu)。通過這種方式，拋光層304與基材302相結(jié)合，使得拋光碎屑被吸收進(jìn)拋光層304中，通過分散離開拋光層(界面)，移動到頂部拋光層304的下表面。另外，所述頂層由于具有高孔隙率而具有可壓縮性，而且被拋光液所浸潤飽和，因此在晶片之下的反復(fù)循環(huán)過渡階段，頂層可以將拋光液壓向晶片表面。另外，在拋光層304的厚度中，拋光墊300的互連孔結(jié)構(gòu)很均勻，使得在拋光墊磨損的時候，孔的截面結(jié)構(gòu)和與晶片接觸的表面區(qū)域仍然保持恒定。
下面來看圖3B，揭示了拋光墊300的另一實(shí)施方式，該拋光墊300包括位于聚合物混合物之內(nèi)，分散在連續(xù)拋光層304中的微球或聚合物微型組元310。所述微型組元310可填充有氣體。或者微球體310中可填有拋光液，在使用拋光墊300進(jìn)行拋光操作的過程中，研磨作用打開了微球體310時，這些拋光液就逸出?；蛘咚鑫⑶蝮w310是水溶性聚合物微型組元，在拋光操作過程中溶于水中。圖3B所示的拋光墊300還包括基材302。通過這種方式，拋光層304與基材302相結(jié)合，使得拋光碎屑被吸收進(jìn)拋光層304中，通過分散離開拋光層(界面)，移動到頂部拋光層304的下表面。另外，所述頂層由于具有高孔隙率而具有可壓縮性，而且被拋光液所浸潤飽和，因此在晶片之下的反復(fù)循環(huán)過渡階段，頂層可以將拋光液壓向晶片表面。另外，在拋光層304的整個厚度中，拋光墊300的互連孔結(jié)構(gòu)很均勻，使得在拋光墊磨損的時候，孔的截面結(jié)構(gòu)和與晶片接觸的表面區(qū)域仍然保持恒定。
較佳的是，至少一部分微型組元310大體上是撓性的。合適的微型組元310包括無機(jī)鹽、糖和水溶性顆粒。這種聚合物微型組元310的例子包括聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧基甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheracrylite)、淀粉、馬來酸共聚物、聚環(huán)氧乙烷、聚氨酯、環(huán)糊精和它們的組合?？梢酝ㄟ^例如接枝、嵌段、交聯(lián)對微球體310進(jìn)行化學(xué)改性，改變其溶解度、溶脹性等性質(zhì)。優(yōu)選用作微球體的材料是聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的共聚物(例如購自位于瑞典Sundsvall的Akzo Nobel公司的ExpancelTM)。
優(yōu)選的是，如上文所討論的，所述多層多孔拋光墊300中孔隙或填料的濃度至少為50體積％。這些孔隙結(jié)構(gòu)或填料有助于提高拋光墊在拋光過程中傳送拋光液的能力。換言之，孔隙結(jié)構(gòu)含量的增加使得拋光墊可以互連。更佳的是，拋光墊中孔隙結(jié)構(gòu)或填料的濃度至少為65體積％。最佳的是，拋光墊中孔隙結(jié)構(gòu)或填料的濃度至少為75體積％。較佳的是，所述孔隙結(jié)構(gòu)或填料的重均直徑為10-100微米。最佳的是，所述孔隙結(jié)構(gòu)或填料的重均直徑為15-90微米。膨脹的中空聚合物微型組元的重均直徑的標(biāo)稱范圍為15-50微米。
因此，本發(fā)明提供了一種減少缺陷、提高拋光性能的多層拋光墊。本發(fā)明的拋光墊是一種多層多孔拋光墊，其孔隙結(jié)構(gòu)含量至少等于或大于50體積％。較佳的是，所述拋光墊以網(wǎng)狀形式制得，減少了澆注-切割制得的“硬”拋光墊中經(jīng)常伴隨的墊與墊之間的差異。另外，所述拋光墊優(yōu)選是水基的而不是有機(jī)溶劑基的，比通過凝固法制成的現(xiàn)有技術(shù)的“軟”拋光墊更容易制造。因此，這種多層拋光墊提供了具有低缺陷的出眾性能，在晶片、壓模和特征尺寸范圍長度上產(chǎn)生了平坦的構(gòu)型。
權(quán)利要求
1.一種用來拋光半導(dǎo)體基板的復(fù)合化學(xué)機(jī)械拋光墊，該拋光墊包括具有第一可壓縮性的拋光層；具有第二可壓縮性的中間層，所述第二可壓縮性小于第一可壓縮性；具有第三可壓縮性的底層，所述第三可壓縮性大于第二可壓縮性，小于第一可壓縮性；所述拋光層中孔隙結(jié)構(gòu)的含量至少為50體積％。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述拋光層的肖氏D硬度小于40D。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述拋光層的厚度小于0.5毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述拋光層包含由水基聚合物或其混合物形成的聚合物基質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的拋光墊，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)是聚氨酯分散體、丙烯酸類分散體、苯乙烯分散體或其混合物。
6.如權(quán)利要求4所述的拋光墊，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)包含重量百分比為100∶1至1∶100的聚氨酯與丙烯酸類分散體的混合物。
7.如權(quán)利要求4所述的拋光墊，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)還包含消泡劑、流變改性劑、防結(jié)皮劑或聚結(jié)劑。
8.如權(quán)利要求4所述的拋光墊，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)包含分散于其中的微型組元，所述微型組元選自聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧基甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯、淀粉、馬來酸共聚物、聚環(huán)氧乙烷、聚氨酯、環(huán)糊精、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈和它們的組合。
9.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述中間層的厚度小于0.4毫米。
10.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述底層的厚度小于1毫米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用來拋光半導(dǎo)體基板的復(fù)合化學(xué)機(jī)械拋光墊，該拋光墊包括具有第一可壓縮性的拋光層；具有第二可壓縮性的中間層，所述第二可壓縮性小于第一可壓縮性；具有第三可壓縮性的底層，所述第三可壓縮性大于第二可壓縮性，小于第一可壓縮性；所述拋光層中孔隙結(jié)構(gòu)的含量至少為50體積％。本發(fā)明提供了減少缺陷且提高拋光性能的多層水基拋光墊。
文檔編號H01L21/304GK1986162SQ200610171190
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者D·B·詹姆斯 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司