CN100424830C - 用于抛光半导体晶片的抛光垫、层叠体和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个目的是提供用于半导体晶片的抛光垫和用于抛光半导体晶片的层叠体，以及利用所述抛光垫和层叠体对半导体晶片进行抛光的方法，装备所述抛光垫和层叠体可以在不降低抛光性能的情况下进行抛光。本发明的抛光垫包含用于抛光垫的提供有从表面穿透至背部的通孔的衬底(11)、和安装在所述通孔中的透光部件(12)其中所述透光部件包含一种非水溶性基体材料(1，2聚丁二烯)和分散在所述非水溶性基体材料中的一种水溶性颗粒(β-环糊精)，并且基于所述非水溶性基体材料和所述水溶性颗粒的总量体积100%，所述水溶性颗粒的体积百分含量小于5%。此外，本发明的用于抛光的层叠体包含所述抛光垫的背面上的支撑层。这些抛光垫和用于抛光的层叠体可包含背面上的固定层(13)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半导体晶片的抛光垫和装备有所述抛光垫的用于抛光半导体晶片的层叠体、以及抛光半导体晶片的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于半导体晶片的抛光垫，通过所述抛光垫可传输光而不降低抛光性能，和装备有所述抛光垫的用于抛光半导体晶片的层叠体、以及抛光半导体晶片的方法。本发明的用于半导体晶片的抛光垫、和装备有所述抛光垫的用于抛光半导体晶片的层叠体、以及抛光半导体晶片的方法适合作为对半导体晶片等进行抛光并同时利用光学端点检测设备观测抛光状态的方法。
背景技术
在半导体晶片抛光中，可根据经验上获得时间的标准得知对进行抛光的抛光端点的确定。但是，构成待抛光表面的材料很多，并且随材料不同其抛光时间均不同。此外，构成待抛光表面的材料被认为将来会各种各样地改变。此外，用于抛光的研磨剂和抛光设备也是一样的。因此，获得各种不同抛光情况下的所有抛光时间效率很低。另一方面，近年来，人们已经研究了利用可直接测量待抛光表面状态的光学方法的光学端点检测设备，例如，如JP-A-9-7985、JP-A-2000-326220等所述。
在这种光学端点检测设备和方法中，通常地，在抛光垫中形成不具有如吸收和传输研磨颗粒的基本性能的窗口，该窗口由硬的均匀树脂构成，通过该窗口可传输检测端点的光，并且仅通过该窗口观察待抛光表面，如JP-A-11-512977等所述。
但是，由于上述抛光垫中的窗口实质上不能保留和释放研磨剂，存在窗口的提供降低抛光垫抛光能力的可能性，并导致不均匀性。此外，由于这个原因，难以增大该窗口(以环形方式等提供)和增加窗口的数目。
发明内容
本发明将解决上述问题，本发明的一个目的是提供用于半导体晶片的抛光垫，当抛光半导体晶片同时利用光学端点检测设备观测抛光状态时，通过所述抛光垫可在不降低抛光性能的情况下传输端点检测光，和装备有所述抛光垫的用于抛光半导体晶片的层叠体以及抛光半导体晶片的方法。
本发明人利用光学端点检测设备研究了用于半导体晶片的抛光垫，并发现当不是实质上不具有象以前一样保留和释放研磨剂的能力的硬的均匀树脂，而是具有透光性的透光部件被用作窗口时，可保持充分的透光性，并且，此外，抛光端点的检测也是可能的。此外，本发明人发现通过在构成窗口的基体材料中分散和包含水溶性颗粒，使得窗口具有抛光时保留和释放研磨剂的能力。此外，本发明人发现即使当水溶性颗粒的体积百分含量小于5％时，也可发挥足够的抛光性能，这导致本发明的完成。
本发明的半导体晶片的抛光垫特征在于它包含用于抛光垫的提供有从表面穿透至背部的通孔的衬底、和安装在所述通孔中的透光部件，其中所述透光部件包含非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的水溶性颗粒，并且其中基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总量体积100％，所述水溶性颗粒的体积百分含量不小于0.1％且小于5％。
此外，另一本发明的用于半导体晶片的抛光垫的特征在于它包含用于抛光垫的提供有从表面穿透至背部的通孔的衬底、安装在所述通孔中的透光部件、以及在用于抛光垫的衬底和透光部件中至少所述衬底的背面上形成的用于固定到抛光设备上的固定层，其中所述透光部件包含非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的水溶性颗粒，并且其中，基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总量体积100％，所述水溶性颗粒的体积百分含量为0.1％-90％。
本发明的用于半导体晶片的层叠体的特征在于它包含上述用于半导体晶片的抛光垫、和层叠在用于半导体晶片的所述抛光垫的背部上的支撑层，其中所述层叠体在层叠方向具有透光性。
此外，另一本发明的用于半导体晶片的抛光的层叠体的特征在于它包含用于抛光垫的提供有从表面穿透至背部的通孔的衬底、安装在所述通孔中的透光部件、用于抛光垫的所述衬底和透光部件中至少用于抛光垫的所述衬底的背面上层叠的支撑层、以及在所述支撑层的背部上形成的用于固定至抛光设备的固定层，其中所述透光部件包含非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的水溶性颗粒，并且基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总量体积100％，所述水溶性颗粒的体积百分含量为0.1％-90％。
此外用于抛光半导体晶片的本方法的特征在于利用上述用于半导体晶片的抛光垫或上述用于半导体晶片抛光的层叠体抛光半导体晶片，和通过使用光学端点检测设备的半导体晶片的抛光端点。
附图说明
图1是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态的实例的示意图。
图2是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态实例的示意图。
图3是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态实例的示意图。
图4是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态实例的示意图。
图5是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态实例的示意图。
图6是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态实例的示意图。
图7是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态实例的示意图。
图8是表示用于抛光垫的衬底和透光部件的形状以及各自安装状态实例的示意图。
图9是本发明的抛光垫的一个实施例的平面视图。
图10是为本发明的抛光垫的另一个实施例的平面视图。
图11是本发明的抛光垫的一个实施例的平面视图。
图12是具有固定层的抛光垫的一个实施例的平面视图。
图13是具有固定层的抛光垫的另一个实施例的平面视图。
图14是表示本发明的利用抛光垫或层叠体进行抛光的一种抛光设备的示意图。
具体实施方式
下文将详细说明本发明。
本发明的用于半导体晶片的抛光垫(以下也简称为“抛光垫”)特征在于它包含用于抛光垫的提供有从表面穿透至背部的通孔的衬底、和安装在所述通孔中的透光部件，其中所述透光部件包含非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的水溶性颗粒，并且基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总量体积100％，其中所述水溶性颗粒的体积百分含量不小于0.1％且小于5％。
所述“用于抛光垫的衬底”通常可保留其表面上的研磨剂并且还暂时保留废料。该用于抛光垫的衬底可具有或不具有所述透光性。此外，用于抛光垫的衬底并不限于平面状，而可以是圆形、椭圆形、多边形(例如正方形等)等。用于抛光垫的衬底的尺寸不受特殊限制。
如上所述，最好抛光时研磨剂保留在用于抛光垫的衬底的表面上，并且废料暂时保留在表面上。因此，所述表面可具有通过研磨(dressing)等形成的微孔(以下简称为“孔”)、槽、和绒毛(fuzz )中的至少之一。此外，这些可预成形或可在抛光时形成。因此，所述用于抛光垫的衬底的例子包括：
[1]具有非水溶性基体材料(a)和颗粒状或线状的水溶性部件(b)的衬底，水溶性部件(b)分散在所述非水溶性基体材料(a)中，
[2]具有非水溶性基体材料(a)和分散在所述非水溶性基体材料(a)中的泡沫(泡沫体)的衬底，和
[3]仅由非水溶性基体材料(a)(非泡沫体)构成的衬底，在所述衬底上通过研磨等生成绒毛。
[1]-[3]中构成非水溶性基体材料(a)的材料不受特殊限制，可使用多种材料。具体说来，最好使用一种有机材料，因为它容易成型为预定形状和自然状态，并给予适当的弹性。作为这种有机材料，可使用用作构成后面所述透光部件的非水溶性基体材料的多种材料。构成用于抛光垫的衬底的材料和构成透光部件的材料可以相同也可以不同，可以具有或不具有透光性。此外，作为[1]中的水溶性部件(b)，可以使用由应用于后面所述透光部件的水溶性颗粒的多种材料组成的部件。在[2]中，构成用于抛光垫的衬底的非水溶性基体材料和构成透光部件的非水溶性基体材料可以相同，或者构成水溶性部件的材料和构成水溶性颗粒的材料可以相同。
此外，基于所述非水溶性基体材料(a)和水溶性部件(b)的总量体积100％计算，所述水溶性部件(b)的质量百分含量最好为0.1％-90％，更好为10％-90％，进一步更好为12％-60％，特别好地为15％-45％。当水溶性部件(b)的体积百分含量小于0.1％时，在抛光等过程中形不成足够量的孔等，在某些情况下去除速度下降。另一方面，当所述体积百分含量超过90％时，在某些情况下难以充分防止包含在非水溶性基体材料(a)中的水溶性部件(b)连续膨胀或溶解，并且难以使抛光垫的硬度和机械强度保持在适当值。
所述“通孔”从表面至背面穿透用于抛光垫的衬底，而透光部件安装在该通孔中(假定，通孔的一部分在抛光垫的侧端开口)。可使用透光部件全部填充所述通孔(图1等)，或者仅使用透光部件填充一部分所述通孔(图2等)。
所述通孔的形状不受特殊限制，举例说来，其开口的平面形状可以为圆形、扇形(通过从圆形或环去除预定角度部分而获得的一种形状)、多边形(三角形、正方形、梯形等)、环形等。此外，开口的倒角可以是尖的或倒圆角。此外，举例说来，所述通孔的截面形状可为例如梯形之类的方形、T字形、反T字型或其它形状(见图1、23、4、5、6、7、8、12和13；各图的上侧为抛光侧)。
所述通孔的尺寸也不受特殊限制。当开口的平面形状为圆形时，最好所述尺寸为抛光垫半径的2/3或更小，具体说来，最好通孔的直径为20mm或更大。此外，当开口的平面形状为环形时，最好所述尺寸为抛光垫的半径的2/3或更小，具体说来，最好通孔的宽度为20mm或更大。此外，当开口的平面形状为方形时，最好一边为抛光垫半径的2/3或更小，具体说来，最好垂直长度为30mm或更大而水平长度为10mm或更大。当所述通孔小于上述各例子的尺寸时，在某些情况下可能难以确保例如所述端点检测光之类的光的传输。
此外，用于抛光垫的衬底中的通孔的数目不受特殊限制。
然后，上述“透光部件”包含非水溶性基体材料和分散在该非水溶性基体材料中的水溶性颗粒，并认为是具有透光性的部件，被提供到抛光垫的通孔中。
所述透光部件的形状不受特殊限制。由于抛光垫的抛光侧上的所述透光部件的平面通常取决于通孔的形状，透光部件的形状与通孔的形状相同。因此，透光部件的平面可为所述通孔的上述圆形或多边形。此外，透光部件的截面形状也不受特殊限制，但通常为至少一部分可被安装在通孔中的形状。例如，可使用图1、2、3、4、5、6、7、8、12和13所示的截面形状。在透光部件与用于抛光垫的衬底之间通孔可具有缝隙，但是最好所述通孔没有所述缝隙。当有所述缝隙时，缝隙的长度最好为2mm或更小，更好为1mm或更小，进一步更好地为0.5mm或更小。
此外，所述透光部件可不像图1、3、12和13那么薄，也就是说，所述透光部件可以具有与用于抛光垫的衬底相同的厚度，或可使其被减薄。被减薄包括使透光部件的厚度比用于抛光垫的衬底的最大厚度更薄(图2、4、5、6和8等)和通过使上述透光部件的一部分被减薄成型，光通过上述透光部件的所述部分在所述透光部件自身中传输(图7等)。
当通过透光部件传输光时，光强度以透光部件厚度的平方成比例下降。因此，通过使透光部件被减薄，可显著改善透光性。例如，在进行光学端点检测的抛光时使用的抛光垫中，当难以获得具有足够强度的光用以检测所述透光部件的厚度与用于抛光垫的衬底的其它部分的厚度相同处的端点时，可通过被减薄保持足以用于检测端点的光强度。但是，假定上限通常为3mm，所述被减薄的透光部件的厚度最好为0.1mm或更大，更好为0.3mm或更大。当所述厚度小于0.1mm时，在某些情况下难以充分保持透光部件的机械强度。
此外，通过被减薄形成的在所述通孔中不存在透光部件的凹入部分(见图2)和所述透光部件的凹入部分(见图7)可形成于用于抛光垫的衬底的一侧和相反侧中的一侧。不考虑对抛光性能的影响，在背面(非抛光侧)形成凹入部分使得透光部件的厚度更薄。
上述透光部件的数目不受特殊限制，可以是1或2或更多。此外，所述部件的安装也不受特殊限制。例如，当提供一个透光部件时，可如图9和图10所示安装透光部件。此外，当提供2个或更多透光部件时，它们可同心安装(图11)。
此外，透光部件具有的透光性通常是指，在抛光垫厚度为2mm的情况下，波长在100和3000nm之间的透光率为0.1％或更大，或者波长在100和3000nm之间的综合透光率为0.1或更大。该透光率或综合透光率最好为1％或更大，更好为2％或更大。但是，该透光率或综合透光率不能高于必需值，通常为50％或更小，可为30％或更小，还可为20％或更小。
在使用光学端点检测设备检测抛光端点的同时进行抛光的抛光垫中，最好是在最常用作端点检测光的400-800nm之间的波长范围内的透光率高。因此，在厚度为2mm的情况下最好在400-800nm之间的波长范围内的透光率为0.1％或更大(更优选1％或更大、更好为2％或更大、特别好为3％或更大、通常90％或更小)，或者在400-800nm之间的波长范围的综合透光率为0.1％或更大(更好为1％或更大、再好为2％或更大、特别好为3％或更大、通常90％或更小)。该透光率或综合透光率不可高于所需透光率。通常，透光率为20％或更小，可以为10％或更小，还可以为5％或更小。
该透光率为通过使用UV吸收测量设备测量厚度为2mm的试样的透光率而获得的值，可以测量指定波长的吸收率的UV吸收测量设备被用于测量该波长的透光率。可通过综合以相同方式测量的指定波长区域的透光率获得综合透光率。
只要包含透光部件的所述“非水溶性基体材料”(下文也简称为“基体材料”)具有透光性(无论可见光透射与否)，材料本身并不需要透明(包括半透明)。最好透光性较高。更好是所述材料透明。因此，最好是基体材料为一种可以单独具有透光性的热塑性树脂、热固性树脂、弹性体、橡胶等，或这些材料的组合。
举例说来，热塑性树脂的例子包括聚烯烃基树脂、聚苯乙烯基树脂、聚丙烯酸基树脂[(甲基)丙烯酸基树脂等]、乙烯基酯树脂(除丙烯酸树脂之外)、聚酯基树脂、聚酰胺基树脂、含氟树脂、聚碳酸脂树脂、聚缩醛树脂等。
举例说来，热固树脂的例子包括酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚氨酯脲树脂、尿素树脂、硅酮树脂等。
举例说来，弹性体的例子包括例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、SBS的氢化嵌段共聚物(SEBS)等、聚烯烃弹性体(TPO)、热塑聚氨酯弹性体(TPU)、热塑聚酯弹性体(TPEE)之类的热塑弹性体，聚酰胺弹性体(TPAE)，二烯烃基弹性体(1，2聚丁二烯等)等，硅酮树脂基弹性体，含氟树脂基弹性体等。
举例说来，橡胶的例子包括丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、异丁烯-异戊二烯橡胶、丙烯酸橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、乙烯-丙稀橡胶、乙烯-丙稀-二烯橡胶、硅酮橡胶、含氟橡胶等。
可通过具有从酸酐基、羧基、羟基、环氧基、氨基等构成的组中选择的至少一种官能团，对上述材料进行改性。改性可调整与下文所述水溶性颗粒、研磨剂、水介质等的亲和力等。此外，这些材料可以两种或更多种组合使用。
此外，上述各材料可以为交联聚合物或非交联聚合物。作为构成本发明中的上述透光部件的一种材料，最好至少一部分基体材料(包括材料由两种或更多种材料构成、两种或更多种材料中至少一种材料的至少一部分为交联聚合物情况，和材料由一种材料构成、这种材料的至少一部分为交联聚合物的情况)为交联聚合物。
具有交联结构的至少一部分基体材料可给予基体材料以弹性回复力。因此，可抑止由抛光过程中应用于抛光垫的剪切应力造成的位移更小，并防止由于抛光和研磨过程中基体材料的过量拉伸造成塑性变形而导致的孔被掩埋。此外，可防止所述抛光垫的表面过量起绒毛。因此，在抛光过程中研磨剂被很好地保留，研磨剂的保留特性通过研磨容易恢复，并且可防止发生划痕。
上述的可赋予透光性的热塑性树脂、热固树脂、弹性体和橡胶中，上述交联聚合物的例子包括例如聚氨酯树脂、环氧树脂、聚丙烯酸基树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂(除聚丙烯酸树脂之外)之类的树脂，通过交联反应二烯烃基弹性体获得的聚合物(1，2-聚丁二烯)，丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丙烯酸橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙稀橡胶、硅橡胶、含氟橡胶、苯乙烯异戊二烯橡胶等，和通过交联聚乙烯、多氟化亚乙烯基等获得聚合物(使用交联剂，紫外线和电子束照射)。此外，可使用离子交联聚合物。
在这些交联聚合物中，交联的1，2-聚丁二烯尤其理想，因为它可给予足够的透光性，对许多研磨剂中的强酸和强碱稳定，并且，难以因吸水而软化。该交联的1，2-聚丁二烯可与例如丁二烯橡胶和异戊二烯橡胶之类的其它橡胶混合使用。作为基体材料，也可以单独使用1，2-聚丁二烯。
在这种至少一部分为交联聚合物的基体材料中，当根据JISK6251在80℃下对由所述基体材料制成的试样进行断裂时，可致使100％或更小的断裂后残余伸长(下文简称为“断裂残余伸长”)。也就是说，可获得一种基体材料，其中断裂后试样中基准标志线之间的总距离为断裂前所述标志线之间距离的2倍或更小倍数。该断裂残余伸长最好为30％或更小，更好为10％或更小，进一步更好为5％或更小。所述断裂残余伸长通常为0％或更大。当所述断裂残余伸长超过100％时，抛光和表面更新过程中从抛光垫表面刮下的或伸长的细碎片容易阻塞孔。
断裂残余伸长是根据JIS K 6251“Tensile test method on avulcanized rubber”，在80℃下，3号哑铃形试样以500mm/min的拉伸速率进行的拉伸试验中断裂时，通过从断裂和分离试样的各标志线与断裂部分之间的两个距离之和减去试验前标志线之间的距离获得的伸长。关于试验温度，由于在实际抛光中通过滑动获得的温度为80℃左右，试验在该温度下执行。
上述“水溶性颗粒”分散在非水溶性基体材料中，同样，如上所述，该颗粒为一种抛光中可通过与由外部供应的研磨剂和水介质接触形成孔的颗粒。
该水溶性颗粒的形状不受特殊限制，但最好接近球形，更好为球形。此外，最好各水溶性颗粒的形状相同。这使得所形成孔的形状一致，从而可进行更好的抛光。
此外，所述水溶性颗粒的尺寸不受特殊限制，通常为0.1-500微米，最好为0.5-200微米，更好为1-150微米。当所述颗粒尺寸小于0.1微米时，有时孔的尺寸小于研磨剂的尺寸，因此有时研磨剂不能充分保留在孔中，这是不理想的。另一方面，当所述颗粒尺寸大于500微米时，所形成孔的尺寸太大，因此存在所述透光部件的机械强度和去除速度下降的趋势。
基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总体积为100％计算，所述水溶性颗粒的体积百分含量不小于0.1％且小于5％，最好体积百分含量不小于0.5％且小于5％，特别好地体积百分含量不小于1％且小于4.9％或更小。当水溶性颗粒的体积百分含量小于0.1％时，形不成足够量的孔，去除速度趋于下降。另一方面，即使当体积百分含量小于5％时，也可以具有足够的抛光性能。
构成水溶性颗粒的材料不受特殊限制，可使用多种材料。例如，可使用有机基水溶性颗粒和无机基水溶性颗粒。
作为有机基水溶性颗粒，可以使用由糊精、环式糊精、甘露醇、糖(乳糖等)、纤维素(羟基丙基纤维素、甲基纤维素等)、淀粉、蛋白质、聚乙烯醇、聚N乙烯基砒络烷酮、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、水溶性光敏树脂、磺化聚异戊二烯、磺化聚异戊二烯共聚物等组成的颗粒。
此外，作为无机基水溶性颗粒，可以使用由醋酸钾、硝酸钾、碳酸钙、碳酸氢钾、氯化钾、溴化钾、磷酸钾、硝酸镁等组成的颗粒。
这些水溶性颗粒可包含上述各单独材料或两种或更多种材料的组合。此外，这些颗粒可以是由一种上述材料组成的水溶性颗粒、或由不同材料组成两种或更多种水溶性颗粒。
此外，抛光时，最好只有暴露在透光部件表面上的水溶性颗粒溶解在水中，而位于所述透光部件内部并不出现在表面上的水溶性颗粒不吸收水分并且不膨胀。因此，可在所述水溶性颗粒的最外部分的至少一部分上形成由环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚硅酸盐等构成的外壳，以抑制水分吸收。
除形成孔的功能之外，所述水溶性颗粒具有使透光部件的压痕硬度与如用于抛光垫的衬底等的抛光垫其它部分的压痕硬度一致的功能。为增加抛光时所应用的压力、提高去除速度和获得高平面度，最好整个抛光垫中Shore D硬度为35-100。但是，在许多情况下难以仅从一种基体材料的材料获得所需Shore D硬度，在这种情况下，除形成孔之外，包含一种水溶性颗粒能够使Shore D硬度得改善到与抛光垫其它部分的硬度相同。因此，最好水溶性颗粒是可以保留抛光垫中足够压痕硬度的固体颗粒。
制造时在基体材料中分散水溶性颗粒的方法不受特殊限制。通常，通过搅拌基体材料、水溶性颗粒和其它添加剂而实现分散。在所述搅拌中，加热时搅拌基体材料以易于操作。最好水溶性颗粒在搅拌温度下为固态。当所述颗粒为固态时，不管与基体材料的相容性的程度如何，所述水溶性颗粒容易以保留上述最好的平均颗粒尺寸的状态进行分散。因此，最好根据所使用基体材料的加工温度选择一种水溶性颗粒。
此外，除基体材料和水溶性颗粒之外，还可包含制造中必要添加的用以改善与基体材料和水溶性颗粒的亲和力和分散性的相容性试剂(共聚物，嵌段共聚物和使用酸酐基、羧基、羟基、环氧基、唑啉基、氨基等改性的无规共聚物)、多种非离子表面活化剂、偶联剂以及残留物。
此外，不仅透光部件，而且已经预先包含在抛光液中的研磨剂、氧化剂、碱金属氢氧化物、酸、PH调节剂、表面活化剂、防划痕剂等中的至少一种可被包含在本发明的整个抛光垫中，例如用于抛光垫的衬底等。
此外，可包含各种添加剂，例如填充剂、软化剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗静电剂、润滑剂、增塑剂等。具体地，填充剂的例子包括用于改善硬度的材料，例如碳酸钙、碳酸镁、滑石、粘土等，和具有抛光作用的材料，例如硅石、氧化铝、二氧化铈、二氧化钛、二氧化锰、三氧化二锰、碳酸钡等。
另一方面，如果必要，可在本发明的抛光垫的表面(抛光表面)上形成具有预定形状的槽或点图案，以改善所使用抛光液的排水能力。当这种槽或点图案必要时，也可以通过上述使表面一侧上的透光部件被减薄产生抛光垫形成凹槽而获得。
此外，本发明的抛光垫的形状不受特殊限制，但通常根据用于抛光垫的衬底的形状而定。因此，抛光垫的形状可为圆形(盘状等)、多边形(正方形等)等。在正方形的情况下，它可为带状、滚筒状等。此外，本发明的抛光垫的尺寸也不受特殊限制，但在盘状的情况下，直径可为500-900mm。
本文所使用的“抛光液”指包含至少一种研磨剂的水分散体。但是，抛光过程中所述抛光液或不含研磨剂的水介质可从外部供应。例如，当仅供应水介质时，在抛光过程中可通过混合从抛光垫内部释放的研磨剂和水介质形成所述抛光液。
此外，本发明的抛光垫可为本发明的另一种抛光垫，该抛光垫将用于使抛光垫固定到抛光设备上的固定层13提供到与抛光表面相对的背面(非抛光面)，如图12和图13所示。该固定层不受特殊限制，只要它能固定抛光垫本身。
作为这种抛光层13，举例说来，可以使用利用双涂层带(即，具有粘合层131和形成在最表面层上的剥离层132)形成的层、通过使用粘合剂涂层形成的粘合层131等。剥离层132可提供在通过使用粘合剂涂层形成的粘合层的最表面层上。
构成这些固定层的材料不受特殊限制，可以使用热塑型、热固型、光固化型之类的丙烯酸基树脂，合成橡胶等。商业可用材料的例子包括3M公司制造的# 442、Sekisui Chemical Co.，Ltd制造的# 5511、和Sekisui Chemical Co.，Ltd制造的# 5516。
在这些固定层中，使用双涂层带形成的层最好，因为它预先具有剥离层。此外，在抛光层中，具有剥离层可保护粘合层直至使用，并且当使用时，通过去除该剥离层可使抛光垫以足够的粘合力容易地固定到抛光设备上。
此外，在固定层中，构成固定层的材料本身的透光性不受特殊限制。当构成固定层的材料不具有透光性，或者透光性很低时，可在与透光部件对应的位置提供通孔等。该通孔的面积可大于或小于、或等于透光部件的面积。当通孔小于透光部件，并如图12和图13所示，以覆盖用于抛光垫衬底和透光部件接触的部分成形时，即使在用于抛光垫的衬底和透光部件之间存在间隙时也可防止抛光液等泄漏到背部上。此外，具体说来，通过提供带有通孔的固定层，可防止用于测量透光度的传感器部件和发射透光的位置被污染。因此，具体说来，最好不在透光通道中形成固定层。
此外，当制备由双涂层带形成的固定层时，可预先在双涂层带的预定位置提供通孔。形成该通孔的方法不受特殊限制，例子不限于，但包括利用激光切割机的方法和使用冲孔刀片冲孔的方法。在使用激光切割机的方法中，可在使用双涂层带提供固定层之后提供通孔。
另一本发明的用于半导体晶片的抛光垫的特征在于它包含用于具有从表面穿透至背部的通孔的抛光垫的衬底、安装在所述通孔中的透光部件以及用于抛光垫的衬底和用于固定至抛光设备的透光部件中至少用于抛光垫的衬底的背部上形成的固定层，其中所述透光部件包含一种非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的一种水溶性颗粒，并且基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总体积为100％，其中所述水溶性颗粒的体积百分含量为0.1％-90％。
作为“用于抛光垫的衬底”，可按照原样采用上述用于抛光垫的衬底。
作为“透光部件”，除水溶性颗粒的体积含量之外，可按照原样采用上述透光部件的说明。基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总体积为100％，所述水溶性颗粒的体积百分含量为0.1％-90％，最好体积百分含量为0.5％-60％，尤其更好为体积百分含量不小于1％且不大于40％。当所述水溶性颗粒的体积百分含量小于0.1％时，形不成足够量的孔，去除速度倾向于下降。另一方面，当体积百分含量超过90％时，倾向于不能充分防止包含在基体材料中的水溶性颗粒连续膨胀或溶解，并且难以保持抛光垫的硬度和机械强度在适当值。
作为“固定层”，可按照原样采用上述固定层。
此外，已预先包含在抛光液中的上述各种材料可包含在本发明的整个另一抛光垫(具体说来，用抛光垫的衬底，透光部件等)中，并且上述其它各种添加剂可包含于其中。此外，如上所述，具有预定形状的槽或点图案可形成在它的表面(抛光表面)上。此外，抛光垫的形状不受特殊限制，但可采用如上所述的相同形状和尺寸。
本发明的用于抛光半导体晶片的层叠体(下文也称为“用于抛光的层叠体”)的特征在于它包含上述用于半导体晶片的抛光垫、和层叠在用于半导体晶片的抛光垫的背部上的支撑层，其中所述层叠体在层叠方向上具有透光性。
“支撑层”为层叠在抛光垫的抛光表面相反侧的背部上的层。支撑层的透光性可存在或不存在，可通过使用由具有等于或超过透光部件透光性的透光材料构成的支撑体以保持用于抛光的层叠体的透光性(在这种情况下，可以形成或不形成槽口)。此外，当使用不具有透光性的支撑层时，通过在光透过的部分形成空位的等方法保证用于抛光的层叠体的透光性。
支撑层的形状不受特殊限制，例如可为平面形、圆形、多边形(正方形)等。此外，所述支撑层通常可为薄盘状。通常，该支撑层具有于抛光垫相同的平面形状(在所述支撑层具有通过空位保证透光性的部分的情况下，所述部分可不考虑)。
此外，构成上述支撑层的材料不受特殊限制，可使用多种材料。具体说来，最好使用有机材料，因为它容易成型为预定形状和自然状态，并具有适当的弹性。作为这种有机材料，可使用被用作构成透光部件的上述基体材料的多种材料。构成支撑层的材料，和构成用于透光部件基体材料的材料和/或用于抛光垫的衬底的材料可以相同也可以不同。
支撑层的数目不受特殊限制，可为一层、两层或更多层。此外，当两层或更多层支撑层被层叠时，各层可相同或不同。此外，所述支撑层的硬度也不受特殊限制，但最好所述支撑层比抛光垫软。因此，整个用于抛光的层叠体可具有足够的弹性，并可对抛光表面上的不规则性提供适当的一致性。
此外，本发明的用于抛光的层叠体可具有与上述抛光垫的相同固定层，假设该固定层通常形成在支撑层的背面(在抛光表面的相反侧)。
此外，预先已被包含在抛光液中的上述各种材料可包含在本发明的整个用于抛光的层叠体中(具体说来，用于抛光垫的衬底，透光部件等)，并且上述其它各种添加剂可包含其中。此外，上述具有预定形状的槽或点图案可提供在它的表面(抛光表面)上。此外，用于抛光的层叠体的形状和尺寸不受特殊限制，但可与上述抛光垫形状和尺寸相同。
另一本发明的用于半导体晶片的抛光的层叠体特征在于它包含用于具有从表面穿透至背部的通孔的抛光垫的衬底、安装在所述通孔中的透光部件、和在用于抛光垫的衬底和透光部件中至少用于抛光垫的衬底的背部上层叠的支撑层、以及在支撑层的背部上形成的用于固定到抛光设备的固定层，其中所述透光部件包含一种非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的一种水溶性颗粒，并且基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总体积为100％，其中所述水溶性颗粒的体积百分含量为0.1％-90％。
作为“用于抛光垫的衬底”，可按照原样采用上述用于抛光垫的衬底。
作为“透光部件”，可按照原样采用本发明的另一抛光垫中的上述水溶性颗粒。
作为“固定层”，可按照原样采用上述固定层。
此外，和上述抛光垫一样，预先已包含在抛光液中的上述各种材料可包含在本发明的用于抛光的另一层叠体中(具体说来，用于抛光垫的衬底，透光部件等)，并且上述其它各种添加剂可包含于其中。此外，上述具有预定形状的槽或点图案可提供在所述抛光表面上。此外，用于抛光的层叠体的形状和尺寸不受特殊限制，但可采用与本发明的上述用于抛光的层叠体相同的形状和尺寸。
用于抛光半导体晶片的本方法的特征在于利用用于半导体晶片的上述抛光垫和用于半导体晶片抛光的上述层叠体，以及通过使用光学端点检测设备的半导体晶片的抛光端点对半导体晶片进行抛光。
所述“光学端点检测设备”为一种用于从抛光垫的背部通过透光部件(非抛光表面)透射光至抛光表面，并根据例如半导体晶片之类的待抛光材料的抛光表面的反射光检测抛光端点的设备。其它测量方法不受特殊限制。
根据本发明的抛光半导体晶片的方法，可在不降低抛光垫或用于抛光的层叠体的抛光性能的情况下进行端点检测。例如，当抛光垫或用于抛光的层叠体为盘状时，通过以与该盘的中心同心的环形方式提供透光部件，通常能够在抛光的同时观测抛光点。因此一定能以最佳抛光点完成抛光。
在本发明的用于抛光半导体晶片的方法中，举例说来，可使用如图14所示的抛光设备。也就是说，所述抛光设备为一种具有可旋转表面盘2、能够在垂直和水平方向旋转和移动的压头3、能够每单位时间以固定数量将抛光液滴到表面盘上的抛光液供应部件5以及安装在所述表面盘的下部的光学端点检测器6的设备。
在所述抛光设备中，本发明的抛光垫(或用于抛光的层叠体)1固定在表面盘上。另一方面，半导体晶片4固定在压头的低端侧面上，并且当使用预定压力推压时该半导体晶片4紧靠所述抛光垫。然后，当从所述抛光液供应部件将预定量的抛光液滴加到所述表面盘上时，所述表面盘和压头旋转以使半导体晶片和所述抛光垫滑动，从而进行抛光。
此外，抛光时，预定波长或波长区的所述端点检测光R1从表面盘低端的光学端点检测部件透过透光部件11(当表面盘本身具有透光性或在表面盘的一部分形成空位部分时端点检测光可透过所述表面盘)，向半导体晶片的抛光表面照射光。然后，通过所述光学端点检测部件俘获该端点检测光在待抛光半导体晶片的表面上反射的反射光R2，并可在从该反射光的强度中观测抛光表面的状态的同时进行抛光。
本发明的最佳实施方式
在以下实施例中具体说明本发明。
[1]试验垫的制备
(1)透光部件的制备
使用加热至120℃的搅拌机搅拌体积百分含量为97％的随后将通过交联转变为非水溶性基体材料的1，2聚丁二烯(由JSR Corp.制造，商品名称“JSR RB830”)和体积百分含量为3％的β-环糊精(由Yokohamakokusaibiokenkyusho C0.Ltd制造，商品名称“Dexypearβ-100”)。然后，按质量将0.8份的过氧化二异丙苯(由NOF Corp，制造，商品名称为“Percumyl D”)添加到总质量为100份的1，2聚丁二烯和β-环糊精中，该混合物在压模中170℃下进一步搅拌、反应20分钟，并成型以获得直径为60cm、厚度为2.5mm的盘状透光部件。
(2)用于抛光垫的衬底的制备
使用加热至120℃的搅拌机搅拌体积百分含量为80％的随后将通过交联转变为非水溶性基体材料的1，2聚丁二烯(由JSR Corp.制造，商品名称“JSR RB830”)和体积百分含量为20％的β-环糊精(由Yokohamakokusaibiokenkyusho Co.Ltd制造，商品名称“Dexypearβ-100”)。然后，按质量将0.8份的过氧化二异丙苯(由NOF Corp.制造，商品名称为“Percumyl D”)添加到总质量为100份的1，2聚丁二烯和β-环糊精中，该混合物在压模中170℃下进一步搅拌、反应20分钟，并成型以获得直径为60cm、厚度为2.5mm的用于抛光垫的盘状衬底。
[2]透光度的测量
使用UV吸收测量设备(由Hitachi Ltd.制造的Modei“U-2010”)测量650nm波长下[1](1)中所获得透光部件的透光度。结果，5次测量的平均总透光度为30％。
[3]抛光性能的测量
将仅由[1](1)中所获得透光部件构成的抛光垫安装到抛光设备的表面盘上，在表面盘转速为50rpm、抛光液流速为100cc/mia的条件下对热氧化层晶片进行抛光。结果，去除速度为
/min。此外，在相同的条件下利用仅由[1](2)中所获得用于抛光垫的衬底构成的抛光垫进行抛光。结果，去除速度为
/min。
此外，使用由商业可用的不具有透光性的聚氨酯泡沫(RodelNitta制造，商品名称“IC1000”)构成的抛光垫，在相同条件下执行抛光。结果，去除速度为
/min。
根据这些结果，即使将以与[1](1)中相同的预定尺寸成型的透光部件安装到由不具有透光性的聚氨酯泡沫构成的抛光垫的一部分所提供的通孔中以获得用于执行抛光的抛光垫，也可以看到本发明的抛光垫的抛光性能可与由不具有透光性的聚氨酯泡沫构成的抛光垫相比。
本发明的效果
由于本发明的用于半导体晶片的抛光垫提供具有从表面穿透至背部的通孔的用于抛光垫的衬底和安装在所述通孔中的透光部件，所述透光部件包含一种非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的一种水溶性颗粒，并且基于所述非水溶性基体材料和水溶性颗粒的总体积为100％，所述水溶性颗粒的体积百分含量不小于0.1％且小于5％，因此可在不降低抛光性能的情况下进行抛光，并且可有效地进行光学端点检测。此外，通过抛光步骤，不仅能在任何时间对抛光端点进行光学观测，而且可以对所有的抛光状态进行光学观测。
当至少一部分构成透光部件的非水溶性基体材料为交联聚合物时，在抛光和研磨时可防止孔的掩埋。此外，还可防止所述抛光垫的表面(抛光表面)过量起绒毛。因此，在抛光过程中研磨剂被很好地保留，研磨剂的保留特性通过研磨容易恢复，并且可防止发生划痕。
当构成透光部件的交联聚合物为1，2聚丁二烯时，可充分发挥因包含交联聚合物而产生的作用，并同时可保持足够的透光性。此外，由于所述抛光垫对包含在许多抛光液中的强酸或强碱稳定，因此所述抛光垫具有极好的耐用性。
当透光部件被减薄时，可更好地改善透光性。
当透光部件在预定波长下具有0.1％或更高的透光度，或在预定波长区内具有0.1％或更高的总透光度时，所述抛光垫适合于这种波长或波长区下的光学观测。
此外，通过提供固定层，所述抛光垫可简单快速地固定至抛光设备。此外，由于具有透光性，透光部件具有的透光性不受到抑制。
根据本发明的另外的用于半导体晶片的抛光垫，可在不降低抛光性能的情况下进行光学端点检测。此外，通过抛光步骤，不仅能在任何时间对抛光端点进行光学观测，而且可以对所有的抛光状态进行光学观测。此外，所述抛光垫可简单快速地固定至抛光设备。
根据本发明的用于抛光的层叠体，可在不降低抛光性能的情况下进行光学端点检测。此外，通过抛光步骤，不仅能在任何时间对抛光端点进行光学观测，而且可以对所有的抛光状态进行光学观测。此外，整个用于抛光的层叠体可具有足够的弹性，并可对抛光表面上的不规则性提供适当的一致性。
此外，由于提供固定层，用于抛光的层叠体可简单快速地固定至抛光设备。此外，由于具有透光性，透光部件具有的透光性不受到抑制。
根据本发明的另一用于抛光的层叠体，可在不降低抛光性能的情况下进行光学端点检测。此外，通过抛光步骤，不仅能在任何时间对抛光端点进行光学观测，而且可以对所有的抛光状态进行光学观测。此外，整个用于抛光的层叠体可具有足够的弹性，并可对抛光表面上的不规则性提供适当的一致性。此外，所述抛光垫可简单快速地固定至抛光设备。
根据本发明的抛光方法，可在不降低用于抛光的抛光垫或层叠体的抛光性能的情况下进行抛光。并且可有效地进行光学端点检测。此外，能在对抛光端点和所有抛光状态进行光学观测的同时进行抛光。
工业应用
本发明的用于半导体晶片的抛光垫在制造半导体设备的步骤中特别有用，例如，可用于STI步骤，形成例如Al、Cu等金属线的damocening步骤，基于利用Al、Cu、W等形成viaplug的damocening步骤，同时形成这些金属线和viaplug的双damocening步骤，对中间层绝缘膜(氧化膜、Low-K，BPSG等)进行抛光的步骤，对氮化膜(TaN、TiN等)进行抛光的步骤，以及对多晶硅、无遮蔽的有机硅(bare silicone)等进行抛光的步骤。
Claims (9)
1. 一种用于半导体晶片的抛光垫，其特征在于包括：具有贯穿表面至背部的通孔的抛光垫用衬底和安装在所述通孔中的透光部件，
其中所述透光部件包含非水溶性基体材料和分散在所述非水溶性基体材料中的水溶性颗粒，并且
其中，在所述非水溶性基体材料和所述水溶性颗粒的总量体积为100％的情况下，所述水溶性颗粒的体积百分含量不小于0.5％且小于5％，
其中，所述抛光垫包括在所述抛光垫用衬底和所述透光部件中至少在上述抛光垫用衬底的背部上形成的、用于固定到抛光设备上的固定层，
其中，所述抛光垫的所述通孔位于所述固定层的与透光部件相对应的部位上，
其中，所述透光部件的厚度是0.1mm到3mm。
2. 根据权利要求1所述的用于半导体晶片的抛光垫，其中至少一部分非水溶性基体材料为交联聚合物。
3. 根据权利要求2所述的用于半导体晶片的抛光垫，其中所述交联聚合物为交联1，2聚丁二烯。
4. 根据权利要求1所述的用于半导体晶片的抛光垫，其中所述透光部件被减薄。
5. 根据权利要求1所述的用于半导体晶片的抛光垫，其中当所述透光部件的厚度为2mm时，在400nm和800nm之间的任一波长处，所述透光部件的透光度为0.1％或更大，或者在400nm和800nm之间的任一波长范围中，所述透光部件的综合透光度为0.1％或更大。
6. 一种用于半导体晶片抛光的层叠体，其特征在于包括：如权利要求1或5所述的用于半导体晶片的抛光垫、和层叠在用于半导体晶片的所述抛光垫的背部上的支撑层，其中所述层叠体在层叠方向具有透光性。
7. 根据权利要求6所述的用于半导体晶片抛光的层叠体，其中，所述层叠体包括用于固定到抛光设备上的固定层，
其中，所述抛光垫的所述通孔位于在所述支撑层的背部上的与所述固定层的透光部件相对应的部位上。
8. 一种利用权利要求1所述的用于半导体晶片的抛光垫对半导体晶片进行抛光的方法，该方法包括通过使用一种光学端点检测设备检测抛光端点的步骤。
9. 一种使用用于半导体晶片抛光的层叠体来抛光半导体晶片的方法，所述层叠体包含权利要求1中所述的用于半导体晶片的抛光垫和在所述用于半导体晶片的抛光垫的背部上层叠的支撑层，其中所述层叠体在层叠方向上具有透光性，所述方法包括通过使用一种光学端点检测设备检测抛光端点的步骤。
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