CN102131618A - 具有多孔单元的抛光垫以及制造和使用该抛光垫的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有多孔抛光单元的抛光垫，以及在抛光过程中制造和使用该抛光垫的方法。在一个示例性实施例中，抛光垫包括多个抛光单元，抛光单元中的至少一些是多孔的，各抛光单元固定到支撑层以便限制抛光单元相对于一个或多个其他抛光单元的横向运动，但在正交于抛光单元的抛光表面的轴线上保持可移动的。在某些实施例中，抛光垫可包括导向板，该导向板设定成将多个抛光单元布置或可选择地固定到支撑层之上，以及额外地，抛光剂分布层之上。在一些实施例中，小孔在大体上整个多孔抛光单元分布。在其他实施例中，小孔在单元的抛光表面上大体上分布。

Description

具有多孔单元的抛光垫以及制造和使用该抛光垫的方法
技术领域
本公开涉及具有多孔抛光单元的抛光垫，以及在抛光过程中，例如在化学机械抛光过程中制造和使用该抛光垫的方法。
背景技术
在半导体装置和集成电路的制造期间，通过一系列的沉积和蚀刻步骤对硅片进行反复地处理以形成叠加材料层和装置结构。总所周知的化学机械抛光(CMP)的抛光技巧可用来移除在沉积和蚀刻步骤后保留的表面不平整(比如凸起、不等高度的区域、槽以及沟，目的是得到不具有划痕或沉陷(称为凹陷)的平滑晶圆表面，并在整个晶圆表面具有高的均匀性。
在典型的CMP抛光过程中，当工作流体在水和/或蚀刻化学中通常以磨粒浆的形式存在时，比如是晶片的衬底抵靠在并相对地相对于抛光垫移动。用于磨粒浆的不同CMP抛光垫已被公开，例如美国专利号5,257,478、5,921,855、6,126,532、6,899,598B2以及7,267,610。固定的磨粒抛光垫也是已知的，如美国专利号6,908,366B2所例证表示，其中，磨粒通常以精确成型的自垫表面延伸的研磨合成物的形式大体上固定到垫的表面。近来，具有多个自可压缩底层延伸的抛光单元的抛光垫在WO/2006057714中公开。尽管各种各样的抛光垫是已知的并被使用，本领域人员继续寻找用于CMP的新的、改进的抛光垫，尤其是在使用更大模直径的CMP过程中，或者是需要更高级别的晶片表面光滑度和抛光均匀性的CMP过程中。
发明内容
在一个示例性实施例中，本公开描述了包括多个抛光单元的抛光垫，各个抛光单元固定到支撑层，以便限制抛光单元相对于一个或多个其他抛光单元的横向运动，但是仍保持在正交于抛光单元的抛光表面的轴线上的可运动性，其中抛光单元的至少一部分包括多孔抛光单元，并且其中，各多孔抛光单元的至少一个表面包括多个小孔。
在某些实施例中，小孔可分布在大体上整个多孔抛光单元上。在其他示例性实施例中，小孔可大体上分布在单元的抛光表面上。在一些特定示例性实施例中，大体上分布在单元的抛光表面上的小孔包括多个槽，该槽具有选自下列形状组成的横截面外形：圆柱形、三角形、矩形、梯形、半球形以及它们的组合。
在另一个示例性实施例中，本公开描述了抛光垫，该抛光垫包括：支撑层，该支撑层具有第一主侧和与第一主侧对立的第二主侧；固定到支撑层的第一主侧的多个抛光单元；导向板，其具有第一主表面和对立于第一主表面的第二主表面，该导向板布置成将多个抛光单元放置在第一主侧上，并使第一主表面远离支撑层，其中，抛光单元自导向板的第一主表面沿大体上正交于第一主侧的第一方向延伸，其中，抛光单元的至少一部分包括多个抛光单元，并且其中，各多孔抛光单元的至少一部分包括多个小孔。
在某些示例性实施例中，小孔可分布在大体上整个多孔抛光单元上。在其他示例性实施例中，小孔可大体上分布在单元的抛光表面上。在一些特定示例性实施例中，大体上分布在单元的抛光表面上的小孔包括多个槽，该槽具有选自下列形状组成的横截面外形：圆柱形、三角形、矩形、梯形、半球形以及它们的组合。
在另外的示例性实施例中，本公开涉及使用上述的用于抛光过程的抛光垫，该方法包括：将衬底的表面与包括多个抛光单元的抛光垫的抛光表面接触，抛光单元的至少一些是多孔的；以及相对地相对于衬底移动抛光垫，以磨光衬底的表面。在某些示例性实施例中，工作流体可提供到抛光垫表面和衬底表面之间的接触面上。
在进一步的示例性实施例中，提供了制造抛光垫的方法，该方法包括：形成多个多孔抛光单元；以及将多孔抛光单元固定到支撑层上。在某些实施例中，方法包括通过如下物质的喷射造型形成多孔抛光单元：饱和气聚合物溶体的喷射造型；使气体在反应时进化以形成聚合物的反应混合物的喷射造型；包括溶入超临界气体的聚合物的混合物的喷射造型；溶剂中的不相容聚合物的混合物的喷射造型；分散在热塑性聚合物内的多孔热固性微粒的喷射造型，以及上述物质的组合。
根据本公开的具有多孔抛光单元的抛光垫的示例性实施例具有不同的使其用于多种抛光应用中的特征和特性。在一些当前优选的实施例中，本公开的抛光垫可尤其适合用于制造集成电路和半导体设备的晶片的化学-机械抛光(CMP)。在某些示例性实施例中，本公开所描述的抛光垫可提供下述优点的一些或全部。
例如，在一些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可用来更好地将用于CMP过程的工作流体保持在垫的抛光表面和被处理的衬底表面之间的接触面处，从而改善工作流体在增加抛光中的效率。在其他示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可在抛光期间减少或消除晶片表面的凹陷和/或边缘侵蚀。在一些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫在CMP过程中的使用可导致晶片抛光均匀度的改善、更平的抛光晶片表面、晶片的边缘模产量增加以及改善的CMP过程操作范围和一致性。
在进一步的示例性实施例中，使用根据本公开的具有多孔单元的抛光垫可允许处理更大直径的晶片，同时维持所需的表面均匀度，以获得高芯片产量。需要在调节垫表面之前对更多晶片的处理以便维持晶片表面的抛光均匀性，或者减少过程时间和垫调节器上的磨损。在某些实施例中，具有多孔抛光单元的CMP垫也可提供具有诸如凹槽的表面结构的传统CMP的好处和优点，但可以更低的费用更重复地制造。
本公开的示例性实施例的不同方面和优点已经被概括出。上述的发明内容不是规定为描述各个图示的实施例或者本发明的当前某些示例性的各个实现。紧接着的附图和详细描述特别地例证了使用此处所公开原理的某些优选实施例。
附图说明
参考附加图形进一步描述本公开的示例性实施例，其中：
图1是根据本公开的一个示例性实施例的具有突出多孔单元的抛光垫的侧视图；
图2是根据本公开的另一个示例性实施例的具有突出多孔单元的抛光垫的侧视图；
图3A是根据本公开的一个示例性实施例的多孔抛光单元的透视图；
图3B是图3A的示例性多孔抛光单元的顶视图；
图3C是图3A的示例性多孔抛光单元的放大透视图，其在大体上正交于抛光表面的方向上横向截取单元后所形成的；
图4A是根据本公开的另一个示例性实施例的多孔抛光单元的透视图；
图4B是根据本公开的另一个示例性实施例的多孔抛光单元的透视图；
图4C是根据本公开的进一步的示例性实施例的多孔抛光单元的透视图；
图5A是根据本公开示例性实施例的在大体上平行于抛光表面的方向上横向截取单元后的多孔抛光单元的显微图；
图5B是在大体上正交于抛光表面的方向上横向截取单元后的图5A的多孔抛光单元的显微图；
图6A是根据本公开的附加示例性实施例的多孔抛光单元的多孔抛光表面的显微图；
图6B是在大体上正交于抛光表面的方向上横向截取单元后的图6A的多孔抛光单元的显微图；
图7是根据本公开再一个示例性实施例的多孔抛光单元的多孔抛光表面的显微图。
附图中相同的参考数字表示相同的单元。此处的附图不是按比例画出的，并且在附图中，抛光垫的部件按规定尺寸制作以强调所选特征。
具体实施方式
在典型的用于晶片抛光的CMP浆过程中，拥有特征拓扑的晶片被放置成与抛光垫以及容纳磨料和抛光化学的抛光液接触。如果抛光垫适应的话，凹陷和侵蚀现象可因为软垫以相同速率抛光晶片上的较低区域和凸起区域而发生。如果抛光垫是刚性的，可大幅度减少凹陷和侵蚀。然而，尽管刚性的抛光垫可在模平面化均匀性内有利地产生，它们也在可在晶片均匀性内不利地产生，因为发生在晶片外围上的反弹效果。这种反弹效果导致差的边缘产量以及狭窄的CMP抛光过程窗口。另外，在刚性抛光垫上开发稳定的抛光工艺可能是困难的，因为这种垫对不同的晶片构形式灵敏的，并且完全依赖于垫调节器的使用，以产生最优的使抛光液和接触面与晶片保持接触的抛光结构。
本公开涉及具有多孔抛光单元的改进抛光垫，该抛光垫在不同实施例中组合柔性和干性抛光垫的其中一些有利特征，同时消除或减少各自垫的其中一些不利特征。现在将参考附图描述本公开的不同实施例。本公开的示例性实施例涉及具有多孔抛光单元的改进抛光垫，在不同的实施例中，该抛光垫组合料柔性和刚性抛光的一些有利特征，同时消除或减少了各种垫的不利特征。本公开的不同示例性实施例现在将尤其参考附图而进行描述。本公开的示例性实施例可在不脱离本公开的精神和范围的情况下，采用不同的改进和变化。因此，应当理解的是，本发明的实施例不是限于下面所描述的示例性实施例，但是由权利要求中所提出的限制及其等效方案所控制。
参考图1，示出了抛光垫2的示例性实施例，其包括多个抛光单元4，各抛光单元4固定到支撑层10，以便限制抛光单元4相对于一个或多个其他抛光单元4的横向运动，但在正交于各抛光单元4的抛光面14的轴线上保持可移动性。抛光单元4的至少一部分是多孔的，其中，抛光单元4的至少一个表面，本实施例中是至少抛光表面14包括多个孔(图1中未示出)。在图1所示的特定实施例中，各个多孔抛光单元4也显示为具有在整个抛光单元4大体上分布的多个小孔15。在其他示例性实施例(图1中未示出，但由图3-4示出)中，小孔大体上仅分布在抛光单元4的抛光表面14上或附近。
另外，在图1所示的特定实施例中，示出了三个抛光单元4，所有的抛光单元4示出为包括多孔抛光面14和小孔15的多孔抛光单元，该小孔15大体上在整个抛光单元4分布。然而，应当理解的是，可使用任何数目的抛光单元，并且多孔抛光单元的数目可选择为少至一个抛光单元、所有抛光单元的数目，或者在两者之间。
此外，应当理解的是，抛光垫2无需包括仅实质上等同的抛光单元4。因此，例如，多孔抛光单元和非-多孔抛光单元的任意组合或布置可组成多个多孔抛光单元4。另外，也可有利地制造具有抛光单元4的组合或布置的抛光垫2，其中抛光单元4具有在整个抛光单元4大体上分布的小孔、具有仅在抛光单元4的抛光表面14处或附近大体上分布的小孔、以及大体上不具有小孔。
在图1所图示的特定实施例中，抛光单元4显示为固定到支撑层10的第一主侧，例如直接结合到支撑层，或使用粘附剂。任意的抛光剂分布层8也可用作抛光单元的导向板，其在图1中另外地显示。在抛光过程中，任意的抛光剂分布层8助于工作流体和/或抛光浆分布到单个抛光单元4上。
当用作导向板时，抛光剂分布层8(导向板)可置于支撑层10的第一主侧上，以便于多个抛光单元4的布置，使得抛光剂分布层8(导向板)的第一主表面远离支撑层10，并且抛光剂分布层8(导向板)的第二主表面对立于抛光剂分布层8(导向板)的第一主表面。
抛光单元自抛光剂分布层8(导向板)的第一主表面沿大体上正交于支撑层10的第一主侧的第一方向上自抛光剂分布层8(导向板)的第一主表面延伸。如果抛光剂分布层8也用作导向板，则优选地，多个孔8设定为延伸通过抛光剂分布层8(导向板)。各抛光单元4的一部分延伸入相应的孔6。因而，多个孔6用来引导支撑层10的抛光单元4的布置。
在图1所图示的特定实施例中，可选择的压力灵敏粘附层12(其可用来将抛光垫2紧固到CMP抛光设备(在图1中示出)的抛光滚筒)显示为邻接支撑层10，对立于抛光剂分布层8。
参考图2，抛光垫2’的另一个示例性实施例被显示，该抛光垫2’包括：具有第一主侧和对立于第一主侧的第二主侧；多个抛光单元24，各抛光单元24具有用来将各抛光单元24固定到支撑层30的第一主侧的安装凸缘；具有第一主表面和对立于第一主表面的第二主表面的导向板31，该导向板设置成奖多个抛光单元24布置在支撑层30的第一主侧上，并使导向板31的第一主表面远离支撑层30。
如图2所图示，各抛光单元24自导向板31的第一主表面沿大体上正交于第一主侧的第一方向延伸。抛光单元24的至少一部分包括多孔抛光单元，并且各多孔抛光单元的至少一部分，在此实施例中为抛光表面23，包括多个小孔(在图2中未示出)。在图2所示的特定实施例中，各多孔抛光单元24也显示为具有在整个抛光单元24上大体上分布的多个小孔15。在其他示例性实施中(在图2中未示出，但在图4A-4C中示出)，小孔15大体上仅分布在抛光单元24的抛光表面23处或附近。
另外地，在图2所图示的特定实施例中，显示了三个抛光单元24，并且所有的抛光单元24显示为包括多孔抛光表面14和在整个抛光单元24上大体上分布的小孔15的多孔抛光单元。然而，应当理解的是，可使用任何数目的抛光单元24，并且多孔抛光单元的数目可选择为少至一个抛光单元、所有的抛光单元的数目，或者两者之间的数目。
此外，应当理解的是，抛光垫2’无需仅包括实质上等同的抛光单元24。因而，例如，多孔抛光单元和非多孔抛光单元的任意组合或布置可组成多个抛光单元24。另外，也可有利地制造具有抛光单元24的组合或布置的的抛光垫2’，该抛光单元具有在整个抛光单元24上大体上分布的小孔、具有仅在抛光单元24的抛光表面23处或附近大体上分布的小孔、大体上不具有小孔。
可选择的抛光剂分布层28由图2另外地图示。在抛光过程期间，可选择的抛光剂分布层28有助于工作流体和/或抛光浆分布到各个抛光单元24上。多个孔26也可设定为延伸通过至少导向板31和可选择的抛光剂分布层28，如图2所图示。
如图2所图示，在一些实施例中，各抛光单元24具有安装凸缘25，并且各抛光单元24通过相应凸缘25接合到导向板31的第二主表面固定到支撑层30的第一主侧。各抛光单元24的至少一部分延伸入相应孔26，并且各抛光单元24也穿过相应孔26，并且自导向板31的第一主表面向外延伸。因而，导向板31的多个孔26用来引导抛光单元24在支撑层30上的横向布置，同时也与各凸缘25接合，以将各个相应的抛光单元24固定到支撑层30。
因此，在抛光过程期间，抛光单元24自由地独立地经历在大体上正交于支撑层30的第一主侧的方向上的位移，同时仍然通过导向板31保持固定到支撑层30。在一些实施例中，这可允许非顺应的抛光单元，例如具有大体上仅分布在抛光表面处或附近的小孔的多孔抛光单元。这种多孔抛光单元可用作展示适应抛光垫的一些有利特征的适应抛光单元。
在图2所示的特定实施例中，抛光单元24另外地使用可选择的粘附层34(其置于支撑层30和导向板31之间的接触面处)上的粘附剂固定到支撑层30的第一主侧。然而，可使用其它结合方法，包括抛光单元24使用例如热和压力直接接合到支撑层30。这种抛光单元可用作展示非适应性抛光垫的一些有利特征的非适应性抛光单元。
在图2未示出的相关示例性实施例中，多个孔可布置为孔的阵列，其中，孔26的至少一部分包括主孔和导向板31的底割区域，并且底割区域形成与相应抛光单元凸缘25接合的台肩，从而在抛光单元24和支撑层30之间不需要粘附剂的情况下保持抛光单元24。
此外，可选择的粘附层36可用来将可选的抛光剂分布层28固定到导向板31的第一主表面，如图2所图示。另外，在图2所示的特定实施例中，可选择的压力灵敏粘附层32可用来将抛光垫2’紧固到CMP抛光设备(在图2中未示出)的抛光滚筒(在图2中未示出)，其显示为邻接支撑层30，对立于导向板31。
参考图3A-3B，抛光单元4的横截面形状(在大体上平行于抛光表面14的方向上剖取抛光单元4)可根据预期应用而广泛地变化。尽管图3A示出了具有图3B(其示出了抛光单元4的抛光表面14)所示的大体上圆形横截面的大体上圆柱形的抛光单元4，其他的横截面形状是可能的，并且可在某些实施例中是符合需要的。例如，环形的、椭圆形的、三角形的、方形的以及梯形的横截面形状可以是有用的。
对于具有图3A和图3B所示的圆形横截面的圆柱形抛光单元4，抛光单元4在大体上平行于抛光表面14的方向上的横截面直径可形成在大约50微米到大约20毫米之间，在某些实施例中，横截面直径在大约1毫米到大约15毫米之间，并且在其他实施例中，横截面直径在大约5毫米到大约15毫米之间(或甚至在大约5毫米到大约10毫米之间)。对于具有非圆形横截面的非圆柱形抛光单元，特征尺寸可用来在具体高度、宽度和长度方面特征化抛光单元尺寸。在某些示例性实施例中，特征尺寸可选择为形成为大约0.1毫米到大约30毫米之间。
在其他示例性实施例中，各抛光单元4的横截面面积在大体上平行于抛光表面14的方向上可形成为大约1mm2到大约1000mm2的横截面面积，在其他实施例中，在大约10mm2到大约500mm2，在另一个实施例中，在大约20mm2到大约250mm2之间。
抛光单元(图1中的4、图2中的24)可根据预期应用以多种样式分布在支撑层的主侧(图1中的10，图2中的30)，并且样式可以是规则的或非规则的。抛光单元可大体上驻留在支撑层的整个表面上，或者可能是包括非抛光单元的支撑层的区域。在一些实施例中，抛光单元具有支撑层的主表面面积的大约30％到大约80％的支撑层的平均表面覆盖率，这由抛光单元的数目、各抛光单元的横截面面积以及抛光垫的横截面面积决定。
抛光垫在大体上平行于抛光垫的主表面的方向上的横截面面积在一些示例性实施例中可从大约100cm2到大约300000cm2之间变化，在其他实施例中，从大约1000cm2到大约100000cm2之间变化，在再一个实施例中，从大约2000cm2到大约50000cm2之间变化。
在抛光操作中首次使用抛光垫(图1中的2，图2中的2’)之前，在一些示例性实施例中，各抛光单元(图1中的4，图2中的24)沿大体上正交于支撑层(图1中的10，图2中的30)的第一主侧的第一方向上延伸。在其他示例性实施例中，各抛光单元沿第一方向在包括导向板(图2中的31)的平面之上至少大约0.25毫米处延伸。在进一步的示例性实施例中，各抛光单元沿第一方向在包括支撑层(图中的10，图2中的30)的平面之上至少大约0.25毫米处延伸。在附加的示例性实施例中，抛光表面(图1中的14，图2中的23)在抛光单元(图1中的2，图2中的2’)的底部或底端之上可以是大约0.25毫米、0.5毫米、1.5毫米、2.0毫米、2.5毫米、3.0毫米、5.0毫米、10毫米或更大，这取决于所用的抛光剂以及为抛光单元所选的材料。
再次参考图1-2，整个抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)和导向板31的孔(图1中的6，图2中的26)的深度和间隙可根据具体CMP过程所需而变化。抛光单元(图1中的4，图2中的24)被保持在相对于彼此、抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)和导向板31定向的平面内，并且在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)和导向板31的上方突出。
在一些示例性实施例中，抛光单元(图1中的4，图2中的24)在导向板31和任何抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)之上的延伸部所产生的容积可提供抛光剂在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)的表面上分布所用的空间。抛光单元(图1中的4，图2中的24)在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)至少凸出一定的量，这至少部分地依赖抛光单元的材料特性和抛光剂(工作流体和/或磨粒浆)在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)之上的期望流。
如图1-2所示，抛光单元4(或带凸缘的抛光单元24)的至少一部分为多孔抛光单元，在某些实施例中，该多孔抛光单元具有多孔的抛光表面(图1中的14，图2中的23)，其可与待抛光的衬底(图1中未示出)滑动或转动接触。在其他实施例中，多孔抛光单元可能不具有多孔抛光表面，但可具有在大体上整个多孔抛光单元上分布的小孔。这种多孔抛光单元可用作展示适应的抛光垫的一些有利特征的适应性抛光单元。
在一些特定的示例性实施例中，一个或多个抛光单元4可包括在大体上整个抛光单元4上以多孔泡沫的形式分布的多个小孔15。泡沫可以是闭合的单元泡沫，或者开放的单元泡沫。闭合的单元泡沫可优选地存在于一些实施例中。优选地，泡沫中的多个小孔15展示了孔尺寸例如小孔直径的单峰分布。在一些示例性实施例中，多个小孔展示了自大约1纳米到大约100微米的平均孔尺寸。在其他示例性实施例中，多个小孔展示了自大约1微米到大约50微米的平均孔尺寸。
现在参考图3A-3C和图4A-4C，抛光单元4(图3A-3C)的抛光表面14(图3A-3B)或者带凸缘的抛光单元24(图4A-4C)的抛光表面24(图4A-4C)可以是大体上平的平面或者可以是有织纹的。在某些当前优选的实施例中，各多孔抛光单元的至少抛光表面被制成多孔，例如具有精微的表面开口或小孔15，其可采用孔、槽、通道等等的样式。诸如抛光表面处的小孔15可用来便于将抛光剂(例如，未在图中示出的工作流体和/或磨粒抛光浆)分布和维持在衬底(未示出)和相应多孔抛光单元之间的接触面上。
在图3A-3C所图示的某些示例性实施中，抛光表面14包括大体上是圆柱形毛细管的小孔15。小孔15可自抛光表面14延伸入抛光单元4，如图3C所示。在相关实施例中，抛光表面包括小孔15，该小孔15是大体上圆柱形的自抛光表面23延伸入带凸缘的抛光单元24的毛细管。小孔不必是圆柱形的，并且其他小孔是可能的，例如圆锥形的、矩形的、锥体的等等。小孔的特征尺寸一般地可以具体化为深度、宽度、长度或直径。基准的小孔尺寸在深度上可自大约25微米(um)到大约6500um之间变化、在宽度上自大约5um到大约500um之间变化、在长度上自大约10um到大约1000um之间变化、在直径上自大约5um到大约100um之间变化。
在图4B所示的其他示例性实施例中，抛光表面23包括以多个槽27形式的小孔，其中，各个槽27延伸贯穿相应抛光单元24的抛光表面23的至少一部分，优选地在大体上平行于抛光表面23的方向上。优选地，各槽27在大体上平行于抛光表面23的方向上延伸贯穿相应抛光单元24的整个抛光表面23。在图4C所图示的其他示例性实施例中，小孔可采用两维的阵列槽27的形式，其中，各槽27仅延伸贯穿抛光表面23的一部分。
在进一步的示例性实施例中，槽27可实际上具有任何形状，例如，圆柱形、三角形、矩形、梯形、半圆球形以及它们的组合。在某些示例性实施例中，各槽27在大体上平行于抛光单元24的抛光表面23的方向上的横截面面积选自从大约75平方微米(um2)到大约3×106um2的范围。
在进一步的示例性实施例中，支撑层包括柔软和适应材料，比如适应橡胶或聚合物。支撑层可以是不能压缩的，比如刚性框架或外壳，但是优选地是可压缩的以提供指向抛光面的正压力。在一些示例性实施例中，支撑层优选地由可压缩的聚合材料、待优选的泡沫化聚合物以及泡沫化的聚合材料制成。闭合单元可以是优选的。在一些示例性优选实施例中，抛光单元(其至少一部分包括多孔抛光单元的抛光单元)可形成有支撑层，并作为固定到支撑层的单片抛光单元，其可能是多孔支撑层。
在一些示例性实施例中，支撑层包括聚合材料，该聚合材料选自：硅、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁(二烯)橡胶、聚亚安酯以及它们的组合物。支撑层可进一步包括各种附加材料，比如填充料、微粒、纤维、增强剂等等。支撑层优选地是流体非渗透性的(尽管可渗透的材料可与可选择的隔板结合以防止或禁止流体穿过支撑层)。
已然发现聚亚安酯是特别有用的支撑层材料。适宜的聚亚安酯包括例如来自Rogers公司的贸易标志PORON的可用材料：Rogers，CT，以及来自Dow Chemical，Midland，MI的贸易标志PELLETHANE的可用材料：尤其PELLETHANE 2102-65D。其他适宜的材料包括聚乙烯对苯二酸酯(PET)，比如，例如在商业标志MYLAR下广泛可用的二轴定向PET，以及可自加拿大的Santa Ana的Rubberite Cypress Sponge橡胶产品公司获得的标有BONDTEX标志的键合橡胶。
抛光单元可包括不同的材料，具有优选的聚合材料。适宜的聚合材料包括：例如在商业标志DELRIN下可用的聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇聚酯、聚碳酸酯以及乙缩醛(可自德国Wilmington的E.I.DuPont de Nemours公司获得)。在一些示例性实施例中，抛光单元的至少一些包括：热塑性聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇或它们的组合。
抛光单元也可包括增强聚合物或其他复合材料，包括，例如金属颗粒、陶瓷颗粒、聚合颗粒、纤维以及它们的组合等等。在某些实施例中，抛光单元可通过包括填充在其内的填充料、比如碳、石墨、金属或它们的组合而制成电导的和/或热导的。在其他实施例中，可使用电导聚合物，比如，例如带有商业标志ORMECOM(可从德国Ammersbek的Ormecon Chemie获得)的苯胺(PANI)，具有或不具有上述的电导或热导填充料。
导向板可由不同的材料制成，比如聚合物、共聚物、共混聚合物、聚合复合物或它们的组合物。不传导的、液体非渗透的聚合材料一般是优选的，并且发现聚碳酸酯尤其有用。
可选的抛光剂分布层也可由不同的聚合材料制成。在一些实施例中，抛光剂分布层包括至少一个亲水聚合物。优选的亲水聚合物包括聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇聚酯、聚甲醛以及它们的组合。聚合材料优选地为多孔的，更优选地包括泡沫，以便在抛光操作期间当抛光剂分布层被压缩时提供指向衬底的正压力。
具有开放或闭合单元的多孔或泡沫材料在某些实施例中是优选的。在一些特定实施例中，抛光剂分布层在大约10％到大约90％的孔隙度之间。在备选实施例中，抛光剂分布层可包括亲水材料，比如，可吸水的亲水乙烷，优选地在大约5％到60％重量比的范围内，以在抛光操作期间提供润滑表面。
在一些示例性实施例中，抛光剂分布层可大体上一致地在经历抛光的整个表面上分布抛光剂，这就可提供更均匀的抛光。抛光剂分布层可选择地包括比如隔板、槽(图中未示出)、小孔等等的流体阻力单元，以调节抛光期间抛光剂的流速。在进一步的示例性实施例中，抛光剂分布层可包括不同材料的不同层，以获得自抛光表面起的不同深度处的期望抛光剂流速。
在一些示例性实施例中(参见图6B)，一个或多个抛光单元可包括限定在抛光单元内的敞开核心区域或腔，尽管这种布置不是希望的那样。在一些实施例中，如WO/2006/055720中所描述的，抛光单元的核心可包括传感器以检测压力、导电性、电容、涡流等等。在另一个实施例中，抛光垫包括在正交于抛光表面的方向上延伸贯穿垫的窗口，或可使用透明层和/或透明抛光单元，以允许抛光过程的光学端点，如共同未决的2008年5月15日提交的标题为“POLISHING PADWITH ENDPOINT WINDOW AND SYSTEMS AND METHOD OFUSING THE SAME”的US临时专利申请号61/053429所描述的那样。
如上所述的术语“透明层”旨在包括含有透明区域的层，其可由同于或不同于层的剩余部分的材料制成。在一些示例性实施例中，单元、层或区域可能是透明的，或者可以通过将热和/或压力施加到材料上变成透明的，或者透明材料可以铸造在适当位于层内的孔中的适当地方，以产生透明区域。在备选实施例中，整个支撑层可由是或变成是透明的材料制成，以在端点检测设备所使用的感兴趣的波长范围内供能。用于透明单元、层或区域的优选透明材料包括例如透明的聚亚安酯。
此外，如上所述，术语“透明的”规定为包括单元、层、和/或区域，其大体上是透明的，以在端点检测设备所使用的感兴趣的波长范围内供能。在某些示例性实施例中，端点检测装置使用一个或多个电磁能源，以便以紫外光、可见光、红外管、微波、无线波及其组合等等的形式放射辐射。在某些实施例中，术语“透明的”意味着：在冲击在透明单元、层或区域上的感兴趣的波长处至少大约25％(例如，至少大约35％，至少大约50％，至少大约60％，至少大约70％，至少大约80％，至少大约90％，至少大约95％)的能量传递通过透明单元、层或区域。
在一些示例性实施例中，支撑层是透明的。在某些示例性实施例中，至少一个抛光单元是透明的。在另外的示例性实施例中，至少一个抛光单元是透明的，并且粘附层和支撑层也是透明的。在进一步的示例性实施例中，支撑层、导向板、抛光剂分布层、至少一个抛光层或其组合是透明的。
本公开进一步涉及在抛光过程中使用上述抛光垫的方法，该方法包括：以包括多个抛光单元的抛光垫的抛光表面接触衬底的表面，至少其中一些抛光单元是多孔的；以及相对地相对于衬底移动抛光垫以磨损衬底的表面。在某些示例性实施例中，工作流体可提供到抛光垫表面和衬底表面之间的接触面上。适宜的工作流体在现有技术中是已知的，并且可在例如US专利号6238592B1、6491843B1和WO/200233736中发现。
此处所描述的抛光垫在某些实施例中可以是相对容易并且低廉地制造。适宜的制造过程在美国临时号60/926244中得到描述。一些示例性制造过程的简要讨论在下文中描述，该讨论并未规定为包括一切的或限制性的。
因此，在进一步的示例性实施例中，提供了制造抛光垫的方法，该方法包括：形成多个多孔抛光单元；并将多孔抛光单元固定到支撑层。在某些实施例中，该方法包括：通过气饱和溶化聚合物的喷射造型形成多孔抛光单元；在反应时对包括气体的反应混合物的喷射造型以形成聚合物；对包括溶化在临界气中的聚合物的混合物的喷射造型；对溶剂中的不相容聚合物的混合物的喷射造型；沉浸在热塑性聚合中的热固性颗粒的喷射造型；以及它们的组合。
在某些附加实施例中，给予抛光单元的抛光表面的孔隙度例如可以通过喷射造型、压扎、机械钻孔、激光钻孔、探针冲孔、气体弥散泡沫、化学处理以及其组合而被施加。
具有根据本公开的多孔抛光单元的抛光垫的示例性实施例可具有使其用于不同抛光应用中的不同特征和特性。在一些当前优选的实施例中，本公开的抛光垫可尤其适合用于制造集成电路和半导体装置的晶片的化学机械平面化(CMP)。在某些示例性实施例中，本公开所描述的抛光垫可提供比现有技术已知的抛光垫的诸多优点。
例如，在某些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可用来更好地将CMP过程中使用的工作流体保持在垫的抛光表面和待抛光的衬底表面之间的接触面上，从而改善工作流体在增强抛光中的有效性。在其他示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可减少或消除在抛光期间的晶片表面的凹痕和/或边缘侵蚀。在一些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫在CMP过程中的使用可导致晶片抛光均匀性改善、更平的抛光晶片表面、自晶片的边缘模产量的增加，以及改进的CMP过程操作范围和一致性。
在进一步的示例性实施例中，对根据本公开的具有多孔单元的抛光垫的使用可允许更大直径晶片的处理，同时维持所需的表面均匀性，以获得好的芯片产量、在需要调节垫表面之前处理更多的晶片以便保持晶片表面的抛光均匀性，或者减少处理时间和晶片调节器上的磨损。
根据本公开的示例性抛光垫将参考下面的非限制性示例进行说明。
示例
下面的非限制性实施例图示了用于制备多孔和非多孔抛光单元的不同方法，该多孔和非多孔单元可用来制备包括多个固定到支撑层的抛光单元的抛光垫，其中，抛光单元的至少一部分为多孔抛光单元，并且其中，各抛光单元的至少一部分包括多个小孔。
示例1
该示例图示了非多孔抛光单元(示例1A)和多孔抛光单元(示例1B)的制备，其中，小孔大体上分布在整个抛光单元上。多孔抛光单元通过包括溶解在超临界气体中的聚合物的混合物的喷射造型而制备。
具有在210℃和3800g力的溶解指数5的热塑性聚亚安酯(Estane ETE 60DT3 NAT 022P，Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH)被选择。热塑性聚亚安酯的切片在升高温度和压力下被送到80吨位的装备有30mm直径的单螺杆(L/D＝24∶1)的MT Arburg喷射造型压力机(Arburg GmbH，Lossburg，德国)，以产生聚合物熔体。
在比较的示例1A中，聚合物熔体被喷射造型到32腔、冷浇铸模(9.2克的实心粒重量)以形成大体上非多孔的抛光单元，该非多孔抛光单元具有中空内圆柱形的腔和0.15克/单元的重量。
在示例1B中，氮气在升高温度和压力下通过使用装备有Mass Pulse Dosing传送系统(可自MA的Woburn的Trexel有限公司获得)的Trexel SII-TRlO被喷入到聚合物熔体，导致超临界氮气在聚合物熔体中的0.6％w/w混合物的行程。超临界氮气和聚合物熔体混合物被喷入32-腔、冷浇铸模(9.2克的实心粒重量)以形成具有中空内圆柱形腔和0.135克重量的多孔抛光单元，并且其中，小孔大体上分布在整个抛光单元上。
用于各挤压机区域的温度、模参数、螺旋、喷射、包装压力、成型时间和嵌位吨位相对于示例1A和示例1B在表1中概括得出。
Figure BPA00001320464000181
图5A是根据本公开的另一个示例性实施例的在大体上平行于抛光表面的方向上横向截取单元后的示例1B的多孔抛光单元的显微图，图5B是在大体上正交于抛光表面的方向上横向截取单元后的图5A的多孔抛光单元的显微图。基于图5A的显微图，平均小孔尺寸被确定为33.208微米；小孔尺寸均值被确定为30.931微米；小孔尺寸分布的标准偏差被确定为13.686微米；最小小孔尺寸被确定为3.712微米；并且最大小孔尺寸被确定为150.943微米。
示例2
该示例图示了多孔抛光单元的制备，其中，小孔大体上仅分布在单元的抛光表面上。
通过对具有在210℃和3800g力的溶解指数5的热塑性聚亚安酯(Estane ETE 60DT3 NAT 022P，Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH)的喷射造型而首先制备多孔抛光单元，以便形成大体上圆柱形的测量直径在15毫米左右的抛光单元，如在比较示例1A中所上述的那样。
然后使用AVIA 355纳米紫外线激光器(加拿大的Santa Clara的Coherent公司)对喷射成型抛光单元的抛光表面激光钻孔，以形成多孔抛光单元，该紫外线激光器的操作参数为：毫微秒脉冲速率、15kHz的重复速率，60-80％的功率设定(0.8-1.1瓦)，以及在100毫米/秒到300毫米/秒的扫描速率(29.8秒和13.2的总运行时间)。
根据该示例2制备的多孔抛光单元的抛光表面在图6A的显微图中示出。图6B是在大体上正交于抛光表面的方向上横向截取单元后的图6A的多孔抛光单元的显微图。
示例3
该示例图示了非多孔抛光单元(示例3A)和多孔抛光单元(示例3B)的制备，其中，小孔大体上仅以多个形成在抛光表面上的形式分布在单元的抛光表面上。多孔抛光单元通过具有在210℃和3800g力的溶解指数5的热塑性聚亚安酯(Estane ETE 60DT3 NAT 022P，Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH)的喷射造型而制备。热塑性聚亚安酯的切片在升高温度和压力下被送到装备有25mm直径的单螺杆(L/D＝24.6∶1)的Engel 100吨位的喷射造型压力机(Engel机器，York，PA)，以产生聚合物熔体。
热塑性聚亚安酯熔体被喷射造型到2-腔、冷浇铸模(34.01克的微粒重量)，该模装备有插在腔中的棱角模和插在另一个腔中的胚模。用于各挤压机区域的温度、模参数、喷射和包装压力、成型时间和嵌位吨位在表2中概括得出。
  表2
  挤出参数   值
  区域1温度(进给)(℃)   49
  区域2温度(℃)   193.3
  区域3温度(℃)   204.4
  区域4温度(℃)   204.4
  螺旋速度(rpm)   300
  模具温度(℃)   12.8
  喷射时间(秒)   1.25
  最高喷射压力(kg/cm2)   2109.2
  包装时间(秒)   9
  包装压力(kg/cm2)   421.8
  冷却时间(秒)   50
  钳位吨位(kg)   36287.4
图7是根据本公开再一个示例性实施例的显微图，其示出了由插在多孔抛光单元的抛光表面上的棱角模形成的多个槽。
使用上文的详细描述中所提供的教导，单独的多孔和可选择地非多孔抛光单元可固定到支撑层以提供根据本发明的不同实施例的抛光垫。在一个图示单一抛光垫的尤其有利的实施例中，多-腔模可具有回填室，其中，各腔对应于抛光单元。多个抛光单元，其可包括此处所描述的多孔抛光单元和非多孔抛光单元，可通过适宜的聚合物熔体喷射成型到多-腔模、以及以相同聚合物熔体或另一种聚合物熔体回填到回填室而形成，以便形成支撑层。抛光单元在模冷却时保持固定到支撑层，从而将多个抛光单元形成为具有支撑层的单片式抛光单元。
在整个说明书中，所指的“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”，是否在术语“实施例”前包括或不包括术语“示例性”，都意味着：接合实施例所描述的特定特征、结构、材料或特性被包含在本发明的某些示例性实施例中的至少一个实施例中。因而，诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”的短语在整个说明书不同地方的出现不是必然指本发明的某些示例性实施例的相同实施例。此外，特定特征、结构、材料或特性可以任何方式结合到一个或多个实施例中。
尽管说明书已经详细地描述了某些示例性实施例中，应当理解的是，本领域的技术人员一旦获得前文的理解后，就可轻易地设想出这些实施例的改变、变化或等效方案。因此，应当理解的是，本公开并非不适当地限于上面所提出的演示性实施例。尤其是，如此处所使用的，端点表述的数字范围规定为包括包容在范围内的所有数字(例如1至5包括1，1.5，2，2.75，3，3.80，4和5)。另外，此处所用的所有数字假定为由术语“大约”改变。此外，此处所引用的所有出版物和专利通过整体引用在相同程度上被引入，仿佛各个单独的出版物或专利被详细地、单独地表示为通过参考引入。
不同的示例性实施例已经被描述。这些和其他实施例在下述权利要求的范围内。

Claims (45)

1.一种包括多个抛光单元的抛光垫，各个抛光单元固定到支撑层，以便限制抛光单元相对于一个或多个其他抛光单元的横向运动，但是仍保持在正交于抛光单元的抛光表面的轴线上的可运动性，其特征在于，
抛光单元的至少一个包括多孔抛光单元；
并且其中，各多孔抛光单元的至少一个表面包括多个小孔。
2.一种抛光垫，包括：具有第一主侧和对立于第一主侧的第二主侧的支撑层；
固定到支撑层的第一主侧的多个抛光单元；
导向板，其具有第一主表面和对立于第一主表面的第二主表面，该导向板布置成将多个抛光单元放置在第一主侧上，并使第一主表面远离支撑层；
其中，抛光单元自导向板的第一主表面沿大体上正交于第一主侧的第一方向延伸；
其中，抛光单元的至少一个包括多孔抛光单元；
并且其中，各多孔抛光单元的至少一部分包括多个小孔。
3.如权利要求2所述的抛光垫，进一步包括：自第一主表面延伸穿过导向板到第二主表面的多个孔，其特征在于，各抛光单元的至少一部分延伸入相应的孔，并且其中，各抛光单元自导向板的第一主表面向外地延伸。
4.如权利要求3所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元的一部分穿过相应的孔。
5.如权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，各抛光垫通过支撑层和导向板之间的接触面处的粘结剂固定到第一主侧。
6.如权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元具有凸缘，并且其中，各抛光单元通过相应凸缘与导向板的第二主表面的接合固定到第一主侧。
7.如权利要求3所述的抛光垫，其特征在于，所述多个孔布置为孔的阵列，并且其中，孔的至少一部分包括主孔和底割区域，并且其中，底割区域形成保持相应抛光单元凸缘的台肩。
8.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述导向板包括聚合物、共聚物、聚合混合物、聚合组合物或它们的组合。
9.如权利要求2所述的抛光垫，其中所述导向板将所述抛光单元保持在所述第一方向，同时允许抛光元件独立地相对于抛光垫沿着第一方向进行移动。
10.如权利要求2所述的抛光垫，进一步包括覆盖导向板的第一主表面的至少一部分的抛光剂分布层。
11.如权利要求10所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光剂分布层包括至少一个亲水聚合物。
12.如权利要求10所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元沿第一方向在包括抛光剂分布层的平面之上延伸至少大约0.25毫米。
13.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元沿第一方向在包括支撑层的平面之上延伸至少大约0.25毫米。
14.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元沿第一方向在包括支撑层的平面之上延伸至少大约0.25毫米。
15.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，大体上所有的抛光单元包括多孔抛光单元。
16.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述包括各多孔抛光单元的多个小孔大体上分布在整个多孔抛光单元上。
17.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，各多孔抛光单元包括远离第一和第二主侧的抛光表面。
18.如权利要求17所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元的至少一部分包括多个小孔。
19.如权利要求18所述的抛光垫，其特征在于，所述包括抛光表面的多个小孔包括多个具有横截面形状的槽，该横截面形状选自下列形状组成的组：圆柱形、三角形、矩形、梯形、半球形和它们的组合。
20.如权利要求19所述的抛光垫，其特征在于，各槽在第一方向上的深度在大约100微米到大约7500微米之间。
21.如权利要求19所述的抛光垫，其特征在于，各槽的横截面面积在大约75平方微米到大约3×106平方微米的范围。
22.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，腔被限定在一个或多个抛光单元内。
23.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔包括闭合单元泡沫。
24.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔包括开放单元泡沫。
25.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔展示小孔尺寸的单峰分布。
26.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔展示的平均小孔尺寸从大约1纳米到大约100微米之间。
27.如权利要求26所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔展示的平均小孔尺寸从大约1微米到大约50微米之间.
28.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述各抛光单元通过抛光单元结合到支撑层而固定到支撑层。
29.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，至少一些抛光单元被选定成在第一方向截取具有选自下列形状组成的组：圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形和梯形。
30.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述多个抛光单元形成为具有支撑层的单片式抛光单元。
31.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，至少一些抛光单元包括热塑性聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇聚酯或它们的组合。
32.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光单元具有至少一个从大约0.1毫米到大约30毫米的尺寸。
33.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述支撑层包括选自下列材料的聚合材料：硅、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁(二烯)橡胶、聚亚安酯以及它们的组合物。
34.如权利要求1或2所述的抛光垫，进一步包括对立于多个抛光单元的邻接到支撑层的粘附层。
35.如权利要求34所述的抛光垫，其特征在于，至少一个抛光单元是透明的，并且其中，粘附层和支撑层是透明的。
36.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，至少一个抛光单元是透明的。
37.如权利要求36所述的抛光垫，其特征在于，所述支撑层是透明的。
38.如权利要求10所述的抛光垫，其特征在于，所述支撑层、导向板、抛光剂分布层、至少一个抛光单元或它们的组合是透明的。
39.如权利要求1或2所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光单元的至少一部分包括碾磨颗粒。
40.一种使用抛光垫的方法，包括：
将衬底的表面与根据权利要求1-38中任一项所述的抛光垫的抛光表面接触；
相对地相对于衬底移动抛光垫，以磨光衬底的表面。
41.如权利要求40所述的方法，进一步包括：将工作流体提供到抛光垫表面和衬底表面之间的接触面上。
42.一种制造抛光垫的方法，包括：
形成多个多孔抛光单元；
将多孔抛光单元固定到支撑层，以形成根据权利要求1-39中任一项所述的抛光垫。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述多孔抛光单元可通过如下物质的喷射造型形成：饱和气聚合物溶体的喷射造型；使气体在反应时进化以形成聚合物的反应混合物的喷射造型；包括溶入超临界气体的聚合物的混合物的喷射造型；溶剂中的不相容聚合物的混合物的喷射造型；分散在热塑性聚合物内的多孔热固性微粒的喷射造型，以及上述物质的组合。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述多孔聚合物单元包括形成在各多孔抛光单元的抛光表面处的小孔。
45.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述小孔通过喷射造型、压扎、机械钻孔、激光钻孔、探针冲孔、气体弥散泡沫、化学处理以及其组合而形成。
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