CN105163907B - 低表面粗糙度的抛光垫 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抛光垫，其包含含有抛光表面的抛光垫体，其中该抛光体包含孔隙，且其中该抛光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及一种抛光垫及一种抛光基材的方法；且具体地说，本发明涉及一种抛光垫，其包含含有抛光表面的抛光垫体(polishing pad body)，其中该抛光体包含孔隙，且其中该抛光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。
背景技术
化学-机械抛光(“CMP”)工艺用于制造微电子器件以在半导体晶片、场发射显示器及许多其它微电子基板上形成平坦表面。例如，半导体器件的制造通常包括形成各种工艺层、对这些层的部分进行选择性移除或图案化、及在半导体基板表面上方沉积额外的工艺层以形成半导体晶片。举例来说，所述工艺层可包括绝缘层、栅极氧化物层、导电层、金属或玻璃的层等。在晶片制造工艺的一些步骤中，期望工艺层的最上部表面为平面的(即平坦的)，以用于沉积后续的层。CMP用于工艺层的平坦化，其中，将沉积的材料(例如导电材料或绝缘材料)抛光以使晶片平坦化而用于后续的工艺步骤。
在典型的CMP工艺中，晶片倒置安装于CMP工具中的载体上。通过力，将载体及晶片朝着抛光垫向下推动。使载体及晶片在该CMP工具的抛光台上的旋转着的抛光垫上方旋转。抛光组合物(也称作抛光浆料)通常在抛光过程期间加入到旋转着的晶片和旋转着的抛光垫之间。该抛光组合物典型地含有与部分最上部晶片层相互作用或溶解部分最上部晶片层的化学物质，以及以物理方式移除部分所述层的研磨材料。晶片及抛光垫可以相同方向或相反方向旋转，对于正在进行的特定抛光过程，无论哪一种旋转方式均是合乎需要的。该载体还可横跨抛光台上的抛光垫振荡。
抛光垫典型具有大于15微米的初始表面粗糙度。在使用同一垫抛光多个基材的过程中，垫表面的正常磨损导致垫表面粗糙度的改变。当垫的表面粗糙度改变，垫表面与待抛光的基材之间的接触改变，从而会改变抛光速率。因此，抛光基材以达成所期望的表面性质(例如平坦度)所需的时间在生产过程中有所差异。因而，基材之间的均一性会产生变化。
因此，本领域中需要改进的抛光垫。
发明内容
本发明提供一种抛光垫，其包含含有抛光表面的抛光垫体，其中该抛光体包含孔隙，且其中该抛光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。
本发明也提供一种抛光基材的方法，该方法包括：(i)提供待抛光的基材；(ii)将该基材与前述抛光垫及抛光组合物接触；以及(iii)将该基材相对于该抛光垫移动，其间有该抛光组合物，从而磨除该基材的至少一部分以抛光该基材。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的抛光垫表面的扫描电子显微镜图像。
图2是根据本发明实施方式的抛光垫表面的扫描电子显微镜图像。
图3是常规的抛光垫表面的扫描电子显微镜图像。
图4是比较使用根据本发明实施方式的抛光垫与常规抛光垫进行抛光时，氧化硅移除速率对抛光晶片数量的图表。
具体实施方式
本发明提供一种抛光垫，其包含含有抛光表面的抛光垫体，其中该抛光垫体包含孔隙，且其中该抛光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。
该抛光垫体可为任何适合的外形尺寸。典型地，抛光垫体为圆形(如旋转抛光工具中所使用)或是制成环状线形带(如线型抛光工具中所使用)。优选地，该抛光垫体为圆形。
该抛光垫体可包含任何适合的材料、基本上由任何适合的材料组成、或由任何适合的材料组成。期望地，该抛光垫体包含聚合物树脂、基本上由聚合物树脂组成、或由聚合物树脂组成。该聚合物树脂可为任何适合的聚合物树脂。典型地，该聚合物树脂选自热塑性弹性体、热固性聚合物、聚氨酯(例如，热塑性聚氨酯)、聚烯烃(例如，热塑性聚烯烃)、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性橡胶、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚亚芳基(polyarylene)、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、及其混合物。优选地，该聚合物树脂为聚氨酯，更优选为热塑性聚氨酯。
该抛光垫体包含孔隙。该孔隙的平均孔径可为2微米或以上、3微米或以上、4微米或以上、5微米或以上、6微米或以上、7微米或以上、8微米或以上、9微米或以上、10微米或以上、15微米或以上、20微米或以上、25微米或以上、30微米或以上、35微米或以上、40微米或以上、45微米或以上、或是50微米或以上。可选择地，或除此之外，该孔隙的平均孔径可为150微米或以下、125微米或以下、100微米或以下、90微米或以下、80微米或以下、70微米或以下、60微米或以下、50微米或以下、45微米或以下、40微米或以下、35微米或以下、30微米或以下、25微米或以下、20微米或以下、15微米或以下、或是10微米或以下。因此，该孔隙的平均孔径可由前述平均孔径的任意两个端点所限制。例如，该孔隙的平均孔径可为2微米至150微米、3微米至125微米、4微米至100微米、5微米至90微米、5微米至80微米、5微米至70微米、5微米至60微米、5微米至50微米、5微米至45微米、5微米至40微米、5微米至35微米、5微米至30微米、5微米至25微米、5微米至20微米、5微米至15微米、5微米至10微米、10微米至50微米、10微米至45微米、10微米至40微米、10微米至35微米、10微米至30微米、10微米至25微米、或10微米至20微米。
该抛光表面的表面粗糙度可为0.1微米或以上、0.2微米或以上、0.3微米或以上、0.4微米或以上、0.5微米或以上、0.6微米或以上、0.7微米或以上、0.8微米或以上、0.9微米或以上、或是1微米或以上。可选择地，或除此之外，该抛光表面的表面粗糙度可为4微米或以下、3.8微米或以下、3.6微米或以下、3.5微米或以下、3.4微米或以下、3.2微米或以下、3微米或以下、2.8微米或以下、2.6微米或以下、2.5微米或以下、2.4微米或以下、2.2微米或以下、2微米或以下、1.8微米或以下、或是1.6微米或以下。因此，该抛光表面的表面粗糙度可由前述表面粗糙度的任意两个端点所限制。
例如，该抛光表面的表面粗糙度可为0.1微米至4微米、0.1微米至3.8微米、0.1微米至3.6微米、0.1微米至3.4微米、0.1微米至3.2微米、0.1微米至3微米、0.1微米至2.8微米、0.1微米至2.6微米、0.1微米至2.4微米、0.1微米至2.2微米、0.1微米至2微米、0.1微米至1.8微米、0.1微米至1.6微米、0.5微米至4微米、0.5微米至3.5微米、0.5微米至3微米、0.5微米至2.5微米、0.5微米至2微米、1微米至4微米、1微米至3.6微米、1微米至3微米、1微米至2.5微米、或1微米至2微米。
表面粗糙度可表示为在抛光表面上数个区域所测定的平均粗糙度。测定抛光表面或其中一区域的表面粗糙度的适合方法的非限制性实例如ISO13565。
抛光垫体可使用任何适合的技术制造，其中有许多为本领域技术人员所知。例如，抛光垫可由例如铸造及挤出的方法形成。聚合物树脂可为热塑性材料，其被加热至可流动的温度，然后经铸造或挤出形成所需的形状。聚合物树脂可由其自然构造而提供孔隙结构。在其他实施方式中，孔隙结构可由多种本领域技术人员所知的制造技术引入(例如发泡、鼓泡等)。提供包含闭孔孔隙的孔隙结构的代表性方法包括发泡处理，例如微发泡工艺、相转变工艺、旋节线或双模分解工艺(spinodal or bimodal decomposition process)、或是加压气体喷射工艺，这些方法都是本领域所公知的。提供包含开孔孔隙的孔隙结构的代表性方法包括烧结热塑性聚合物(如聚氨酯)的颗粒，以提供开孔的孔隙结构。
抛光表面可使用任何适合的方法制造。在一实施方式中，抛光表面通过切削该抛光垫体而制造。
该抛光垫体在30℃下的弹性储能模量(storage modulus of elasticity)可为5MPa(百万帕)或以上、10MPa或以上、20MPa或以上、30MPa或以上、40MPa或以上、50MPa或以上、60MPa或以上、70MPa或以上、80MPa或以上、90MPa或以上、100MPa或以上、200MPa或以上、300MPa或以上、400MPa或以上、或是500MPa或以上。可选择地，或除此之外，该抛光垫体在30℃下的弹性储能模量可为600MPa或以下、550MPa或以下、500MPa或以下、450MPa或以下、400MPa或以下、350MPa或以下、或是300MPa或以下。因此，该抛光垫体在30℃下的弹性储能模量可由前述在30℃下的弹性储能模量的任意两个端点所限制。例如，该抛光垫体在30℃下的弹性储能模量可为5MPa至600MPa、20MPa至600MPa、30MPa至600MPa、40MPa至550MPa、50MPa至500MPa、60MPa至450MPa、70MPa至400MPa、80MPa至350MPa、90MPa至300MPa、5MPa至500MPa、10MPa至500MPa、20MPa至400MPa、或是20MPa至300MPa。
本发明的抛光垫可单独使用，或任选地用于多层层叠的抛光垫中的一层。例如，本发明抛光垫可与副垫(subpad)结合使用。该副垫可为任何适合的副垫。适合的副垫包括聚氨酯泡沫副垫、浸渍毡副垫(impregnated felt subpad)、微孔聚氨酯副垫、或烧结氨基甲酸酯副垫。该副垫典型地比本发明抛光垫更软，因此比抛光垫更可压缩。在一些实施方式中，该副垫比抛光垫更硬且更不可压缩。该副垫任选地包括沟、通道、凹部(空心部分，hollow section)等等。当本发明抛光垫与副垫结合使用时，典型地会有中间衬层(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯膜)共同存在于该抛光垫与副垫之间。
在一实施方式中，抛光垫通过将抛光垫体夹入两层衬材之间而制备。所得到的夹入的抛光垫体可被切削以制造两个抛光垫。在一些实施方式中，所夹入的抛光垫体可通过在两层衬层之间固化预聚合物(例如热塑性聚氨酯)而制造。该衬材可为任何适合的衬材，且可包含聚合物片。在一些实施方式中，衬材可包含本文所描述的副垫。这些实施方式中，夹层抛光垫可制备成伸长的片材形式，之后于连续处理中将其切削并分割成片段以形成抛光垫。
如图1及2中所示，本发明抛光垫的表面包含开孔孔隙，该开孔孔隙由切削抛光垫体形成抛光表面所致。抛光表面的表面粗糙度是指除该孔隙外的抛光表面的表面粗糙度。为了比较，图3显示常规抛光垫的表面。
表面粗糙度可由光学型表面粗糙度测试仪器测量，例如三维表面轮廓仪、激光扫描显微镜、电子束表面轮廓仪、接触型表面粗糙度测试仪(例如具有接触探针的表面粗糙度测试仪)等等。优选地，表面粗糙度根据ISO13565测定。
本发明进一步提供一种抛光基材的方法，该方法包括：(i)提供待抛光的基材；(ii)将该基材与本文所述的本发明抛光垫及抛光组合物接触；以及(iii)将该基材相对于该抛光垫移动，其间有该抛光组合物，从而磨除该基材的至少一部分以抛光该基材。
该抛光组合物可为任何适合的抛光组合物。该抛光组合物典型地包含水性载体、pH调节剂、以及任选的磨料。基于待抛光基材(工件)的种类，抛光组合物任选地可进一步包括一种或多种氧化剂、有机酸、络合剂、pH缓冲剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、杀生物剂等等。
实施例
本实施例说明了由本发明抛光垫所展现的对于氧化硅的移除速率，所述移除速率随着使用本发明抛光垫抛光的基材的数量而变化。
包含由原硅酸四乙酯衍生的氧化硅毯覆层的类似的基材使用与抛光组合物结合的常规抛光垫和本发明实施方式的抛光垫进行抛光。本发明的抛光垫使用热塑性聚氨酯树脂制备(87A热塑性聚氨酯树脂，来自Lubrizol，Wickcliffe，OH)，该抛光垫的肖氏D硬度(Shore D hardness)为42D，平均孔径为25至45微米，由共焦显微镜所测量的平均表面粗糙度为1.4微米，且弹性储能模量(E’)如下表所示。
表
| 在20℃下的E’ | 在40℃下的E’ | 在60℃下的E’ |
| 27.46Mpa | 22.45Mpa | 15.9Mpa |
对比抛光垫为市售热塑性聚氨酯垫，其具有经研磨的表面，且由共焦显微镜所测量的平均表面粗糙度为5.6微米。
在抛光基材后，测定每个基材的移除速率，其结果如图4所示。
由图4数据可见，本发明抛光垫在抛光约40个基材后，展现的氧化硅移除速率稳定在约530埃/分钟。对比抛光垫所展现的氧化硅移除速率在连续抛光基材时上升，且在抛光超过200个基材后达到约370埃/分钟。
将本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)在此引入作为参考，其参考程度如同各参考文献被单独和具体说明以引入作为参考并且各参考文献在本文中全部阐述一般。
在描述本发明的范围(特别是所附权利要求的范围)中使用术语“一个”和“一种”和“该”和“至少一个(种)”以及类似的指示物应理解为包括单数和复数，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。术语“至少一个(种)”与一系列的一个(种)或多个(种)条目的连用(例如“A和B中的至少一个(种)”)解释为意指选自所列条目中的一个(种)条目(A或B)或者所列条目中的两个(种)或更多个(种)的任意组合(A和B)，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”应理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文中数值范围的列举仅仅用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非本文中另有说明，并且在说明书中引入每个独立值，就如同其在这里被单独列举一样。本文描述的所有方法可以任何适宜的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实例、或示例性语言(如，“例如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限定，除非另有说明。说明书中没有语言应被理解为是在将任何非要求保护的要素表明为是本发明的实践所必需的。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人已知的进行本发明的最佳模式。通过阅读上述说明书，那些优选实施方式的变化对于本领域的普通技术人员来说将变得明晰。本发明人希望技术人员适当地采用这种变化，且本发明人希望本发明用不同于本文具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括适用法律所允许的、所附权利要求书中所列举的主题的所有修改和等价物。此外，在其所有可能变化中的上述要素的任意组合包括在本发明中，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。
Claims (7)
1.一种抛光垫，其包含含有抛光表面的抛光垫体，其中该抛光垫体包含孔隙，且其中该抛光表面具有0.1微米至4微米的表面粗糙度，且该抛光表面包含开孔孔隙，其中该表面粗糙度是在排除该开孔孔隙的情况下测量的，且其中该抛光垫体包含热塑性聚氨酯，其中该抛光垫具有5MPa至600MPa的在30℃下的弹性储能模量。
2.如权利要求1所述的抛光垫，其中该抛光表面具有0.5微米至2微米的表面粗糙度。
3.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述孔隙具有2微米至150微米的平均孔径。
4.如权利要求1所述的抛光垫，其中该抛光垫进一步包含垫基材。
5.如权利要求4所述的抛光垫，其中该抛光垫体具有与该抛光表面相反的非抛光表面，且其中该垫基材与该非抛光表面结合。
6.如权利要求1所述的抛光垫，其中该抛光垫进一步包含从该抛光表面延伸至与该抛光表面相反的表面的光学透射区域。
7.一种抛光基材的方法，该方法包括：
(i)提供待抛光的基材；
(ii)将该基材与权利要求1的抛光垫及抛光组合物接触；以及
(iii)将该基材相对于该抛光垫移动，其间有该抛光组合物，从而磨除该基材的至少一部分以抛光该基材。
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