CN105474366A - 具有闭孔结构的超高空隙体积抛光垫 - Google Patents

具有闭孔结构的超高空隙体积抛光垫 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于化学机械抛光的包含多孔聚合材料的抛光垫,其中该抛光垫包含闭孔且其中该抛光垫具有70%或更大的空隙体积分数。还公开了用于制备前述抛光垫的方法及通过使用前述抛光垫来抛光基板的方法。

Description

具有闭孔结构的超高空隙体积抛光垫
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另外的其它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、以及金属或玻璃的层等。在晶片工艺的一些步骤中,通常期望的是,工艺层的最上部表面是平面的(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。用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)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。
由较硬的材料制成的抛光垫呈现高移除速率且具有长的可用垫寿命,但倾向于在正在被抛光的基板上产生许多刮痕。由较软的材料制成的抛光垫呈现低的基板刮伤,但倾向于呈现较低的移除速率且具有较短的可用垫寿命。因此,本领域中仍需要提供有效的移除速率且具有延长的垫寿命并且还产生有限刮伤的抛光垫。
发明内容
本发明提供一种用于化学机械抛光的包含多孔聚合材料的抛光垫,其中该抛光垫包含闭孔且其中该抛光垫具有70%或更大的空隙体积分数。
本发明还提供一种制备抛光垫的方法,该方法包括(a)提供包含聚合物树脂的抛光垫材料,(b)使抛光垫材料经受处于第一升高的压力下的惰性气体,(c)通过使抛光垫材料的温度升高至高于抛光垫材料的玻璃化转变温度且低于抛光垫材料的熔点的第一温度来使抛光垫材料发泡,(d)使抛光垫材料经受处于第二升高的压力下的惰性气体,及(e)通过使抛光垫材料的温度升高至高于抛光垫材料的玻璃化转变温度的第二温度来使抛光垫材料发泡。
本发明另外提供一种抛光基板的方法,该方法包括(a)提供待抛光的基板,(b)使基板与包含前述抛光垫及抛光组合物的抛光系统接触,及(c)用所述抛光系统磨除基板的至少一部分以抛光基板。
附图说明
图1A为抛光垫材料的横截面的SEM图像,该抛光垫材料包含经受一次加压/发泡循环的具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯。图1B为前述工件在第二加压/发泡循环后的放大倍率低于图1A的SEM图像。图1C为前述工件在第三加压/发泡循环后的放大倍率与图1B相同的SEM图像。
图2A为抛光垫材料的横截面的SEM图像,该抛光垫材料包含经受一次加压/发泡循环的具有25D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯。图2B为前述工件在第二加压/发泡循环后的放大倍率与图2A相同的SEM图像。图2C为在更高放大倍率下的图2B中所示的图像。
图3A为抛光垫材料的横截面的SEM图像,该抛光垫材料包含经受一次加压/发泡循环的具有72D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯。图3B为前述工件在第二加压/发泡循环后的如图3A的较低放大倍率的SEM图像。图3C为前述工件在第三加压/发泡循环后的放大倍率低于图3A及图3B的SEM图像。
图4为抛光垫材料的横截面的SEM图像,该抛光垫材料包含经受一次加压/发泡循环的具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯。
具体实施方式
本发明提供一种用于化学机械抛光的包含多孔聚合材料的抛光垫,其中该抛光垫包含闭孔且其中该抛光垫具有70%或更大的空隙体积分数。
该抛光垫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,抛光垫包含聚合物树脂、基本上由聚合物树脂组成、或由聚合物树脂组成。聚合物树脂可为任何适合的聚合物树脂。典型地,聚合物树脂选自:热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、苯乙烯类聚合物、聚芳族化物、含氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性体聚乙烯、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、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、它们的共聚物和嵌段共聚物、以及它们的混合物和共混物。优选地,聚合物树脂为聚氨酯,更优选地为热塑性聚氨酯。
聚合物树脂典型地为预成型聚合物树脂;然而,聚合物树脂还可根据任何适合方法原位形成,其中许多方法为本领域中已知的(参见例如Szycher'sHandbookofPolyurethanesCRCPress:NewYork,1999,第3章)。举例而言,热塑性聚氨酯可通过氨基甲酸酯预聚物(诸如异氰酸酯、二-异氰酸酯及三-异氰酸酯预聚物)与含有异氰酸酯反应性部分的预聚物反应而原位形成。适合的异氰酸酯反应性部分包括胺及多元醇。
典型地,抛光垫的空隙体积主要通过闭孔(即孔隙)形成;然而,抛光垫还可包含开孔。优选地,通过闭孔提供抛光垫的空隙体积的至少75%或更大,例如80%或更大、85%或更大、90%或更大、95%或更大、98%或更大、99%或更大、或100%。
聚合物树脂可具有15D或更大,例如20D或更大、25D或更大、30D或更大、35D或更大、40D或更大、42D或更大、45D或更大、50D或更大、55D或更大、60D或更大、65D或更大、或70D或更大的肖氏D硬度。可选择地,或者此外,聚合物树脂可具有75D或更小,例如72D或更小、70D或更小、65D或更小、60D或更小、55D或更小、50D或更小、或45D或更小的肖氏D硬度。因此,聚合物树脂可具有由针对肖氏D硬度所列举的端点中的任何两个界定的肖氏D硬度。举例而言,聚合物树脂可具有15D至75D、20D至75D、25D至75D、25D至72D、30D至72D、35D至72D、40D至72D、42D至72D、15D至72D、15D至70D、15D至65D、15D至60D、15D至55D、15D至50D、15D至45D、20D至45D、25D至45D、50D至75D、55D至75D、60D至75D、65D至75D、或70D至75D的肖氏D硬度。所有肖氏D硬度值是使用ASTM2240-05(2010)测量的。
抛光垫典型地可具有5%或更大,例如10%或更大、15%或更大、或20%或更大的压缩性。可选择地,或者此外,抛光垫可具有25%或更小,例如20%或更小、15%或更小、或10%或更小的压缩性。因此,抛光垫可具有由针对压缩性所列举的端点中的任何两个界定的压缩性。举例而言,抛光垫可具有5%至25%、5%至20%、5%至15%、5%至10%、10%至25%、10%至20%、或10%至15%的压缩性。
抛光垫可具有70%或更大,例如72%或更大、74%或更大、76%或更大、78%或更大、80%或更大、82%或更大、84%或更大、86%或更大、88%或更大、或90%或更大的空隙体积分数。可选择地,或者此外,抛光垫可具有90%或更小,例如88%或更小、86%或更小、84%或更小、82%或更小、或80%或更小的空隙体积分数。因此,抛光垫可具有由针对空隙体积所列举的端点中的任何两个界定的空隙体积分数。举例而言,抛光垫可具有70%至90%、70%至88%、70%至86%、70%至84%、70%至82%、70%至80%、72%至90%、72%至88%、72%至86%、72%至84%、72%至82%、74%至90%、74%至88%、74%至86%、74%至84%、74%至82%、76%至90%、76%至88%、76%至86%、76%至84%、76%至82%、78%至90%、78%至88%、78%至86%、78%至84%、或78%至82%的空隙体积分数。
抛光垫的空隙体积分数可使用任何适合的测量方法量测。举例而言,抛光垫的空隙体积分数可使用密度测量来量测,其中,该空隙体积分数可表示为:空隙体积%=(1-ρ发泡固体)×100%,其中ρ发泡为抛光垫的密度且ρ固体为用于形成抛光垫的聚合物树脂的密度。如本文中所用的,术语“空隙体积”、“空隙体积分数”或“空隙体积百分比”可与孔隙率同义。
抛光垫(更具体地,抛光垫的闭孔)可具有5μm或更大,例如10μm或更大、15μm或更大、20μm或更大、25μm或更大、30μm或更大、35μm或更大、40μm或更大、45μm或更大、50μm或更大、55μm或更大、60μm或更大、65μm或更大、70μm或更大、75μm或更大、100μm或更大、125μm或更大、或150μm或更大的平均孔隙尺寸。可选择地,或者此外,抛光垫可具有200μm或更小,例如190μm或更小、180μm或更小、175μm或更小、170μm或更小、160μm或更小、150μm或更小、140μm或更小、130μm或更小、125μm或更小、120μm或更小、110μm或更小、100μm或更小、90μm或更小、80μm或更小、70μm或更小、60μm或更小、50μm或更小、40μm或更小、30μm或更小、或20μm或更小的平均孔隙尺寸。因此,抛光垫可具有由针对平均孔隙尺寸所列举的端点中的任何两个界定的平均孔隙尺寸。举例而言,抛光垫可具有5μm至200μm、5μm至20μm、25μm至75μm、50μm至100μm、75μm至125μm、100μm至150μm、125μm至175μm、或150μm至200μm的平均孔隙尺寸。
如本文中所用的,平均孔隙尺寸是指抛光垫中的单独孔隙的代表性样本的最大直径的平均值。所述最大直径与Feret直径相同。所述最大直径可以人工方式或通过使用图像分析软件自样本的图像(诸如透射电子显微镜图像)获得。典型地,样本通过将抛光垫的一部分剖切而获得。
如本文中所用的,平均孔隙尺寸是指抛光垫的本体(bulk)部分(即,在抛光垫的表面之间、但不包括所述表面的抛光垫部分)内的平均孔隙尺寸。所述表面可为所制得的且在任何精加工操作(诸如削片(削磨,skiving)、修整等)之前的垫表面的5mm内(例如4mm内、3mm内、2mm内、或1mm内)的垫区域。
在实施方式中,抛光垫可具有0.01MPa或更大,例如0.05MPa或更大、0.1MPa或更大、0.2MPa或更大、0.3MPa或更大、0.4MPa或更大、0.5MPa或更大、0.6MPa或更大、0.8MPa或更大、或0.9MPa或更大的弹性储能模量。可选择地,或者此外,抛光垫可具有1MPa或更小,例如0.9MPa或更小、0.8MPa或更小、0.7MPa或更小、0.6MPa或更小、或0.5MPa或更小的弹性储能模量。因此,抛光垫可具有由针对弹性储能模量所列举的端点中的任何两个界定的弹性储能模量。举例而言,抛光垫可具有0.01MPa至1MPa、0.05MPa至1MPa、0.1MPa至1MPa、0.2MPa至1MPa、0.3MPa至1MPa、0.4MPa至1MPa、或0.5MPa至1MPa的弹性储能模量。弹性储能模量典型地是指在抛光操作期间抛光区中所存在的温度下的弹性储能模量,所述抛光区存在于抛光垫表面与正在抛光的基板之间。典型地,所述温度为40℃至80℃,40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、或80℃。
本发明还提供一种制备抛光垫的方法。该方法包括(a)提供包含聚合物树脂的抛光垫材料,(b)使抛光垫材料经受处于第一升高的压力下的惰性气体,(c)通过使抛光垫材料的温度升高至高于抛光垫材料的玻璃化转变温度且低于抛光垫材料的熔点的第一温度来使抛光垫材料发泡,然后任选地(d)使抛光垫材料经受处于第二升高的压力下的惰性气体,及(e)通过使抛光垫材料的温度升高至高于抛光垫材料的玻璃化转变温度且低于抛光垫材料的熔点的第二温度来使抛光垫材料发泡。
抛光垫材料经受至少一次、优选至少两次如下循环:(a)使抛光垫材料经受处于升高的压力下的惰性气体,然后(b)使抛光垫材料经受高于抛光垫材料的玻璃化转变温度(Tg)且低于抛光垫材料的熔点(Tm)的温度。所述第一和第二升高的压力以及所述第一和第二升高的温度可为相同的或可为不同的。惰性气体可为烃、氯氟烃、氢氯氟烃(例如FREONTM氢氯氟烃)、氮气、二氧化碳、一氧化碳、或者它们的组合。优选地,惰性气体包含氮气或二氧化碳或者为氮气或二氧化碳,且更优选地,所述气体包含二氧化碳或者为二氧化碳。
抛光垫材料在升高的压力下维持足以引起适量惰性气体溶入抛光垫材料中的时间。根据亨利定律(Henry'slaw),溶解于抛光垫材料中的气体的量与所施加的压力成正比。在所述升高的压力下的同时提高抛光垫材料的温度提高了气体扩散至抛光垫材料中的速率,而且降低了可溶解于抛光垫材料中的气体的量。惰性气体的较高压力导致产生较小的孔隙尺寸,而惰性气体的较低压力导致产生较大的孔隙尺寸。期望地,惰性气体充分地使抛光垫材料饱和。其后,对抛光垫材料进行减压。典型地,以惰性气体使所得的抛光垫材料过饱和。
然后,使抛光垫材料经受高于抛光垫材料的玻璃化转变温度(Tg)且低于抛光垫材料的熔点(Tm)的温度。所得的热力学不稳定性导致在抛光垫材料中形成成核位点,所述成核位点为所溶解的惰性气体分子形成簇的位点,所述簇生长以在抛光垫材料中形成空隙(即腔室或孔隙,其典型地为闭孔)。
在抛光垫产生之后,该抛光垫可通过加热至高于Tg的温度一段时间来进行退火。抛光垫可进一步使用任何适合的技术进行处理。举例而言,可对抛光垫进行削片或研磨以提供抛光表面。由此制得的抛光表面可使用诸如调整抛光表面(例如通过金刚石调整)的技术进行进一步处理。
通过至少两个发泡阶段制得的本发明抛光垫期望具有高空隙体积,结果是孔隙紧密地堆积在一起。通过改变每个步骤中的充气及发泡条件,可获得各种孔隙形态。在许多情况下,形态类似于大致六边形的孔隙的紧密堆积,与蜂巢结构相似。
图1A-1C描绘了抛光垫材料的横截面的扫描电子显微镜(“SEM”)图像,该抛光垫材料包含经受一次、两次及三次加压/发泡循环的具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯。图1A为热塑性聚氨酯在第一加压/发泡步骤后的SEM图像。空隙体积分数为65%且平均孔隙直径为5μm。图1B为热塑性聚氨酯在第二加压/发泡步骤后的放大倍率低于图1A的SEM图像。空隙体积分数为85%且平均孔隙直径为10μm。图1C为热塑性聚氨酯在第三加压/发泡步骤后的放大倍率与图1B相同的SEM图像。空隙体积分数为87%且平均孔隙直径为9μm。
图2A-2C描绘了工件的横截面的SEM图像,该工件包含经受一次及两次加压/发泡循环的具有25D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯。图2A为热塑性聚氨酯在第一加压/发泡步骤后的SEM图像。空隙体积分数为72%且平均孔隙直径为40μm。图2B为热塑性聚氨酯在第二加压/发泡步骤后的放大倍率与图2A相同的SEM图像。空隙体积分数为75%且平均孔隙直径为40μm。图2C为在更高放大倍率下的图2B的图像。
图3A-3C描绘了工件的横截面的SEM图像,该工件包含经受一次、两次及三次加压/发泡循环的具有72D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯。图3A为热塑性聚氨酯在第一加压/发泡步骤后的SEM图像。空隙体积分数为50%且平均孔隙直径为57μm。图3B为热塑性聚氨酯在第二加压/发泡步骤后的如图3A的较低放大倍率的SEM图像。空隙体积分数为80%且平均孔隙直径为92μm。图3C为热塑性聚氨酯在第三加压/发泡步骤后的放大倍率低于图3A和3B的SEM图像。空隙体积分数为89%且平均孔隙直径为109μm。
期望地,高的空隙体积与孔隙致密堆积的组合被认为在本发明抛光垫的表面处产生大量微凸体(asperity)。当本发明抛光垫用于抛光基板时,所述大量微凸体允许高的移除速率。另外,高的空隙体积及高的压缩性由此赋予本发明抛光垫与硬抛光垫材料有关的高的移除速率和长的垫寿命以及与软抛光垫材料有关的低的刮伤。
典型地,孔隙在与抛光表面共平面的平面中具有多边形的形状或形态。孔隙经由薄腔室壁彼此分隔。所述多边形形状准许抛光垫内的孔隙堆积更紧密且可与本发明抛光垫的高的空隙体积分数相关。
本发明进一步提供一种抛光基板的方法,该方法包括(a)提供待抛光的基板,(b)使基板与包含抛光组合物及权利要求1的抛光垫的抛光系统接触,及(c)用所述抛光系统磨除基板的至少一部分以抛光基板。
本发明的抛光垫尤其适于配合化学机械抛光(CMP)装置使用。典型地,所述装置包括在使用时处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动产生的速度的压板、与该压板接触且在运动时随压板移动的本发明抛光垫、以及固持待抛光的基板的载体,该抛光通过接触并相对于意欲接触待抛光的基板的抛光垫的表面移动而进行。基板的抛光通过如下发生:将基板与抛光垫接触置放,然后,使抛光垫相对于基板移动(典型地,其间具有抛光组合物),以便磨除基板的至少一部分以抛光基板。CMP装置可为任何适合的CMP装置,其中许多是本领域中已知的。本发明的抛光垫还可与线性抛光工具一起使用。
本文所述的抛光垫可单独使用或任选地可用作多层堆叠抛光垫中的一层。举例而言,抛光垫可与副垫组合使用。副垫可为任何适合的副垫。适合的副垫包括聚氨酯发泡体副垫(例如来自Rogers公司的PORONTM发泡体副垫)、经浸渍的毡副垫、微孔聚氨酯副垫及经烧结的氨基甲酸酯副垫。副垫任选地包含凹槽、沟道、空心区段、窗口、孔等。当本发明的抛光垫与副垫组合使用时,典型地存在与抛光垫及副垫共延伸且位于这两者之间的中间衬里层,诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。可选择地,本发明的多孔发泡体还可作为副垫配合常规抛光垫使用。
本文所述的抛光垫适用于抛光许多类型的基板及基板材料。举例而言,抛光垫可用于抛光包括存储器存储器件、半导体基板及玻璃基板的各种基板。用抛光垫抛光的适合基板包括存储器磁盘、硬磁盘、磁头、MEMS器件、半导体晶片、场发射显示器及其它微电子基板,尤其是包含绝缘层(例如二氧化硅、氮化硅或低介电材料)和/或含金属的层(例如铜、钽、钨、铝、镍、钛、铂、钌、铑、铱或其它贵金属)的基板。
以下实施例进一步说明本发明,但当然不应解释为以任何方式限制其范围。
实施例1
在该实施例中,根据以下程序测定平均孔隙尺寸:通过使用剃刀片从每个样品方形物(samplesquare)中切割出小的矩形物来制备样品。使样品承载于碳带上且溅射30秒,具有3.5-5.0nm的涂层。采用扫描电子显微镜法(“SEM”)捕捉各样品的图像。使用适当的分辨率以确保视野中存在足够的用于测量的孔隙。获得且存储所述图像。
对于图像分析,使用PAX-ITTM图像分析软件(MIS,Inc.,VillaPark,IL)测量最少30个孔隙。这通过如下实施:自孔隙的一个边缘至另一个边缘手动绘制水平线并使用所述软件计算各气泡的孔隙尺寸。结果总结于提供样品的孔隙尺寸分布(包括最小值、最大值、平均尺寸及标准偏差)的报道中。
抛光垫的空隙体积通过对自抛光垫切割的样品进行密度测量并采用具有无水乙醇作为液体介质的比重瓶来测量。空隙体积表示为:空隙体积%=(1-ρ发泡固体)×100%,其中ρ发泡为抛光垫的密度且ρ固体为用于形成抛光垫的聚合物树脂的密度。
该实施例说明了一种用于制备本发明的抛光垫的方法。
使用二氧化碳作为惰性气体,对一系列热塑性聚氨酯(TPU)片进行两次相继的充气及发泡循环(循环1及循环2)。对于这两个循环,充气压力在2.42MPa-3.45MPa的范围内,发泡温度在115℃-155℃的范围内且充气温度为10℃。循环二相对于循环一的充气压力比(P2/P1)、循环二相对于循环一的充气时间比(t充气2/t充气1)、循环二相对于循环一的发泡温度比(T2/T1)、循环二相对于循环一的CO2浓度比([CO2]2/[CO2]1)、第一循环后及第二循环后的本体(bulk)孔隙尺寸比(dp2/dp1)、第二循环后的本体(bulk)孔隙尺寸(dp2)、第一循环后及第二循环后的空隙体积比(ε2/ε1)、以及第二循环后的空隙体积分数列于表1中。
表1
如自表1中所列的数据明显的,TPU片在第二加压/发泡循环后展现出增大的空隙体积,如通过约1.21至1.52的空隙体积比ε2/ε1所证明的。所有TPU片在第二加压/发泡循环后展现出大于87.0%的空隙体积。在第二加压/发泡循环后,TPU片的本体(bulk)部分中的平均孔隙尺寸为34.4μm至279.9μm。
实施例2
该实施例表明使用根据本发明实施方案的抛光垫可达到的TEOS移除速率。
使用相同的抛光组合物及四个不同的抛光垫(抛光垫2A-2D)抛光包含TEOS毯覆式层的相似基板。所述抛光组合物包含在水中的12.5重量%的热解二氧化硅,pH值为11。抛光垫2A(本发明)包含具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有85%的空隙体积。抛光垫2B(对比)包含具有72D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有15%的空隙体积。抛光垫2C(本发明)包含具有72D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有85%的空隙体积。抛光垫2D(对比)为包含具有65D肖氏D硬度的微孔聚氨酯的IC1010TM抛光垫且可购自DowChemical(Midland,MI)。抛光工具为REFLEXIONTM系统(AppliedMaterials,SantaClara,CA)。
在抛光后,测定TEOS移除速率,且结果列在表2中。
表2
如自表2中所列的结果明显的,具有72D肖氏D硬度及85%空隙体积的抛光垫2C所展现的TEOS移除速率为具有72D肖氏D硬度及15%空隙体积的抛光垫2B所展现的TEOS移除速率的约1.9倍高。另外,抛光垫2C所展现的TEOS移除速率为具有42D肖氏D硬度及85%空隙体积的抛光垫2A所展现的TEOS移除速率的约1.54倍高。此外,抛光垫2C所展现的TEOS移除速率为具有相似肖氏D硬度但空隙体积明显较低的抛光垫2D所展现的TEOS移除速率的约1.32倍高。
实施例3
该实施例表明使用根据本发明实施方案的抛光垫可达到的钨移除速率。
使用相同的抛光组合物及三个不同的抛光垫(抛光垫3A-3C)抛光包含钨毯覆式层的相似基板。所述抛光组合物包含在水中的2.5重量%的胶体湿法二氧化硅、0.0123重量%的硝酸铁、0.0267重量%的丙二酸、0.16重量%的甘氨酸及2重量%的过氧化氢,pH值为2.3。抛光垫3A(对比)包含具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有50%的空隙体积。抛光垫3B(本发明)包含具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有85%的空隙体积。抛光垫3C(对比)为包含具有65D肖氏D硬度的微孔聚氨酯的IC1010TM抛光垫且可购自DowChemical(Midland,MI)。抛光工具为REFLEXIONTM系统(AppliedMaterials,SantaClara,CA)。
在抛光后,测定钨移除速率,且结果列在表3中。
表3
如自表3中所列的结果明显的,具有42D肖氏D硬度及85%空隙体积的抛光垫3B所展现的钨移除速率为具有42D肖氏D硬度及50%空隙体积的抛光垫2A所展现的钨移除速率的约2.1倍高。另外,抛光垫3B所展现的钨移除速率大致等于具有明显较高肖氏D硬度的抛光垫3C所展现的钨移除速率。
实施例4
该实施例表明使用根据本发明实施方案的抛光垫可达到的减少的缺陷。
使用相同的抛光组合物及四个不同的抛光垫(抛光垫4A-4D)在六十个相似基板上进行四次抛光操作。所述抛光组合物包含在水中的2.5重量%的胶体湿法二氧化硅、0.0123重量%的硝酸铁、0.0267重量%的丙二酸及0.16重量%的甘氨酸,pH值为2.3。抛光垫4A(本发明)包含具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有85%的空隙体积。抛光垫4B(对比)包含具有42D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有50%的空隙体积。抛光垫4C(对比)包含具有25D肖氏D硬度的热塑性聚氨酯且具有50%的空隙体积。抛光垫4D(对比)为自FujiboEhimeCo.,Ltd.(Tokyo,Japan)获得的开孔式聚氨酯垫。抛光工具为MIRRATM系统(AppliedMaterials,SantaClara,CA)。
在抛光后,对于来自使用各种不同的抛光垫的各抛光操作的基板20、40及60,使用SURFSCANTMSP2工具(KLA-Tencor,Milpitas,CA)在所述基板上的四个不同区域处进行检查。对刮痕数进行归一化(normalize),且结果列在表4中。
表4
如自表4中所列的数据明显的,包含具有42D肖氏D硬度及85%空隙体积的热塑性聚氨酯的抛光垫4A所展现的刮伤明显比包含具有42D肖氏D硬度及50%空隙体积的热塑性聚氨酯的抛光垫4B少。抛光垫4A所展现的刮伤与包含具有25D肖氏D硬度及50%空隙体积的热塑性聚氨酯的抛光垫4C所展现的刮伤相当,且所展现的刮伤与作为工业标准软抛光垫的抛光垫4D所展现的刮伤相当。
实施例5
该实施例说明根据实施方案使用充气及发泡的单一步骤制备本发明的抛光垫的方法。
使用CO2使42D硬度的TPU材料的试样在2.41MPa、-1℃下饱和24小时。所述试样于143℃油浴中发泡70秒。经发泡的试样的平均本体(bulk)孔隙尺寸为19微米且空隙体积分数为85.5%。代表性试样的横截面的SEM显微照片在图4中描绘。
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”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。在一个或多个项目的列表后使用术语“至少一个”(例如,“A和B中的至少一个”)解释为意指选自所列项目中的一个项目(A或B)或所列项目中的两个或更多个项目的任何组合(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 (15)

1.用于化学机械抛光的包含多孔聚合材料的抛光垫,其中该抛光垫包含闭孔且其中该抛光垫具有70%或更大的空隙体积分数。
2.权利要求1的抛光垫,其中该抛光垫具有80%或更大的空隙体积分数。
3.权利要求1的抛光垫,其中该多孔聚合材料由具有15D至75D的根据ASTMD2240的肖氏D硬度的聚合物树脂形成。
4.权利要求3的抛光垫,其中该多孔聚合材料由具有25D至72D的根据ASTMD2240的肖氏D硬度的聚合物树脂形成。
5.权利要求1的抛光垫,其中所述孔隙具有约5μm至200μm的平均孔隙尺寸。
6.权利要求1的抛光垫,其中该抛光垫具有5%或更大的压缩性。
7.权利要求1的抛光垫,其中该抛光垫具有1MPa或更小的弹性储能模量。
8.权利要求1的抛光垫,其中该抛光垫包含选自以下的聚合物树脂:热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、苯乙烯类聚合物、聚芳族化物、含氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性体聚乙烯、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、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、它们的共聚物和嵌段共聚物、以及它们的混合物和共混物。
9.权利要求8的抛光垫,其中该聚合物树脂为热塑性聚氨酯。
10.制备抛光垫的方法,该方法包括:
(a)提供包含聚合物树脂的抛光垫材料,
(b)使该抛光垫材料经受处于第一升高的压力下的惰性气体,
(c)通过使该抛光垫材料的温度升高至高于该抛光垫材料的玻璃化转变温度且低于该抛光垫材料的熔融温度的第一温度来使该抛光垫材料发泡,
(d)使该抛光垫材料经受处于第二升高的压力下的惰性气体,及
(e)通过使该抛光垫材料的温度升高至高于该抛光垫材料的玻璃化转变温度且低于该抛光垫材料的熔融温度的第二温度来使该抛光垫材料发泡。
11.权利要求10的方法,其中该气体包含氮气、二氧化碳、或者它们的组合。
12.权利要求11的方法,其中该气体为二氧化碳,且该第一及第二压力为1MPa至20MPa。
13.权利要求10的方法,其中该抛光垫包含选自以下的聚合物树脂:热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、苯乙烯类聚合物、聚芳族化物、含氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性体聚乙烯、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、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、它们的共聚物和嵌段共聚物、以及它们的混合物和共混物。
14.权利要求12的方法,其中该聚合物树脂为热塑性聚氨酯。
15.抛光基板的方法,包括:
(a)提供待抛光的基板,
(b)使该基板与包含权利要求1的抛光垫及抛光组合物的抛光系统接触,及
(c)用该抛光系统磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。
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