CN107877358B - 使化学机械抛光垫的表面成形的方法 - Google Patents

使化学机械抛光垫的表面成形的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107877358B
CN107877358B CN201710873212.4A CN201710873212A CN107877358B CN 107877358 B CN107877358 B CN 107877358B CN 201710873212 A CN201710873212 A CN 201710873212A CN 107877358 B CN107877358 B CN 107877358B
Authority
CN
China
Prior art keywords
planarization layer
pad
cmp planarization
cmp
grinding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710873212.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107877358A (zh
Inventor
J·J·亨德伦
J·R·斯塔克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Original Assignee
Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc filed Critical Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Publication of CN107877358A publication Critical patent/CN107877358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107877358B publication Critical patent/CN107877358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/22—Lapping pads for working plane surfaces characterised by a multi-layered structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B24B37/245—Pads with fixed abrasives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/02—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of plane surfaces on abrasive tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/095—Cooling or lubricating during dressing operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0045—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by stacking sheets of abrasive material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

本发明提供用于制造预调节型化学机械(CMP)抛光垫的方法，所述CMP抛光垫具有有效抛光的垫表面微纹理，所述方法包含用旋转式研磨机研磨具有半径的所述CMP抛光垫的表面，此时其就位固持在平台式压板表面上，所述旋转式研磨机具有平行于或基本上平行于所述平台式压板表面安置并且由多孔性研磨材料制成的研磨表面，其中所得CMP抛光垫具有0.01μm到25μm Sq的表面粗糙度。本发明还提供一种在抛光层表面上具有一系列明显的交叉弧线的CMP抛光垫，所述交叉弧线的曲率半径等于或大于所述垫的曲率半径的一半，并且始终绕所述垫的所述表面以绕所述垫的中心点径向对称的方式延伸。

Description

使化学机械抛光垫的表面成形的方法
本发明涉及用于向抛光垫提供垫表面微纹理的方法，所述抛光垫用于衬底的化学机械平坦化(CMP)，所述衬底如半导体衬底、磁性衬底和光学衬底；以及涉及具有一致的垫表面微纹理的化学机械抛光垫。更确切地说，本发明涉及包含如下的方法：用具有多孔性研磨材料的研磨表面的旋转式研磨机研磨CMP抛光层表面，以形成CMP抛光层的表面与多孔性研磨材料的表面的界面，CMP抛光层材料如通过真空或压敏粘着剂就位固持在平坦压板表面上。
用于化学机械平坦化的抛光垫的制造已知包括使泡沫或多孔性聚合物在具有最终抛光垫(如聚氨基甲酸酯)的期望直径的模具中模制和固化，随后使固化聚合物脱模并且在平行于模具顶部表面的方向上切割(例如通过切削)固化聚合物以形成具有期望厚度的层，以及随后例如通过研磨、刳槽(routing)或将最终表面设计压印到抛光垫顶部中使所得层成形。此前，使这类层成形为抛光垫的已知方法包括层注射模制、层挤出、用固定研磨带对层进行磨光和/或将层端面车削成期望的厚度和平坦度。这些方法实现一致的垫表面微纹理的能力有限，所述一致的垫表面微纹理是抛光衬底中的低缺陷度和从衬底均匀去除材料所必需的。事实上，所述方法通常形成可见设计，如具有指定宽度和深度的凹槽和可见但不一致的纹理。举例来说，由于模具硬度随着模具厚度而改变并且切削刀片连续磨损，因此切削工艺对于垫表面成形不可靠。由于连续的工具磨损和车床定位精度，因此单点端面车削技术已经不能够产生一致的垫表面微纹理。注射模制工艺所制造的垫由于穿过模具的材料流动不一致而缺乏均匀性；另外，由于固化剂和模制材料的剩余部分在注射到围束区域中的期间、尤其在高温下可以按不同的速率流动，因此当垫固定并且固化时，模制品倾向于变形。
还已经使用磨光方法使具有较硬表面的化学机械抛光垫光滑。在磨光方法的一个实例中，West等人的美国专利第7,118,461号公开了用于化学机械平坦化的光滑垫和所述垫的制造方法，所述方法包含用从垫表面去除材料的研磨带磨光或抛光垫表面。在一个实例中，磨光之后使用较小研磨剂进行后续磨光步骤。所述方法的产品相较于未经修光的相同垫产品展现改善的平坦化能力。遗憾的是，虽然West等人的方法可以使垫光滑，但是其未能提供一致的垫表面微纹理并且无法用于处理较软的垫(垫或垫聚合物基质的根据ASTMD2240-15(2015)的肖氏D硬度是40或更小)。此外，West等人的方法去除的材料太多，以致所得抛光垫的使用寿命可能受到不利的影响。仍然期望提供一种具有一致的表面微纹理而不限制垫使用寿命的化学机械抛光垫。
化学机械抛光垫的调节类似于磨光，其中所述垫在使用时通常用具有类似于细砂纸的表面的旋转式磨轮进行调节。进行‘磨合’期(在此期间，不使用垫进行抛光)之后，这类调节导致平坦化效率提高。仍期望消除磨合期并且提供可以立即用于抛光的预调节垫。
本发明人已经致力于发现用于制造预调节型CMP垫的方法，所述预调节型CMP垫具有一致的垫表面微纹理，同时保持其原始表面构形。
发明内容
1.根据本发明，提供具有一种或多种聚合物、优选聚氨基甲酸酯的CMP抛光层的预调节型化学机械(CMP)抛光垫的方法，所述CMP抛光层具有半径，并且具有0.01μm到25μm Sq的表面粗糙度，并且具有有效抛光的垫表面微纹理，所述方法包含用旋转式研磨机研磨聚合物CMP抛光层，优选地聚氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯泡沫CMP抛光层，更优选地多孔性CMP抛光层的表面，此时CMP抛光层如通过压敏粘着剂，或优选地真空就位固持在平台式压板表面上，所述旋转式研磨机包含转子并且具有平行于或基本上平行于平台式压板的表面安置并且由多孔性研磨材料制成的研磨表面，以形成CMP抛光层的表面与多孔性研磨材料的表面的界面。
2.根据如上文条目1中所述的本发明的方法，其中CMP抛光层的半径从其中心点延伸到其外周并且旋转式研磨机的直径等于或大于CMP抛光层的半径，或优选地等于CMP抛光层的半径。
3.根据如上文条目2中所述的本发明的方法，其中旋转式研磨机定位成在研磨期间其外周直接搁置在CMP抛光层的中心上。
4.根据如上文条目1、2或3中任一项所述的本发明的方法，其中旋转式研磨机和CMP抛光层和平台式压板在CMP抛光层的研磨期间各自旋转。优选地，平台式压板的旋转方向与旋转式研磨机相反。
5.根据如上文条目4中所述的本发明的方法，其中旋转式研磨机以50到500rpm，或优选地150到300rpm的速率旋转，并且平台式压板以6到45rpm，或优选地8到20rpm的速率旋转。
6.根据如上文条目1、2、3、4或5中任一项所述的本发明的方法，其中旋转式研磨机在研磨期间定位于CMP抛光层和平台式压板上方，并且旋转式研磨机从刚好高于CMP抛光层表面的点以0.1到15微米/转或优选地0.2到10微米/转的速率向下馈送，即，使CMP抛光层表面与旋转式研磨机的研磨表面的界面损耗并且研磨CMP抛光层的顶部表面。
7.根据如上文条目1、2、3、4、5或6中任一项的本发明的方法，其中在研磨之前，CMP抛光垫通过模制聚合物并且切削模制聚合物形成用作垫的CMP抛光层来形成，或优选地通过模制聚合物并且切削模制聚合物形成CMP抛光层，随后在直径与CMP抛光层相同的子垫或底层的顶部上堆叠CMP抛光层形成CMP抛光垫来形成。
8.根据如上文条目1、2、3、4、5、6或7中任一项所述的本发明的方法，其中所述多孔性研磨材料是多孔性材料连续相的复合物，所述多孔性材料连续相已分散于其细粉状无孔磨料粒子内，如碳化硅、氮化硼或优选地金刚石粒子。
9.根据如上文条目8中所述的本发明的方法，其中多孔性研磨材料的平均孔径是3到240μm，或优选地10到80μm。
10.根据如上文条目8或9中任一项所述的本发明的方法，其中多孔性研磨材料的多孔性连续相包含陶瓷，优选地烧结陶瓷，如氧化铝或二氧化铈。
11.根据如上文条目1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任一项所述的本发明的方法，其中在研磨期间，所述方法进一步包含将压缩惰性气体或空气间歇地或优选地持续地吹入CMP抛光层材料的表面和旋转式研磨机的研磨表面的界面中从而冲击多孔性研磨材料，优选地从CMP抛光层的中心点上方的点经CMP抛光层材料的表面与旋转式研磨机的研磨表面的界面吹入，或更优选地从CMP抛光层的中心点上方的点经CMP抛光层材料的表面与旋转式研磨机的研磨表面的界面吹入，并且分别将气体或空气从刚好低于旋转式研磨机的周缘的点向上吹，例如其中CMP抛光层的周缘和旋转式研磨机的周缘会合，从而冲击多孔性研磨材料。还可以在研磨之前或之后吹入压缩气体或空气。
12.根据如上文条目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中任一项所述的本发明的方法，其中CMP抛光层包含多孔性聚合物或含有多孔性聚合材料的填充剂，其根据ASTM D2240-15(2015)的肖氏D硬度是20到80，或例如40或更低。
13.根据如上文条目1、2、3、4、5、6、7、8、9 10、11或12中任一项所述的本发明的方法，其中CMP抛光层进一步包含一个或多个无孔透明窗口区段，如包含玻璃态转变温度(DSC)是75到105℃的无孔聚氨基甲酸酯的那些区段，如不延伸越过CMP抛光层的中心点的窗口区段。
14.根据如上文条目1、2、3、4、5、6、7、8、9 10、11、12或13中任一项所述的本发明的方法，其中CMP抛光层是条纹的并且包含平均粒径为10到60μm的多个孔或微元件，优选地聚合微球体。
15.根据如上文条目14中所述的本发明的方法，其中CMP抛光层具有从CMP抛光层的中心点朝其外周向外延伸的交替较高密度和较低密度的环形带。
16.根据如上文条目15中所述的本发明的方法，其中较高密度环形带的密度比较低密度环形带高0.01到0.2g/cm3。
17.在本发明的另一方面中，化学机械(CMP)抛光垫包含一种或多种聚合物的CMP抛光层，优选地多孔性CMP抛光层，CMP抛光层具有半径并且具有至少0.01μm到25μm Sq的表面粗糙度，或优选地1μm到15μm Sq的表面粗糙度，并且在抛光层表面上具有一系列明显的交叉弧线，并且曲率半径等于或大于CMP抛光层的曲率半径的一半，优选地曲率半径等于CMP抛光层的曲率半径的一半。优选地，所述系列的明显的交叉弧线始终绕抛光层的表面以绕抛光层的中心点径向对称的方式延伸。
18.根据如上文条目17中所述的本发明的抛光垫，CMP抛光层具有从CMP抛光层的中心点朝其外周向外延伸的交替较高密度和较低密度的环形带。
19.根据如上文条目17或18中任一项所述的本发明的抛光垫，抛光垫具有一个或多个无孔并且透明的窗口区段，如由玻璃态转变温度(DSC)是75到105℃的无孔聚氨基甲酸酯形成的那些区段，其不延伸越过CMP抛光垫的中心点，其中一个或多个窗口区段具有由跨越窗口的最大尺寸，如圆形窗口的直径，或矩形窗口的长度或宽度中较大的那一个，峰-谷为50μm或更低的窗口界定的顶部表面。
20.根据如上文条目17、18或19中任一项所述的本发明的抛光垫，其中抛光垫的厚度倾斜以变得更接近其中心点，或倾斜以变得更远离其中心点。
21.根据如上文条目17、18、19或20中任一项所述的本发明的抛光垫，其中CMP抛光层在如聚合物、优选地聚氨基甲酸酯、浸渍的非编织垫等子垫或底层上堆叠。
22.根据如上文条目17、18、19、20或21中任一项所述的本发明的抛光垫，其中CMP抛光层包含多孔性聚合物或填充的多孔性聚合材料，其根据ASTM D2240-15(2015)的肖氏D硬度是20到80，或例如40或更低。
除非另外指示，否则温度和压力的条件是环境温度和标准压力。列举的全部范围都是包括性和可组合性的。
除非另外指示，否则含有圆括号的任何术语都可以替代地指全部术语，就像圆括号不存在以及术语没有圆括号一样，以及每个替代方案的组合。因此，术语“(聚)异氰酸酯”是指异氰酸酯、聚异氰酸酯或其混合物。
全部范围都是包括性和可组合性的。举例来说，术语“50到3000cp或100cp或更大的范围”将包括50cp到100cp、50cp到3000cp以及100cp到3000cp中的每一个。
如本文所使用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯ASTM国际性组织(ASTMInternational,West Conshohocken,PA)的出版物。
如本文所使用，术语“厚度变化”意思是通过抛光垫厚度的最大变化所测定的值。
如本文所使用，术语“基本上平行”是指旋转式研磨机的研磨表面与CMP抛光层的顶部表面所形成的角度，或更确切地说，由平行于旋转式研磨机的研磨表面延伸并且终止于CMP抛光层的中心点上方的点的第一线段，与从第一线段的末端平行于平台式压板的顶部表面延伸且终止于平台式压板的外周的第二线段的交叉点界定的角度，其为178°到182°，或优选地179°到181°，其中所述第一和第二线段处于与平台式压板垂直的平面内，所述平面通过CMP抛光层的中心点以及旋转式研磨机的研磨表面周缘上的位置距CMP抛光层中心点最远的点。
如本文所使用，术语“Sq.”当用于定义表面粗糙度时意思是在给定CMP抛光层的表面上的指定点处所测量的指定数目个表面粗糙度值的均方根。
如本文所使用，术语“表面粗糙度”意思是通过相对于最佳拟合平面测量表面高度测定的值，最佳拟合平面代表平行于给定CMP抛光层的顶部表面并且位于给定CMP抛光层的顶部表面上在所述顶部表面上的任何给定点的水平表面；Svk是指低区域中测量到的谷深度；以及Spk是指高区域中测量到的峰。可接受的表面粗糙度范围是0.01μm到25μm Sq，或优选地1μm到15μm Sq。
如本文所使用，术语“wt.％”表示重量百分比。
附图说明
图1描绘了本发明的旋转式研磨机的实施例并且展现了平台式压板和含有透明窗口的CMP抛光层。
图2描绘了表面上具有由交叉弧线界定的一致的槽沟微纹理的CMP抛光层，其中每个弧线的曲率半径等于或略微大于CMP抛光层的半径。
根据本发明，研磨方法改良CMP抛光层的表面微纹理，包括CMP抛光垫和抛光层的顶部表面的表面微纹理。所述方法产生一致的表面微纹理，所述表面微纹理的特征为CMP抛光层表面中的一系列交叉弧线并且具有与旋转式研磨机的研磨表面的外周界定的圆形相同的曲率半径，并且特征为CMP抛光层的上表面上的表面粗糙度是0.01到25μm Sq。本发明人已发现根据本发明的方法制成的CMP抛光层在几乎不调节或不调节，即其经过预调节下表现良好。此外，本发明的CMP抛光层的垫表面微纹理使得能够增强衬底的抛光。本发明的方法有助于避免垫形态出现因切削所致的不规整，切削可能引起化学机械抛光垫中出现表面缺陷，如凿孔，以及窗口材料起泡，窗口材料比CMP抛光层的其余部分更软。此外，本发明的方法有助于使垫堆叠期间因抛光层变形所致的负面影响最小化，在垫堆叠期间两个或更多个垫层通过相隔固定距离的辊隙组并且产生线性波纹。对于软的并且可压缩的CMP抛光层来说，这尤其重要。另外，本发明的方法和其提供的垫跨越衬底表面例如半导体或晶片表面，实现优化的表面微纹理，更低的缺陷度和改良的均匀材料去除。
本发明人已发现用多孔性研磨材料研磨能够研磨但不污损研磨介质并且不对CMP抛光层衬底产生破坏。多孔性研磨材料中的孔隙足够大来储存从CMP抛光层衬底去除的微粒；并且多孔性研磨材料的孔隙度足以储存研磨期间去除的材料主体。优选地，将压缩空气吹过CMP抛光层材料的表面(下方)与旋转式研磨机的研磨表面(上方)的界面以及CMP抛光层衬底进一步帮助去除磨粒并且防止污损研磨设备。
多孔性研磨材料优选地是锯齿状并且在旋转式研磨机的周缘包含不连续部分或间隙。这类间隙有助于在研磨期间冷却多孔性研磨材料和CMP抛光层衬底的研磨表面并且去除加工中的磨粒。间隙还允许在研磨期间将压缩气体或空气吹入CMP抛光层的表面与旋转式研磨机的研磨表面之间的界面中来去除磨粒。
本发明的方法可以发生变化来补偿不期望的CMP衬底轮廓磨损，如在CMP工艺导致轮廓磨损不一致的情况下，如衬底边缘处的去除太少或太多。这又可以延长垫寿命。在这类方法中，调整旋转式研磨机的研磨表面使得其与平台式压板或CMP抛光层的顶部表面基本上平行但不完全平行。举例来说，可以调整旋转式研磨机的研磨表面来产生中心厚(旋转式研磨机的研磨表面与平台式压板半径之间的角度超过180°，所述角度所处的平面与平台式压板垂直并且通过CMP抛光层的中心点和旋转式研磨机的研磨表面的周缘上距CMP抛光层中心点最远的点)或中心薄(角度小于180°)。
本发明的方法可以在湿润环境中进行，如联合水或研磨水性浆液，如二氧化硅或二氧化铈浆液。
由于旋转式研磨机元件的尺寸可以改变，因此本发明的方法能按比例调节以便配合各种尺寸的CMP抛光层。根据本发明的方法，平台式压板应该大于CMP抛光层或优选具有半径等于CMP抛光层半径或半径在比CMP抛光层半径长10cm内的尺寸。所述方法因此能按比例调节以处理半径为100mm到610mm的CMP抛光层。
本发明的方法去除CMP抛光层的顶部表面形成一致的垫表面微纹理并且可以用于从CMP抛光层的顶部表面去除1到300μm，或优选地15到150μm，或更优选地25μm或更多垫材料。
本发明的方法能够提供不会出现窗鼓胀和切削所致缺陷的CMP抛光层或垫。因此，根据本发明，CMP抛光层可以通过模制聚合物形成具有所期望的直径或半径的多孔性模制品，所述直径或半径将为自其制造的垫的尺寸；接着将模制品切削成所期望的厚度，所述厚度将为根据本发明制造的垫的目标厚度；随后研磨垫或CMP抛光层在其抛光表面上提供所期望的垫表面微纹理来形成。
本发明的方法可以对单个层或单独垫进行，以及对具有子垫层的堆叠垫进行。优选地，在堆叠垫的情况下，在垫堆叠之后进行研磨方法，使得研磨可以帮助消除堆叠垫中的变形。
本发明的方法包括在研磨之后，如通过车削垫在垫中形成凹槽。
根据本发明的方法使用的适合CMP抛光层优选地包含多孔性聚合物或含有多孔性聚合材料的填充剂，其根据ASTM D2240-15(2015)的肖氏D硬度是20到80。
本发明的方法可以对任何垫进行，包括由相对软的聚合物制造的那些垫，并且发现在处理肖氏D硬度是40或更低的软垫中的特定用途。垫优选地可以是多孔性的。孔可以由垫聚合物基质中的空间或含有空隙或孔的孔形成剂或微元件或填充剂提供。
根据本发明的方法使用的适合CMP抛光层可以进一步包含一个或多个无孔透明窗口区段，如包含玻璃态转变温度(DSC)为75到105℃的无孔聚氨基甲酸酯的那些窗口区段，如未延伸越过CMP抛光层的中心点的窗口区段。在这类CMP抛光层中，一个或多个窗口区段具有由跨越窗口的最大尺寸，如圆形窗口的直径，或矩形窗口的长度或宽度中较大的那一个，为50μm或更低的窗口厚度变化界定的顶部表面。
此外，与本发明的方法一起使用的适合CMP抛光层可以包含平均粒径为10到60μm的多个孔或微元件，优选地聚合微球体。
根据本发明，抛光表面的肖氏D硬度是40或更低的软CMP抛光层也具有一致的垫表面微纹理，其在抛光表面上包括一系列明显的交叉弧线并且曲率半径等于或大于抛光层的半径，优选地曲率半径等于抛光层的半径。优选地，所述系列的明显的交叉弧线始终绕抛光层的表面以关于抛光层的中心点径向对称的方式延伸。
如图1所示，本发明的方法对具有真空口，未图示，的平台式压板(1)的表面进行。将CMP抛光层或垫(2)放在平台式压板(1)上，使得平台式压板(1)的中心点与CMP抛光层(2)的中心点对齐。图1中的平台式压板(1)具有真空排气口(未示出)以固持CMP抛光层(2)就位。在图1中，CMP抛光层(2)具有一个窗口(3)。本发明的研磨机构包含旋转式研磨机(转轮)总成(4)或转子，其周缘的下表面处附接有包含多孔性研磨材料(5)的研磨介质，如图所示，所述研磨介质布置于围绕转子(4)周缘下表面延伸的多个区段中。多孔性研磨材料的区段之间具有小间隙。在图1中，旋转式研磨机总成(4)视需要定位成其周缘刚好位于CMP抛光层(2)的中心点上方；另外，旋转式研磨机总成(4)具有所期望的尺寸，以使得其直径大致等于CMP抛光层(2)的半径。
本发明的方法中使用的研磨设备包含旋转式研磨机总成和其驱动外壳，包括发动机和齿轮连杆机构；以及平台式压板。另外，所述设备包含用于将压缩气体或空气引导到附接到旋转式研磨机总成的多孔性研磨材料与CMP抛光层的界面的导管。整个设备封闭在密闭外罩内，其中湿度优选地控制在RH 50％或更低。
本发明的方法中使用的研磨设备的旋转式研磨机总成在竖直轴上旋转，所述竖直轴延伸到驱动外壳中并且经如齿轮或传动带的机械连杆机构连接到驱动外壳内的发动机或旋转致动器。驱动外壳进一步包括位于邻近旋转式研磨机总成上方的两个或更多个气动或电子致动器的径向阵列，由此旋转式研磨机总成可以如通过将其以缓慢增量速率向下并且倾斜的馈送来升高或降低。致动器另外使能够倾斜旋转式研磨机总成，使得其研磨表面基本上但不完全平行于平台式压板的顶部表面；这使研磨能够形成中心厚或中心薄垫。
旋转式研磨机总成含有夹具、紧固件或横向弹簧承载卡扣环的阵列，其中多孔性研磨材料的环紧密装配在旋转式研磨机总成的下表面上。
多孔性研磨材料承载于单个支承环上，所述环装配到旋转式研磨机总成的下表面中或附接到旋转式研磨机总成的下表面。多孔性研磨材料可以包含向下端面车削区段的径向阵列，通常为10到40个中间具有间隙的多孔性研磨材料区段；或由多孔性研磨材料制成的中间具有周期性穿孔的穿孔环。间隙或穿孔允许在使用之前、期间或之后将压缩气体或空气吹入到CMP抛光层的表面和CMP抛光层的界面中来清洁多孔性研磨材料。
根据本发明的方法处理的CMP抛光层的垫表面微纹理与CMP抛光层的表面粗糙度和旋转式研磨机的研磨表面上的细粉状无孔磨料粒子的尺寸成比例。举例来说，1μm Sq.的表面粗糙度对应于平均粒径(X50)略微低于1μm的细粉状无孔磨料粒子。
本发明的设备中的平台式压板含有多个小孔，例如直径是0.5到5mm的小孔，这些小孔经压板连接到真空。所述孔可以通过在研磨期间固持CMP抛光层衬底就位的任何适合方式布置，如沿着从平台式压板的中心点向外延伸的一系列轮辐布置或布置成一系列同心环。
实例：在以下实例中，除非另有说明，否则所有压力单位是标准压力(～101kPa)并且所有温度单位是室温(21-23℃)。
实例1：使用具有330mm(13")半径的VP5000TM CMP抛光层或垫的两种形式(陶氏化学(Dow Chemical)，密歇根州米德兰(Midland,MI)(陶氏))进行试验。所述垫无窗口。在实例1-1中，CMP抛光层包含具有2.03mm(80密耳)厚度的单一多孔性聚氨基甲酸酯垫，并且其中聚氨基甲酸酯的肖氏D硬度是64.9。在实例1-2中，CMP抛光层包含使用压敏粘着剂将实例1-1的相同聚氨基甲酸酯垫堆叠到由聚酯毡(陶氏)制成的SUBA IV TM子垫上而得到的堆叠垫。
实例1-A和1-B中的比较物是分别与实例1-1和1-2相同的垫，但是未根据本发明的方法加以处理：所述堆叠垫具有SIV子垫。
所有垫都具有1010个凹槽(具有0.0768cm(0.030")深度×0.0511cm(0.020")宽度×0.307cm(0.120")间距的同心圆凹槽图案)，并且无窗口。
多孔性研磨材料是具有151μm平均研磨尺寸的玻璃化多孔性金刚石研磨剂。为了研磨衬底，旋转式研磨机总成平行于平台式压板的顶部定位并且按284rpm逆时针旋转并且平台式铝压板按8rpm顺时针旋转。从多孔性研磨材料刚好开始触碰CMP抛光层衬底的点开始，旋转式研磨机总成按每3次垫转数5.8μm(0.0002")增量的速率朝平台式压板向下馈送。在这期间，将压缩的干燥空气(CDA)从2个喷嘴吹入多孔性研磨材料的表面与CMP抛光层的表面的界面，所述喷嘴一个刚好位于CMP抛光层的中心点的上方并且另一个位于多孔性研磨材料的后侧的距垫中心约210mm(8.25")处。研磨持续约5分钟。
在抛光测试中如下评估得自实例1的垫的去除速率、非均匀性和颤痕(缺陷度)：
去除速率：在200mm尺寸的四乙氧基硅酸盐(TEOS)衬底上，通过使用指定的垫和200ml/min流动速率的ILD3225TM烟雾状二氧化硅水性浆液(陶氏)平坦化衬底来测定。使用MirraTM抛光工具(加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司(Applied Materials,SantaClara,CA))，在93/87压板/衬底载具rpm下，抛光压力为0.11、0.21和0.32kg/cm2(1.5、3.0、4.5psi)下压力不等。测试之前，使用SAESOLTM 8031C1盘(烧结的金刚石粉尘表面，10.16cm直径，韩国塞索尔金刚石有限公司(Saesol Diamond Ind.Co.,Ltd.,Korea))作为调节机，在3.2kg(7磅)下调节所有抛光垫40分钟。在测试期间，继续对所述垫进行相同调节。每个垫测试总共18个晶片并且获得平均值。
非均匀性：针对在去除速率测试中平坦化的相同TEOS衬底并且按照去除速率测试中所公开的方式进行测定，其例外之处是通过观测晶片内厚度变化来获得数据。每个垫测试总共18个晶片并且获得平均值。
颤痕或缺陷计数：针对在去除速率测试中平坦化的相同TEOS衬底并且按照去除速率测试中所公开的方式进行测定，其例外之处是通过观测CMP缺陷总数来获得数据。每个垫测试总共18个晶片并且获得平均值。
所得垫具有垫表面微纹理，所述垫表面微纹理包含曲率半径等于旋转式研磨机总成的周缘的曲率半径的交叉弧线。另外，如下表1所示，本发明实例1-1和1-2的垫在衬底上产生的平坦化速率与实例1-A(单个)和1-B(堆叠)的比较垫相同；同时，相较于未经历本发明研磨方法的比较实例1-A和1-B的垫，本发明实例1-1和1-2的垫在衬底中产生的缺陷度显著降低并且颤振标记显著减少。
表1：形态和抛光性能-小型垫
*-表示比较实例。
实例2：使用具有61.0肖氏D硬度的419mm(16.5")半径IC1000TM单层聚氨基甲酸酯垫(陶氏)进行试验，其中按如上文实例1中的方式处理实例2的垫，其例外之处是将旋转式研磨机总成按每8次垫转数20.3μm(0.0007")增量的速率朝平台式压板向下馈送并且持续研磨5.5分钟。比较实例2-A的垫是未根据本发明方法处理的与实例2相同的垫。
对14个垫进行试验并且报道厚度变化的平均结果，所述厚度变化如下测试：
厚度变化：使用座标测量机在抛光垫的整个表面上测定。每个垫收集从垫中心到边缘的总共9个离散测量位置。通过从最厚测量值减去最薄测量值来计算厚度变化。结果显示在下表2中。
所得本发明的垫具有特征性垫表面微纹理。本发明实例2的垫具有较小的平均厚度变化并且因此其形状比比较实例2-A的垫更一致。
表2：形态-较大垫
实例2-A* 实例2
样品编号 10 10
平均厚度变化，μm 17.66 7.42
*-表示比较实例。
实例3：相较于可市购的IC1000TM垫(陶氏)，测量上文实例2的垫的表面粗糙度。比较实例2的垫是与实例2-A相同的垫，但未根据本发明的方法处理。
在2个垫中的每一个上，从垫中心到边缘在5个等间距的点处测量表面粗糙度并且表面粗糙度的平均结果报道于下表3中。
表3：表面粗糙度
实例3-A* 实例3
样品编号 1 1
均方根，(Sq)μm 12.52 5.48
核心粗糙深度，Sk，μm 14.82 10.17
减小的峰高度，(Spk)，μm 7.60 4.93
减小的谷深度，(Svk)，μm 26.44 9.78
*-表示比较实例。
如上表3所示，实例3中的本发明CMP抛光层具有所定义的垫表面微纹理和以减小的谷深度为特征的确定表面粗糙度。
实例3：使用具有33.0肖氏D硬度的大419mm(16.5")半径IK2060H TM单层聚氨基甲酸酯垫(陶氏)，使用按如上文实例2中的方式处理的实例3-1、3-2、3-3垫进行试验，其例外之处是将旋转式研磨机总成朝平台式压板向下馈送并且停在不同高度来实现轻度(最少研磨，在如从研磨表面最先触碰垫的垫表面的最高峰测量去除12.7μm(0.5密耳)垫之后停止)、中等(如从垫表面的最高峰测量去除50.8μm(2密耳)垫之后停止)以及完全表面微纹理化(最大研磨，如从垫表面的最高峰测量去除101.6μm(4密耳)垫之后停止)。比较实例3-A垫是与实例3-1、3-2和3-3相同的垫，但没有根据本发明的方法处理。
所有垫都具有1010个凹槽(具有0.0768cm(0.030")深度×0.0511cm(0.020")宽度×0.307cm(0.120")间距的同心圆凹槽图案)，并且无窗口。
在抛光测试中如下评估得自实例3的垫的去除速率和缺陷度：
去除速率：在200mm尺寸的四乙氧基硅酸盐(TEOS)衬底上，通过使用指定的垫和200ml/min流动速率的AP5105TM二氧化硅水性浆液(陶氏)平坦化衬底来测定。使用MirraTM抛光工具(加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司)，在93/87压板/衬底载具rpm下，抛光压力恒定在0.11kg/cm2(1.5psi)下压力。在晶片抛光之前，没有进行垫磨合调节。使用SAESOLTM 8031C1盘(烧结的金刚石粉尘表面，10.16cm直径，韩国塞索尔金刚石有限公司)作为调节机，在3.2kg(7磅)下完全原位调节所有抛光垫。在测试期间，继续对所述垫进行相同调节。每个垫测试总共76个晶片，测量6个晶片的选定子组(第1号、第7号、第13号、第24号、第50号以及第76号晶片)；从测量的子组获得平均值并且在下文中报道缺陷计数和去除速率。下文还报道第24号晶片的测量值。
缺陷计数：针对在去除速率测试中平坦化的相同TEOS衬底并且按照去除速率测试中所公开的方式进行测定，其例外之处是通过观测CMP缺陷总数来获得数据。每个垫测试总共76个晶片，测量6个晶片的子组，并且获得平均值。
如下文表4中所示，本发明实例3-2和3-3的垫在衬底上产生的平坦化速率显著高于实例3-A的比较垫；同时，相较于未经历本发明研磨方法的比较实例3-A的垫，本发明实例3-2和3-3的垫在衬底上产生的缺陷度显著降低。实例3-2和3-3与实例3-1相比时显示垫的更多研磨改良其抛光性能，至少高达从垫表面去除约51μm材料。
表4：抛光性能-软垫
*-表示比较实例。

Claims (13)

1.一种提供预调节型化学机械CMP抛光垫的方法，所述CMP抛光垫具有半径和一种或多种聚合物的CMP抛光层，所述CMP抛光层具有有效抛光的垫表面微纹理，所述方法包含：
用旋转式研磨机研磨所述CMP抛光层的表面，此时所述CMP抛光层就位固持在平台式压板表面上，所述旋转式研磨机具有平行于或基本上平行于所述平台式压板表面安置并且由多孔性研磨材料制成的研磨表面，以形成所述CMP抛光层的表面与所述多孔性研磨材料的研磨表面的界面，其中所得CMP抛光层具有0.01 µm到25 µm Sq的表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述CMP抛光层通过真空就位固持在所述平台式压板表面上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述CMP抛光层的半径从其中心点延伸到其外周，并且所述旋转式研磨机的直径等于或大于所述CMP抛光层的所述半径。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述旋转式研磨机定位成在研磨期间其外周直接搁置在所述CMP抛光层的中心上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述旋转式研磨机和所述CMP抛光层和平台式压板在所述CMP抛光层的所述研磨期间各自旋转。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述平台式压板的旋转方向与所述旋转式研磨机相反。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述旋转式研磨机以50到500 rpm的速率旋转并且所述平台式压板以6到45 rpm的速率旋转。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述旋转式研磨机在所述研磨期间定位于所述CMP抛光层和平台式压板上方，并且所述旋转式研磨机从刚好高于所述CMP抛光层表面的点以0.05到10微米/转的速率向下馈送，以使所述CMP抛光层的表面与所述旋转式研磨机的所述研磨表面的界面损耗并且研磨所述CMP抛光层的顶部表面。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述研磨之前，所述CMP抛光层通过模制所述聚合物并且切削所述模制聚合物来形成。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述研磨之前，CMP抛光垫通过模制所述聚合物并且切削所述模制聚合物形成所述CMP抛光层，随后在直径与所述CMP抛光层相同的子垫或底层的顶部上堆叠所述CMP抛光层来形成。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述多孔性研磨材料是多孔性材料连续相的复合物，所述多孔性材料连续相已分散于其细粉状无孔磨料粒子内。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多孔性研磨材料是多孔性材料连续相的复合物，所述多孔性材料连续相已分散于其细粉状金刚石粒子内。
13.根据权利要求1所述的方法，其中在所述研磨期间，所述方法进一步包含将压缩惰性气体或空气间歇地或持续地吹入所述CMP抛光层的表面与所述旋转式研磨机的所述研磨表面的所述界面中，从而冲击所述多孔性研磨材料。
CN201710873212.4A 2016-09-29 2017-09-25 使化学机械抛光垫的表面成形的方法 Active CN107877358B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/279,645 US9802293B1 (en) 2016-09-29 2016-09-29 Method to shape the surface of chemical mechanical polishing pads
US15/279645 2016-09-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107877358A CN107877358A (zh) 2018-04-06
CN107877358B true CN107877358B (zh) 2019-10-25

Family

ID=60142978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710873212.4A Active CN107877358B (zh) 2016-09-29 2017-09-25 使化学机械抛光垫的表面成形的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9802293B1 (zh)
JP (1) JP2018058204A (zh)
KR (1) KR20180035716A (zh)
CN (1) CN107877358B (zh)
DE (1) DE102017009080A1 (zh)
FR (1) FR3056432B1 (zh)
TW (1) TWI728188B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11759909B2 (en) * 2020-06-19 2023-09-19 Sk Enpulse Co., Ltd. Polishing pad, preparation method thereof and method for preparing semiconductor device using same
CN116214291B (zh) * 2023-03-20 2023-09-15 江苏飞象数控设备有限公司 一种无心磨床及其磨削组件

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5486131A (en) * 1994-01-04 1996-01-23 Speedfam Corporation Device for conditioning polishing pads
KR970023800A (ko) 1995-10-19 1997-05-30 마에다 시게루 폴리싱포의 드레싱방법 및 장치
US5840202A (en) * 1996-04-26 1998-11-24 Memc Electronic Materials, Inc. Apparatus and method for shaping polishing pads
JP2000079551A (ja) * 1998-07-06 2000-03-21 Canon Inc コンディショニング装置及びコンディショニング方法
TW383644U (en) * 1999-03-23 2000-03-01 Vanguard Int Semiconduct Corp Dressing apparatus
US6302772B1 (en) * 1999-04-01 2001-10-16 Mitsubishi Materials Corporation Apparatus and method for dressing a wafer polishing pad
US6419553B2 (en) * 2000-01-04 2002-07-16 Rodel Holdings, Inc. Methods for break-in and conditioning a fixed abrasive polishing pad
US6857942B1 (en) * 2000-01-11 2005-02-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Apparatus and method for pre-conditioning a conditioning disc
US6641471B1 (en) 2000-09-19 2003-11-04 Rodel Holdings, Inc Polishing pad having an advantageous micro-texture and methods relating thereto
US20020042200A1 (en) * 2000-10-02 2002-04-11 Clyde Fawcett Method for conditioning polishing pads
JP2003080456A (ja) * 2001-09-10 2003-03-18 Nikon Corp ドレッシング工具、この工具を用いたドレッシング装置およびこのドレッシング装置によりドレッシングされた加工工具を用いた製造装置
EP1426140B1 (en) * 2001-09-10 2013-07-10 Nikon Corporation Dressing tool, dressing device, dressing method, processing device, and semiconductor device producing method
US6645052B2 (en) 2001-10-26 2003-11-11 Lam Research Corporation Method and apparatus for controlling CMP pad surface finish
US7118461B2 (en) 2002-03-25 2006-10-10 Thomas West Inc. Smooth pads for CMP and polishing substrates
JP4149231B2 (ja) * 2002-10-18 2008-09-10 東洋ゴム工業株式会社 研磨パッドの製造方法及び研磨パッド
US6899612B2 (en) * 2003-02-25 2005-05-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Polishing pad apparatus and methods
US20050178666A1 (en) * 2004-01-13 2005-08-18 Applied Materials, Inc. Methods for fabrication of a polishing article
US7044697B2 (en) 2004-03-10 2006-05-16 Mipox International Corporation Cutting tool for simultaneous facing and grooving of CMP pad
JP4756583B2 (ja) * 2005-08-30 2011-08-24 株式会社東京精密 研磨パッド、パッドドレッシング評価方法、及び研磨装置
JP2007196345A (ja) * 2006-01-30 2007-08-09 Shinano Denki Seiren Kk 研磨パッド表面調整用砥石及び研磨パッド表面調整方法
KR101674058B1 (ko) * 2010-10-05 2016-11-09 삼성전자 주식회사 패드 컨디셔닝 디스크, 및 프리 컨디셔너 유닛을 포함하는 ｃｍｐ 장치
JP6155018B2 (ja) * 2011-12-16 2017-06-28 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド 研磨パッド
US9108293B2 (en) 2012-07-30 2015-08-18 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method for chemical mechanical polishing layer pretexturing
JP6328977B2 (ja) * 2014-03-31 2018-05-23 株式会社荏原製作所 基板研磨装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201813773A (zh) 2018-04-16
TWI728188B (zh) 2021-05-21
CN107877358A (zh) 2018-04-06
DE102017009080A1 (de) 2018-03-29
KR20180035716A (ko) 2018-04-06
FR3056432B1 (fr) 2021-01-08
JP2018058204A (ja) 2018-04-12
FR3056432A1 (fr) 2018-03-30
US9802293B1 (en) 2017-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI597355B (zh) 柔軟且可調理之化學機械硏磨墊
US9238295B2 (en) Soft and conditionable chemical mechanical window polishing pad
JP6367611B2 (ja) 軟質かつコンディショニング可能な研磨層を有する多層化学機械研磨パッドスタック
TWI442997B (zh) Polishing pad
CN107877360A (zh) 具有一致的垫表面微纹理的化学机械抛光垫
KR102191947B1 (ko) 연성이고 컨디셔닝가능한 화학 기계적 연마 패드 적층물
JP2017052079A (ja) ケミカルメカニカル研磨パッドのための複合研磨層の製造方法
KR102548640B1 (ko) 화학적 기계적 연마 패드용 연마층의 제조 방법
CN107877358B (zh) 使化学机械抛光垫的表面成形的方法
US9586305B2 (en) Chemical mechanical polishing pad and method of making same
JP7201338B2 (ja) 改善された除去速度および研磨均一性のためのオフセット周方向溝を有するケミカルメカニカル研磨パッド
CN108789186B (zh) 制造具有改进均匀性的化学机械抛光层的方法
JP6067481B2 (ja) 研磨パッド、研磨方法、および研磨パッドの製造方法
JP6870928B2 (ja) ケミカルメカニカル研磨パッド及び同研磨パッドの製造方法
CN107877359A (zh) 用于使化学机械抛光垫表面成形的装置
CN113977453A (zh) 提高抛光平坦度的化学机械抛光垫及其应用
KR20210119896A (ko) 지지체 상에 폴리싱 요소를 갖는 cmp 폴리싱 패드

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant