CN1447735A - 用于化学机械抛光的研磨垫 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有底材(12)和置于其上的研磨层的化学机械抛光用研磨垫。一种研磨垫，它具有底材和置于该底材上的研磨层，所述研磨层具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件(11)，所述研磨层包含研磨复合物，该复合物含有用化学气相淀积方法制得的高级氧化铝磨粒和粘合剂作为结构组分。

Description

用于化学机械抛光的研磨垫

发明的技术领域

本发明涉及一种其研磨层具有三维结构的研磨垫，更具体涉及用于用CMP(化学机械抛光)方法对半导体晶片进行平面化(planarizing)的其研磨层具有三维结构的研磨垫。

发明的背景

CMP方法是一种公知的顺应设备高集成化和多层布线要求的对半导体晶片进行平面化的标准方法。CMP系统的基本结构包括两个单元，一个用于加工，另一个用于清洁。加工单元的基本结构通常包括头部用于提供转动和加压同时保持半导体晶片，头部的驱动装置，用来面朝半导体固定研磨垫的台板，以及台板的驱动装置。加工单元还包括用来整修(修整)研磨垫的装置，清洁晶片夹具表面的装置、提供工作流体的装置，以及其它装置。

由于研磨垫的结构和特性对加工带来的研磨特性影响较大，因此进一步改性研磨垫被认为是支持CMP工艺的关键技术。研磨垫的结构有微观和宏观两方面，这两方面都影响到研磨特性。微观结构代表磨粒和粘合剂的类型，发泡状态，表面状况等，而宏观结构表示表面形状，例如洞、凹槽和突起。

日本专利公开(Kohyo)公报平11-512874揭示了一种用于半导体晶片的研磨垫，其研磨层具有规则的三维结构。该研磨垫可用于CMP工艺。具有三维结构的研磨层的使用抑制了“负载(loading)”问题，因此该研磨垫能提供稳定的研磨且耐久性优良。

然而，其研磨层具有三维结构的研磨垫有一个特点，就是磨粒的性能容易影响到研磨性能。由此产生的问题是利用通用的α-氧化铝磨粒很难充分地改进经研磨表面的光洁度。尤其是在CMP工艺中，要求半导体晶片表面的表面粗糙度为1-2nm Ry(最大高度，JIS B 0601)，没有OSF(氧化引发的层积缺陷)，没有微划痕，没有雾度同时要确保高度的平整度。

然而，如果将常规的通用制备方法得到的α-氧化铝磨粒用作被成形为具有三维结构的研磨材料，则研磨时的摩擦力大，在被研磨表面上容易产生缺陷或划痕。另一方面，使用昂贵的磨粒(例如金刚石)会增加研磨垫的制造成本。

本发明旨在解决已有技术的上述问题。本发明的发明目的是提供一种用于CMP的研磨垫，该研磨垫具有良好的摩擦性能，价廉且耐久性优良，不会在半导体晶片的被研磨表面上产生缺陷和划痕。

发明概述

本发明提供一种CMP用研磨垫，该研磨垫具有一底材和置于该底材上的研磨层，所述研磨层具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件，所述研磨层包含研磨复合物，该复合物含有用CVD方法制得的高级氧化铝磨粒(advanced alumina abrasive grains)和粘合剂作为结构组分，由此实现上述目的。

附图的简要说明

图1是本发明研磨层结构一个实例的剖面图。

图2是本发明研磨层结构一个实例的剖面图。

图3是本发明研磨层结构一个实例的剖面图。

图4是本发明研磨层一个实例的平面图。

图5是本发明一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的放大照片。

图6是本发明一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。

图7是本发明一个实例的CMP用研磨垫的剖面图。

图8是本发明另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。

图9是本发明另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。

图10是本发明另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。

图11是说明研磨垫摩擦力测试方法的模型图。

图12是研磨步骤中产生的摩擦力随时间变化的曲线图。

较佳实施方式

研磨层的典型例子示于图1、2、3和4。

优选的研磨层可以有精确的形状(如说明书中定义)，也可具有不规则形状，更好的是具有精确形状的元件。

单个三维元件的形状可以是各种各样几何实心体中的任何一种。通常，该形状体与底材接触的底面的表面积要大于复合物的顶部。元件的形状可以选自多种几何实心体，例如立方体、圆柱体、棱柱体、截棱柱体、条形(stripe)、矩形、棱锥体、截棱锥体、四面体、截四面体、圆锥体、截圆锥体、半球体、截半球体、十字体，或者有顶端的柱状截面体。

元件棱锥体可具有四个面、五个面或六个面。三维元件还可以是多种形状体的混合物。三维元件可以是成排、盘旋状、螺旋形或者成格子状排列，也可以是无规放置的。

形成三维元件的侧面可以垂直于底材，与底材斜交，或者呈渐缩形，即朝顶端方向宽度逐渐减小。若侧面呈渐缩形，则更容易将这些三维元件从模具或生产工具的空腔中取出。渐缩的角度可以约为1至75度，较好约为2至50度，更好约为3至35度，最好约为5至15度。

优选是渐缩的角度较小，因为这样在复合物磨损时能获得一致的标称接触面积。因此，渐缩的角度通常应综合以下两个因素：一是角度应足够大以便从模具或生产工具中取出三维元件，一是角度应足够小以得到均匀的截面积。也可以使用顶部截面积大于底部截面积的三维元件，但是该元件需要不同于简单模制的方法来制造。

每个三维元件的高度较好是相同的，但是也可以在一个研磨制品中包含高度不同的多个元件。三维元件相对于底材的高度通常可小于约2000微米，更好约为25-200微米。

三维元件的底面可以彼此邻接。或者，相邻三维元件的底面可以彼此隔开一段特定的距离。在一些实例中，相邻三维元件之间的物理接触涉及不超过每个接触元件垂直高度尺寸的33％。更好是，邻接元件之间的物理接触量为每个接触元件垂直高度的1-25％。

邻接的定义还包括这种排列方式：相邻的元件共用共同的三维元件结合区或桥状结构，该结构在相邻元件面对面的侧壁之间接触和延伸。优选是，结合区结构的高度不大于每个相邻元件垂直高度的33％。三维元件结合区由用来形成三维元件的同一浆液形成。元件相邻的情况是在元件中心之间画一条假想的直线，在该直线上没有插在中间的复合物。优选是至少一部分三维元件彼此隔开以使得在元件突起部分之间形成凹部。

三维元件的直线间距可以是每线性厘米约1个三维元件至每线性厘米约100个三维元件。直线间距可以变化，以使得一个地区的元件浓度大于另一个地区的浓度。例如，在研磨制品中心处的浓度可以最大。元件的区域密度约在1至10,000元件/厘米²的范围内。

还可以使底材区域外露，即研磨涂层不覆盖底材的整个表面区域。这种排列方式进一步描述于美国专利5,014,468(Ravipati等)。

三维元件较好是以预定的图案排列在底材上，或者以预定的位置放置在底材上。例如，通过向底材和具有空腔的生产工具之间提供浆液来制得研磨制品时，元件的预定图案将对应于生产工具上空腔的图案。该图案可由此从一个制品复制到另一个制品。

在预定图案的一个实例中，三维元件以阵列排列，这意味着元件排列成规则的阵列，例如对齐的行和列，或者交错偏移的行和列(alternating offset rowsand columns)。如果需要，一行三维元件可以与另一行三维元件对齐以位于其正前方。优选是，一行研磨元件可以与另一行三维元件形成错位。

在另一个实例中，三维元件可以“无规”阵列或图案放置。这意味着三维元件并不排列成上述规则的行和列。例如，研磨元件可以1995年3月23日公开的WO PCT 95/07797(Hoopman等)和1995年8月24日公开的WO PCT95/22436(Hoopman等)中所述的方式排列。然而，应该理解，这一“无规”阵列是预定的图案，因为研磨制品上元件的位置是预定的，且对应于用来制备研磨制品的生产工具中空腔的位置。

三维、有织构(textured)的研磨制品还可以具有不同的研磨涂层组合物。例如，磨盘中心含有的研磨涂层可以不同于磨盘外侧区域，例如磨盘中心的研磨涂层更软、更硬、更易受侵蚀或更不易受侵蚀。

图1中研磨制品10具有棱锥形三维元件11固定或粘结在底材12上。在相邻的三维元件之间有凹进部分或凹部13。还有第二行棱锥形三维元件，这行元件与第一行元件存在位置上的错位。这些棱锥形研磨元件的最外端即顶部在加工时与晶片表面接触。

图2中研磨制品20具有不规则形状的棱锥形研磨元件。在该图中，三维元件具有棱锥类型的形状，但棱锥的边界呈不规则形状。造成这一不完善形状的原因可能是在粘合剂前体有效固化或固结之前浆液流动使最初形状变形。不规则形状的特征是非直线、不明晰、不可复制、不完整或不完善的平面或形状体边界。

图3中研磨制品30具有截棱锥形研磨元件31。

图4中的研磨制品40具有“十字”形三维元件41和“x”形三维元件42。三维元件以成排图案排列。各排三维元件彼此错位，并不正对准邻近排中的三维元件。此外，各排三维元件以间距或凹部隔开。该凹部或间距可以是仅含有非常少量(以高度计)的研磨复合物，也可以不含三维元件。

三维元件的另一种排列方式或配置类似于图3，不同的是一排“十字”形三维元件和一排“x”形三维元件交替排列。在这种排列方式中，奇数排的研磨元件仍然与偶数排的三维元件错位。在上述“十字”形或“x”形元件的排列中，优选是形成十字形或x形的一行的长度约为750微米，形成十字形或x形的一行的宽度约为50微米。

图5是本发明一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的透视图，它示出了研磨层的三维结构。该研磨层的三维结构包括许多个三维元件。这些三维元件的形状为圆柱体，这许多个圆柱体呈规则排列。

图6是上述CMP用研磨垫的研磨表面的平面图，它示出了三维元件结构模式的一个例子。许多个三维元件在横向以等间距排列形成A行、B行……，这些行在纵向的排列有一偏移量以使三维元件交错排列。

在图6中，符号d表示作为三维元件的圆柱体的直径。d的值例如为10-5000微米，较好是50-500微米，更好是100-300微米。符号e表示同一行中相邻三维元件之间的间距。符号f表示相邻行中相邻三维元件之间的间距。e和f的值可以是相同尺寸，也可以是不同尺寸，例如可以是10-10000微米，较好是50-1000微米，更好是100-300微米。通常e和f的值是相同尺寸。

图7是图6所示CMP用研磨垫沿XX1面剖开的剖面图。在图7中，研磨垫1具有底材2和置于底材2表面上的研磨层3。研磨层3具有三维结构。

要求底材2具有均匀的厚度。若底材2的厚度不够均匀，则可能会产生半导体晶片被研磨表面和晶片厚度的变化。包括柔性底材和较强硬底材在内的多种底材中，任何一种都适用于本发明的目的。

底材的优选材料包括聚合物膜、纸、布、金属膜、硫化纤维、非织造底材，以及这些材料的组合和这些材料经加工的产品。一种较佳类型的底材是聚合物膜。该膜的例子包括聚酯、共聚酯膜、微间隙聚酯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚乙烯醇膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜以及其它膜。聚合物膜底材的厚度通常在约20-1000微米的范围内，较好是50-500微米，更好是60-200微米。例如，底材可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。

聚合物膜底材和研磨涂层之间的粘结性能必须良好。在许多情况下，通过对聚合物膜底材的涂覆表面进行底涂来提高所述粘结性能。例如，聚合物膜可以用诸如乙烯-丙烯酸共聚物的材料进行底涂，以促进研磨复合物粘合到底材上。

研磨层3由研磨复合物制成，研磨复合物包含粘合剂基质和分散在其中的磨粒4。

研磨复合物由含有许多个磨粒分散在未硬化或未胶凝化状态的粘合剂中的浆液形成。硬化或胶凝时，研磨复合物固化，即固定为具有预定形状和预定结构。

适用于本发明的磨粒类型是α-氧化铝颗粒。该α-氧化铝颗粒是一种通用的氧化物材料，可用于从铝材冶炼到精细陶瓷材料的多种用途。

迄今为止，工业用α-氧化铝颗粒用Bayer方法，一种热分解精细氢氧化铝或明矾的方法，或者电熔炼方法制得。在这些方法中，氧化铝材料被高温烘焙或熔融以形成氧化铝块，随后精细研磨、精制和筛分以调节粒度。由于这一原因，这些α-氧化铝颗粒是具有不一致形状的多晶体，含有许多个聚集的颗粒，并具有较宽的粒度分布。此外还存在其它问题，例如氧化铝的低纯度，这取决于预定的用途。

用于本发明的α-氧化铝颗粒优选是高级氧化铝磨粒。高级氧化铝颗粒是指用现场化学气相淀积法(下文称作CVD法)制得的α-氧化铝颗粒。所述高级氧化铝颗粒的粒度分布和晶体体系一致性优于上述用烘焙和研磨制得的氧化铝颗粒。

高级氧化铝磨粒是由生长晶体颗粒构成的均相单晶颗粒，具有近似球晶的性能。而且，由于晶体的生长尺寸可以控制，因此粒度分布窄。高级氧化铝磨粒的特性和用途描述于Masahide Mohri、Shin-ichiro Tanaka和Yoshio Uchida的“高级氧化铝的研发(Development of Advanced Alumina)”，FunctionalMaterials，12月期刊，1996，卷16，No.12，第18-27页。

用于本发明的特别好的高级氧化铝磨粒描述于日本专利公开公报平06-191836。这些高级氧化铝磨粒是由α-氧化铝单晶颗粒组成的粉末状α-氧化铝，这些α-氧化铝单晶颗粒是均相的，不含内部晶种，且具有超过八面的多面体形状，D/H比不低于0.5且不高于3.0，D是六方密堆积晶格的α-氧化铝中平行于六方晶格表面的最大颗粒尺寸，H是垂直于所述六方晶格表面的颗粒尺寸，所述粉末状α-氧化铝的钠含量以Na₂O计小于0.05重量％，铝纯度不低于99.90重量％。

磨粒的尺寸随待研磨半导体晶片的类型和所要求的经研磨表面光洁度而变。例如，磨粒的平均粒度通常为0.1-50微米，较好是0.3-5微米，更好是0.4-2微米。所述高级氧化铝磨粒可以商品名＂Sumicorundum＂购自Sumitomo ChemicalIndustry Co.，Ltd.。

若将高级氧化铝颗粒作为磨粒用于其研磨层具有三维结构的CMP用研磨垫，则CMP加工中研磨时的摩擦力小，以提供稳定的研磨，从而经研磨表面上不容易出现缺陷和划痕。

粘合剂被硬化或胶凝以形成研磨层。用于本发明的粘合剂的较佳例子包括酚醛树脂、甲阶酚醛树脂(resol-phenolic resin)、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、蜜胺树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲-甲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂，以及它们的混合物。粘合剂可以是热塑性树脂。

特别好的粘合剂是辐射固化的粘合剂。辐射固化的粘合剂是一种可通过辐射能至少部分硬化或至少部分聚合的粘合剂。根据所用粘合剂的不同，能源可采用热、红外辐射、电子束辐射、紫外辐射或可见光辐射。

通常，这些粘合剂通过自由基机理聚合。这些粘合剂优选是选自烯键式不饱和化合物，例如烯键式不饱和单体和低聚物，丙烯酸化聚氨酯，丙烯酸化环氧化物，具有α，β-不饱和羰基的氨基塑料衍生物，具有至少一个烯键式不饱和基团的异氰脲酸酯衍生物，具有至少一个烯键式不饱和基团的异氰酸酯，以及它们的混合物。

烯键式不饱和化合物可以是单官能、双官能、三官能、四官能或甚而多官能的，可包括丙烯酸类单体和甲基丙烯酸类单体。烯键式不饱和化合物包括单体化合物和聚合物化合物，这些化合物包含碳原子、氢原子、氧原子，并根据情况可任选地包含氮原子和卤原子。

氧原子或氮原子或这两者通常包含在醚基、酯基、氨基甲酸酯基、酰氨基和脲基中。合适的烯键式不饱和化合物是由一种分子量较好小于约4000且较好具有脂族单羟基或脂族多羟基的化合物与一种不饱和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸或马来酸)反应而制得的酯。

烯键式不饱和单体的代表性例子包括甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯二乙烯基苯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟基丙酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、丙烯酸羟基丁酯、甲基丙烯酸羟基丁酯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和季戊四醇四甲基丙烯酸酯。

其它烯键式不饱和材料包括单烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基(polymetaallyl)的酯和羧酸酰胺，例如邻苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N′-二烯丙基己二酰二胺。此外，其它含氮化合物包括异氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N′-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。

可以与双官能或三官能丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体组合使用或者与酚醛树脂或环氧树脂一起使用的合适的单官能丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的例子包括丙烯酸十二烷酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异癸酯、聚乙二醇一丙烯酸酯和聚丙二醇一丙烯酸酯。

若粘合剂用紫外辐照硬化，则需要光引发剂来引发自由基聚合。用于该目的的光引发剂的优选例子包括有机过氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亚硝基化合物、丙烯酰卤、腙、巯基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯酰基咪唑、双咪唑(bisimidazole)、氯代烷基三嗪、苯偶姻醚、苄基酮缩醇、噻吨酮和苯乙酮衍生物。优选的光引发剂是2，2-二甲氧基-1，2-二苯基-1-乙酮。

如果粘合剂用可见光辐照硬化，则需要光引发剂引发自由基聚合。用于该目的的光引发剂的优选例子揭示于USP 4,735,632，第3栏第25行至第4栏第10行，第5栏第1-7行和第6栏第1-35行，这些内容在此引为参考。

研磨复合物中所含磨粒的浓度通常为10-90重量％，较好是40-80重量％，更好是60-75重量％。这一比例随磨粒的粒度、所用粘合剂的类型、被研磨表面所需的光洁度等因素而变化。

磨料复合物可含有一种不同于磨粒和粘合剂的材料。例如研磨材料可含有普通添加剂，例如偶联剂、润滑剂、染料、颜料、增塑剂、填料、剥色剂、研磨助剂，以及它们的混合物。

研磨复合物可含有偶联剂。加入偶联剂可大大地降低用于形成磨料复合物的浆液的覆盖粘度(covering viscosity)。用于本发明的偶联剂的优选例子包括有机硅烷、锆铝酸盐和钛酸盐。偶联剂的用量通常低于粘合剂的5重量％，较好低于1重量％。

研磨层3具有三维结构，该结构包括许多个规则排列的有预定形状的三维元件5。这些三维元件5为圆柱形。圆柱的高度h通常为10-500微米，较好是20-200微米，更好是30-65微米。

磨粒4不伸出到三维元件形状体的表面之外。换而言之，三维元件5由平面构成。例如，构成三维元件5的表面的表面粗糙度Ry不超过2微米，较好不超过1微米。

图8是本发明另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。在该实例中，三维元件具有多条棱相交于顶点的四面体形状。这种情况下，两条棱之间的夹角α通常为30至150°，较好是45至140°。三维元件可具有棱锥形，这时两条棱之间的夹角通常为30至150°，较好是45至140°。三维元件的高度h例如是2-300微米，较好是5-150微米。

在图8中，符号o表示三维元件底面的长度，符号p表示相邻三维元件顶端之间的间距。长度o例如是5-1000微米，较好是10-500微米。间距p例如是5-1000微米，较好是10-500微米。

此处，三维元件可以是将顶部截去至预定高度而形成的具有平顶面的四面体形状。这时，三维元件的高度为截顶之前三维元件高度的5-95％，较好是10-90％。

图9是本发明另一个实例的研磨垫的研磨表面的平面图。在本实例中，三维元件是将顶部截去至预定高度而形成的具有平顶面的棱锥体形状。这些三维元件的高度类似于图8中所示四面体的高度。

在图9中，符号o表示三维元件底面的长度，符号u表示相邻三维元件底面之间的间距，符号y表示顶面一侧的长度。长度o例如是5-2000微米，较好是10-1000微米。间距u例如是0-1000微米，较好是2-500微米。长度y例如是0.5-1800微米，较好是1-900微米。

图10是本发明另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。在本实例中，三维元件具有横向放置的三棱柱形成的棱柱形，其中棱柱形三维元件的端部被从底部以锐角切割以形成具有四个斜面的屋形。以垂直于纵向的平面切割棱柱而得到的三角形的顶角通常为30至150°，较好是45至140°。三维元件的高度例如是2-600微米，较好是4-300微米。

此处，棱柱形三维元件的长度可以延伸至基本上整个研磨垫区域。或者，三维元件的长度可以终结为合适的长度，如图10所示。三维元件的端部可以对齐或不对齐。此外，顶部可以被截去以形成具有平顶面的棱柱形。此时三维元件的高度为截去顶部之前三维元件高度的5-95％，较好是10-90％。

在图10中，符号l表示三维元件底面长边的长度，符号v表示三维元件以锐角切割部分的距离，符号x表示相邻三维元件底面短边之间的间距，符号w表示三维元件底面短边的长度(即三维元件的宽度)，符号p表示相邻三维元件顶部之间的间距，符号u表示相邻三维元件底面长边之间的间距。长度1例如是5-10000微米，较好是10-5000微米。间距v例如是0-2000微米，较好是1-1000微米。间距x较好是0-2000微米，较好是0-1000微米。长度w例如是2-2000微米，较好是4-1000微米。间距p例如是2-4000微米，较好是4-2000微米。间距u例如是0-2000微米，较好是0-1000微米。

本发明CMP用研磨垫优选是用下述方法制得。

先制备含有磨粒和粘合剂的研磨材料涂覆溶液。此处所用的研磨材料涂覆溶液是含有粘合剂、磨粒和可任选添加剂(如光引发剂)的组合物，这些组分的含量足以构成研磨复合物，并能够进一步包含其用量足以赋予该混合物流动性的挥发性溶剂。

接着制备具有许多个规则排列的凹部的模片。这些凹部的形状可以是要形成的三维元件的反相。模片可以用金属(如镍)或塑料(如聚丙烯)制得。例如优选的是诸如聚丙烯的热塑性树脂，因为该树脂在其熔点的温度可以被压花至金属工具上以形成预定形状的凹部。此外，若粘合剂是辐射固化型树脂，则优选使用能透过紫外线和可见光的材料。

用研磨材料涂覆溶液填满模片，该填满步骤可如下进行：用涂覆装置(例如辊涂机)将研磨材料涂覆溶液涂覆到模片上。

将底材叠放到模片上以使研磨材料涂覆溶液与底材粘合。该粘合步骤例如可通过用层压辊加压来进行。

使粘合剂硬化。此处术语“硬化”是指粘合剂被聚合成固态。硬化后，研磨层的具体形状不再变化。

可以用热、红外辐射、电子束辐射、紫外辐射或另一种辐射能(如可见光辐射)来硬化粘合剂。所用的辐射能量可以根据粘合剂类型和所用辐射能源而变化。通常，本领域技术人员能够恰当地确定所采用的辐射能量。硬化所需的时间会随粘合剂的厚度、密度、温度和组合物性能等因素而变化。

例如，可以通过在透明底材上方辐射紫外线(UV)来硬化粘合剂。

取下模片，制得研磨垫，该研磨垫由底材和具有三维结构的研磨层组成。粘合剂可以在取下模片之后硬化。所得研磨垫的结构可以用普通方法来改变，例如将其粘合到平的硬质支承物上。

实施例

通过以下实施例进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例。除非另外指出，实施例中的“份”是指重量份。

实施例

通过混合表1所示组分制备研磨材料涂覆溶液。

                    表1

组分	混合量(份)
		用CVD制得的氧化铝磨粒(＂Sumicorundum AA04＂，SumitomoChemical Industry Co.，Ltd.制造，0.4微米)	100.0
可光聚合的丙烯酸类单体(＂SR9003＂，得自US Sartoner Co.Ltd.)	15.0
		可光聚合的丙烯酸类单体(＂SR339＂，得自US Sartoner Co.Ltd.)	22.6
分散剂(＂Disperbyk-L11＂，BYK-Chemie Co.，Ltd.制造)	0.6
		光引发剂(＂Irgacure 819＂，Ciba Specialty Chemicals Co.，Ltd.制造)	0.4

制备由聚丙烯制得且具有凹部的模片，所述凹部的形状是图5至7所示圆柱形三维元件的反相。调节相邻三维元件之间的间距以使得总接触面积与半导体晶片的比值为18％。尺寸如表2所示。

        表2

符号	尺寸(微米)
		d	200
e	218
		f	218
h	45

用辊涂机将研磨材料涂覆溶液涂布到聚丙烯制得的模片上。在上面叠放100微米厚的透明PET膜并用层压辊加压。用紫外线辐射以硬化粘合剂。

取下模片，将所得物冷却至室温得到研磨垫。该研磨垫的研磨层具有如图5所示的三维结构，其尺寸是宽1.27cm×长10cm的条形。测试该研磨垫的研磨性能。

摩擦力

图11是一种测试研磨垫摩擦力方法的模型图。用直径为10毫米的玻璃管作为待研磨物体。将该待研磨物体玻璃管11安装在马达(图中未示出)的轴上。将研磨垫12挂在玻璃管11上，其研磨表面朝内。研磨垫的一端固定在形变量具13上，另一端系上200克的重物14。

开动马达使玻璃管沿图中箭头所示方向旋转，转速设定为240rpm。读出形变量具13上所示摩擦力(克)并记录其随时间的变化，结果示于图12。

本发明的研磨垫具有低摩擦力，且摩擦力不随研磨时间增加而变大，由此显示良好的摩擦性能。

经研磨表面的光洁度

用光学显微镜(放大率：50倍)测量用上述方法研磨了4分钟的玻璃管经研磨表面的光洁度。

用本发明研磨垫研磨的经研磨表面没有缺陷和划痕，且具有高度的平整度。

比较例

用实施例1相同的方法制造研磨垫，不同的是用常规方法制得的氧化铝(＂TIZOX B109＂，Transelco Co.，Ltd.制造，粒度约为0.15微米)代替用CVD方法制得的氧化铝磨粒，并测试其研磨性能。结果示于图12。

比较例的研磨垫摩擦力大，摩擦力随研磨时间增加而变大，因此摩擦性能差。而且，用比较例研磨垫研磨的经研磨表面具有缺陷或划痕，平整度也低。

如上所述，本发明提供了一种CMP用研磨垫，该研磨垫具有良好的摩擦性能，价廉且耐久性优良，不会在半导体晶片的被研磨表面上产生缺陷和划痕。

Claims (5)

1.一种化学机械抛光用研磨垫，该研磨垫具有底材和置于该底材上的研磨层，其中

所述研磨层具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件，

所述研磨层包含研磨复合物，该复合物含有用化学气相淀积方法制得的高级氧化铝磨粒和粘合剂作为结构组分。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光用研磨垫，其特征在于所述三维元件的形状选自圆柱形、圆锥形、四面体形、棱锥形、具有平顶面的四面体形或棱锥形、棱柱形、具有平顶面的棱柱形，以及条形。

3.如权利要求1所述的化学机械抛光用研磨垫，其特征在于所述高级氧化铝磨粒的平均粒度在0.01-20微米的范围内。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光用研磨垫，其特征在于所述研磨复合物中所含磨粒的浓度在10-90重量％的范围内。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光用研磨垫，其特征在于所述粘合剂选自酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸类树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲-甲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、胶，以及它们的混合物。

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