CN1569399A - 抛光垫和化学机械抛光方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于化学机械抛光的抛光垫，其具有优良清除率和能够抛光以获得优良平面性。这种抛光垫包含：(A)70－99.9质量％的交联二烯弹性体和(B)0.1－30质量％的含有酸酐结构的聚合物，以上述化合物(A)和(B)总量为100质量％计，并且其比重为0.9－1.2。

Description

抛光垫和化学机械抛光方法
技术领域
本发明涉及一种抛光垫，特别是用于抛光绝缘薄膜和金属薄膜的抛光垫，以及一种化学机械抛光方法。具体地是，它涉及一种具有优良清除率和能够抛光以提供优良平面性的抛光垫，特别是一种对绝缘薄膜和金属薄膜都有优良清除率的抛光垫，以及一种化学机械抛光方法。
本发明广泛应用于半导体晶片等表面的抛光。
背景技术
CMP(化学机械抛光方法)作为一种能够生成高度平面性表面的抛光技术已经引起了很大的关注。在CMP中，研磨液是一种研磨剂颗粒的含水分散体，它从上面滴加在抛光垫的表面上，同时抛光垫和待抛光表面之间形成滑动接触。
在这种化学机械抛光方法中，清除率是影响生产率的一个很大的因素。一般认为，清除率可以通过保持研磨液在抛光垫上的大量存在而得到很大提高。
迄今为止，CMP抛光垫是由具有几十微米直径小孔的发泡聚氨酯制成的。由于聚氨酯通常耐水性较差，因此上述的抛光垫存在耐久性问题。当使用弹性体，如具有优良的耐水性的聚丁烯橡胶时，得到的抛光垫具有较差的水润湿性能和低的清除率。当用发泡产品来保持研磨液时，得不到满意的平面性。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的之一是提供一种具有优良清除率和能够抛光以提供优良平面性的抛光垫。
本发明的另一目的是提供一种对绝缘薄膜和金属薄膜都有优良的清除率的抛光垫。
本发明的还有另一目的是提供一种使用本发明抛光垫的化学机械抛光方法。
本发明的其它目的和优点将在下面描述中给出。
首先，根据本发明，本发明的上述目的和优点通过一种抛光垫达到，其包含：(A)70-99.9质量％的交联二烯弹性体和(B)0.1-30质量％的含有酸酐结构的聚合物，基于以上述化合物(A)和(B)总量为100质量％计，并且其比重为0.9-1.2。
其次，根据本发明，本发明的上述目的和优点通过一种化学机械抛光方法达到，其包括：使用本发明的抛光垫，通过化学机械抛光使待抛光材料表面平滑。
附图简述
图1是待用化学机械抛光方法抛光的材料(晶片)的剖视图；
图2是用化学机械抛光方法抛光的另一材料的剖视图；其中图2(a)是微型元件抛光分离之前的待抛光材料的剖视图，及图2(b)是分离的微型元件抛光后的剖视图；和
图3通过化学机械抛光方法抛光的另一材料的剖视图，其中图3(a)是抛光以平整化中间层绝缘薄膜材料抛光前的的剖视图，及图3(b)是平整化的中间层绝缘薄膜抛光后的剖视图。
具体实施方案
下面将详细描述本发明。
上述“(A)交联二烯弹性体”是一种弹性体，其包含二烯单体的聚合单元和交联结构。二烯单体的聚合单元聚合后可以氢化，也可以不被氢化。交联二烯弹性体(A)包含，基于100质量％的弹性体计的40-100质量％，更优选60-100质量％，特别优选80-100质量％的二烯单体聚合单元。
交联二烯弹性体(A)是，例如，交联丁二烯弹性体或交联异戊二烯弹性体。交联丁二烯弹性体的例子包括通过交联聚合物，如丁二烯橡胶，1，2-聚丁二烯、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物，以及氢化聚合物其中含有如SBS氢化嵌段共聚物(SEBS)得到的交联橡胶。这些弹性体可以单独使用或两种或多种结合使用。例如异戊二烯弹性体包括通过交联聚合物，如异戊二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯橡胶或异丁烯-异戊二烯橡胶和它们的氢化产物得到的交联橡胶。这些弹性体可以单独使用或两种或多种结合使用。在这些交联二烯弹性体中，由于可以获得高硬度的组合物，交联的1，2-聚丁二烯尤其优选。
得到上述交联弹性体(A)的交联方法没有特别限定，但交联剂通常用于交联。交联剂可以是硫或有机过氧化物，但由于杂质如硫对半导体抛光是不受欢迎的，所以优选有机过氧化物。有机过氧化物的例子包括过氧化二异丙苯，过氧化二-叔-丁基，过氧化二乙基，过氧化二乙酰和过氧化二酰。它们可以单独使用或两种或多种结合使用。
上述“(B)具有酸酐结构的聚合物”是含有下面分子式(1)代表的酸酐结构的聚合物。
具有酸酐结构的聚合物(B)是下述情况之一，例如，(1)在主链上含有酸酐结构的聚合物，(2)主链上没有而仅仅在侧链上含有酸酐结构的聚合物，以及(3)在主链和侧链上都含有酸酐结构的聚合物。
上述在主链上含有酸酐结构的聚合物(1)可以是由含有酸酐结构单体得到的均聚物或含有酸酐结构单体和不含酸酐结构单体得到的共聚物。
包括不含酸酐结构单体的后一共聚物，含有衍生自含酸酐结构单体的聚合单元，以两种单体聚合单元的总数计，其优选以0.1-40摩尔％，更优选以0.5-30摩尔％，特别优选以1.0-25摩尔％的量存在。
上述含有酸酐结构单体的例子包括马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐和内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐。上述不含酸酐结构单体的例子包括共轭二烯化合物、芳香基单体和(甲基)丙烯酸酯化合物。
共轭二烯化合物包括1，3-丁二烯、异戊二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯和氯丁二烯，芳香基单体包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻-羟基苯乙烯、间-羟基苯乙烯和对-羟基苯乙烯，并且(甲基)丙烯酸酯化合物包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟甲酯、(甲基)丙烯酸3-羟丙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨甲酯和(甲基)丙烯酸二甲氨乙酯。
上述主链上没有而仅仅在侧链上含有酸酐结构的聚合物(2)可以通过使用含有酸酐结构单体对不含酸酐结构聚合物进行改性得到。可以通过下述方法实现“改性”：在含有酸酐基团单体和过氧化物如过氧化氢或有机过氧化物的存在下，通过加热不含酸酐结构的聚合物，将含有酸酐结构的侧链添加到不含酸酐结构的聚合物中；或者在分子式中含有至少两个酸酐结构化合物和/或在分子式中含有一个酸酐结构和一个羧基的化合物以及催化剂如酸、碱或金属催化剂存在下，通过加热不含酸酐结构的聚合物，将含有酸酐结构的侧链添加到不含酸酐结构的聚合物中。
含酸酐结构的单体，以不含酸酐结构单体的重量为100份计，使用的量优选是0.1-150重量份，更优选0.5-110重量份，特别优选1.0-75重量份。
上述主链中不含酸酐结构的聚合物是，例如，聚烯烃、二烯(共)聚物、二烯(共)聚物或(甲基)丙烯酸酯聚合物的氢化产物。上述聚烯烃的例子包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯-丙烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物，上述二烯(共)聚物例子包括丁二烯橡胶、1，2-聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物和异戊二烯橡胶。
上述(甲基)丙烯酸酯是(甲基)丙烯酸酯的均聚物或共聚物。(甲基)丙烯酸酯的例子包括(甲基)丙烯酸甲酯、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基(二甲氧基)甲基硅烷、γ-氧基丙基三甲氧基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基甲酯、(甲基)丙烯酸-3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨甲酯和(甲基)丙烯酸二甲氨乙酯。
上述含有酸酐结构单体的例子和用于主链上含有酸酐基团的聚合物(1)合成的含有酸酐结构单体所举的例子是相同的。
上述在分子中含有至少两个酸酐结构化合物的例子包括均苯四酸酐和3，3′，4，4′-二苯酮四羧基二酸酐，上述在分子式中含有一个酸酐结构和一个羧基的化合物包括1，2，4-苯三酸酐。
上述在主链和侧链上都含有酸酐结构的聚合物(3)可以通过用含有酸酐结构的单体对上述主链上含有酸酐结构的聚合物(1)进行改性而得到。在这种情况下，可以采用与得到上述聚合物(2)相同的方法进行改性。
除这些聚合物之外，优选主链不含酸酐而仅仅侧链含有酸酐结构的聚合物(2)，更优选的是被含有碳碳双键的二羧基酸酐改性的二烯(共)聚物的氢化产物和聚烯烃，特别优选的是马来酸酐改性的聚乙烯、马来酸酐改性的聚丙烯和马来酸酐改性的苯乙烯-丁二烯共聚物。
上述聚合物(B)的酸值，也就是中和在1g脂类含有的游离脂肪酸需要的氢氧化钾(mg)，优选是0.1-500mgKOH/g，更优选0.5-400mgKOH/g，特别优选1-300mgKOH/g。
当酸值小于0.1mgKOH/g时，就没有亲水性且清除率会降低。当酸值大于500mgKOH/g时，吸水性会急剧上升，不利的是由于吸收潮气因而抛光垫的硬度会降低。
至于酸值，在酸值计算条件下酸酐基团是开链的，并且作为一种酸来计算。
上述成分(B)通常以岛的形式分散在成分(A)中，总体上形成海岛结构，同时这些成分形成基质。
至于成分(A)和成分(B)的量，成分(A)的量是70-99.9质量％，优选是75-99.5质量％，更优选80-99质量％，成分(B)的含量是0.1-30质量％，优选0.5-25质量％，更优选是1-20质量％，以成分(A)和成分(B)的总量为100质量％计。当成分(B)的含量小于0.1质量％时，不能充分达到改善清除率的效果。当成分(B)的含量大于30质量％时，清除率的效果达到饱和，同时根据包含的物质，由所得组分制备的抛光垫的模压性能和强度会降低。
在本发明中，任意的，含有不同于成分(A)和成分(B)官能团的亲水物质可以包含在含有上述成分(A)和成分(B)的基质中，以提高与研磨液的相容性。
含有官能基团的亲水物质是一种含有官能基团单体的(共)聚物，或者是通过改性相同的材料得到的聚合物，如上述带有至少一个基团选自羧基、羟基、环氧基和氨基的组分(A)。聚合物可以交联，也可以不是交联的，但优选交联的。亲水物质优选使用由聚合含有官能基团单体得到的聚合物或具有特别高含量官能基团成分的聚合物，例如，单体含有80摩尔％或更多量官能基团的聚合物，如下文所述。
上述含有官能基团单体的(共)聚物是，例如，(共)聚物包含(a)含有一个可聚合不饱和基团和至少一个选自羧基、氨基、羟基、环氧基、磺酸基和磷酸基(被称作“单体(a)”)官能基团单体的聚合单元，和/或(b)含有至少两个可聚合不饱和基团(可交联的单体，此处之后称作“单体(b)”)单体的聚合单元，或者是含有上述单体(a)和/或上述单体(b)和其它可共聚单体聚合单元的共聚物。
作为单体(a)的含有羧基单体的例子包括(1)不饱和羧酸如(甲基)丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、四康酸(tetraconic acid)和肉桂酸，(2)含有游离羧基的酯如不可聚合的聚羧酸如邻苯二甲酸、琥珀酸或己二酸和含有羟基的不饱和化合物如(甲基)烯丙醇或2-羟基(甲基)丙烯酸乙酯的单酯，以及这些化合物的盐(3)。在这些化合物中，优选不饱和羧酸。
在含有氨基的单体中优选含有叔氨基的单体，如列举的二烷基氨基(甲基)丙烯酸烷酯，诸如二甲基氨基(甲基)丙烯酸甲酯、二乙基氨基(甲基)丙烯酸甲酯、2-二甲基氨基(甲基)丙烯酸乙酯、2-二乙基氨基(甲基)丙烯酸乙酯、2-二正丙基氨基(甲基)丙烯酸乙酯、2-二甲基氨基(甲基)丙烯酸丙酯、2-二乙基氨基(甲基)丙烯酸丙酯、2-二正丙基氨基(甲基)丙烯酸丙酯、3-二甲基氨基(甲基)丙烯酸丙酯、3-二乙基氨基(甲基)丙烯酸丙酯和3-二正丙基氨基(甲基)丙烯酸丙酯；含有N-二烷基氨基烷基不饱和胺诸如N-二甲基氨基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-二乙基氨基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二甲基氨基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二乙基氨基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二甲基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二乙基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(3-二甲基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺和N-(3-二乙基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺；以及含有叔氨基乙烯基芳香化合物诸如N，N-二甲基-对-氨基苯乙烯、N，N-二乙基-对-氨基苯乙烯、二甲基(对-苯乙烯)胺、二乙基(对-苯乙烯)胺、二甲基(对-乙烯苯乙基)胺、二乙基(对-乙烯苯乙基)胺、二甲基(对-乙烯苄氧基甲基)胺、二甲基(2-(对-乙烯苄氧基)乙基)胺、二乙基(对-乙烯苄氧基甲基)胺、二乙基(2-(对-乙烯苄氧基)乙基)胺、二甲基(对-乙烯苯乙氧基甲基)胺、二甲基(2-(对-乙烯苯乙氧基)乙基)胺、二乙基(对-乙烯苯乙氧基甲基)胺、二乙基(2-(对-乙烯苯乙氧基)乙基)胺、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶和4-乙烯基吡啶。在这些化合物中，优选的是二烷基氨基(甲基)丙烯酸烷酯和叔氨基乙烯基芳香化合物。
含有羟基单体的例子包括羟烷基(甲基)丙烯酸酯，诸如2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟丙基(甲基)丙烯酸酯、3-羟丙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟丁基(甲基)丙烯酸酯、3-羟丁基(甲基)丙烯酸酯和4-羟丁基(甲基)丙烯酸酯；聚亚烷基二醇的单(甲基)丙烯酸酯(亚烷基二醇单元数优选2-23)诸如聚乙烯二醇和聚丙烯二醇；含有羟基的不饱和胺诸如N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-羟乙基)(甲基)丙烯酰胺和N，N-二(2-羟乙基)(甲基)丙烯酰胺；含有羟基的乙烯基芳香化合物诸如邻-羟基苯乙烯、间-羟基苯乙烯、对-羟基苯乙烯、邻-羟基-α-甲基苯乙烯、间-羟基-α-甲基苯乙烯、对-羟基-α-甲基苯乙烯和对-苯乙烯基醇；以及(甲基)丙烯醇。在这些化合物中，优选羟烷基(甲基)丙烯酸酯和含有羟基的乙烯基芳香化合物。
含有环氧基团单体的例子包括(甲基)烯丙基缩水甘油醚、(甲基)烯丙酸缩水甘油酯和3，4-氧环己基(甲基)丙烯酸酯。
含有磺酸基团的单体例子包括(1)(甲基)丙烯酰胺单体诸如2-(甲基)丙烯酰胺基乙磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺基丙磺酸、3-(甲基)丙烯酰胺基丙磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和3-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；(2)(甲基)丙烯酸酯单体诸如乙基(甲基)丙烯酸酯-2-磺酸盐、丙基(甲基)丙烯酸酯-2-磺酸盐、丙基(甲基)丙烯酸酯-3-磺酸盐和乙基(甲基)丙烯酸酯-1，1-二甲基-2-磺酸盐；(3)乙烯基芳基化合物单体诸如对-乙烯基苯磺酸和对-异丙基苯磺酸；以及它们的盐化合物。
含有磷酸基团单体的例子包括磷代亚乙基(甲基)丙烯酸酯、磷代亚丙基(甲基)丙烯酸酯、磷代亚丁基(甲基)丙烯酸酯、磷代丙烯基(甲基)丙烯酸酯、磷代二(乙烯基(甲基)丙烯酸酯)、磷代二(亚丙基(甲基)丙烯酸酯)、磷代二(亚丁基(甲基)丙烯酸酯)、磷代二甘醇(甲基)丙烯酸酯、磷代三甘醇(甲基)丙烯酸酯、磷代聚二乙醇(甲基)丙烯酸酯、磷代二(二甘醇(甲基)丙烯酸酯)、磷代二(三甘醇(甲基)丙烯酸酯)、磷代二(聚二乙醇(甲基)丙烯酸酯)及其化合物相关盐。
上述单体(b)的例子包括乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二乙烯基苯、二异丙烯基苯和三乙烯基苯。它们可以单独或两种或多种结合使用。
上述的亲水物质可以通过适合的上述单体(a)和单体(b)与除了单体(a)和单体(b)之外的一种单体结合而制得。这些单体的聚合没有特别限制，可以是自由基(共)聚合、阴离子(共)聚合或阳离子(共)聚合。得到的共聚物可以是无规则共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。
上述亲水物质的量，以基于上述成分(A)和(B)以及亲水物质量总和为100质量％计，优选小于或等于50质量％，更优选小于或等于30质量％，特别优选小于或等于15质量％。它们形成一种基质，也就是一种分散水溶性颗粒等等的介质。
水溶性物质(c)优选分散在包含上述成分(A)和(B)以及任选的上述亲水物质的基质材料(树脂材料)中。
当使用研磨液抛光时，其与水接触并从基质材料表面释放出来后，水溶性物质(c)可以生成用来储存研磨液的小孔。水溶性物质从抛光垫释放出后，生成的小孔平均直径，也就是基质中水溶性物质的尺寸(平均直径)在释放前优选为0.1-500μm，更优选为0.5-300μm，特别优选为5-100μm。
水溶性物质包括那些通过与水接触而溶胀或胶凝，并可以因此被释放，如水吸收树脂，此外是水溶性物质如水溶性聚合物。这种水溶性物质在含有主要成分为水、甲醇等的介质中可以溶解或膨胀。这种水溶性物质通常作为一种分散剂分散在基质材料中。
水溶性物质(c)通常是固体，但也可以是液体。固体水溶性物质可以是颗粒的、纤维状，如须状或线状，或奇怪形状，如四足形。
水溶性颗粒的平均粒径为，例如，0.1-500μm，优选为0.5-300μm，更优选为5-100μm。当平均粒径小于0.1μm时，形成的孔穴很小，得不到能够完全容纳磨料颗粒的抛光垫。当颗粒的平均粒径大于500μm时，所得到的抛光垫的机械强度会降低。平均粒径是基质中所含的水溶性物质最大长度的平均值。
水溶性物质(C)可以是有机物或无机物。优选为有机物。
有机水溶性物质的例子包括糊精、环糊精、甘露糖醇、糖类如乳糖、纤维素如羟丙基纤维素和甲基纤维素、淀粉、蛋白质、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯磺酸、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、水溶性光敏性树脂和磺化聚异戊二烯。它们可以单独或两种或多种结合使用。
无机水溶性物质的例子包括乙酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、溴化钾、磷酸钾、硫酸钾、硫酸镁、硝酸镁和硝酸钙。它们可以单独或两种或多种结合使用。
进一步，在抛光过程中，液态水溶性物质不限定在特定状态，并且最好在溶于研磨液时对抛光效率不产生坏的影响。液态水溶性物质的例子包括有机酸诸如甲酸、乙酸，以及氧化剂诸如过氧化氢的水溶液、过乙酸和硝酸的水溶液。
水溶性物质(c)的量基于上述基质为100体积％的基础上，优选为小于等于50体积％，更优选为0.1-40体积％，更优选1-30体积％，特别优选为1-20体积％。当水溶性物质(c)量大于50体积％时，所得到的抛光垫的硬度和机械强度可能达不到适宜的数值。
水溶性物质(c)分散在基质材料中。从这种抛光垫成分得到的抛光垫中，当其与水接触时，存在于最外层表面的水溶性物质(C)溶解从而形成小孔。在暂时的抛光后，这些小孔容纳了研磨液并保留了残留灰尘。当水溶性物质接触在抛光垫上呈水溶性分散的研磨液时，它会溶解或膨胀，并从基质材料上释放。
优选的水溶性物质(C)应当只有暴露在抛光垫表面时才溶于水，当它存在于抛光垫中间时不能吸湿或膨胀。因此，水溶性物质(c)优选最外层的至少一部分具有隔离吸湿的外壳。这种外壳可以被水溶性物质(c)所物理吸附、跟水溶性物质(c)化学键链接或者通过物理吸附和化学链接与水溶 性物质(c)接触。外壳由环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺或聚硅酸盐制得。即使当它仅仅在水溶性物质(c)的部分上生成，也可以充分得到上述作用。
在抛光垫中，上述的水溶性物质(c)除了具有生成小孔的功能，还具有增加抛光垫硬度的功能。例如，整个抛光垫的肖氏(Shore)D硬度增加到35-100。通过增加抛光垫的硬度可以增大施在抛光垫上待抛光表面上的压力。因此，不仅可以改善清除率，还可以得到高平面性。因而，水溶性物质(c)特别优选是一种可以确保给抛光垫足够高硬度的固体物质。
所有这些存在于研磨液中的氧化剂、有机酸、碱金属氢氧化物和酸、pH改性剂、表面活性剂和防擦剂中的至少一种可以存在于本发明的抛光垫中。因此，当使用这种抛光垫时，在抛光时仅仅提供水就可以进行抛光。然而，优选不包括研磨液含有的研磨剂和多价金属离子。并且，本发明的抛光垫中可以任选含有各种添加剂，如填充剂、软化剂、抗氧化剂、紫外光吸收剂、抗静电剂、润滑剂和增塑剂。
上述的氧化剂如果是水溶性的就可以不受限制使用。这些氧化剂的例子包括有机过氧化物诸如过氧化氢、过乙酸、过苯甲酸和叔丁基氢过氧化合物、高锰酸化合物如高锰酸钾、二铬酸化合物如二铬酸钾、卤酸化合物如碘酸钾、硝酸和硝酸化合物如硝酸铁、高卤酸化合物如高氯酸、过渡金属盐如铁氰化钾、过硫酸盐如过硫酸铵、高价金属盐如硝酸铁和硝酸铈铵，以及杂多酸诸如钨硅酸、钨磷酸、钼硅酸和钼磷酸。它们可以单独使用或两种或多种结合使用。在这些化合物中，特别优选的是不含金属元素和降解产物无害的过氧化氢和有机过氧化物。当金属层被抛光，如薄膜抛光为晶片时，通过增加氧化剂可以大大提高清除率。
以整个抛光垫的质量为100份(以下简称为“份”)，氧化剂的量优选是0-10份，特别优选0-5份。
上述有机酸可以稳定上述氧化剂并进一步改善清除率。有机酸的例子包括对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、异戊二烯磺酸、葡糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、丙二酸、甲酸、草酸、琥珀酸、富马酸、马来酸和邻苯二甲酸。在这些酸中，优选葡糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、丙二酸、甲酸、草酸、琥珀酸、富马酸、马来酸和邻苯二甲酸。此外，在这些酸中，特别优选酒石酸、苹果酸、琥珀酸和邻苯二甲酸。这些有机酸可以单独或两种或多种结合使用。以整个抛光垫为100份计，整个抛光垫含有的有机酸优选是0-10份，特别优选是0-5份。当一种有机酸如上所述用作水溶性物质时，可能不含有这种有机酸，而需要大量使用水溶性物质时，则可能含有有机酸。此外，可以优选酒石酸、苹果酸、琥珀酸或邻苯二甲酸，并可以与固体混合使用。
上述的表面活性剂是阳离子型、阴离子型或非离子型表面活性剂。阳离子表面活性剂的例子包括脂肪胺盐和脂肪铵盐。阴离子型表面活性剂的例子包括脂肪酸皂；羧酸酯如烷基醚羧酸酯；磺酸酯如烷基苯磺酸酯、烷基萘磺酸酯和α-烯属磺酸酯；硫酸酯如高碳醇硫酸酯、烷基醚硫酸酯和聚氧化乙烯烷基苯醚；以及磷酸酯如烷基磷酸酯。非离子型表面活性剂的例子包括醚如聚氧化乙烯烷基醚，醚酯如聚氧乙烯醚甘油酯，以及酯如聚乙二醇脂肪酸酯、甘油酯和脱水山梨醇酯。以整个抛光垫为100份计，整个抛光垫含有的表面活性剂优选是0-10份，特别优选是0-5份。
上述填充剂包括改善硬度的材料诸如碳酸钙、碳酸镁、滑石和粘土，以及具有抛光效果的材料如二氧化锰、三氧化二锰和碳酸钡。
制备抛光垫的方法没有特别限定。当方法包含搅拌步骤时，可以通过已知的搅拌器诸如辊、捏和机、班伯里(Banbury)混炼机或挤出机(单螺杆或多螺杆)来进行搅拌。用来制造抛光垫的混合成分通过压塑、挤塑和注塑处理可以得到理想的形状诸如片状、块状或薄膜状。经过切割成预期尺寸就可以得到抛光垫。
将水溶性物质分散到基质材料中的方法没有特别的限定。
通常，基质材料、水溶性物质和其它添加剂混合在一起。在加热下对基质材料进行混合，这样可以容易进行处理。在混合温度下，水溶性物质优选是固体。当水溶性物质是固体时，在具有上述平均粒径时容易分散，与它和基质的相容性无关。因此，水溶性物质的类型根据使用基质的加工温度优先选择。
抛光垫的比重优选为0.9-1.2，特别优选为0.95-1.15。当比重低于0.9时，抛光时对材料施加的压力趋于变低同时平面性可能变得不满意。当比重高于1.2时，交联会变得过度同时清除率可能会变低。
抛光垫的肖氏D硬度优选为35或更多，更优选为50-90，特别优选55-85，通常为100，或更小。当肖氏D硬度低于35时，抛光时对材料施加的压力趋于变低，清除率下降，同时平面性可能变得不满意。
抛光垫的抛光表面上可以任选的按预定形状来形成沟槽和点图像，以提高研磨液的运送效率。此外，通过在背面，也就是与抛光垫的抛光面相反的表面上形成软层，可以得到具有多层结构的抛光垫。这种抛光垫不限定于特定的形状，根据抛光机它可以是类碟状、类带状或类辊状的。
本发明的抛光垫可以用于抛光待抛光材料的表面(也称作“待处理的薄膜”)。根据这种抛光方法，化学机械抛光可以实现优良的平面性并进一步得到高的清除率。
所要抛光的材料没有特别的限定，并可以使用不同的材料。在制造半导体器件如VLSI过程中，用来处理的薄膜的例子包括在晶片上形成的二氧化硅薄膜(硅薄膜)、无定型硅薄膜、多晶硅薄膜、单晶硅薄膜、氮化硅薄膜、纯钨薄膜、纯铝薄膜、纯铜薄膜和钨、铝或铜和其它金属的合金薄膜。也可以使用金属如钽或钛的氧化物或氮化物所制成的薄膜。
本发明的抛光垫有利的在化学机械抛光中使用，制备包埋(buried)金属线路、微型器件的分离和绝缘薄膜中间层的整平。
用来制备包埋金属线路的抛光材料是一种至少在正面上有沟槽的基片(它通常包含至少一个晶片和形成在晶片正面的绝缘薄膜，并且在绝缘薄膜上进一步包括一隔离金属层)，也就是说将成为一种半导体器件的衬底。换句话说，它是一种在沟槽里埋有所期望材料的层合物。为了抛光待抛光材料，使用本发明的抛光垫通过化学机械抛光可以除去包埋的多余材料并可以整平材料的表面。当待抛光材料在包埋材料下面具有隔离金属层时，隔离金属层可以在化学机械抛光的最后阶段进行抛光。在除去多余的包埋材料和多余的任选形成的隔离金属层后，可以任选通过过度抛光除去一部分绝缘薄膜。
例如，包埋式薄片如图1所示。
那就是，层压衬底1包含由硅和类似物构成的衬底11，在硅衬底11形成的绝缘薄膜12，在绝缘薄膜12上形成的绝缘薄膜13，在绝缘薄膜13上形成的绝缘薄膜14以形成一个沟槽，生成的隔离金属薄膜15覆盖绝缘薄膜14和沟槽，在上述隔离金属薄膜15上形成由线状材料构成的薄膜16并填充上述沟槽(线状材料的表面是粗糙表面，这与绝缘薄膜粗糙表面相对应)。
例如，用于隔离微型器件的待抛光材料是具有如图2(a)所示剖面结构的材料。这种材料可以包括由硅或类似物制成具有粗糙表面的衬底21，形成在衬底21突出部分上的隔离(stopper)层22，以及覆盖在上述衬底21的凹陷部分和隔离层22上的包埋绝缘层23。
对待抛光材料进行抛光时，除去绝缘层23的突出部分，并且绝缘层23将被打平直至隔离层22的顶部暴露出来，这样得到如图2(b)所示的剖面图。
用于磨平中间层绝缘薄膜的待抛光材料是具有如图3(a)所示截面结构的材料。这种材料可以包括由硅或类似物制成的衬底31，在衬底31上的绝缘薄膜32，在绝缘薄膜32上的布线材料33，和覆盖在布线材料33和绝缘薄膜22中没有形成布线材料33的部位上的中间层绝缘薄膜34。
对上述材料进行抛光时，在不暴露布线材料33的前提下，除去中间层绝缘薄膜34的突出部分，抛光后就可以得到图3(b)所示的剖面图。
用于制备上述绝缘薄膜12、14、23和32和中间层绝缘薄膜34绝缘材料的例子包括二氧化硅(SiO2)薄膜、通过向SiO2加入少量硼和磷而得到的硼磷硅膜(BPSG film)，通过把氟掺入SiO2而制得的称为“FSG(掺氟硅玻璃)”的绝缘薄膜，以及具有低介电常数的氧化硅基的绝缘薄膜。
二氧化硅薄膜的例子包括热氧化膜、PETEOS(等离子强化-TEOS)膜、HDP(高密度等离子强化-TEOS)膜和通过热CVD得到的氧化硅膜。
在高温下将硅暴露在氧化性气体中这样可以使硅和氧或硅和水发生化学反应制得上述热氧化膜。
通过使用等离子促进化学气相沉积反应，从四乙基原硅酸酯(TEOS)可以制得上述PETEOS膜。
通过使用高密度等离子促进化学气相沉积反应，从四乙基原硅酸酯(TEOS)可以制得上述PETEOS膜。
上述通过热CVD得到的氧化硅膜，可以通过常压CVD(AP-CVD)或低压CVD(LP-CVD)得到。
通过常压CVD(AP-CVD)或低压CVD(LP-CVD)可制得上述的硼磷硅(BPSG)膜。
通过使用高密度等离子促进化学沉积反应可制得上述称作“FSG(掺氟硅玻璃)”的绝缘薄膜。
此外，通过旋涂将原材料加在基底上并通过在氧化性气体中加热涂膜可以制得上述具有低介电常数的氧化硅基绝缘薄膜。具有低介电常数的氧化硅基绝缘薄膜的例子包括含有三乙氧基硅烷的HSQ(倍半氧化硅氢化物)膜，除了四乙氧基硅烷外含有甲基三甲氧基硅烷的MSQ(甲基倍半氧化硅烷)膜。由有机聚合物诸如基于聚亚芳基的聚合物、基于聚亚芳基醚的聚合物、基于聚酰亚胺基的聚合物或苯并环丁烯聚合物制成的低介电常数的绝缘薄膜也可以使用。
上述隔离金属薄膜15由钽、氮化钽、氮化钨、钛或氮化钛制得。
上述绝缘薄膜13和隔离层22由氮化硅或类似物制得。
上述布线材料16和33由铜、铝或钨制得。铜、铝和钨不仅仅包括纯金属也包括含有90％或更多各自金属的合金。
本发明的化学机械抛光方法中使用的抛光机诸如Ebara公司的EPO-112和EPO-222，Lap Master SFT有限公司的LGP-510和LGP-552，Applied Material有限公司的Mirra，Ram Research有限公司的Teres，以及Speed Fam-IPEC有限公司的AVANTI472。
在这些抛光机器中，待抛光材料与抛光垫的表面形成滑动接触，抛光垫表面上分散磨料颗粒，例 如用于化学机械抛光的含水分散体，而在滑动时，用于化学机械抛光的含水分散体从上面(研磨液进料单元)滴加，以抛光这些材料。优选的，这种用于化学机械抛光的适于每种待抛光材料的含水分散体是精选的，并且用于制备水分散剂的材料没有特别的限制。这些材料包括水、研磨粒、氧化剂、碱金属氢氧化物和酸、Ph调节剂、表面活性剂和防擦剂。它们可以单独或两种或多种结合使用。
实施例
下面给出的实施例进一步说明本发明。
抛光垫的制备
实施例1
在120℃下，通过捏和机来搅拌作为水溶性物质的90质量％的(a)1，2-聚丁二烯(JSR公司的JSR RB830)、10质量％的(b)马来酸酐改性的聚丙烯(Sanyo化学工业有限公司的Umex 1010，其具有52mgKOH/g的酸值)和基于上述成分(a)和(b)总量5体积％的(c)β-环糊精(横滨Bio研究公司的Dexy Pearl β-100)。然后，加入1份有机过氧化物(NOF Corporation的Percumyl D40)，这是基于上述成分(a)和(b)总量为100份计，并进一步搅拌。然后，在170℃下，在一个金属铸模里交联反应进行18分钟，制得一个直径为60cm和厚度为2.8mm(比重为0.95)的抛光垫。通过切割机(购自Kato Machinery有限公司)在垫的该铸模产品的一个表面生成同心的具有0.5mm宽度、2mm斜度和1.4mm深度的沟槽。
实施例2
实施例1中使用的70质量％的(a)1，2-聚丁二烯、30质量％的(b)用马来酸酐改性的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(购自Asahi ChemicalIndustry有限公司具有2mg CH3ONa/g酸值(相当于2.07mgKOH/g的酸值)的商品名Taftec 1911)的氢化产物和基于上述成分(a)和(b)总量20体积％的(c)在实施例1中使用的水溶性物质，在120℃加热条件下，通过捏和机混合在一起。然后，以上述组分(a)为100份计，加入一份在实施例1中使用的有机过氧化物，除此之外，通过与实施例1同样的方式制得抛光垫(比重为1.08)。
实施例3
实施例1中使用的98质量％的(a)1，2-聚丁二烯、2质量％的(b)马来酸酐改性的聚丙烯(Sanyo化学工业有限公司的商品名Umex 1010，其具有26mgKOH/g的酸值)和基于上述成分(a)和(b)总量1体积％的(c)在实施例1中使用的水溶性物质，在120℃加热条件下，通过捏和机混合在一起。然后，以上述组分(a)为100份计，加入一份在实施例1中使用的有机过氧化物，除此之外，通过与实施例1同样的方式制得抛光垫(比重为0.94)。
实施例4
实施例1中使用的90质量％的(a)1，2-聚丁二烯、10质量％的(b)马来酸酐改性的聚丙烯(Sanyo化学工业有限公司的商品名Umex 2000，具有30mgKOH/g的酸值)和基于上述成分(a)和(b)总量5体积％的(c)在实施例1中使用的水溶性物质，在120℃加热条件下，通过捏和机混合在一起。然后，以上述组分(a)为100份计，加入1份在实施例1中使用的有机过氧化物，除此之外，通过与实施例1同样的方式制得抛光垫(比重为0.95)。
对比例1
实施例1中使用的70体积％的(a)1，2-聚丁二烯和30体积％的(c)在实施例1中使用的水溶性物质，在120℃加热条件下，通过捏和机混合在一起。然后，以上述组分(a)为100份计，加入一份在实施例1中使用的有机过氧化物，通过与实施例1同样的方式制得抛光垫(比重为0.96)。
对比例2
实施例1中使用的99质量％的(a)1，2-聚丁二烯、1质量％的(b)在两端含有羟基的聚丁二烯(Nippon Soda有限公司的商品名NISSO-PBG3000)和基于上述成分(a)和(b)总量3体积％的(c)在实施例1中使用的水溶性物质，在120℃加热条件下，通过捏和机混合在一起。然后，以上述组分(a)和(b)的总量为100份计，加入一份在实施例1中使用的有机过氧化物，通过与实施例1同样的方式制得抛光垫(比重为1.07)。
对比例3
丁二烯、丙稀腈、甲基丙烯酸、2-羟基丁基甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯和二乙烯基苯以摩尔比率62/20/5/11/1/2在十二烷基磺酸钠作为乳化剂以及过氧化苯甲酰作为聚合引发剂的存在下进行乳化聚合。然后，得到的共聚物乳化液固化和干燥以用来制备含有功能基团(d)的共聚物。聚合转化率接近100％。
其后，实施例1中使用的90质量％的(a)1，2-聚丁二烯、8质量％的(e)聚丁二烯橡胶(JSR Corporation的商品名BR01)、2质量％的含有官能基团的上述准备的共聚物(d)和基于上述成分(a)、(d)和(e)总量30体积％的(c)在实施例1中使用的水溶性物质，在120℃加热条件下，通过捏和机混合在一起。然后，以上述组分(a)、(d)和(e)的总量为100份计，加入一份在实施例1中使用的有机过氧化物，通过与实施例1同样的方式制得抛光垫(比重为1.05)。
抛光效率的评估
(1)清除率的评估
将实施例1-4和对比例1-3中制备的抛光垫分别放置在抛光机(SFT有限公司的Lap Master LGP510)的台板上，在台板转速为50rpm和研磨液流速为100ml/min情况下，对铜膜和硅膜晶片进行抛光，从而评估这些抛光垫中的抛光效率的差别，所得到的结果如表1和2所示。CMS1101(购自JSR公司)用作热氧化物膜晶片(硅)的研磨液，iCUe5003(购自Cabot有限公司)用作铜膜晶片(硅)的研磨液。通过一个光学薄膜厚度仪表测量薄膜厚度的变化来得到清除率。
(2)凹度(dishing)的评估
半导体晶片(抛光测试晶片与SKW有限公司的商品名SKW-7在布线宽度和空间宽度的不同)在下述条件下抛光，同时在250μm和250μm的线和空间距离通过分布仪(KLA-Tencor Ltd.的P-10)测量半导体晶片的凹度。结果见表1。
研磨液：CMS1101(JSR公司)
化学机械抛光机：EPO112(Ebara公司)
桨液流速：200ml/min
抛光负载：400g/cm2
台板转速：70rpm
转头转速：70rpm
清除率：400nm/min
抛光时间：5.75分钟(15％过抛光)
表1
热氧化膜的清除率(/min) 铜膜的清除率(/min)   凹度(nm) 化合物B的酸度值(mgKOH/g)     ShoreD硬度
Ex.1 1850 5300   40 52     63
C.Ex.1 1050 3000   180 -     72
C.Ex.2 1340 3300   110 -     71
C.Ex.3 1440 4000   95 -     68
Ex.：实施例            C.Ex.：对比例
表2
  热氧化膜的清除率(/min) 铜膜的清除率(/min)     凹度(nm)     ShoreD硬度
Ex.2   1920 5830     50     65
Ex.3   1650 5170     50     60
Ex.4   1750 5250     40     62
Ex.：实施例
根据表1，对比例1中使用不含酸酐基团、羧基或羟基的抛光垫后硅膜和铜膜的清除率分别为1,050/min和3,000/min。对比例2中使用在两端含有羟基的聚丁二烯，硅膜和铜膜的清除率分别为1,340/min和3,300/min。对比例3中使用含有羧基的共聚物，硅膜和铜膜的清除率分别为1,440/min和4,000/min。
实施例1中含有具有酸酐基团的聚合物，硅膜和铜膜的清除率分别为1,850/min和5,300/min，是对比例1中相对应的1.76倍和1.76倍。此外，在对比例2和3中硅膜和铜膜的清除率高于不含官能基团的对比例1但低于实施例1。也就是说，实施例1的清除率比对比例2高1.38倍和1.60倍，比对比例3高1.28和1.33倍。
对比例1的凹度为180nm(是实施例1的4.5倍)，对比例2的凹度为110nm(是实施例1的2.75)，对比例3的凹度为95nm(是实施例1的1.33倍)，而实施例1的凹度小到40nm。
从上述可以知道实施例1的抛光垫对硅膜和铜膜都具有高清除率和低凹度。因此，可以发现实施例1的抛光垫具有优良的抛光效率。
从表2可以知道实施例2-4的抛光垫和实施例1的抛光垫具有相同优异的性能。
如上述描述，本发明的抛光垫对绝缘薄膜和金属薄膜都具有高清除率的优良的抛光效率。

Claims (10)

1.一种抛光垫，以成分(A)和(B)的总量为100质量％计，包括70-99.9质量％的(A)交联二烯弹性体和0.1-30质量％的(B)含有酸酐结构的聚合物，且比重为0.9-1.2。
2.如权利要求1所述的抛光垫，其中交联二烯弹性体(A)是交联的丁二烯弹性体或交联的异戊二烯弹性体。
3.如权利要求1所述的抛光垫，其中含有酸酐结构的聚合物(B)是仅在主链上含有酸酐结构的聚合物、仅在侧链上含有酸酐结构的聚合物或者是在主链和侧链上都含有酸酐结构的聚合物。
4.如权利要求3所述的抛光垫，其中仅在主链上含有酸酐结构的聚合物是包含至少一种选自马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐和内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐的不饱和二羧酸酐的(共)聚物，或者是至少一个不饱和二羧酸酐和不含酸酐结构单体的共聚物。
5.如权利要求3所述的抛光垫，其中仅在侧链上具有酸酐结构的聚合物是通过使用至少一种选自于马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐和内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐的不饱和二羧酸酐对不含酸酐结构的聚合物改性得到的聚合物。
6.如权利要求3或5所述的抛光垫，其中仅在侧链上含有酸酐结构的聚合物是马来酸酐改性的聚乙烯、马来酸酐改性的聚丙烯或马来酸酐改性的苯乙烯-丁二烯共聚物。
7.如权利要求3所述的抛光垫，其中在主链和侧链上都有酸酐结构的聚合物是通过使用至少一种选自马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐和内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐的不饱和二羧酸酐对仅在主链上含有酸酐结构的聚合物进行改性制备的聚合物。
8.如权利要求1所述的抛光垫，其中含有酸酐结构(B)的聚合物的酸值为0.1-500mgKOH/g。
9.如权利要求1所述的抛光垫，其中交联二烯弹性体(A)和具有酸酐结构的聚合物(B)形成基质材料，并且基质材料中进一步含有水溶性物质(C)。
10.一种化学机械抛光方法，包括用权利要求1所述的抛光垫通过化学机械抛光将待抛光材料表面进行磨平。
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