CN1614749A - 化学机械抛光垫 - Google Patents

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Abstract

一种化学机械抛光垫，其具有用于抛光待抛光物体的一个表面、与该表面相对的一个非抛光表面以及用于连接上述表面的一个侧面，并且其包括凹入部分的图案，它在非抛光表面上形成并开口于非抛光表面而不是侧面。

Description

化学机械抛光垫
技术领域
本发明涉及化学机械抛光垫。
背景技术
在制造半导体器件中，CMP(化学机械抛光)引起人们极大的注意，因为其作为抛光术能够给硅基片或在其上形成有线路、电极等的硅基片(在下文中称为“半导体片”)提供非常平的表面。CMP是通过使用于化学机械抛光的含水分散体(磨料颗粒的含水分散体)从化学机械抛光垫的表面流下，同时使该垫与待抛光的表面彼此滑动接触，从而抛光表面的技术。众所周知，该CMP中的化学机械抛光垫的形状和性能对抛光结果有很大的影响。因此，到目前为止已经提出了各种化学机械抛光垫。
通过使用具有孔的聚氨酯泡沫塑料作为化学机械抛光垫并在通向该垫表面的孔中容纳用于化学机械抛光的含水分散体来进行CMP，参见JP-A 11-70463、JP-A 8-216029和JP-A 8-39423(本文所用的术语“JP-A”是指“未审公开的日本专利申请”)。
最近提出将包含分散在基质树脂中的水溶性聚合物的抛光垫作为能够形成孔而又不使用泡沫塑料的抛光垫(JP-A 8-500622、JP-A2000-34416、JP-A 2000-33552和JP-A 2001-334455)。在抛光时，通过将分散在抛光垫基质树脂中的水溶性聚合物溶解在CMP浆料或水中，从而将上述技术用来形成孔。
众所周知，抛光速率和待抛光物体的表面状态能够通过在化学机械抛光垫的(抛光侧的)表面上形成凹槽而得以改善。
然而，当表面是通过化学机械抛光进行抛光时，包含在用于化学机械抛光的含水分散体中的磨料颗粒在使用时可能凝聚成粗颗粒，或者在通过切割而在表面上形成凹槽后切割碎片可能仍然留在抛光表面上。粗颗粒或切割碎片可能在化学机械抛光中成为外来物质，从而在抛光后的表面上产生划痕缺陷。因此希望对此进行改善。
为了解决上述问题，JP-A 2002-36097提出一种包含在垫的后表面(非抛光侧)上的柔软缓冲层的多层垫。然而，该多层垫仅能在某种程度上改善上述问题，而不是彻底的解决方案。众所周知，该生产工艺非常复杂，由此增加成本并产生质量控制问题。
为了解决上述问题，JP-A 2001-18165公开了一种形成凹槽的技术，所述凹槽在化学机械抛光垫的后表面(非抛光侧)上的侧面处并不闭合或封闭。
虽然该技术抑制了上述划痕的产生，但是抛光后的表面在表面平度方面低劣。因此希望对此进行改善。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的上述问题，其一个目的是提供一种化学机械抛光垫，其在化学机械抛光步骤中避免待抛光的表面被划伤，并能够提供具有优异平度的抛光面。
从以下描述中可以使本发明的其它目的和优点变得显而易见。
根据本发明，本发明的上述目的和优点是通过这样一种化学机械抛光垫而获得的，其具有用于抛光待抛光物体的一个表面、与该表面相对的一个非抛光表面以及用于连接上述表面的一个侧面，并包括凹入部分的图案，其在非抛光表面上形成并开口于非抛光表面而不是侧面。
附图说明
图1是实施例1中制备的化学机械抛光垫后表面的凹入部分的示意图；
图2是实施例3中制备的化学机械抛光垫后表面的凹入部分的示意图；
图3是实施例4中制备的化学机械抛光垫后表面的凹入部分的示意图；和
图4是对比实施例2中制备的化学机械抛光垫后表面的凹入部分的示意图。
具体实施方式
本发明的化学机械抛光垫具有图案化的凹入部分(在下文中称为“凹入部分的图案”)，其不是开口于非抛光表面上的垫的侧面。图案化的凹入部分的功能是在化学机械抛光步骤中在化学机械抛光垫和化学机械抛光机的工作台之间形成封闭的空间。甚至当外来物质，如包含于用于化学机械抛光的含水分散体中的粗颗粒或抛光垫的切割碎片进入化学机械抛光垫和待抛光物体之间的空间时，局部产生的剩余压力能够被该封闭的空间所分散，由此抑制了划伤。由于该空间是封闭的，所以化学机械抛光垫在被固定在化学机械抛光机中时能保持一定程度的弹性，由此获得抛光后的表面的平度。
上述表述“图案化的凹入部分”是指凹入部分形成几乎规则或几乎均匀的图案。
对在非抛光面上形成这种图案的每个凹入部分的形状没有特别限定，其可以是圆形、椭圆形、多边形或凹槽状。
当该凹入部分是圆形、椭圆形或多边形，并且位于点阵图案或三角形点阵图案的各个交点处或位于蜂窝形图案的各个顶点处时，它们将形成图案化的凹入部分。当图案化的凹入部分是圆形时，其直径优选为0.1-50mm，更优选0.1-10mm，特别优选0.5-10mm。当图案化的凹入部分是椭圆形或多边形时，其长轴直径优选为0.1-50mm，更优选0.1-10mm，特别优选0.5-10mm。当凹入部分是圆形、椭圆形或多边形时，凹入部分的总面积优选为非抛光表面面积的5-80％，更优选10-67％，特别优选10-50％。
当凹入部分是凹槽时，它们可能是螺旋形凹槽、彼此同心排列的凹槽或者以点阵排列或放射状排列的凹槽，由此形成图案化的凹入部分。当图案化的凹入部分是凹槽时，其宽度优选为0.1-20mm，更优选0.1-10mm。当图案化的凹入部分是螺旋形凹槽、彼此同心排列的凹槽或者是以点阵排列的凹槽时，其间距优选为0.1-200mm、更优选0.2-100mm，特别优选1-50mm。当图案化的凹入部分是放射状排列的凹槽时，相邻凹槽之间的角度优选为1-120°，更优选5-90°，特别优选5-60°。
在所有上述情况下，凹入部分的深度优选为0.01-2.0mm，更优选0.1-1.5mm，特别优选0.1-1.0mm。
对于凹入部分的截面形状没有特别限定，但是优选矩形、梯形(上侧大于底侧或者底侧大于上侧)、U形或V形。
在本发明化学机械抛光垫的非抛光表面上形成的图案化的凹入部分不是在该垫的侧面开口。图案化的凹入部分的末端与垫的侧面之间的最短距离优选为0.5mm或更多，更优选0.5-100mm，特别优选1.0-50mm。
对于本发明化学机械抛光垫的形状没有特别限定，其可以是盘状或多边形的柱状。可以根据与本发明的化学机械抛光垫一起使用的抛光机来进行适当的选择。
对于化学机械抛光垫的尺寸没有特别的限定。然而，当化学机械抛光垫的形状象盘子时，其直径优选为150-1,200mm，特别优选500-800mm，其厚度优选为1.0-5.0mm，特别优选1.5-3.0mm。
本发明的化学机械抛光垫可以根据需要在抛光面上具有呈任何形状的凹槽或其它凹入部分。至于凹槽的形状，它们可能是同心凹槽、点阵凹槽、螺旋形凹槽或放射状凹槽。作为其它凹入部分，可以在抛光面上形成大量圆形或多边形的凹入部分。
本发明的化学机械抛光垫可以进一步具有不在非抛光面的中心形成上述图案的圆形或多边形的凹入部分。该凹入部分显示出抑制与上述图案化的凹入部分一起划伤的作用。
表述“在中心处”不仅是指凹入部分位于严格数学意义的中心处，而且是指抛光垫的非抛光表面的中心位于上述凹入部分的区域内。
凹入部分特别优选是圆形的。当凹入部分为圆形时，其直径的上限优选为待抛光物体(例如晶片)直径的100％或更小，更优选75％或更小，特别优选50％或更小。当凹入部分为圆形时，其直径的下限优选为1mm，更优选5mm，这与待抛光物体的尺寸无关。
例如，当作为待抛光物体的晶片直径为300mm而且凹入部分为圆形时，凹入部分的直径优选为1-300mm，更优选1-225mm，特别优选5-150mm。当作为待抛光物体的晶片直径为200mm而且凹入部分为圆形时，凹入部分的直径优选为1-200mm，更优选1-150mm，特别优选5-100mm。
凹入部分的深度优选为0.01-2.0mm，更优选0.1-1.5mm，特别优选0.1-1.0mm。
本发明的化学机械抛光垫可以具有一个光透射区域，其从抛光面光学连通到非抛光面。当将具有这种光透射区域的垫装在具有光学终点检测器的化学机械抛光机中时，它使光学检测化学机械抛光的终点成为可能。本文所用的表述“光透射”不总是指所述垫完全透射光，而是指该垫可以透射部分来自光学终点检测器用以进行终点检测的光。例如，波长为100-3,000nm，特别是400-800nm的光的透射度优选为8％或更高，更优选10％或更高，特别优选12％或更高。
上述透射度不需要比所要求的高。当其为70％或更低，特别是65％或更低，更特别是60％或更低时，能够达到本发明的目的。
例如，波长为633nm的光的透射度优选为8-70％，更优选10-65％，特别优选12-60％。
光透射区域的位置必须和与本发明化学机械抛光垫一起使用的化学机械抛光机的光学终点检测器的位置相应。所述光透射区域可以位于不同于所述垫的中心的位置，例如，这样一个位置，其中光透射区域的中心或光透射区域的重心优选距离化学机械抛光垫的中心50-400mm，特别优选50-250mm。
对于光透射区域的平面形状没有特别的限定，其可以是圆形、椭圆形、扇形(通过以预定角度切出一个圆或环而得到的形状)、多边形(正方形、矩形或梯形)或环形。
对于所述化学机械抛光垫的光透射区域的数目没有特别的限定，其可以是一个或多个。如果所述光透射区域满足了上述位置关系，则对其位置没有特别的限定。
可以由任何方法形成上述光透射区域。优选，将化学机械抛光垫的后表面的一部分制成薄的，以形成上述光透射区域。所述薄的部分是厚度小于化学机械抛光垫的最大厚度的一个部分。优选，该薄的部分的平面形状相应于上述光透射区域的平面形状。该薄部分的截面形状可以是例如多边形(正方形或五边形)、圆顶状等。
对于该薄部分的厚度没有特别的限定，但是其最小厚度优选为0.1-3.0mm，更优选0.3-3.0mm。当该薄部分的厚度小于0.1mm时，难以确保该部分具有足够高的机械强度。
对于薄部分的尺寸没有特别的限定。当该薄的部分是圆形时，其直径优选为5-100mm，当它是环形时，其宽度优选为5mm或更大，当它是矩形或椭圆形时，其长轴直径优选为10-200mm，并且其短轴直径优选为5-100mm。
当该薄的部分在化学机械抛光垫的非抛光后表面上形成作为光透射区域时，作为本发明主要特点的后表面上的凹入部分图案在该区域被破坏，但是本发明的效果没有因此被抵消。
本发明的化学机械抛光垫可以由任何材料制成，如果它具有上述特点并且能够用作化学机械抛光垫。优选除化学机械抛光垫的功能以外，还具有在化学机械抛光期间容纳浆料并且暂时留住抛光碎片的功能的孔隙应该在抛光之前形成。因此优选的是，化学机械抛光垫由包含水溶性颗粒和所述水溶性颗粒分散在其中的水不溶性部分的材料组成，或者由包含空腔和所述空腔分散在其中的水不溶性元件的材料(例如泡沫塑料)组成。
在这些材料中，前一种材料能够在如下形成的孔隙中容纳浆料：使水溶性颗粒与包含含水介质和固体物质的浆料的含水介质在抛光期间相接触，以使它们在介质中溶解或溶胀，然后去除它们。同时，后一种材料能够在预先作为空腔而形成的孔隙中容纳浆料。
对于上述“水不溶性部分”的材料没有特别的限定，但是优选有机材料，因为其容易模制以具有预定形状和预定性能，并且能够提供适合的硬度和适合的弹性。所述有机材料的例子包括热塑性树脂、弹性体、橡胶(交联的橡胶)和可固化的树脂(由热或光固化的树脂如热固性树脂或光固性树脂)。它们可以单独使用或结合使用。
上述热塑性树脂包括1，2-聚丁二烯树脂、聚烯烃树脂如聚乙烯、聚苯乙烯树脂、聚丙烯酸树脂如(甲基)丙烯酸酯基树脂、乙烯基酯树脂(丙烯酸树脂除外)、聚酯树脂、聚酰胺树脂、氟树脂如聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯树酯和聚缩醛树脂。
上述弹性体包括二烯弹性体，如1，2-聚丁二烯；聚烯烃弹性体(TPO)；苯乙烯基弹性体，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)及其氢化嵌段共聚物(SEBS)；热塑性聚氨酯弹性体(TPU)；热塑性弹性体，如热塑性聚酯弹性体(TPEE)和热塑性聚酰胺弹性体(TPAE)；硅树脂弹性体和氟树脂弹性体。所述橡胶包括共轭二烯橡胶，如聚丁橡胶(高顺式聚丁橡胶、低顺式聚丁橡胶等)、异戊二烯橡胶、丁苯橡胶以及苯乙烯-异戊二烯橡胶；腈类橡胶，如丙烯腈-丁二烯橡胶；丙烯酸橡胶；乙烯-α-烯烃橡胶，如乙烯-丙烯橡胶以及乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)；其它橡胶如丁基橡胶；硅橡胶以及氟橡胶。
上述可固化的树脂包括聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯-脲树脂、尿素树脂、硅树酯、酚醛树脂以及乙烯基酯树脂。
可以用酸酐基团、羧基、羟基、环氧基或氨基对上述有机材料进行改性。在下文中描述了其与所述水溶性颗粒的相容性，而且所述有机材料的浆料能够通过改性来调节。
这些有机材料可以单独使用或两种或更多种结合使用。
此外，所述有机材料可以是部分交联或完全交联聚合物或非交联聚合物。因此，水不溶性部分可以由单独的交联聚合物、交联聚合物和非交联聚合物的混合物或单独的非交联聚合物组成。优选它是单独的交联聚合物或交联聚合物和非交联聚合物的混合物。当包含交联聚合物时，向水不溶性部分提供了弹性恢复力，并且能够降低由在抛光期间施加到化学机械抛光垫上的剪切应力所引起的位移。此外，有可能有效地防止孔隙由于水不溶性部分在抛光和整理期间的过度扩张而引起的弹性变形，并且防止化学机械抛光垫的表面过度起毛。因此，甚至在整理期间也能有效地形成孔隙，由此能够抑制浆料保持性在抛光期间降低，此外所述垫也很少起毛，由此不会降低抛光平度。对于交联上述材料的方法没有特别限定。例如，可以采用使用有机过氧化物、硫或硫化合物的化学交联或通过施用电子束而进行的辐射交联。
所述交联聚合物可以是出自上述有机材料的交联橡胶、可固化树脂、交联热固性树脂或交联弹性体。这些中，优选交联热塑性树脂和/或交联弹性体，它们对于许多种浆料中所含的强酸或强碱都是稳定的，而且很少由于水分吸收而软化。所述交联热塑性树脂和交联弹性体中，更优选与有机过氧化物交联的，特别优选交联1，2-聚丁二烯。
对于交联聚合物的含量没有特别的限定，但是优选为水不溶性部分的30vol％或更多，更优选50vol％或更多，特别优选70vol％或更多，并且可以是100vol％。当交联聚合物在水不溶性部分中的含量低于30vol％时，可能不会充分地获得由于包含交联聚合物而得到的效果。
根据JIS K 6251，当上述水不溶性部分的样品在80℃被断开时，上述包含交联聚合物的水不溶性部分在断开后的残余伸长量(在下文中被简称为“断开时的残余伸长量”)能够为100％或更小。样品断开后的总标线间距变成断开前标线间距的2倍或更小。这一断开时的残余伸长量优选为30％或更小，更优选10％或更小，特别优选5％或更小，通常为0％或更多。当上述断开时的残余伸长量高于100％时，在抛光以及表面更新时从化学机械抛光垫的表面刮掉的或拉伸得到的细小碎片易于填入孔隙，这是不利的。“断开时的残余伸长量”是通过从每个标线和拉伸试验中断开并分裂的样品的断开部分间的总距离中减去试验前的标线间距而获得的伸长量，在所述拉伸试验中将哑铃形的样品No.3断开，拉伸速率为500mm/min，试验温度为80℃(根据JIS K 6251规定的“硫化橡胶拉伸试验法”)。因为在实际抛光时的滑动接触会产生热，所以该试验如上所述在80℃下进行。
上述“水溶性颗粒”是当其接触到在抛光垫中作为含水分散体的浆料时与水不溶性部分分离的颗粒。当它们与水接触而溶于包含于浆料中的水时或当它们由于吸收这些水而溶胀和凝胶时就会发生这种分离。此外，这种溶解或溶胀不仅是由于它们与水接触而引起的，而且还可以是由于它们与含醇基溶剂如甲醇的含水混合介质接触而引起的。
在化学机械抛光垫中的水溶性颗粒除了具有形成孔隙的效果之外，还具有增强该化学机械抛光垫的压痕硬度的效果。例如，通过加入水溶性颗粒而将本发明抛光垫的肖氏D硬度优选设置为35或更大，更优选50-90，特别优选60-85，通常为100或更小。当该肖氏D硬度为35或更大时，能够增强施加到待抛光物体上的压力，并且由此能够提高抛光速率。另外，获得了高抛光平度。因此，该水溶性颗粒特别优选是能够确保化学机械抛光垫具有足够高的压痕硬度的固态物质。
对于水溶性颗粒的材料没有特别的限定，其可以是例如有机水溶性颗粒或无机水溶性颗粒。用于形成所述有机水溶性颗粒的材料的例子包括糖(多糖如淀粉、糊精和环糊精、乳糖、甘露糖醇等)、纤维素(如羟丙基纤维素、甲基纤维素等)、蛋白质、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、水溶性感光树脂、磺化聚异戊二烯和磺化聚异戊二烯共聚物。所述用于形成无机水溶性颗粒的材料的例子包括乙酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、溴化钾、磷酸钾和硝酸镁。这些水溶性颗粒可以单独使用或两种或更多种结合使用。所述水溶性颗粒可以由预定的单一材料或两种或更多种不同的材料制成。
所述水溶性颗粒的平均粒径优选为0.1-500μm，更优选0.5-100μm。所述孔隙的大小优选为0.1-500μm，更优选0.5-100μm。当所述水溶性颗粒的平均粒径小于0.1μm时，形成的孔隙大小比使用的磨料颗粒更小，由此几乎不可能获得能够容纳浆料的抛光垫。当所述平均粒径大于500μm时，形成的孔隙变得太大，由此获得的抛光垫的机械强度和抛光速率趋向于降低。
基于水不溶性基质和水溶性颗粒的总量为100vol％，水溶性颗粒的含量优选是10-90vol％，更优选15-60vol％，特别优选20-40vol％。当所述水溶性颗粒的含量低于10vol％时，在获得的抛光垫中没有充分地形成孔隙，并且抛光速率趋向于降低。当所述水溶性颗粒的含量高于90vol％时，可能难以完全防止存在于所得抛光垫内部的水溶性颗粒发生溶胀或溶解，由此难以将所得抛光垫的硬度和机械强度保持在适当的值。
优选，应该只有当水溶性颗粒暴露于抛光垫的表层时才将它们溶于水中，并且当它们存在于抛光垫内部时不应该吸收水分或溶胀。因此，水溶性颗粒可以在它们最外面部分的至少一部分上具有用于抑制吸湿的外壳。这一外壳可以物理吸附于水溶性颗粒上；也可以与水溶性颗粒化学键合；或者通过物理吸附和化学键合与水溶性颗粒接触。所述外壳由环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺或聚硅酸酯组成。甚至当它仅在水溶性颗粒的一部分上形成时，也能够充分获得上述效果。
上述水不溶性基质可以包含增容性试剂以控制与水溶性颗粒的相容性以及水溶性颗粒在水不溶性基质中的分散性。增容性试剂的例子包括被酸酐基团、羧基、羟基、环氧基、噁唑啉基团或氨基改性的均聚物、嵌段共聚物和无规共聚物，非离子表面活性剂以及偶联剂。
构成包含通过分散空腔而形成的后一种水不溶性部分(泡沫塑料等)的化学机械抛光垫的水不溶性部分由聚氨酯、三聚氰胺树脂、聚酯、聚砜或聚乙酸乙烯酯组成。
分散在水不溶性部分中的空腔的平均尺寸优选为0.1-500μm，更优选0.5-100μm。
除上述材料之外，本发明的化学机械抛光垫还可以包含磨料颗粒、氧化剂、碱金属氢氧化物、酸、pH值调节剂、表面活性剂和防划痕剂。优选，不包含出自这些的磨料颗粒和氧化剂。
对于制备本发明化学机械抛光垫的方法没有特别的限定，对于形成化学机械抛光垫的凹入部分的方法也没有特别的限定。例如，在制备用于化学机械抛光垫的组合物(其将变成化学机械抛光垫)并将其模制成所希望的粗加工形状后，通过切割这一模制产品而形成凹入部分。或者，将用于化学机械抛光垫的组合物在具有形成凹入部分的图案的模子中进行模制，以形成凹入部分并且同时形成化学机械抛光垫的粗加工形状。
对于获得用于化学机械抛光垫的组合物的方法没有特别的限定。能够通过用混合器将包括预定有机材料的所要求的材料揉捏在一起而获得所述组合物。所述混合器是已知的设备，如滚筒机、捏和机、班伯里混合机或挤压机(单螺杆的或多螺杆的)。
能够通过将例如水不溶性部分、水溶性颗粒及其它添加剂揉捏在一起而制备用于化学机械抛光垫的组合物，所述化学机械抛光垫包含用于获得包含水溶性颗粒的化学机械抛光垫的水溶性颗粒。有利地，在加热时将它们捏合在一起，以便能够在捏合时容易对它们进行加工。所述水溶性颗粒优选在捏合温度下是固体。当它们是固体时，不管它们与水不溶性部分的相容性如何，它们都能够以上述优选的平均粒径分散。
因此，根据使用的水不溶性部分的加工温度来选择所述水溶性颗粒的类型。
本发明的化学机械抛光垫可以是在垫的非抛光侧上包括一个基层的多层垫。
上述基层是用于在后侧支撑化学机械抛光垫的抛光面的层。虽然对于该基层的特性没有特别的限定，但是优选其比垫主体再柔软。当多层抛光垫具有一个更柔软的基层时，如果该垫主体的厚度很小，例如1.0mm或更小，则有可能防止在抛光期间该垫主体上升并且防止抛光层的表面弯曲，由此有可能稳定地进行抛光。所述基层的硬度优选为垫主体的肖氏D硬度的90％或更小，更优选50-90％，更加优选50-80％，特别优选50-70％。
所述基层可以由多孔材料(泡沫塑料)或无孔的材料制成。此外，对于其平面形状没有特别的限定，其可以与抛光层的平面形状相同或不同。该基层可以是例如圆形的或多边形的(如四边形的)。对于该基层的厚度没有特别的限定，但是优选0.1-5mm，更优选0.5-2mm。
对于基层的材料没有特别的限定，但是优选有机材料，因为其容易模制以具有预定形状和预定性能，并且能够提供适合的硬度和适合的弹性。
上述本发明的化学机械抛光垫能够提供平坦的抛光面和高抛光速率，并且具有足够长的使用寿命。
能够将本发明的化学机械抛光垫装入用于已知方法的化学机械抛光步骤的市售抛光机中。
当用本发明的化学机械抛光垫进行化学机械抛光时，能够防止待抛光的表面被划伤，并且能够获得具有优良平度的抛光面。
实施例
实施例1
(1)制备化学机械抛光垫
(1-1)制备用于化学机械抛光垫的组合物
用加热至160℃的挤压机以60rpm的速度将80体积份(相当于72.2重量份)的1，2-聚丁二烯(JSR公司的JSR RB830(商标))和20体积份(相当于27.2重量份)的β-环糊精(Yokohama的Bio Research公司的Dexy Pearl β-100(商标)，其平均粒径为20μm)一起进行2分钟捏合。其后，加入0.722重量份(基于100重量份的1，2-聚丁二烯，相当于0.4重量份的过氧化二枯基)的Percumyl D(商标，NOF公司制造，包含40质量％的过氧化二枯基)，进一步以60rpm的速度在120℃下捏合2分钟，得到用于化学机械抛光垫的组合物的小丸。
(1-2)形成垫的粗加工形状
在模子中将这种小丸在170℃下加热18分钟，该模子在底冲床的一部分中具有精轧的凸出部分(长轴直径为59mm，短轴直径为21mm，高0.6mm，其中心位于距离圆形垫的粗加工形状的中心100mm的位置处，并且通过凸出部分的中心且平行于凸出部分长轴直径侧的直线与圆形垫的粗加工形状的直径方向平行)，所述小丸被交联从而制备出盘状的模制产品，其直径为600mm，厚度为2.5mm，其后表面(非抛光表面)的一部分被制成薄的。当将化学机械抛光垫装入装备着光检测器的化学机械抛光机时，该薄的部分相应于用于透射终点检测的光的光透射区域。
(1-3)制备化学机械抛光垫
然后，用市售的切削机在该模制产品的抛光侧上形成同心凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为0.5mm，间距为2.0mm，深度为1.0mm。
此外，用市售的切削机在该模制产品的非抛光侧上形成同心凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为1.0mm，间距为2.0mm，深度为0.5mm(不在相应于上述光透射区域的位置上形成凹槽)。此外，在非抛光表面的中心处形成圆形凹入部分，其直径为100mm，深度为0.5mm，将与所述垫具有相同平面形状的双层涂布粘合带附着到该非抛光表面，然后切掉覆盖用于终点检测的薄部分(光透射区域)的那部分双层涂布粘合带。
图1是在非抛光侧上形成的凹入部分的示意图。
(2)评价化学机械抛光的性能
(2-1)对PETEOS膜进行抛光，其使用包含二氧化硅磨料颗粒的用于化学机械抛光的含水分散体
通过用粘合带粘结而将上述制备的化学机械抛光垫固定在化学机械抛光机(Ebara公司的EPO112)的机床工作台上，在下列条件下对直径为200mm的晶片表面进行化学机械抛光，所述晶片具有无图案的PETEOS膜(通过使用等离子体作为促进剂的化学蒸气沉积法由四乙基原硅酸酯形成的SiO2膜)。
用于化学机械抛光的含水分散体：
CMS-1101(商标，JSR公司制造，包含二氧化硅磨料颗粒)用离子交换水稀释3倍
含水分散体的进料速度：200ml/min
机床工作台的转速：70rpm
压头的转速：63rpm
压头的压力：4psi
抛光时间：2分钟
在上述化学机械抛光中，抛光速率为200nm/min，平面整齐度为1.2％，在晶片的整个表面上的划痕数目为3。
如下测定上述抛光速率、平面整齐度和划痕数目。
在49个点处使用光学厚度测量系统测量抛光前后的膜厚度，所述的49个点从晶片的末端向内10mm的一个点开始沿直径径向间隔3.75mm，将在这49个点处抛光前后的膜厚度差的平均值作为抛光速率，基于下列方程式由这49个点处的膜厚度差计算平面整齐度。
平面整齐度＝(膜厚度差的标准偏差)÷(膜厚度差的平均值)×100(％)
用晶片缺陷检验设备(KLA-Teneor有限公司的KLA2351)计数在晶片的整个抛光面上形成的划痕总数。
(2-2)对PETEOS膜进行抛光，其使用包含二氧化铈磨料颗粒的用于化学机械抛光的含水分散体
通过用粘合带粘结而将按照与(1)中同样的方法制备的化学机械抛光垫固定在化学机械抛光机(Ebara公司的EP0112)的机床工作台上，在下列条件下对直径为200mm的晶片表面进行化学机械抛光，所述晶片具有无图案的PETEOS膜。
用于化学机械抛光的含水分散体：
含有其量分别为1质量％的二氧化铈和铵盐的含水分散体
含水分散体的进料速度：150ml/min
机床工作台的转速：50rpm
压头的转速：70rpm
压头的压力：3psi
抛光时间：1分钟
在上述化学机械抛光中，以与(2-1)中相同的方式测定抛光速率、平面整齐度和在晶片整个表面上的划痕数目时，它们分别是170nm/min、1.4％和2。
(2-3)对具有铜的图案和低绝缘性绝缘膜的晶片进行抛光
沿着按照与(1)同样的方法制备的化学机械抛光垫的同心凹槽切下直径为508mm的切片，通过用粘合带粘结而将其固定在化学机械抛光机的机床工作台上，所述化学机械抛光机装备了光学终点检测器(Applied Materials有限公司的Mirra/Mesa)，在下列条件下分两个阶段对作为待抛光物体的Sematech800BDM00l(商标，InternationalSEMATECH有限公司制造，试验晶片由硅基片、在硅基片上的碳化硅层、在碳化硅层上的处于非布线部分的Black Diamond低绝缘性绝缘膜(商标，Applied Materials有限公司制造)层、作为在该层上的阻隔金属的钽层和作为布线材料的铜层按照所述次序组成)进行化学机械抛光。
如下计算第一阶段的抛光时间：从开始抛光到反射比改变(也就是说，当阻隔金属露出时的时刻)时的时间乘以1.2，其中用化学机械抛光机的光学终点检测器监测激光束的反射比。
第一阶段抛光的条件
用于化学机械抛光的含水分散体：
iCue5003(商标，Cabot Microelectronics有限公司制造，包含二氧化硅磨料颗粒)和30质量％的过氧化氢溶液的混合物，其体积比为11∶1
含水分散体的进料速度：300ml/min
机床工作台的转速：120rpm
压头的转速：35rpm
压头的压力：
卡环压力：5.5psi
膜压力：3.0psi
内管压力：0.0psi
第二阶段抛光的条件：
用于化学机械抛光的含水分散体：
CMS-8301(商标，JSR公司制造)和包含30质量％过氧化氢的1质量％溶液的混合物
含水分散体的进料速度：200ml/min
机床工作台的转速：60rpm
压头的转速：54rpm
压头的压力：
卡环压力：5.5psi
膜压力：3.0psi
内管压力：0.0psi
抛光时间：100秒
用晶片缺陷检验设备(KLA-Tencor有限公司的KLA2351)计数在晶片的整个抛光面上的划痕总数时，在铜布线上有7条划痕，而在低绝缘性绝缘膜上有3条划痕。
实施例2
按照与实施例1的(1)制备化学机械抛光垫中同样的方法制备化学机械抛光垫，用一个平面形状与抛光垫相同的双层涂布粘合带将平面形状及厚度均与该抛光垫相同的由发泡聚氨酯制成的基层固定在非抛光侧(后表面)上。进一步，将一个平面形状与抛光垫相同的双层涂布粘合带附着到基层的后表面上。然后，将附着于垫后表面上的双层涂布粘合带、基层以及附着于基层后表面上的双层涂布粘合带覆盖着垫的光透射区域的部分切掉，制备出包括基层的化学机械抛光垫。
除了使用的是所制备的包括基层的化学机械抛光垫，用与实施例1同样的方法评估化学机械抛光的性能。该结果列在表1中。
实施例3
按照与实施例1的(1-1)中制备用于化学机械抛光垫的组合物的同样方法制得用于化学机械抛光垫的组合物小丸。
将这种小丸在模子中在170℃下加热18分钟而发生交联，所述模子在底冲床的一部分中具有精轧凸出部分以及大量柱状凸出部分，如此制备出盘状模制产品，其直径为600mm，厚度为2.5mm。上述精轧凸出部分的长轴直径为59mm，短轴直径为21mm，高度为0.6mm，其中心位于距离圆形垫的粗加工形状中心100mm的位置，通过凸出部分的中心并且平行于长轴直径侧的直线平行于该圆形垫的粗加工形状的直径方向。上述大量柱状凸出部分的直径为5mm，高度为1.0mm，并且位于从垫中心起半径为250mm的区域(相应于上述精轧凸出部分的部分除外)中的间距为10mm的点阵的各交点处。在所得盘状模制产品的后表面上形成了相应于上述凸出部分的凹入部分。当将该化学机械抛光垫装入装备着光检测器的化学机械抛光机时，在这些凹入部分中由精轧的凸出部分形成的凹入部分相应于用于终点检测的透射光的光透射区域。
然后，用市售的切削机在上述模制产品的抛光面上形成同心凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为0.5mm，间距为2.0mm，深度为1.0mm。
其后，将平面形状与垫相同的双层涂布粘合带附着到非抛光侧，并且将该双层涂布粘合带覆盖着用于终点检测的薄的部分(光透射区域)的那部分切掉。
图2是在非抛光侧上形成的凹入部分的示意图。
除了使用这样制备的化学机械抛光垫，用与实施例1同样的方法评估化学机械抛光的性能。该结果列在表1中。
实施例4
按照与实施例1的(1-1)制备用于化学机械抛光垫的组合物以及(1-2)形成垫的粗加工形状的同样方法制得盘状模制产品。
用市售的切削机在上述模制产品的抛光侧上形成同心凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为0.5mm，间距为2.0mm，深度为1.0mm。
在从模制产品非抛光侧的垫中心起半径为250mm的区域(相应于光透射区域的部分除外)中形成点阵凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为1.0mm，深度为0.5mm而间距为20mm。
其后，将平面形状与垫相同的双层涂布粘合带附着到非抛光侧，并且将该双层涂布粘合带覆盖了用于终点检测的薄的部分(光透射区域)的那部分切掉。
图3是在非抛光侧上形成的凹入部分的示意图。
除了使用这样制备的化学机械抛光垫，用与实施例1同样的方法评估化学机械抛光的性能。该结果列在表1中。
实施例5
除去在Rohm and Haas Electronics，Materials有限公司的IC1000(由单个层组成的)化学机械抛光垫的非抛光侧(后表面)上的双层涂布粘合带，并且用市售切削机在非抛光侧(后表面)上形成同心凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为1.0mm，间距为2.0mm，深度为0.5mm。其后将平面形状与该垫相同的双层涂布粘合带附着到非抛光侧上。
除了使用这样制备的化学机械抛光垫，用与实施例1同样的方法评估化学机械抛光的性能。因为所得化学机械抛光垫没有用于透射来自光学终点检测器的检测光的光透射部分，所以在(2-3)对具有铜的图案和低绝缘性绝缘膜的晶片进行抛光的第一阶段抛光要进行120秒，而不使用光学终点检测器。
该结果列在表1中。
对比实施例1
以实施例1的(1-1)相同的方式制备用于化学机械抛光垫的组合物以及(1-2)形成垫的粗加工形状来获得盘状模制产品。
然后，用市售的切削机在上述模制产品的抛光侧上形成同心凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为0.5mm，间距为2.0mm，深度为1.0mm。其后，将平面形状与垫相同的双层涂布粘合带附着到非抛光侧，并且将该双层涂布粘合带覆盖了用于终点检测的薄的部分(光透射区域)的那部分切掉，这样制备出在非抛光侧上没有凹入部分的化学机械抛光垫。
除了使用这样制备的化学机械抛光垫，用与实施例1同样的方法评估化学机械抛光的性能。该结果列在表1中。
对比实施例2
以实施例1的(1-1)相同的方式制备用于化学机械抛光垫的组合物以及(1-2)形成垫的粗加工形状来获得盘状模制产品。
然后，用市售的切削机在上述模制产品的抛光侧上形成同心凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为0.5mm，间距为2.0mm，深度为1.0mm。在该模制产品的整个非抛光侧(相应于光透射区域的部分除外)上形成点阵凹槽(具有矩形的截面形状)，其宽度为1.0mm，深度为0.5mm，间距为20mm。形成的点阵凹槽达到垫的末端。其后，将平面形状与垫相同的双层涂布粘合带附着到非抛光侧，并且将该双层涂布粘合带覆盖了用于终点检测的薄的部分(光透射区域)的那部分切掉。
图4是在非抛光侧上形成的凹入部分的示意图。
除了使用这样制备的化学机械抛光垫，用与实施例1同样的方法评估化学机械抛光的性能。该结果列在表1中。
对比实施例3
除了使用Rohm and Haas Electronic Materials有限公司的IC1000化学机械抛光垫(由单个层组成)以外，用与实施例1同样的方法评估化学机械抛光的性能。因为这种化学机械抛光垫没这些用于透射来自光学终点检测器的检测光的光透射部分，所以在(2-3)对具这些铜的图案和低绝缘性绝缘膜的晶片进行抛光的第一阶段抛光要进行120秒，而不使用光学终点检测器。该结果列在表1中。
表1
Figure A20041009036200201
Ex.：实施例
C.Ex.：对比实施例

Claims (6)

1.一种化学机械抛光垫，其具有用于抛光待抛光物体的一个表面、与该表面相对的一个非抛光表面以及用于连接上述表面的一个侧面，并且其包括凹入部分的图案，它在非抛光表面上形成并开口于非抛光表面而不是侧面。
2.权利要求1的化学机械抛光垫，其中在非抛光面上的形成图案的凹入部分是圆形、椭圆形、多边形或凹槽状。
3.权利要求1的化学机械抛光垫，其还具有不在非抛光面的中心部分形成图案的圆形或多边形的凹入部分。
4.权利要求1的化学机械抛光垫，其还具有一个光透射性能高的区域，该区域在不同于非抛光面中心部分的部分中。
5.权利要求4的化学机械抛光垫，其中所述光透射性能高的区域是在不同于非抛光面中心部分的部分中形成的凹入部分。
6.权利要求1的化学机械抛光垫，其包含水不溶性材料和分散在该水不溶性材料中的水溶性颗粒。
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