CN1905993A - 抛光垫的基垫和包括该基垫的多层垫 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种在化学机械抛光即平面化处理过程中与抛光浆液结合使用的抛光垫的基垫，还揭示了使用该基垫的多层垫。由于根据本发明的基垫不含小孔，可以防止抛光浆液和水的渗透，以避免物理性质的不均匀，从而可以延长抛光垫的寿命。

Description

抛光垫的基垫和包括该基垫的多层垫

技术领域

本发明涉及抛光垫的基垫以及使用该基垫的多层垫。更具体来说，本发明涉及用于抛光过程中对半导体处理的所有步骤中各种基材进行平面化的抛光垫的基垫，还涉及使用该基垫制造的多层垫。

背景技术

在半导体处理的所有步骤中，使用化学机械抛光(以下称为″CMP″)或平面化过程对各种基材进行平面化，所述基材是在其上面沉积了硅、氧化硅、金属(钨、铜或钛)、金属氧化物、电介质或陶瓷的基材。该抛光过程是精密/平滑表面研磨处理过程的一种，在此过程中在抛光垫和晶片之间提供抛光浆液对晶片的表面进行化学腐蚀，并对腐蚀的表面进行机械抛光。

通常，抛光垫包括具有用来在直接抛光过程中对目标进行摩擦的抛光层的抛光垫，以及用来支承抛光垫的基垫。

在以下专利中描述了制备抛光垫的方法，例如：题为“method of producing achemical mechanical polishing pad using a laser”的韩国专利申请第2001-46795号，题为“a method of producing a polishing pad using a laser beam and a mask”的第2002-45832号，和题为“a composition for producing a polyurethane elastic body havinghigh hardness and excellent wear resistance”的第2002-06309号。通常通过物理方法和化学方法在抛光垫中形成微孔(micro-cell)、或形成通孔或凹槽，以长时间保持浆液。关于这一点，上述的韩国专利申请第2001-46795号和第2002-45832号描述了使用激光和掩模在抛光垫上形成微孔、凹槽和/或通孔的图案的方法，使用该方法代替通过插入中空体或化学形成泡沫来产生孔的常规方法，或者代替使用机械方法形成凹槽和通孔的另一种常规方法。另外，上述韩国专利申请第2002-06309号提出了一种用来制备聚氨酯弹性体的组合物，该组合物能够提高抛光垫的硬度和耐磨性。

另外还将通过对聚氨酯材料发泡形成的片材或毡材与聚合物结合制成了基垫。更具体来说，通过包括一个步骤的一次性方法，通过通常的发泡法制备聚氨酯垫，在此方法中搅拌所有的原料和泡沫体(化学泡沫和机械泡沫)，同时使它们互相反应，在垫中形成小孔。在此通过结合氨基甲酸乙酯制备垫的方法中，将毡材之类的纤维材料浸入预先制备的液态聚氨酯中(用聚氨酯润湿)，使聚氨酯填入毡材之间的空隙，从而形成小孔。

在抛光过程中使用的抛光浆液和去离子水可能渗透进入基垫中的小孔内，这些向小孔内的渗透会对晶片的抛光均匀性产生负面影响，而抛光均匀性是CMP过程的一个性能指标。另外，这种渗透会缩短抛光垫的使用时间，即寿命。另外，常规基垫的物理性质会因CMP处理过程中台板和晶片之间的旋转力以及垂直应力而发生改变。

发明内容

技术问题

因此，本发明人广泛地研究了在现有技术中所出现问题的解决方法，结果开发出了抛光垫的基垫以及使用该基垫的多层垫。在此基垫中，在化学机械抛光即平面化(CMP)过程中确保了极好的抛光均匀性，而不会发生抛光浆液和水的渗透，从而延长了抛光垫的寿命。本发明一个目标是提供不含有内部小孔的均匀基垫，通过一定的方式进行控制，使得基垫中不含小孔，以避免在CMP过程中抛光浆液和水的渗透，以免由于在抛光过程中作用在抛光垫上的力的作用改变基垫的物理性质。本发明另一个目标是提供包括上述基垫的多层垫。

技术解决方案

为达到上述目标，在本发明中，制备了不含孔、但是具有均匀物理性质的基垫，而不是通过发泡或结合毡材制备常规基垫。

附图简述

图1显示根据本发明的抛光垫的基垫，以及使用该基垫的多层垫；

图2是比较地显示当本发明的基垫和用毡材制备的常规基垫置于水和抛光浆液的混合溶液(水∶抛光浆液＝1∶1)中时，它们的非吸收性的图；

图3是比较地显示当使用本发明的基垫和常规的泡沫性基垫对基材进行CMP处理时，基材的平面化程度的图。

本发明最佳实施方式

在通过发泡制备的常规聚合物基垫中，或者在通过将毡材结合入聚合物中制备的常规基垫中，由于制备过程的特征会存在不均匀的孔隙。这使得抛光浆液或去离子水被吸收在基垫上，在实际的CMP过程中，吸收在基垫上的抛光浆液或去离子水会造成垫表面不均匀。因此在CMP过程中会对晶片产生不均匀的抛光，这是CMP过程中所不希望有的。

然而，本发明的基垫，也即是说，其中不含孔隙的基垫，由于在其中没有形成会造成基垫不均匀的小孔，可确保其具有均匀的物理性质。

由于通过发泡或将毡材结合入聚合物中而制得的常规基垫具有小孔，在CMP过程中的垂直应力以及台板和晶片之间的旋转力会改变基垫的物理性质，会降低抛光过程中的均匀性。

另外，如果在CMP过程中，抛光浆液和去离子水渗入基垫的孔隙内，抛光过程中晶片的抛光均匀性会降低。在抛光过程中渗入基垫的抛光浆液和去离子水会缩短抛光垫的寿命。

因此，在本发明中，为了防止基垫变形(这种变形在抛光过程中会降低物理性质)，开发出了不含小孔的基垫。

在本发明中，基垫不含孔隙，因此在高精度和高集成化的CMP处理过程中，垫的厚度保持恒定，从而避免了使用机械法高精密控制常规基垫厚度的问题。

根据本发明的基垫由选自以下的至少一种材料制成：聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、马来酸共聚物、甲基纤维素、和羧甲基纤维素。

一种制备本发明基垫的方法采用两步骤混合法，以免像使用发泡或毡材结合的常规基垫制备那样，在基垫中形成小孔。

所述两步骤混合法被称为预聚物法，以及制备不含小孔的基垫的方法。换句话说，为了制备具有所需物理性质的基垫，将选自以下的至少一种材料加入第一反应器中进行反应，先制备预聚物：聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、马来酸共聚物、甲基纤维素、和羧甲基纤维素。在第二步骤中，使预聚物与包含多元醇反应基团或氨反应基团的物质以3∶1至2∶1的重量比进行反应，以完全硬化。

包含多元醇反应基团的物质的例子，包括聚酯型多元醇，例如聚己二酸乙二酯、聚己二酸丁二酯和聚己二酸丙二酯；聚烷撑醚多元醇，例如聚四甲基醚二醇(tetramethyl ether glycol)、聚(氧丙烯)三醇，聚(氧丙烯)聚(氧乙烯)三醇，聚(氧丙烯)聚(氧乙烯)三醇和聚(氧丙烯)聚(氧乙烯)聚(氧丙烯)三醇；聚酯型多醇、聚丁二烯多醇和聚合物多元醇。另外，多元醇可单独使用或混合使用。

含有氨基反应基团的物质的例子，包括3，3′-二氯联苯胺4，4′-二氨基-3，3′-二氯苯基醚，4，4′-二氨基-3，3′-二氯二苯硫醚，4，4′-二氨基-3-氯-3-溴二苯基甲烷，4，4′-亚甲基双(2-三氟甲基苯胺)，4，4′-亚甲基双(2-氯苯胺)(商品名MOCA，Dupon，Inc.生产)，4，4′-亚甲基双(2-甲氧基羰基苯胺)和4，4′-亚甲基双(2，5-二氯苯胺)。包含氨基反应基团的物质的例子还包括：对或间苯二胺基化合物，例如2，6-二氯间苯二胺，2-氯-5-异丁氧基羰基间苯二胺和2-氯-5-异丙氧基羰基间苯二胺；氨基苯甲酸酯(aminobenzoate)化合物，例如三亚甲基双(对氨基苯甲酸酯)和二甘醇双(对氨基苯甲酸酯)；以及氨基苯基硫醚基化合物，例如1，2-双(对氨基苯硫基)乙烷和1，2-双(邻氨基苯硫基)乙烷。另外，包含氨基反应基团的物质的例子还包括4-氯-3，5-二氨基-异丙基苯基乙酸酯，4-乙氧基-3，5-二氨基三氟甲基苯和双-{2-(邻氨基苯硫基)乙基}对苯二甲酸酯。聚胺可单独使用或混合使用。

所述基垫不含小孔，其肖氏硬度D为10-100，压缩性为1-10％。

常规的多层或双层抛光垫包括具有硬抛光层的抛光垫和在其下部的软基垫，因此在抛光过程中的抛光速度不是很高。然而，如果使用上述不含孔的基垫制备如图1所示的双层或多层抛光垫，可以提高晶片的抛光速度。

在本发明中，如图1所示，使用压敏胶粘剂(PSA)4将基垫2粘合在具有抛光层的抛光垫1上，制得双层抛光垫。可以用压敏胶粘剂4在此双层抛光垫上粘合另一个基垫2以制得多层抛光垫。另外，可使用另一种压敏胶粘剂4′将多层抛光垫粘合在抛光过程中所用的台板3上，用来进行抛光。压敏胶粘剂的例子可以是本领域通常知道的包含聚丙烯组分、环氧化物组分或橡胶组分的胶粘剂。可使用一种双面压敏胶粘带，在此胶粘带中，将粘性的胶粘剂物质涂敷在基材(PET膜或毡材)的两面上。另外，可根据本领域已知的常规方法层压生成多层垫，例如可使用传输机法进行层压，在此方法中，使多层垫从以预定间距隔开的上部辊和下部辊之间经过。

所述多层抛光垫包括厚度为500-2500微米的基垫，该抛光垫的厚度为2000-4000微米。

另外，使用本发明的不含小孔的基垫的抛光垫进行CMP处理时，可提高抛光速度，同时避免了在抛光过程中由于渗透造成的基垫变形和抛光均匀性的降低。因此，包括不含小孔的基垫的抛光垫的寿命可获得延长。

图2是显示由毡材制得的常规基垫样品和根据本发明制备的基垫样品的重量随浸泡时间的变化图。在将常规基垫和本发明的基垫浸入抛光浆液和去离子水(1∶1)的混合溶液中之前，测量它们的重量(使用Toledo AX-204实验室电子天平)，然后将这些样品浸泡10-172800秒。在不同的浸泡时间从溶液中取出样品，空气干燥30分钟，然后称重。可以看到，与通过将毡材浸入聚氨酯制得的常规垫相比，本发明的基垫的重量对浸泡时间较为恒定，因此本发明的基垫是非吸收性的。

使用常规的泡沫类基垫和本发明的基垫在市售的CMP处理设备IPEC 472上进行了CMP处理，处理条件为：抛光浆液流速150毫升，台板RPM：目标物头RPM之比为46∶28，头压∶背压之比为7∶2.5。使用光学探针自动测量基材的平面化，所述光学探针是Therma-wave，Inc.生产的厚度测量仪器。从而得到图3所示的去除速率(抛光速度(埃/分钟))。从图3可以看出，在使用根据本发明的不含小孔的基垫的CMP处理中单位时间的晶片抛光量大于使用泡沫型基垫的CMP处理中的抛光量。具体来说，以晶片边缘的形状变化衡量，本发明的基垫优于常规的基垫。

当本发明的基垫，即包括通过两步骤预聚物过程制备的垫中不含小孔的多层抛光垫，用于抛光过程时，可获得以下优点。

1.可以提高抛光处理过程中的晶片抛光速度，

2.由于可以防止在抛光处理过程中CMP设备和过程变量发生变化产生的垂直应力和旋转力造成的基垫变形，不会降低晶片的抛光均匀性，

3.由于抛光浆液或去离子水不会渗透进入基垫中，可以保持晶片的抛光均匀性，

4.可以避免由于基垫变形和渗透造成的抛光垫寿命缩短，

5.可以确保基垫有均匀的物理性质，在处理垫时能精密地控制厚度，进行高精度的表面处理，因此可用于高精度和集成化的CMP处理，

6.在进行金属CMP处理的过程中，本发明的基垫具有均匀的表面性质和物理性质，从而可以避免由于氧化硅和金属线路抛光速度的差别造成的凹陷或磨蚀。

工业实用性

使用包括本发明的不含小孔的基垫的抛光垫进行CMP处理时，可以提高抛光速度，并且避免由于抛光处理过程中发生的基垫变形和渗透造成的抛光均匀性降低。因此，可增加包括不含小孔的基垫的抛光垫的寿命。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光垫的基垫，该基垫不含小孔，其肖氏硬度D为10-100，压缩性为1-10％。

2.如权利要求1所述的基垫，其特征在于，所述基垫的厚度为500-2500微米。

3.如权利要求1所述的基垫，其特征在于，所述基垫由选自以下的至少一种材料制成：聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、马来酸共聚物、甲基纤维素和羧甲基纤维素。

4.如权利要求1所述的基垫，其特征在于，首先使选自以下的至少一种材料在第一反应器中反应制得预聚物：聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、马来酸共聚物、甲基纤维素和羧甲基纤维素，然后在第二步骤中，使该预聚物与包含多元醇反应基团或氨反应基团的物质以3∶1至2∶1的重量比反应，以完全硬化，从而制得基垫。

5.一种多层抛光垫，该多层抛光垫使用不含小孔的基垫制成，所述基垫的肖氏硬度D为10-100，压缩性为1-10％。

6.如权利要求5所述的多层抛光垫，该多层抛光垫包括具有用来研磨的抛光层的抛光垫，以及用来支承该抛光垫的基垫。

7.如权利要求5所述的多层抛光垫，其特征在于，所述多层抛光垫的厚度为2000-4000微米，其中基垫的厚度为500-2500微米。

8.如权利要求5所述的多层抛光垫，其特征在于，所述基垫由选自以下的至少一种材料制成：聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、马来酸共聚物、甲基纤维素和羧甲基纤维素。

9.如权利要求5所述的多层抛光垫，其特征在于，所述基垫按以下方法制得：首先使选自以下的至少一种材料在第一反应器中反应制得预聚物：聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、马来酸共聚物、甲基纤维素、和羧甲基纤维素，在第二步骤中，使该预聚物与包含多元醇反应基团或氨反应基团的物质以3∶1至2∶1的重量比反应，以完全硬化。

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