CN1990183A - 化学机械抛光垫和化学机械抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的化学机械抛光垫在抛光表面上具有以下两组槽：(i)第一沟槽组，与单根从抛光表面的中心向周边延伸的虚拟直线相交，并且由以下等式表示的槽脊比为6－30：槽脊比＝(P－W)÷W(P是虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离，而W是第一沟槽的宽度)；和(ii)第二沟槽组，从抛光表面的中心部分向周边部分延伸，包括在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽和在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽。本发明的化学机械抛光垫即使当化学机械抛光用水分散体的量少时，也具有高抛光速率、并且在被抛光表面抛光量方面具有极好的平面内一致性。

Description

化学机械抛光垫和化学机械抛光方法
技术领域
本发明涉及化学机械抛光垫和化学机械抛光方法。
背景技术
在半导体器件制造中，化学机械抛光(通常缩写为CMP)现常用作能够为硅基板或其上具有布线和电极的硅基板形成极平表面的抛光技术。化学机械抛光是一种通过使化学机械抛光用水分散体(含分散的研磨颗粒的水分散体)流到化学机械抛光垫表面上同时使抛光垫与被抛光表面彼此间实现滑动接触来进行抛光的技术。众所周知抛光结果受该化学机械抛光中化学机械抛光垫的形状和性能的很大影响。迄今为止已经提出了许多化学机械抛光垫。
例如，JP-A 8-500622和JP-A 2000-34416研究了构成化学机械抛光垫的材料。众所周知抛光速率和抛光后产品的表面状态可以通过在化学机械抛光垫的表面(抛光表面)中形成沟槽而改善，并且对沟槽设计已经进行了许多研究(例如，参考JP-A 11-70463、JP-A 8-216029和JP-A 2004-507077)。
在这些中，JP-A 2004-507077还仔细研究了抛光表面中的沟槽密度和抛光效率之间的关系。根据该公报，同心圆状沟槽用来捕获化学机械抛光用水分散体，在抛光时所述水分散体被引入垫中心并且通过离心力向垫的周边移动，沟槽密度的适当值取决于构成被抛光表面的材料的特性和垫的尺寸。即，当氧化物绝缘材料或钨(其中机械因素是占主要的)在化学机械抛光中被用作被抛光物体时，优选低的沟槽密度；当铜或铝(其中化学因素是占主要的)被用作被抛光物体时，优选高的沟槽密度。较大的垫优选地具有较高的沟槽密度。同时，在上述公报中证实，只有当在垫的整个表面上沟槽密度一致时，被抛光表面的抛光量才变得不一致。有人建议应当使抛光表面(相当于垫的被抛光表面中需要较高抛光速率的部分的轨道)区域中的沟槽密度低于其它区域中的沟槽密度，以便使被抛光表面的整体抛光速率一致。这表明在以下两种需求间存在的平衡关系：提高将化学机械抛光用水分散体提供给被抛光表面和垫的抛光表面之间的界面(需要提高沟槽密度)和改进被抛光表面和垫的抛光表面间的接触区域(需要降低沟槽密度)。
JP-A 11-70463建议对于抛光垫的抛光表面的各个区域，应当改变沟槽的宽度、节距(pitch)、深度或形状(圆沟槽和弯曲沟槽)以提高被抛光表面的抛光一致性。上述公报还谋求：水分散体向抛光表面和被抛光表面间的界面的供给、和抛光表面和被抛光表面间的接触区域之间的平衡。然而，上述公报虽然提出了一些可从上述概念想象的沟槽结构理念，但是没有给出任何具体的指导以得知何种沟槽图案可实际应用于真实生产场景。
同时，在目前半导体产品的成本竞争越来越激烈的情况下，减少为化学机械抛光所提供的化学机械抛光用水分散体的量是有效降低成本的手段之一。然而，没有现有技术对沟槽设计进行过以下的研究，也就是说，即使当化学机械抛光用水分散体的量少时，也可以高效地将水分散体供给到垫的抛光表面的整个表面上并且实现高抛光速率和抛光后的表面的高的一致性。
发明内容
考虑上述情况，本发明的目的是提供一种即使当化学机械抛光用水分散体的量少时，也具有高抛光速率、并且在被抛光表面的抛光量方面具有极好的平面内一致性的化学机械抛光垫以及化学机械抛光方法。
根据本发明，首先，本发明的上述目的通过一种具有抛光表面和其背面上的非抛光表面的化学机械抛光垫而实现，其中
抛光表面具有至少两组沟槽；
(i)第一沟槽组，与一条从抛光表面的中心向周边延伸的虚拟直线相交，彼此间不相交并且由以下等式(1)表示的槽脊比(land ratio)为6-30：
槽脊比＝(P-W)÷W           (1)
(P是虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离，而W是第一沟槽的宽度)；和
(ii)第二沟槽组，从抛光表面的中心部分向周边部分延伸，与第一沟槽相交，包括在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽和在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽，并且彼此不相交。
其次，本发明的上述目的通过一种具有抛光表面和其背面上的非抛光表面的化学机械抛光垫而实现，其中，
抛光表面具有一个第一沟槽和第二沟槽组：
(i)第一沟槽是一个螺旋沟槽，其从抛光表面的中心部分逐渐地向周边部分延伸，并且由以下等式(2)表示的槽脊比为6-30：
槽脊比＝(P′-W′)÷W′        (2)(P′是一条从抛光垫的中心向周边延伸的虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离，W′是第一沟槽的宽度)；和
(ii)第二沟槽组，从抛光表面的中心部分向周边部分延伸，与第一沟槽相交，包括在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽和在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽，并且彼此不相交。
第三，本发明的上述目的通过一种使用上述化学机械抛光垫中的任何一种对被抛光物体进行化学机械抛光的方法而实现。
根据本发明，提供了一种即使当化学机械抛光用水分散体的量少时也具有高抛光速率、并且在被抛光表面抛光量方面具有极好的平面内一致性的化学机械抛光垫、以及使用该抛光垫的化学机械抛光方法。
附图说明
图1是一幅示意图，其显示了本发明化学机械抛光垫的沟槽的结构的一个实例；
图2是一幅示意图，其显示了本发明化学机械抛光垫的沟槽的结构的另一个实例；
图3是一幅示意图，其显示了本发明化学机械抛光垫的沟槽的结构的又一个实例；
图4是一幅示意图，其显示了本发明化学机械抛光垫的沟槽的结构的又一个实例；
图5是一幅示意图，其显示了本发明化学机械抛光垫的沟槽的结构的又一个实例；
附图标记数字的说明
1：化学机械抛光垫
2：第二沟槽
3：第一沟槽
具体实施方式
本发明的第一种化学机械抛光垫(以下可称为“第一抛光垫”)具有抛光表面和其背面上的非抛光表面，其中上述抛光表面具有至少两组沟槽。
(i)第一沟槽组，与单根从抛光表面的中心向周边延伸的虚拟直线相交，彼此间不相交并且由以下等式(1)表示的槽脊比为6-30：
槽脊比＝(P-W)÷W            (1)(P是虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离，而W是第一沟槽的宽度)；和
(ii)第二沟槽组，从抛光表面的中心部分向周边部分延伸，与第一沟槽相交，包括在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽和在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽，并且彼此不相交。
尽管在抛光表面中形成的第一沟槽没有被限定为特定形状，但它们可以是，例如，两个或更多螺旋沟槽，其从抛光表面的中心部分逐渐向周边部分延伸，或者多个环形或多边形沟槽，其彼此间不相交并且同心或偏心排列。环形沟槽可以是圆形或椭圆形，多边形沟槽可以是四边形、五边形。
第一沟槽彼此间不相交。
第一沟槽在抛光表面中是这样形成的：它们多次相交于一条从抛光表面的中心部分向周边部分延伸的虚拟直线。例如，当沟槽是环形的并且环形沟槽的数目是2，则交点的数目是2，当环形沟槽的数目是3，则交点的数目是3，当环形沟槽的数目是“n”，则环形沟槽的数目是“n”。当沟槽是多边形的，也同样如此。当具有两个螺旋沟槽时，基于一转是360°的条件下，交点的数目在第二转前是2，在第二转开始后是3，在第n转前是(2n-2)，在第n转开始后是(2n-1)。
当第一沟槽是环形或多边形时，它们彼此不相交地排列并且可以同心或偏心地排列但优选同心排列。具有同心排列着的沟槽的抛光垫在上述功能方面优于其它抛光垫。环形沟槽优选是圆槽，更优选彼此同心的圆槽。当圆槽彼此同心时，它们在上述功能上更佳并且容易形成。
不特别限定宽度方向(即沟槽的法线方向)的断面形状。例如，它可以是这样的多边形，其具有三个或更多个边，包括平台边和底部边，U字形或V字形。多边形沟槽可以是如四边形、五边形。第一沟槽由以下等式(1)表示的槽脊比为6-30。
槽脊比＝(P-W)÷W              (1)(P是上述虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离(以下可称为“节距”)，W是第一沟槽的宽度)。
由上述等式(1)表示的槽脊比优选为6-20，更优选6-15。
第一沟槽的宽度(W)优选是0.1mm或以上，更优选0.1-5.0mm，进一步优选0.1-1.0mm，特别优选0.1-0.375mm，理想地为0.1-0.35mm。当第一沟槽的宽度(W)是0.375mm或以下，尤其0.35mm或以下时，本发明的效果被最有效地显示出来。第一沟槽的节距(P)优选是0.6mm或以上，更优选1.0-30mm，进一步优选1.5-10mm，特别优选3.8-10mm。当第一沟槽的节距是3.8mm或以上时，本发明的效果被最有效地显示出来。第一沟槽的深度优选是0.1mm或以上，更优选0.1-2.5mm，进一步优选0.2-2.0mm。由于上述第一沟槽，能够容易地制造出这样的化学机械抛光垫，即使当化学机械抛光用水分散体的量少时，其也具有高抛光速率并且在被抛光表面抛光量方面有极好的平面内一致性。
各个第一沟槽的内壁的表面粗糙度(Ra)优选是20μm或以下，更优选0.05-15μm，进一步优选0.05-10μm。通过将该表面粗糙度设为20μm或以下可以更有效地避免在化学机械抛光步骤中可能在抛光后表面上产生的擦伤。
上述表面粗糙度(Ra)由以下等式(3)定义：
Ra＝∑|Z-Zav|/N           (3)(N是测量点的数目，Z是粗糙度曲面的高度，Zav是粗糙度曲面的平均高度)。
上述第二沟槽包括多个从抛光表面的中心部分向周边部分延伸的沟槽。如本文中所用的术语“中心部分”是指从化学机械抛光垫表面上作为其中心的重心起半径为50mm的圆周所环绕的区域。第二沟槽可以从该“中心部分”内的任一点向周边部分延伸并且可以是直线形、弧形或其组合。
第二沟槽可以或未必延伸到周边末端。优选地，它们中的至少一个延伸到周边末端。例如，第二沟槽可以包括多个直线形沟槽，上述沟槽从中心部分向周边部分延伸，并且它们中的至少一个可以延伸至垫的侧边表面，或者第二沟槽可以包括多个从中心部分向周边部分延伸的直线形沟槽、和多个从中心部分和周边部分间的半途部分向周边部分延伸的直线形沟槽，并且它们中的至少一个可以延伸至垫的周边末端。进一步地，第二沟槽可以包括一对平行直线形沟槽。
第二沟槽包括在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽和在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽。在中心部分区域中不接触任何其它第二槽的第二沟槽存在于在中心部分区域中彼此接触的相邻第二沟槽之间。即使当第二沟槽接触其它第二沟槽时它们彼此间也不相交。
优选地，第二沟槽的总数是6-96，彼此接触的第二沟槽的数目是2-32，不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽的数目是4-64。更优选地，第二沟槽的总数是6-48，彼此接触的第二沟槽的数目是2-16，不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽的数目是4-32。最优选，第二沟槽的总数是6-36，彼此接触的第二沟槽的数目是2-4，不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽的数目是4-32。
在第二沟槽中，在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽的数目优选多于在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽的数目。相同数目的不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽优选存在于每相邻一对的彼此接触的第二沟槽之间。
当全部第二沟槽从中心部分向周边部分延伸时，在中心部分区域中不与任何其它第二槽接触的第二沟槽优选起源于远离垫中心10-50mm的位置并且从那里向周边部分延伸，更优选起源于离垫中心20-50mm的位置并且从那里向周边部分延伸。在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽优选起源于垫中心并且向周边部分延伸。
另一方面，当第二沟槽包括多个从中心部分向周边部分延伸的直线形沟槽、和多个延伸自中心部分和周边部分间的半途部分的直线形沟槽时，起源于中心部分和周边部分间的半途部分的沟槽起源于连接垫的中心和周边的虚拟直线上所存在的点，并且优选垫中心至周边的距离的20-80％，更优选垫中心至周边的距离的40-60％。同样在这种情况下，多个从中心部分向周边部分延伸的直线形沟槽包括在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽和在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽。起源于中心部分的第二沟槽的优选结构与其全部从中心部分向周边部分延伸的第二沟槽的结构相同。
第二沟槽的宽度优选是0.1-5.0mm，更优选0.1-4.0mm，进一步优选0.2-3.0mm。第二沟槽的深度同第一沟槽的深度相同。各个第二沟槽的内壁的表面粗糙度(Ra)的优选范围与各个第一沟槽的内壁的上述表面粗糙度(Ra)相同。
在化学机械抛光垫表面上，第二沟槽优选尽可能地彼此等间距地排列。
本发明的第二种化学机械抛光垫(以下可称为“第二抛光垫”)具有代替上述第一抛光垫的第一沟槽的从抛光表面的中心部分逐渐向周边部分延伸的单个螺旋沟槽。
第一螺旋沟槽的转数可以是20-400，优选20-300，更优选20-200。360°相当于一转。
第二抛光垫的第一沟槽由以下等式(2)表示的槽脊比为6-30。
槽脊比＝(P′-W′)÷W′              (2)(P′是一条从抛光表面的中心向周边延伸的虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离(以下可称为“节距”)，W′是第一沟槽的宽度)。
由上述等式(2)表示的槽脊比优选为6-20，更优选6-15。
第二抛光垫的第一沟槽的宽度W′、节距P′和深度与上述第一抛光垫的第一沟槽的宽度W、节距P和深度相同。第二抛光垫的第一沟槽的内壁的表面粗糙度(Ra)的优选范围与上述第一抛光垫的各个第一沟槽的内壁的表面粗糙度(Ra)相同。至于未对第二抛光垫所描述的内容，应当理解的是已对第一抛光垫所描述的内容可直接或以对本领域普通技术人员显而易见的变体的方式适用于第二抛光垫。
本发明的化学机械抛光垫在抛光表面上具有上述特定的沟槽，并且可以在非抛光表面上具有一个沟槽、多个沟槽或者具有期望形状的其它凹槽部分。当化学机械抛光垫具有上述一个沟槽、多个沟槽或者其它凹槽部分时，抛光后表面的表面状态可以被进一步地改善。至于在非抛光表面上的沟槽的形状，它们可以包括多个同心圆槽、多个同心椭圆形沟槽、多个具有相同重心的多边形沟槽、两个或更多螺旋沟槽、多个从垫中心部分向周边部分延伸的沟槽，或者多个形成三角形格子、正方形格子或者六角形格子的直线形沟槽。至于在非抛光垫上的沟槽的形状，例如，它可以是一个螺旋沟槽。至于在非抛光表面上的其它凹槽部分的形状，它包括圆周和由该圆周所环绕的内部，或者多边形和由该多边形所环绕的内部。
在非抛光表面上的一个沟槽、多个沟槽或者其它凹槽部分优选不延伸至垫的周边末端。
在非抛光表面的中心处，化学机械抛光垫优选具有凹槽部分，其包括圆周和由该圆周所环绕的内部或者多边形和由该多边形所环绕的内部。术语“在中心处”是一种概念，其包括这种情形，其中凹槽部分的重心在严格算术意义上与非抛光表面的重心一致，还包括这种情形，其中垫的非抛光表面的重心位于上述凹槽部分的区域内。
不特别限制本发明的化学机械抛光垫的形状，但它可以是类圆盘形或类多边柱形。它可以根据与本发明的化学机械抛光垫结合使用的抛光机而被适当地选择。
例如，当本发明的化学机械抛光垫具有类圆盘形的形状时，相对的圆形顶面和圆形底面分别变为抛光表面和非抛光表面。
不特别限制化学机械抛光垫的尺寸。例如，类圆盘形的化学机械抛光垫的直径为150-1,200mm，特别优选500-800mm并且厚为0.5-5.0mm，优选1.0-3.0mm，特别优选1.5-3.0mm。
本发明的化学机械抛光垫可以具有透光区，其从抛光表面至非抛光表面进行光通信。当具有上述透光区的垫被设置在具有光学抛光终点检测器的化学机械抛光机中时，可以在光学上检测出抛光终点。不特别限制透光区的平面形状，并且可以是圆形、椭圆形、扇形或者多边形(正方形或者长方形)。透光区的位置应当是与具有本发明的化学机械抛光垫的化学机械抛光机的光学抛光终点检测器的位置相应的位置。透光区的数目可以是一个或多个。当形成一个以上透光区时，如果它们满足上述位置关系，不特别限制它们的位置。
可以使用任何方法来形成透光区。例如，垫的具有透光性能的区域由透光元件组成。当垫由具有一定透光水平的材料构成时，凹槽部分在与应当具有垫的非抛光表面的透光性能的区域和为确保检测抛光终点所需透光性能而被做薄的区域相应的位置形成。在后一方法中，透光区域可以用作用于改善抛光表面的上述表面状态的凹槽部分。
将参考附图来描述上述化学机械抛光垫的沟槽的结构的实例。
在图1-5中，第一沟槽的数目约为10。这些附图是示意的并且应当理解的是由垫的抛光表面的直径和上述节距计算出的第一沟槽的数目是优选的。图1-5显示了第一抛光垫的实例，应当理解的是这些附图还显示了第二抛光垫的实例，其中所举例说明的第一抛光垫的第一沟槽被单个螺旋沟槽所代替。
在图1中，垫1具有第二沟槽(其是32个直线形沟槽2)和第一沟槽(其是彼此直径不同的10个同心圆沟槽3)。32个直线形沟槽中的4个起源于中心并且彼此接触，而另外28个起源于略远离中心朝向周边的部分(从以下事实，即这些直线形沟槽相交于第一沟槽中最小圆沟槽，可以判断出该部分是中心部分)并且不与任何其它第二沟槽接触。在图1的垫中，在4个在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽的每相邻对之间存在着7个在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽。图1的垫的全部32个直线形沟槽延伸至垫的周边末端。
在图2中，垫1具有第二沟槽(其是64个直线形沟槽2)和第一沟槽(其是彼此直径不同的10个同心圆沟槽3)。64个直线形沟槽中的8个起源于中心并且彼此接触，而另外56个直线形沟槽起源于略远离中心朝向周边的部分并且不与任何其它第二沟槽接触。在图2的垫中，在8个在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽的每相邻对之间存在着7个在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽。图2的垫的全部64个直线形沟槽延伸至垫的周边末端。
在图3中，垫1具有16个第二沟槽2，其从中心部分向周边部分延伸。16个沟槽中的4个起源于中心并且彼此接触，而另外12个沟槽起源于略远离中心朝向周边的部分并且不与任何其它第二沟槽接触。如图所示，16个沟槽从中心至周边的半途中向左侧弯曲，但除了弯曲部分以外，几乎呈直线延伸。在图3的垫中，在4个在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽的每相邻对之间存在着3个在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽。在图3的垫中，全部16个直线形沟槽也延伸至垫的周边末端。
在图4中，垫具有32个起源于中心部分和周边部分间的半途部分的直线形沟槽，其存在于图1中的32个直线形沟槽的每相邻对之间。全部32个直线形沟槽起源于由该图中的中心算起第四个同心圆沟槽处。
在图5中，垫具有28个图1中的直线形沟槽(其起源于略远离中心朝向周边的部分)，每一个包括一对平行直线形沟槽。
本发明的化学机械抛光垫可以由任何材料构成，如果它具有上述要求和可以用作化学机械抛光垫的话。特别优选的是从化学机械抛光垫的功能当中，具有在化学机械抛光期间保持浆液功能、和暂时保留抛光或被抛光表面产生的物质功能的孔隙应该到抛光时形成。因此，抛光垫优选包括含不溶于水的基质和分散在不溶于水的基质中的溶于水的颗粒的材料，或者含不溶于水的基质和分散在不溶于水的基质中的空隙的材料(例如，泡沫)。
在这些当中，在前一材料中，在抛光时当溶于水的颗粒与化学机械抛光用水分散体中所含的水介质接触时，它们溶解或者膨胀而被消除，并且浆液可以被保持在由于消除而形成的空隙中。在后一材料中，浆液可以被保持在由事先的空隙所形成的孔隙中。
在前一材料中，不特别限制构成上述不溶于水的基质的材料，但优选使用有机材料，因为它可以容易地被模塑成预定形状并且可以容易地提供期望的性能如合适的硬度和合适的弹性。有机材料的实例包括热塑性树脂、弹性体、橡胶和固化树脂(通过由加热或光照而热固化或光固化可固化树脂而获得的树脂)。它们可以单独使用或者结合使用。
在这些当中，热塑性树脂包括1，2-聚丁二烯树脂、聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯酸树脂、乙烯基酯树脂(聚丙烯酸树脂除外)、聚酯树脂、聚酰胺树脂、氟树脂、聚碳酸酯树酯和聚缩醛树脂。上述聚烯烃树脂包括聚乙烯，上述聚丙烯酸树脂包括(甲基)丙烯酸酯型树脂，上述氟树脂包括聚偏二氟乙烯。
弹性体包括二烯弹性体、聚烯烃弹性体(TPO)、苯乙烯型弹性体、热塑性弹性体、有机硅树脂弹性体和氟树脂弹性体。上述二烯弹性体包括1，2-聚丁二烯。上述苯乙烯型弹性体包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和其氢化嵌段共聚物(SEBS)。上述热塑性弹性体包括热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)和聚酰胺弹性体(TPAE)。
上述橡胶包括共轭二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶、乙烯-α-烯烃橡胶及其他。上述共轭二烯橡胶包括聚丁橡胶(高-顺式聚丁橡胶和低-顺式聚丁橡胶)、异戊二烯橡胶、丁苯橡胶和苯乙烯-异戊二烯橡胶。上述丁腈橡胶包括丙烯腈-丁二烯橡胶。上述乙烯-α-烯烃橡胶包括乙烯-丙烯橡胶和乙烯-丙烯-非共轭二烯橡胶。其它橡胶包括丁基橡胶、硅橡胶和氟橡胶。
上述固化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、硅树脂、酚醛树脂和乙烯基酯树脂。
这些有机材料可以由酸酐基、羧基、羟基、环氧基或者氨基来改性。对溶于水的颗粒(将在下文描述)和浆液的亲合力可以通过改性来调整。
这些有机材料可以单独或者以两种或更多种的组合来使用。
有机材料可以部分地或者完全地交联聚合物或者非交联聚合物。即，不溶于水的基质可以由交联聚合物单独、交联聚合物和非交联聚合物的混合物、或者非交联聚合物单独构成。它优选由交联聚合物单独或者交联聚合物和非交联聚合物的混合物构成。当包含交联聚合物时，向不溶于水的基质提供了弹性回复力，可以减少在抛光期间由施加到化学机械抛光垫的切变应力所引起的置换。进一步地，有可能有效地防止由于在抛光和修整中当其被过度拉伸时不溶于水的基质的塑性变形而使孔隙被填充以及防止化学机械抛光垫表面的过度起毛。因此，即使在修整时高效地形成了孔隙，由此可以抑制在抛光期间浆液保持性能的降低，并且进一步地抛光垫很少起毛，因此能够实现极好的抛光平坦度。
不特别限制使上述材料交联的方法。例如，可以利用使用有机过氧化物、硫或者含硫化合物的化学交联或者通过施加电子束的辐射交联。
在上述有机物质当中，交联橡胶、固化树脂、交联热塑性树脂或者交联弹性体可以用作交联聚合物。交联热塑性树脂和/或交联弹性体是优选的，其全部对于大部分化学机械抛光用水分散体中所含的强酸或者强碱是稳定的并且很少由于水分吸收而软化。在交联热塑性树脂和交联弹性体当中，用有机过氧化物交联的是更优选的，并且交联的1，2-聚丁二烯是特别优选的。
不特别限制交联聚合物的量，但优选30vol％或以上、更优选50vol％或以上、特别优选70vol％或以上和可以是100vol％的不溶于水的基质。当不溶于水的基质中所含的交联聚合物的量是30vol％或以上时，可以完全地获得通过使交联聚合物包含在不溶于水的基质中所获得的效果。
上述不溶于水的基质材料可以包含不同于上述不溶于水的基质材料的相容性试剂以受控其对于溶于水的颗粒的亲合力以及溶于水的颗粒在不溶于水的基质材料中的分散性。相容性试剂的实例包括均聚物、嵌段共聚物和无规共聚物，其通过酸酐基、羧基、羟基、环氧基、唑啉基或者氨基、非离子型表面活性剂和偶联剂而改性。
上述在前一材料中的溶于水的颗粒是这样的颗粒，即，在化学机械抛光期间当与化学机械抛光用水分散体中所含的水介质接触时从不溶于水的基质中被去除。这种去除可以在它们与水介质接触而溶解时或者当它们由于吸收水介质中所含的水而膨胀并变成胶体时发生。进一步地，这种溶解或者膨胀的起因不仅是它们与水的接触，而且还由于它们与含醇型溶剂如甲醇的含水混合介质的接触。
不特别限制构成溶于水的颗粒的材料。例如，它们是有机溶于水的颗粒或者无机溶于水的颗粒。有机溶于水的颗粒的材料的实例包括糖类(聚糖如淀粉、糊精和环糊精、乳糖、甘露糖醇)、纤维素类(如羟丙基纤维素、甲基纤维素)、蛋白质、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、溶于水的感光树脂、磺化聚异戊二烯和磺化异戊二烯共聚物。无机溶于水的颗粒的材料的实例包括乙酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、溴化钾、磷酸钾和硝酸镁。可以将上述材料单独或者以两种或更多种的组合来用于这些溶于水的颗粒。溶于水的颗粒可以由一种预定材料或者两种或更多种不同材料构成。
前一材料中所含的溶于水的颗粒是特别优选的固体，因为它们可将垫的硬度设定为适当的值。
溶于水的颗粒的平均粒径优选为0.1-500μm，更优选0.5-100μm。通过去除溶于水的颗粒而形成的孔隙的大小优选0.1-500μm，更优选0.5-100μm。当溶于水的颗粒的平均粒径在上述范围之内时，可以获得具有高抛光速率和极好的机械强度的化学机械抛光垫。
基于100vol％的不溶于水的基质和溶于水的颗粒的总量，溶于水的颗粒的量优选是1-90vol％，更优选1-60vol％，进一步优选1-40vol％。当溶于水的颗粒的量在上述范围之内时，可以获得具有高抛光速率、适当的硬度和机械强度的化学机械抛光垫。
优选的是溶于水的颗粒只有当它们暴露于抛光垫的表面层时才应溶于水中或者膨胀，并且当它们存在于抛光垫的内部中时，不应当吸收水分或者膨胀。因此，溶于水的颗粒可以在其最外层部分的至少一部分上具有用于抑制水分吸收的外壳。这种外壳可以身体上地吸附到溶于水的颗粒，化学键合至溶于水的颗粒，或者通过物理吸附和化学键合与溶于水的颗粒接触。外壳由环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、多硅酸盐或者硅烷偶联剂构成。在这种情况下，溶于水的颗粒可以包括具有外壳的溶于水的颗粒和不具有外壳的溶于水的颗粒。即使当具有外壳的溶于水的颗粒的表面未完全被外壳覆盖时，也可以完全获得上述效果。
构成化学机械抛光垫(其包括含不溶于水的基质和分散在不溶于水的基质中的空隙的后一材料)的不溶于水的基质材料是例如聚氨酯、三聚氰胺树脂、聚酯、聚酯或者聚乙酸乙烯酯。
作为平均值，分散在上述不溶于水的基质中的空隙的平均尺寸优选是0.1-500μm，更优选0.5-100μm。
除上述材料以外，本发明的化学机械抛光垫可以任选地包含研磨剂颗粒、氧化剂、碱金属氢氧化物、酸、pH调节剂和表面活性剂。优选的是在这些当中不包含研磨剂颗粒和氧化剂。
本发明的化学机械抛光垫的肖氏D硬度优选是35或以上，更优选35-100，进一步优选50-90，特别优选50-75。当肖氏D硬度是35或以上时，可以增加可被施加于被抛光物体的压力，因此可以改善抛光速率。另外，获得了高抛光平坦度。
不特别限制用于制造本发明的化学机械抛光垫的方法，也不特别限制在化学机械抛光垫的抛光表面上形成一个或多个沟槽的方法。例如，在制备用于形成化学机械抛光垫的组合物(其将变成化学机械抛光垫)并且将其模塑成期望的毛坯形式后，可以通过切割来形成一个或多个沟槽。或者，与待形成的一个或多个沟槽相应的具有一个或多个凹槽部分的金属模被用来模塑用于形成化学机械抛光垫的组合物，因此能够在制造化学机械抛光垫的毛坯形式的同时形成一个或多个沟槽。在与部分待形成的一个或多个沟槽相应的具有一个或多个凹槽部分的金属模被用来形成具有一个或多个期望沟槽部分的毛坯垫形式后，一个或多个沟槽的其它部分可通过切割来形成。
当本发明的化学机械抛光垫在非抛光表面上具有一个沟槽、多个沟槽或者其它凹槽部分时，可以如上所述同样地形成一个沟槽、多个沟槽或者其它凹槽部分。
不特别限制获得用于形成化学机械抛光垫的组合物的方法。例如，可利用捏和机通过将含预定有机材料的必需材料捏和在一起来获得组合物。可以使用通常已知的捏和机，如轧辊、捏和机、班伯里密炼机或者挤出机(单螺杆或多螺杆)。
可以例如通过将不溶于水的基质、溶于水的颗粒及其他任选的添加剂捏和在一起来获得用于形成化学机械抛光垫的组合物，其包括溶于水的颗粒以获得含溶于水的颗粒的化学机械抛光垫。优选地，在加热下将它们捏和在一起，以便它们在捏和时可以容易地进行加工。在该捏和温度下，溶于水的颗粒优选是固体。当使用按上述平均粒径的优选范围分类的溶于水的颗粒并且在其是固体的条件下进行捏和时，无论其与不溶于水的基质的相容性，由于上述优选平均粒径，其可以被分散。
因此，优选根据使用中的不溶于水的基质的加工温度来选择溶于水的颗粒的类型。
本发明的化学机械抛光垫可以是多层垫，其在上述垫的非抛光表面上具有支撑层。
上述支撑层是在后表面上形成的一层以支撑化学机械抛光垫。尽管不特别限制该支撑层的特性，支撑层优选软于垫体。当垫具有软的支撑层时，如果垫体薄的话，有可能防止垫体在抛光期间上升的或者抛光层的表面弯曲，由此可以使抛光稳定地进行。支撑层的硬度优选是90％或以下，更优选50-90％，进一步优选50-80％，特别优选50-70％的垫体的肖氏D硬度。
支撑层可以由多孔材料(泡沫)或者无孔材料构成。尽管支撑层的平面形状可以是圆形或者多边形，但优选支撑层具有与抛光垫相同的平面形状和大小。不特别限制支撑层的厚度，但优选是0.1-5mm，更优选0.5-2mm。
尽管不特别限制支撑层的材料，优选使用有机材料，因为它可以被容易地模塑以具有预定形状和预定性能并且可以提供合适的弹性。作为构成本发明的化学机械抛光垫的不溶于水的基质的材料列举的有机材料可被用作有机材料。
本发明的化学机械抛光方法的特征在于通过使用本发明上述化学机械抛光垫来对被抛光表面进行化学机械抛光。除了将本发明的化学机械抛光垫置于市售可得的化学抛光机中以外，可根据已知方法进行本发明的化学机械抛光方法。
构成被抛光表面的材料是金属，其是布线材料、势垒金属、绝缘材料或者其组合。作为布线材料的上述金属的实例包括钨、铝、铜和包含它们中的至少一种的合金。上述势垒金属的实例包括钽、氮化钽、铌和氮化铌。上述绝缘材料的实例包括SiO2、通过向SiO2添加少量的硼和磷而获得的硅酸磷硼(BPSG)、通过用氟掺杂SiO2而获得的称作“FSG(氟掺杂的硅酸盐玻璃)”的绝缘材料和具有低介电常数的二氧化硅型绝缘材料。SiO2的实例包括热氧化薄膜、PETEOS(等离子强化的TEOS)、HDP(高密度等离子强化的TEOS)和由热CVD获得的SiO2。
待由本发明的化学机械抛光方法进行抛光的物体优选是由铜或铜合金制成的物体，由铜或铜合金和绝缘材料制成的物体，或者由铜或铜合金、势垒金属和绝缘材料制成的物体。
如由以下实施例显而易见的是，本发明的化学机械抛光垫和化学机械抛光方法就抛光速率和被抛光表面抛光量的平面内一致性而言是极好的，即使当化学机械抛光用水分散体的量少时。获得上述极好性能的机理目前还不十分清楚。估计这因为通过使用上述特定的沟槽结构而将水分散体高效地提供给抛光表面和被抛光表面间的界面并且在化学机械抛光期间确保了抛光表面和被抛光表面间的接触区域。
实施例
实施例1
(1)制造化学机械抛光垫
将被交联成不溶于水的基质的80体积份(相当于72质量份)的1，2-聚丁二烯(由JSR Corporation制造，商品名为“JSR RB830”)和作为溶于水的颗粒的20体积份(相当于28质量份)的β-环糊精(由横滨的Bio Research Corporation制造，商品名为“Dexy Pearl β-100”，平均粒径为20μm)通过设置在160℃的挤出机而捏和在一起。其后，向上述捏和的产物中添加0.24质量份的过氧化二枯基(由NOFCorporation制造，商品名为“Percumyl D”)并与其在120℃进行捏合而获得小球。然后，在金属模中在170℃加热所得捏和的产物18分钟以进行交联，使得获得直径为508mm和厚度2.8mm的类圆盘形模塑产品。通过使用由Kato Machine Corporate制造的切割机来在该模塑产品的抛光表面中形成宽度为0.5mm、节距为3.5mm(槽脊比为6.0)和深度为2.2mm的同心圆槽(第一沟槽)，该模塑产品的抛光表面的中心作为所述同心圆槽的中心。在第一沟槽当中，最小的圆槽的半径是25mm和最大的圆槽的半径是252.5mm。进一步地，64个从垫的中心部分向周边末端延伸的直线形沟槽(宽度为3.0mm和深度为2.2mm)在相邻直线形沟槽的角度为5.625°的情况下在抛光表面中形成(第二沟槽)。在64个直线形沟槽当中，32个在垫的抛光表面的中心彼此接触，其它32个起源于远离抛光表面的中心25mm的点，每个起源于远离抛光表面的中心25mm的点的直线形沟槽存在于32个在垫的抛光表面的中心彼此接触的第二沟槽的每相邻对之间。
(2)在无图案的PETEOS薄膜上的抛光试验
将上述制造的化学机械抛光垫置于(商品名，由Applied MaterialsInc.制造)“Mirra/Mesa”抛光机的台板上，通过使用用离子交换水稀释2次的“SS-25”(商品名，由CABOT Corporation制造)作为化学机械抛光用水分散体在以下条件下对无图案的具有PETEOS薄膜(形成在8英寸硅基板上的厚度为10000埃的PETEOS薄膜(通过化学蒸气沉积法、使用等离子作为促进条件由四乙基原硅酸酯(TEOS)形成的SiO2薄膜))的晶片进行抛光。
头转数：                            63rpm
台板转数：                          57rpm
压头：                              5psi
化学机械抛光用水分散体的流速：      100ml/min
抛光时间：                          1min
用于该实施例的化学机械抛光用水分散体的流速约为抛光机使用中标准流速的一半。
(3)评价无图案的PETEOS薄膜的抛光速率
49个在8-英寸具有PETEOS薄膜的晶片(其是上述被抛光的材料，除距周边5mm的部分外)的直径方向上等距间隔的点被确定为指定的点，以便从PETEOS薄膜抛光前后的厚度差和抛光时间来在各点计算抛光速率。
在49个点抛光速率的平均值作为抛光速率。结果示于表l中。
通过光学薄膜测厚仪测量各点处的PETEOS薄膜的厚度。
(4)评价无图案的PETEOS薄膜的抛光量的平面内一致性
基于以下等式，由上述49个点处PETEOS薄膜抛光前后的厚度差(该值作为″抛光量″)来计算抛光量的平面内一致性。
抛光量的平面内一致性(％)＝(抛光量的标准偏差÷抛光量的平均值)×100
结果示于表1中。当该值是5％或以下时，可以说平面内一致性是令人满意的并且当该值是3％或以下时，可以说平面内一致性是极好的。
实施例2-12和对比例1与2
以和实施例1同样的方式制造具有和实施例1相同组成和大小的类圆盘形模制品，以便制造具有第一沟槽(同心圆槽)和第二沟槽(直线形沟槽，其从中心部分延伸并且延伸至垫的周边末端)的化学机械抛光垫，如表1所示。以和实施例1同样的方式抛光PETEOS薄膜来评价化学机械抛光垫。结果示于表1中。
在实施例2-8中，在所形成的第一沟槽当中，最小的圆槽的半径是25mm和最大的圆槽的半径是252.5mm。在实施例9-12中，最小的圆槽的半径是25mm和最大的圆槽的半径是253mm。在实施例2-12中，不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽起源于远离抛光表面的中心25mm的点。
在实施例2中的第二沟槽的结构与实施例1相同，在实施例3中的第二沟槽的结构与实施例1相同，除沟槽深度不同于实施例1以外，在实施例4-12中32个第二沟槽的每相邻对之间的角是11.25°，在实施例4的第二沟槽中，每一个起源于远离抛光表面的中心25mm的点的直线形沟槽，存在于的16个在垫的抛光表面的中心彼此接触的第二沟槽的每相邻对之间；在实施例5的第二沟槽中，3个起源于远离抛光表面的中心25mm的点的直线形沟槽，存在于8个在垫的抛光表面的中心彼此接触的第二沟槽的每相邻对之间；在实施例6-12和对比例1的第二沟槽中，7个起源于远离抛光表面的中心25mm的点的直线形沟槽，存在于4个在垫的抛光表面的中心彼此接触的第二沟槽的每相邻对之间。在对比例2的垫中没有形成第二沟槽。
                                      表1
  第一沟槽   第二沟槽   抛光结果
深度(mm) 节距(mm) 宽度(mm) 槽脊比 深度(mm) 宽度(mm) 沟槽数目   彼此接触的沟槽数目 抛光速率(nm/min) 平面内一致性(％)
  Ex.1   2.2   3.5   0.500   6.0   2.2   3.0   64   32   340   4.70
  Ex.2   1.4   3.5   0.500   6.0   2.2   3.0   64   32   350   4.65
  Ex.3   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   64   32   370   4.53
  Ex.4   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   32   16   390   4.10
  Ex.5   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   32   8   410   3.87
  Ex.6   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   32   4   430   3.01
  Ex.7   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   2.0   32   4   450   2.84
  Ex.8   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   0.5   32   4   510   2.61
  Ex.9   1.4   4.0   0.500   7.0   1.4   0.5   32   4   540   2.31
  Ex.10   1.4   4.0   0.375   9.7   1.4   0.5   32   4   550   1.89
  Ex.11   1.4   4.0   0.350   10.4   1.4   0.5   32   4   580   1.00
  Ex.12   1.4   4.0   0.250   15.0   1.4   0.5   32   4   600   0.94
  C.Ex.1   1.4   2.0   0.500   3.0   1.4   0.5   32   4   320   7.30
  C.Ex.2   1.4   3.5   0.500   6.0   无   无   无   无   270   10.5
Ex.：实施例  C.Ex.：对比例
实施例13
(1)在无图案的铜(Cu)薄膜上的抛光试验
以和实施例1同样的方式制造的化学机械抛光垫被置于“Mirra/Mesa”抛光机(商品名，由Applied Materials Inc.制造)的台板上。以在以下条件下抛光具有无图案的铜膜(在具有热氧化薄膜的8-英寸硅基板上厚度为15000埃的铜膜)的晶片。
头转数：                                   103rpm
台板转数：                                 97rpm
压头：                                     3psi
化学机械抛光用水分散体的流速：             100ml/min
抛光时间：                                 1min
使用pH值为2.5和含1.0质量％硅石、0.5质量％苹果酸、7.0质量％过氧化氢(浓度30质量％)和0.2质量％苯并三唑的化学机械抛光用水分散体。用于该实施例的化学机械抛光用水分散体的流速约为抛光机使用中标准流速的一半。
(2)评价无图案的铜膜的抛光速率
49个在8-英寸具有铜膜的晶片(其是上述被抛光的材料，除距周边5mm的部分外)的直径方向上等距间隔的点被确定为指定的点，以便从铜膜抛光前后的厚度差和抛光时间来在各点计算抛光速率。
在49个点抛光速率的平均值作为抛光速率。结果示于表2中。
通过(KLA-Tencor公司的)“Omnimap RS75”导电薄膜测厚仪测量各点处的铜膜的厚度。
(3)评价无图案的铜膜的抛光量的平面内一致性
基于以下等式，由上述49个点处铜膜抛光前后的厚度差(该值作为“抛光量”)来计算平面内一致性。
抛光量的平面内一致性(％)＝(抛光量的标准偏差÷抛光量的平均值)×100
结果示于表2中。当该值是5％或以下时，可以说平面内一致性是令人满意的并且当该值是3％或以下时，可以说平面内一致性是极好的。
实施例14-24和对比例3与4
以和实施例13同样的方式在无图案的铜膜上进行抛光试验，不同之处在于以和实施例2-13和对比例1和2同样的方式制造的化学机械抛光垫用来评价抛光速率和抛光量的平面内一致性。评价结果示于表2中。
                               表2
  第一沟槽   第二沟槽   抛光结果
深度(mm) 节距(mm) 宽度(mm) 槽脊比 深度(mm) 宽度(mm) 沟槽数目   彼此接触的沟槽数目 抛光速率(nm/min) 平面内一致性(％)
  Ex.13   2.2   3.5   0.500   6.0   2.2   3.0   64   32   550   4.80
  Ex.14   1.4   3.5   0.500   6.0   2.2   3.0   64   32   560   4.75
  Ex.15   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   64   32   590   4.57
  Ex.16   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   32   16   600   4.00
  Ex.17   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   32   8   620   3.50
  Ex.18   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   3.0   32   4   650   2.68
  Ex.19   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   2.0   32   4   690   2.01
  Ex.20   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   0.5   32   4   720   1.97
  Ex.21   1.4   4.0   0.500   7.0   1.4   0.5   32   4   750   1.65
  Ex.22   1.4   4.0   0.375   9.7   1.4   0.5   32   4   760   1.55
  Ex.23   1.4   4.0   0.350   10.4   1.4   0.5   32   4   800   1.10
  Ex.24   1.4   4.0   0.250   15.0   1.4   0.5   32   4   830   0.65
  C.Ex.3   1.4   2.0   0.500   3.0   1.4   0.5   32   4   500   8.60
  C.Ex.4   1.4   3.5   0.500   6.0   无   无   无   无   480   11.3
Ex.：实施例  C.Ex.：对比例
实施例25
(1)制造化学机械抛光垫
95体积份(相当于92.5质量份)的通过将30质量份的聚苯乙烯(PSJapan Corporation制造，商品名为“HF55”)和70质量份的1，2-聚丁二烯(由JSR Corporation制造，商品名为“JSR RB830”)干混在一起而获得的混合物和5体积份(相当于7.5质量份)的β-环糊精(由横滨的Bio Research Corporation制造，商品名为“Dexy Pearl β-100”)在150℃和120rpm下由在120℃加热的挤出机捏和在一起。其后，向上述捏和的产物中添加0.12质量份(按照纯过氧化二枯基计，相当于0.03质量份)的“Percumyl D40”(商品名，由NOF Corporation制造，含40质量％过氧化二枯基)并与其在120℃和60rpm下进行捏合。然后，在金属模中在175℃加热所得捏和的产物12分钟以进行交联，使得获得直径为508mm和厚度2.8mm的类圆盘形模塑产品。在该模塑产品的抛光表面中形成与实施例7相同的沟槽来制造化学机械抛光垫。
(2)在无图案的PETEOS薄膜上的抛光试验
以和实施例1同样的方式在无图案的PETEOS薄膜上进行抛光试验，不同之处在于上述制造的抛光垫用来评价抛光速率和抛光量的平面内一致性。结果示于表3中。
实施例26-28和对比例5与6
以和实施例25同样的方式制造具有和实施例25相同组成和大小的类圆盘形模制品并且形成与实施例8、9和12相同的沟槽来制造化学机械抛光垫，以和实施例1同样的方式抛光PETEOS薄膜来评价制造的化学机械抛光垫。结果示于表3中。
                                 表3
  第一沟槽   第二沟槽   抛光结果
深度(mm) 节距(mm) 宽度(mm) 槽脊比 深度(mm) 宽度(mm) 沟槽数目   彼此接触的沟槽数目 抛光速率(nm/min) 平面内一致性(％)
  Ex.25   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   2.0   32   4   450   2.89
  Ex.26   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   0.5   32   4   480   1.50
  Ex.27   1.4   4.0   0.500   7.0   1.4   0.5   32   4   530   1.20
  Ex.28   1.4   4.0   0.250   15.0   1.4   0.5   32   4   570   0.87
  C.Ex.5   1.4   2.0   0.500   3.0   1.4   0.5   32   4   350   6.70
  C.Ex.6   1.4   3.5   0.500   6.0   无   无   无   无   300   8.90
Ex.：实施例  C.Ex.：对比例
实施例29
(1)制造化学机械抛光垫
将被交联成不溶于水的基质的98体积份(相当于97质量份)的1，2-聚丁二烯(由JSR Corporation制造，商品名为“JSR RB830”)和作为溶于水的颗粒的2体积份(相当于3质量份)的β-环糊精(由横滨的Bio Research Corporation制造，商品名为“Dexy Pearl β-100”，平均粒径为20μm)由设定在120℃的挤出机捏和在一起。其后，向上述捏和的产物中添加0.37质量份的过氧化二枯基(由NOF Corporation制造，商品名为“Percumyl D”)并与其在120℃进行捏合而获得小球。然后，在金属模中在175℃加热所得捏和的产物12分钟以进行交联，使得获得直径为508mm和厚度2.8mm的类圆盘形模塑产品。在该模塑产品的抛光表面中形成与实施例7相同的沟槽来制造化学机械抛光垫。
(2)在无图案的PETEOS薄膜上的抛光试验
以和实施例1同样的方式在无图案的PETEOS薄膜上进行抛光试验，不同之处在于上述制造的抛光垫用来评价抛光速率和抛光量的平面内一致性。结果示于表4中。
实施例30-32和对比例7与8
以和实施例29同样的方式制造具有和实施例29相同组成和大小的类圆盘形模制品并且形成与实施例8、9和12相同的沟槽来制造化学机械抛光垫，以和实施例1同样的方式抛光PETEOS薄膜来评价制造的化学机械抛光垫。结果示于表4中。
                                     表4
  第一沟槽   第二沟槽   抛光结果
深度(mm) 节距(mm) 宽度(mm) 槽脊比 深度(mm) 宽度(mm) 沟槽数目   彼此接触的沟槽数目 抛光速率(nm/min) 平面内一致性(％)
  Ex.29   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   2.0   32   4   370   2.50
  Ex.30   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   0.5   32   4   430   1.35
  Ex.31   1.4   4.0   0.500   7.0   1.4   0.5   32   4   480   1.10
  Ex.32   1.4   4.0   0.250   15.0   1.4   0.5   32   4   530   0.98
  C.Ex.7   1.4   2.0   0.500   3.0   1.4   0.5   32   4   320   6.40
  C.Ex.8   1.4   3.5   0.500   6.0   无   无   无   无   270   8.70
Ex.：实施例  C.Ex.：对比例
实施例33
(1)制造化学机械抛光垫
将58质量份的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(由Sumika BayerUrethane Co.，Ltd.制造，商品名为“Sumidule 44S”)进料到反应器中，搅拌下、60℃下、向该反应器添加5.1质量份的在分子两个端基上具有两个羟基和数均分子量为650的聚丁二醇(由Mitsubishi ChemicalCorporation制造，商品名为“PTMG650”)和17.3质量份的数均分子量为250的聚丁二醇(由Mitsubishi Chemical Corporation制造，商品名为“PTMG250”)，在搅拌下维持在90℃达2小时来进行反应，然后冷却以获得异氰酸酯封端的预聚物。该异氰酸酯封端的预聚物是21质量％未反应的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和79质量％在两个端基都具有异氰酸酯基的预聚物的混合物。
将80.4质量份的上述异氰酸酯封端的预聚物进料到搅拌容器中并且维持在90℃，在200rpm的搅拌下添加14.5质量份的β-环糊精(由横滨的Bio Research Corporation制造，商品名为“Dexy Pearl β-100”)以混合和分散在上述预聚物中达1小时，对所获得的分散体进行真空消泡以获得含分散于其中溶于水的颗粒的异氰酸酯封端的预聚物。
在120℃在搅拌容器中加热12.6质量份的在端基具有两个羟基的1，4-双(β-羟基乙氧基)苯(由Mitsui Fine Chemicals Inc.制造，商品名为“BHEB”)2小时以使其熔化，在搅拌下添加7质量份的具有三个羟基的三羟甲基丙烷(由BASF Japan Ltd.制造，商品名为TMP)以使其混合并溶解于上述熔化产物中达10分钟以便获得增链剂混合物。
在90℃加热94.9质量份所获得的含分散于其中溶于水的颗粒的异氰酸酯封端的预聚物并且在AJITER(注册商标)混合器中搅拌，并且添加在120℃加热的19.6质量份所获得的增链剂混合物并且与预聚物混合达1分钟以获得原料混合物。
将上述原料混合物注入到金属模(具有类圆盘形腔，直径为508mm，厚度为2.8mm)中至该腔被填满的程度并且维持在110℃达30分钟以进行聚氨酯化反应，然后去除模型。进一步地，在齿轮烘箱中使模塑产品后固化达16小时以获得聚氨酯薄板(直径为508mm，厚度为2.8mm并且含分散于其中溶于水的颗粒)溶于水的颗粒相对于整个薄板的体积分数，即，溶于水的颗粒相对于聚氨酯基质和溶于水的颗粒的总和的体积分数是10％。
通过使用切割机，在模塑薄板的整个抛光表面(除30mm中心部分以外)中形成与实施例7相同的沟槽来制造化学机械抛光垫。
(2)在无图案的PETEOS薄膜上的抛光试验
以和实施例1同样的方式在无图案的PETEOS薄膜上进行抛光试验，不同之处在于上述制造的抛光垫用来评价抛光速率和抛光量的平面内一致性。结果示于表5中。
实施例34-36和对比例9与10
以和实施例33同样的方式制造具有和实施例33相同组成和大小的类圆盘形模制品并且形成与实施例8、9和12相同的沟槽来制造化学机械抛光垫，以和实施例1同样的方式抛光PETEOS薄膜来评价制造的化学机械抛光垫。结果示于表5中。
                                 表5
  第一沟槽   第二沟槽   抛光结果
深度(mm) 节距(mm) 宽度(mm) 槽脊比 深度(mm) 宽度(mm) 沟槽数目   彼此接触的沟槽数目 抛光速率(nm/min) 平面内一致性(％)
  Ex.33   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   2.0   32   4   350   2.30
  Ex.34   1.4   3.5   0.500   6.0   1.4   0.5   32   4   370   1.90
  Ex.35   1.4   4.0   0.500   7.0   1.4   0.5   32   4   390   1.75
  Ex.36   1.4   4.0   0.250   15.0   1.4   0.5   32   4   420   1.20
  C.Ex.9   1.4   2.0   0.500   3.0   1.4   0.5   32   4   300   6.80
  C.Ex.10   1.4   3.5   0.500   6.0   无   无   无   无   260   9.20
Ex.：实施例  C.Ex.：对比例
如从上述实施例和对比例的结果显而易见的是，本发明的化学机械抛光垫，其在抛光表面中具有第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽的槽脊比为6-30，所述第二沟槽包括在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽和在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽，可以实现高抛光速率和极好的抛光量的平面内一致性，即使当化学机械抛光用水分散体的流速小时。

Claims (7)

1.一种具有抛光表面和其背面上的非抛光表面的化学机械抛光垫，其中
抛光表面具有至少两组槽；
(i)第一沟槽组，与单根从抛光表面的中心向周边延伸的虚拟直线相交，彼此间不相交并且由以下等式(1)表示的槽脊比为6-30：
槽脊比＝(P-W)÷W                   (1)P是虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离，而W是第一沟槽的宽度；和
(ii)第二沟槽组，从抛光表面的中心部分向周边部分延伸，与第一沟槽相交，包括在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽和在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽，并且彼此不相交。
2.根据权利要求1的化学机械抛光垫，其中虚拟直线和第一沟槽间的相邻交点间的距离P是3.8mm或以上。
3.根据权利要求1的化学机械抛光垫，其中第一沟槽的宽度W是0.375mm或以下。
4.一种具有抛光表面和其背面上的非抛光表面的化学机械抛光垫，其中，
抛光表面具有一个第一沟槽和第二沟槽组：
(i)第一沟槽是一个螺旋沟槽，其从抛光表面的中心部分逐渐地向周边部分延伸，并且由以下等式(2)表示的槽脊比为6-30：
槽脊比＝(P′-W′)÷W′                    (2)P′是一条从抛光表面的中心向周边延伸的虚拟直线和第一沟槽间相邻交点之间的距离，W′是第一沟槽的宽度；和
(ii)第二沟槽组，从抛光表面的中心部分向周边部分延伸，与第一沟槽相交，包括在中心部分区域中彼此接触的第二沟槽和在中心部分区域中不与任何其它第二沟槽接触的第二沟槽，并且彼此不相交。
5.根据权利要求4的化学机械抛光垫，其中虚拟直线和第一沟槽间的相邻交点间的距离P′是3.8mm或以上。
6.根据权利要求4的化学机械抛光垫，其中第一沟槽的宽度W′是0.375mm或以下。
7.一种通过使用权利要求1至6中任一项的化学机械抛光垫来使被抛光的物体进行化学机械抛光的化学机械抛光方法。
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