TW202135982A

TW202135982A - 帶有具有設計的開放空隙空間的突起結構之cmp拋光墊

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Publication number: TW202135982A
Application number: TW110108919A
Authority: TW
Inventors: 約翰Ｒ麥科密克; 布萊恩Ｅ巴頓
Original assignee: 美商羅門哈斯電子材料Ｃｍｐ控股公司
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2021-10-01
Also published as: US20230311269A1; US20210299816A1; JP2021154484A; KR20210119897A; CN113442057B; CN113442057A

Abstract

一種可用於化學機械拋光的拋光墊包括具有頂側的基墊和在該基墊的該頂側上的多個突起結構，該突起結構中的每一個具有主體，其中該主體具有 (i) 限定該突起結構的外部形狀的外周表面，(ii) 限定中心腔的內部表面以及 (iii) 限定初始拋光表面積的頂部表面，其中該主體在其中進一步具有從該腔至該外周表面的開口。

Description

帶有具有設計的開放空隙空間的突起結構之CMP拋光墊

本發明總體上關於用於化學機械拋光的拋光墊的領域。特別地，本發明關於可用於磁性、光學和半導體襯底的化學機械拋光的具有拋光結構的化學機械拋光墊，該化學機械拋光包括記憶體以及邏輯積體電路的前道（FEOL）或後道（BEOL）加工。

在積體電路以及其他電子裝置的製造中，將多層導電材料、半導電材料以及介電材料沈積到半導體晶圓的表面上和從該表面上部分地或選擇性地移除。可以使用許多沈積技術來沈積導電材料、半導電材料以及介電材料的薄層。在現代晶圓加工中常見的沈積技術除其他之外包括物理氣相沈積（PVD）（也稱為濺射）、化學氣相沈積（CVD）、電漿增強的化學氣相沈積（PECVD）、以及電化學沈積（ECD）。常見的移除技術除其他之外包括濕蝕刻和乾蝕刻；各向同性蝕刻和各向異性蝕刻。

隨著材料層被依次地沈積和移除，晶圓的最上表面變成非平面的。因為後續的半導體加工（例如光刻、金屬化等）要求晶圓具有平坦的表面，所以需要對晶圓進行平坦化。平坦化可用於移除不希望的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、團聚的材料、晶格損傷、劃痕、以及被污染的層或材料。另外，在鑲嵌（damascene）製程中，沈積材料以填充由圖案化蝕刻產生的凹進區域，但是填充步驟可能不精確並且相對於凹進的填充不足，過度填充係較佳的。因此，需要移除凹進之外的材料。

化學機械平坦化或化學機械拋光（CMP）係用於平坦化或拋光工件（如半導體晶圓）並移除鑲嵌製程中多餘材料的常用技術。在常規CMP中，將晶圓載體或拋光頭安裝在載體組件上。拋光頭保持晶圓並使晶圓定位成與拋光墊的拋光表面接觸，該拋光墊安裝在CMP設備內的工作臺或壓板上。載體組件在晶圓與拋光墊之間提供可控制的壓力。同時，將漿料或其他拋光介質分配到拋光墊上並吸入晶圓與拋光層之間的間隙中。為了進行拋光，拋光墊和晶圓典型地相對於彼此旋轉。當拋光墊在晶圓下方旋轉時，晶圓經過典型地環形拋光軌跡或拋光區域，其中晶圓的表面直接面對拋光層。藉由拋光表面和表面上的拋光介質（例如，漿料）的化學和機械作用來拋光晶圓表面並使之平坦。

在CMP期間拋光層、拋光介質和晶圓表面之間的相互作用在過去的幾年中在努力優化拋光墊的設計中已經係越來越多的研究、分析和高級數值建模的主題。自從將CMP用作半導體製造製程以來，大多數拋光墊的開發本質上皆為經驗性的，關於對許多不同的多孔和無孔聚合物材料的試驗以及此類材料的機械特性。一些方法關於提供具有從墊的基部延伸的各種突起結構的拋光墊-參見例如，美國專利案號6,817,925；7,226,345；7,517,277；9,649,742；美國專利公開號2014/0273777；美國專利案號6,776,699。其他方法使用可以形成具有空隙的通常整體式結構的格子結構。參見例如，美國專利案號7,828,634、7,517,277；或7,771,251。CN 20190627407揭露了具有凹進部分和中空突起的拋光結構，其中中空區域可以藉由在拋光期間移除突起的頂部表面而在頂部開放。頂部開口可以允許收集可能導致拋光缺陷的漿料顆粒和拋光碎屑。

U.S. 2019/0009458揭露了增材製造（即，3D列印）用於製造複雜單個整體結構的用途，該複雜單個整體結構如具有以下的那些：(a) 在其上具有表面部分的主體部分；(b) 在所述表面部分上形成的至少第一陣列的特徵元件，所述特徵元件中的每一個包括：(i) 連接到所述表面部分上並由其向上延伸的支撐結構；和 (ii) 連接到所述支撐結構上的頂部區段，所述頂部結構和所述支撐結構一起限定在其中形成的內部腔。該等結構被揭露為在壓力下塌陷並且然後返回至先前的構造。該結構被揭露為可用於雜訊和振動隔離以及皮膚身體接觸應用。

本文揭露了一種可用於化學機械拋光的拋光墊，該拋光墊包括基墊和在該基墊上的多個突起結構，該突起結構中的每一個具有主體，其中該主體具有 (i) 限定該突起結構的外部形狀的外周表面，(ii) 限定一個或多個中心腔的內部表面以及 (iii) 限定初始拋光表面積的頂部表面，其中該主體在其中進一步具有從該腔至該外周表面的開口。

還揭露了一種使用此種拋光墊進行拋光的方法。

如本文揭露的拋光墊包括在其上具有多個突起結構的基墊。突起結構具有在結構的頂部處開放的至少一個中心腔並且具有從腔到突起結構的外周的開口（即，側開口或壁開口）。

此類墊可以提供某些優點。具體地，設計呈現相對高的表面拋光表面積（還被稱為接觸面積，因為這係墊的接觸被拋光的表面的部分），同時一個或多個空隙（例如，腔和/或開口）使得能夠良好管理/傳輸典型地使用的拋光流體。此流體管理特徵可以説明控制溫度-例如，減少或限制在拋光期間由於摩擦加熱的溫度增加。較低的拋光溫度可以説明保持拋光墊的機械特性，並且可以幫助避免墊或被拋光的襯底中不可逆的熱誘導的化學反應。墊中的化學反應可能增加拋光期間缺陷產生的可能性。

在突起的主體中具有中心腔和側開口（或壁開口）的情況下，晶圓與突起結構之間可能存在流體的有效位移，從而減少墊與被拋光的襯底之間的接觸時間。這可以增加拋光表面與晶圓接觸的時間並且增加接觸的拋光突起的數量，其中的任一者可能潛在地產生更高的移除速率（更高的粗糙面接觸效率）和降低的缺陷率（降低的個體粗糙面接觸壓力）。例如，新穎結構以比其實心對應物更快的速率接近表面，如表1中所示，其中示出了特徵與襯底的接近速度。

在2.6 µm間隔下的速度（m/s）
半徑，mm	新穎（m/s）	實心（m/s）	比率
0.125	0.4100	0.0340	12.1
0.25	0.2770	0.0690	39.1
0.5	0.1200	0.0017	70.6

使用空隙可以使得能夠將具有更硬或更高模量的頂部拋光表面的墊施用到有待拋光的襯底，同時具有更低的總體壓縮模量。更低的模量可以改善墊對於有待拋光的襯底的符合性。例如，墊的有效壓縮模量可以是製成具有實心突起的墊的模量的至少0.1%、至少1%、至少10%、至20%或至少25%最高達100%、最高達90%、最高達80%、最高達70%、最高達60%、最高達50%或最高達40%，該實心突起具有相同外部尺寸和用於製造本文揭露的突起結構的相同材料。墊的有效壓縮模量可以使用ASTM D3574的修改版本確定，其中因為不能實現0.49英吋的指定厚度，所以將變形速率從指定的0.5英吋/分鐘減慢至0.04英吋/分鐘的速率並且將壓縮的截面面積從1平方英吋降低至0.125平方英吋，以減少樣品厚度變化和捲曲的影響。可以添加額外的電容感測器以更準確地測量給定應力下的應變。如根據此方法測量的墊的有效模量可以是至少0.1兆帕斯卡、至少1兆帕斯卡、至少5兆帕斯卡、至少10兆帕斯卡、至少20兆帕斯卡、至少40兆帕斯卡、至少50兆帕斯卡、至少70兆帕斯卡或至少100兆帕斯卡（MPa）最高達5吉帕斯卡、或最高達1吉帕斯卡（GPa）、或最高達700 MPa、最高達500 MPa、最高達300 MPa。

具有腔和側主體開口（即，壁開口）的突起結構可以是機械上更穩健的，因為相比於具有當量直徑的實心突起結構，它們顯示更小的變形。當量直徑D被計算為 D = 2*[{(初始拋光表面積)/π}的平方根]。因此，如果突起結構的初始拋光表面積係28.3，具有6的直徑的圓柱形結構將是具有當量直徑的實心結構，無論如本文揭露的具有空隙的突起結構的直徑如何。與如本文揭露的具有腔和開口的突起結構相比，實心突起結構的計算的變形在圖5中示出。對於圖5，該結構係圓柱形的，高度係0.125英吋（0.635 cm）並且施加的壓力係5磅/平方英吋（psi）或34.5 kPa。這證明了對於當量直徑，如本文揭露的結構具有比實心突起結構更強的機械特性。對於直徑小於0.5毫米（mm）的實心突起結構，不能準確地計算變形，但是認為其繼續對於0.5 mm或更大的實心突起結構所示的向上趨勢。

本文敘述的帶有具有空隙設計的突起結構的墊隨著突起在使用期間被磨損可以具有基本上恒定的拋光面積，當選擇壁開口的大小和取向以確保此種恒定性時。基墊

本文揭露的拋光墊包括在其上具有突起結構的基墊。

基墊或基層可以是單層或者可以包括多於一個層。基墊的頂部表面可以在x-y笛卡爾座標中限定平面。基部可以設置在子墊上。例如，基層可以藉由機械緊固件或藉由黏合劑附接到子墊上。子墊可以由任何合適的材料製成，包括例如可用於基層的材料。在一些方面，基層可以具有至少0.5 mm或至少1 mm的厚度。在一些方面，基層可以具有不超過5 mm、不超過3 mm或不超過2 mm的厚度。可以提供呈任何形狀的基層，但是具有的直徑為至少10釐米、至少20釐米、至少30釐米、至少40釐米或至少50釐米（cm）最高達100 cm、最高達90 cm或最高達80 cm的圓形或盤形可以是方便的。

基墊或基層可以包含已知用作拋光墊的基層的任何材料。例如，它可以包含聚合物、聚合物材料與其他材料的複合物、陶瓷、玻璃、金屬、石材或木材。由於與可以形成突起結構的材料的相容性，聚合物和聚合物複合物可以用作基墊，特別是用於頂部層（如果存在多於一個層）。此類複合物的實例包括填充有碳或無機填料的聚合物和浸漬有聚合物的例如玻璃或碳纖維的纖維墊。墊的基部可以由具有以下特性中的一種或多種的材料製成：如例如藉由ASTMD412-16確定的至少2 MPa、至少2.5 MPa、至少5 MPa、至少10 MPa或至少50 MPa最高達900 MPa、最高達700 MPa、最高達600 MPa、最高達500 MPa、最高達400 MPa、最高達300 MPa或最高達200 MPa的楊氏模量。基墊可以由具有以下根據ASTM D3574的壓縮模量的材料製成：至少2 MPa、至少2.5 MPa、至少5 MPa、至少10 MPa或至少50 MPa最高達900 MPa、最高達700 MPa、最高達600 MPa、最高達500 MPa、最高達400 MPa、最高達300 MPa或最高達200 MPa。基墊可以由以下材料製成，該材料具有如例如藉由ASTM E132015確定的至少0.05、至少0.08或至少0.1最高達0.6或最高達0.5的泊松比；至少0.4克/立方釐米或至少0.5克/立方釐米最高達1.7克/立方釐米、最高達1.5克/立方釐米或最高達1.3克/立方釐米（g/cm³ ）的密度。

可以用於基墊中的此類聚合物材料的實例包括聚碳酸酯、聚碸、尼龍、環氧樹脂、聚醚、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亞胺、聚胺酯、聚醚碸、聚醯胺、聚醚醯亞胺、聚酮、環氧化物、矽酮、其共聚物（如聚醚-聚酯共聚物）及其組合或共混物。

聚合物可以是聚胺酯。聚胺酯可以單獨使用或者可以是碳或無機填料和例如玻璃或碳纖維的纖維墊的基質。為了本說明書的目的，「聚胺酯」係衍生自雙官能或多官能異氰酸酯的產物，例如聚醚脲、聚異氰脲酸酯、聚胺酯、聚脲、聚胺酯脲、其共聚物及其混合物。根據的CMP拋光墊可以藉由包括以下的方法製造：提供異氰酸酯封端的尿烷預聚物；單獨提供固化組分；並且將異氰酸酯封端的尿烷預聚物和固化組分組合形成組合，然後使該組合反應以形成產物。可以藉由將澆鑄聚胺酯餅刮至所需厚度來形成基墊或基層。視需要，當澆鑄多孔聚胺酯基質時，用IR輻射、感應電流或直流電流對餅模進行預熱可以降低產品的可變性。視需要，可以使用熱塑性或熱固性聚合物。聚合物可以是交聯的熱固性聚合物。突起結構

突起結構在基墊上並且從該基墊突起。它們從由基墊的頂部表面限定的xy平面在z方向上突出。突起結構可以與由基墊限定的xy平面係正交的（垂直的），或者它們可以成一定角度。它們可以與基墊或基墊的頂部層係一體的，或者可以是不同的並黏附到基墊。它們可以具有與基墊相同的材料或與基墊不同的材料。

突起結構特徵為限定突起結構的外部形狀的外周表面、限定一個或多於一個中心腔的內部表面和限定初始拋光表面積A_ips 的頂部表面。突起結構包括從外周至腔的開口。在使用拋光墊時，突起結構被磨損，暴露新的頂部表面以限定具有後續拋光表面積A_sps 的後續拋光表面。這繼續在拋光期間發生。還被稱為側孔或壁開口的開口可以定位在突起結構中，使得隨著突起結構在拋光期間被磨損，可用於拋光的表面基本上不變化-即，「基本上恒定的接觸面積」。例如，基本上恒定的接觸面積可以被定義為在拋光期間在任何時間的在初始拋光表面積A_ips 的25%內或10%內的後續拋光表面積A_sps 。單個突起結構可以具有基本上恒定的接觸面積。

墊與其所有的突起結構可以具有基本上恒定的接觸面積。例如，墊上的單個突起結構可以具有以下接觸面積（即，後續拋光表面積），如果墊上的其他突起結構以相反方式變化，該接觸面積相比於初始拋光表面積變化超過25%，使得總體上墊具有基本上恒定的接觸面積（即，拋光中給定點處墊上所有突起的累積後續拋光表面積與累積初始拋光表面積相差不超過25%或不超過10%（基於累積初始拋光表面積））。

接觸面積比係多個突起結構的累積表面接觸面積A_cpsa 除以基部面積A_b _。可以藉由將所有突起結構的頂表面11的面積相加來計算累積表面接觸面積。由於墊常規地是圓形的，因此對於常規的墊形狀π(r_b )² ，其中r_b 係墊的半徑。根據某些實施方式，A_cpsa /A_b 的比率為至少0.1、至少0.2、至少0.3或至少0.4且不大於0.8、不大於0.75、不大於0.7、不大於0.65或不大於0.6。

圖1、圖3和圖4示出了基本上圓柱形突起結構10的實例。圖3和圖4示出了基墊12上的三個這樣的結構10。圖4示出了具有基墊12和突起結構10的拋光墊1的部分視圖。突起結構10具有外周表面14、頂部拋光表面15、限定腔17的內部表面16、以及開口18。開口在豎直和水平方向上彼此偏移以提供基本上恒定的接觸面積。

圖2示出了具有由外周24限定的葉狀外周、具有偏移開口28、內部表面26、和腔27的突起結構20的替代性構造。

突起結構可以具有距基部的頂部表面至少0.05 mm或至少0.1 mm最高達3 mm、最高達2.5 mm、最高達2 mm或最高達1.5 mm的高度。突起結構在其相對於基部表面的高度的其主軸上可以是垂直的或基本上正交的。可替代地，突起結構相對於基部表面可以成除90度以外的角度，使得它係傾斜的，或者使得基部比初始頂部表面稍微更大或稍微更小。

突起結構的外部形狀可以是對稱的或不對稱的。規則形狀的實例包括圓柱體、橢圓、正方形、正多邊形（等邊三角形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形等）、對稱葉狀結構。不對稱形狀的實例包括具有不同大小的側邊的不規則多邊形、不對稱葉狀結構等。

外部可以是完全凸出的或者可以包括凹部分和凸部分。圖1示出了凸出的外周，而圖2示出了具有凹部分和凸部分的外周。

外周可以具有至少0.2 mm、至少0.5 mm、至少0.7 mm或至少1 mm、最高達50 mm、最高達20 mm、最高達10 mm、最高達5 mm、最高達3 mm或最高達2 mm的最大尺寸（即，從外周上的一個點到外周上的最遠點）。對於如例如圖2中所示的具有帶有凸部分和凹部分的外周的結構，外周還可以具有可以是至少0.01 mm、至少0.05 mm、至少0.1 mm或至少0.5 mm最高達5 mm、最高達3 mm、最高達2 mm或最高達1 mm的結構的截面的最短尺寸（例如，流體將跨越突起結構的頂部表面行進的最短距離，例如跨越頂部表面從外周到腔的距離）。

突起結構包括一個或多個腔。腔可以由突起結構的內部表面限定。每個突起結構的腔可以是單個腔或可以是兩個或更多個腔。如果每個突起結構存在兩個或更多個腔，則它們可以由內部表面和支撐肋等限定。一個或多個腔可以延伸突起結構的整個高度。腔在突起結構的頂部處對於周圍環境可以是開放的。如果使用兩個或更多個相鄰腔，則該兩個或更多個腔可以各自在突起結構的頂部處對於周圍環境係開放的。腔可以是任何形狀。例如，腔可以是與外周基本上相同的形狀，或者可以是不同形狀。腔可以是對稱的或不對稱的。規則形狀的實例包括圓柱體、橢圓、正方形、正多邊形（等邊三角形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形等）、對稱葉狀結構。不對稱形狀的實例包括具有不同大小的側邊的不規則多邊形、不對稱葉狀結構等。腔可以具有x-y平面（由基墊的頂部表面和/或由頂部拋光表面限定）中的突起結構的此平面中最大尺寸的20%或30%最高達90%、最高達80%、最高達70%或最高達60%的最大尺寸。從外周至腔的距離可以是至少0.05 mm、至少0.1 mm、至少0.3 mm、至少0.5 mm、至少0.7 mm、至少1 mm或至少1.2 mm最高達8 mm、最高達7 mm、最高達6 mm、最高達5 mm、最高達4 mm、最高達3 mm、最高達2 mm或最高達1.8 mm。

突起結構包括從外周至一個或多個腔延伸的一個或多個開口。側開口可以在由基墊的表面限定的x-y平面的方向上彼此偏移。側開口在相對於基墊的表面的豎直或z方向上可以在交替區域中。圖6示出了外周表面14的一部分表面的平面視圖（即，如同周邊在平面上鋪開），其中長方形開口18在水平方向上彼此間隔一段距離，寬度w，並且在豎直方向上，當一個開口停止時，另一個開口開始。側開口可以是其他形狀，如平行四邊形、三角形、不規則形狀，前提係開口以互補的方式佈置，使得開口之間存在足夠的實心支撐以提供機械完整性和基本上恒定的接觸面積。側開口可以在豎直方向上係重疊的，只要拋光表面積係基本上恒定的接觸面積即可。在z方向上的給定點處，在腔與外周之間可以存在0、1、2、3、4、5至100、至80、至60、至50、至40、至30、至20、至10個開口。側開口的高度可以是突起結構的總高度（從基墊的頂部表面至初始拋光表面）的5%、10%、20%、30%最高達90%、最高達80%、最高達70%、最高達60%、最高達50%、最高達40%。外周上側開口的尺寸可以與腔處的側開口的尺寸相同，但是通常將大於腔處側開口的尺寸。如由基墊的表面限定的x-y平面中開口的尺寸在外周處可以是至少0.1 mm、至少0.2 mm、至少0.5 mm最高達15 mm、最高達10 mm、最高達8 mm、最高達5 mm、最高達4 mm。在x-y平面中在內部表面處側開口（壁開口）的尺寸將不大於外周處此開口的尺寸，並且將通常更小以在內部表面上比在主體的外部上產生更小的表面積（相對於主體的外周圍繞腔的周邊的更小的距離）。因此，內部表面處側開口的內部尺寸可以是外周處此開口的尺寸的10%、20%、30%或40%最高達100%、最高達90%、最高達80%、最高達70%。

突起結構的拋光表面積（初始和/或後續）可以是0.05 mm² 、0.1 mm² 或0.2 mm² 最高達30 mm² 、最高達25 mm² 、最高達20 mm² 、最高達15 mm² 、最高達10 mm² 或最高達5 mm² 。

突起結構的空隙分數可以是至少0.1、至少0.3、至少0.5最高達0.96、最高達0.95、最高達0.90、最高達0.85或最高達0.80，其中空隙分數藉由腔和開口的體積除以由突起結構的外部限定的體積來計算。

突起結構可以以任何構造佈置在工作表面上。在一個實施方式中，它們可以佈置成沿相同方向取向的六邊形堆積結構。在另一實施方式中，它們可以以徑向圖案佈置，該徑向圖案取向使得一個葉瓣與該徑向對準。突起結構不需要以任何宏觀取向來取向。可以調節宏觀取向以實現希望的移除速率，平坦化效果，缺陷控制，均勻性控制以及如對於希望的漿料量所需的。

突起結構可以彼此隔開 - 即，它們彼此不直接接觸。相鄰突起結構之間的間隔可以是但不必是恒定的。該結構可以從一個突起結構的中心到相鄰突起結構的中心以一定距離（即，節距）間隔，該距離係從外周上一個點到另一個點的最長尺寸的1倍、1.5倍或2倍最高達50倍、最高達20倍、最高達10倍、最高達7倍、最高達5倍或最高達4倍。節距（從一個突起結構的中心到相鄰突起結構的中心的距離）可以是至少0.7 mm、至少1 mm、至少5 mm、至少10 mm或至少20 mm最高達150 mm、最高達100 mm、最高達50 mm或最高達30 mm。從一個突起結構的周邊至相鄰突起結構的最近周邊的距離可以是至少0.02 mm、至少0.05 mm、至少0.1 mm、至少0.5 mm或至少1 mm最高達100 mm、最高達50 mm、最高達20 mm、最高達10 mm或最高達5 mm。

突起結構可以由已知可用於拋光墊的任何材料形成。突起結構的組成可以與基部的組成相同或不同。例如，突起結構可以包括聚合物材料或可以由聚合物材料組成。此類聚合物材料的實例包括聚碳酸酯、聚碸、尼龍、聚醚、環氧樹脂、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亞胺、聚胺酯、聚醚碸、聚醯胺、聚醚醯亞胺、聚酮、環氧樹脂、矽酮、其共聚物（如聚醚-聚酯共聚物）及其組合或共混物。突起結構可以包括聚合物材料與其他材料的複合物。此類複合物的實例包括填充有碳或無機填料的聚合物。根據某些實施方式，一個或多個突起結構由具有以下一種或多種特性的材料製成：如例如藉由ASTMD412-16確定的至少2 MPa、至少2.5 MPa、至少5 MPa、至少10 MPa、至少20 MPa、至少50 MPa或至少100 MPa最高達10吉帕斯卡、最高達5吉帕斯卡或最高達1吉帕斯卡（GPa）或最高達900 MPa、最高達800 MPa、最高達700 MPa、最高達600 MPa、最高達500 MPa、最高達400 MPa或最高達300 MPa的楊氏模量；0.4或0.5至1.7或1.5或1.3 g/cm³ 的密度。突起結構的材料可以具有如藉由ASTM D3574確定的以下壓縮模量：至少2 MPa、至少2.5 MPa、至少5 MPa、至少10 MPa、至少20 MPa、至少50 MPa或至少100 MPa最高達10吉帕斯卡、最高達5吉帕斯卡或最高達1吉帕斯卡（GPa）或最高達900 MPa、最高達800 MPa、最高達700 MPa、最高達600 MPa、最高達500 MPa、最高達400 MPa或最高達300 MPa。

墊可以藉由任何合適的製程來製造。例如，可以藉由已知方法藉由增材製造來製造墊，並且藉由這種增材製造將突起結構構建在墊的所設置的基部上，或者可以藉由增材製造來製造整個墊。

當在基墊和/或突起結構中使用聚胺酯時，它可以是多官能異氰酸酯和多元醇的反應產物。例如，可以使用多異氰酸酯封端的尿烷預聚物。用於形成本發明的化學機械拋光墊的拋光層的多官能異氰酸酯可以選自由以下組成之群組：脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯及其混合物。例如，用於形成本發明的化學機械拋光墊的拋光層的多官能異氰酸酯可以是選自由以下組成之群組的二異氰酸酯：2,4-甲苯二異氰酸酯；2,6-甲苯二異氰酸酯；4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯；萘-1,5-二異氰酸酯；聯甲苯胺二異氰酸酯；對伸苯基二異氰酸酯；苯二甲基二異氰酸酯；異佛爾酮二異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯；4,4'-二環己基甲烷二異氰酸酯；環己烷二異氰酸酯；及其混合物。多官能異氰酸酯可以是藉由二異氰酸酯與預聚物多元醇的反應形成的異氰酸酯封端的尿烷預聚物。異氰酸酯封端的尿烷預聚物可以具有2 wt%至12 wt%、2 wt%至10 wt%、4 wt%-8 wt%或5 wt%至7 wt%的未反應的異氰酸酯（NCO）基團。用於形成多官能異氰酸酯封端的尿烷預聚物的預聚物多元醇可以選自由以下組成之群組：二醇、多元醇、多元醇二醇、其共聚物及其混合物。例如，該預聚物多元醇可以選自由以下組成之群組：聚醚多元醇（例如，聚(氧四亞甲基)二醇、聚(氧伸丙基)二醇及其混合物）；聚碳酸酯多元醇；聚酯多元醇；聚己內酯多元醇；其混合物；以及其與選自由以下組成之群組的一種或多種低分子量多元醇的混合物：乙二醇；1,2-丙二醇；1,3-丙二醇；1,2-丁二醇；1,3-丁二醇；2-甲基-1,3-丙二醇；1,4-丁二醇；新戊二醇；1,5-戊二醇；3-甲基-1,5-戊二醇；1,6-己二醇；二乙二醇；二丙二醇；以及三丙二醇。例如，該預聚物多元醇可以選自由以下組成之群組：聚四亞甲基醚二醇（PTMEG）；基於酯的多元醇（如己二酸乙二醇酯、己二酸丁二醇酯）；聚丙烯醚二醇（PPG）；聚己內酯多元醇；其共聚物；及其混合物。例如，該預聚物多元醇可以選自由PTMEG和PPG組成之群組。當預聚物多元醇為PTMEG時，異氰酸酯封端的尿烷預聚物可以具有的未反應異氰酸酯（NCO）濃度為2 wt%至10 wt%（更較佳的是4 wt%至8 wt%；最較佳的是6 wt%至7 wt%）。可商購的基於PTMEG的異氰酸酯封端的尿烷預聚物的實例包括Imuthane®預聚物（可從美國科意公司（COIM USA, Inc.）獲得，如PET-80A、PET-85A、PET-90A、PET-93A、PET-95A、PET-60D、PET-70D、PET-75D）；Adiprene®預聚物（可從科聚亞公司（Chemtura）獲得，如LF 800A、LF 900A、LF 910A、LF 930A、LF 931A、LF 939A、LF 950A、LF 952A、LF 600D、LF 601D、LF 650D、LF 667、LF 700D、LF750D、LF751D、LF752D、LF753D和L325）；Andur®預聚物（可從安德森開發公司（Anderson Development Company）獲得，如70APLF、80APLF、85APLF、90APLF、95APLF、60DPLF、70APLF、75APLF）。當預聚物多元醇為PPG時，異氰酸酯封端的尿烷預聚物可以具有的未反應異氰酸酯（NCO）濃度為3 wt%至9 wt%（更較佳的是4 wt%至8 wt%，最較佳的是5 wt%至6 wt%）。可商購的基於PPG的異氰酸酯封端的尿烷預聚物的實例包括Imuthane®預聚物（可從美國科意公司獲得，如PPT-80A、PPT-90A、PPT-95A、PPT-65D、PPT-75D）；Adiprene®預聚物（可從科聚亞公司獲得，如LFG 963A、LFG 964A、LFG 740D）；以及Andur®預聚物（可從安德森開發公司獲得，如8000APLF、9500APLF、6500DPLF、7501DPLF）。異氰酸酯封端的尿烷預聚物可以是具有小於0.1 wt%的游離甲苯二異氰酸酯（TDI）單體含量的低游離異氰酸酯封端的尿烷預聚物。也可以使用非TDI基異氰酸酯封端的尿烷預聚物。例如，異氰酸酯封端的尿烷預聚物包括藉由4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）與多元醇如聚四亞甲基二醇（PTMEG）與視需要的二醇如1,4-丁二醇（BDO）反應形成的那些。當使用此類異氰酸酯封端的尿烷預聚物時，未反應異氰酸酯（NCO）的濃度較佳的是4 wt%至10 wt%（更較佳的是4 wt%至10 wt%，最較佳的是5 wt%至10 wt%）。此類別中可商購的異氰酸酯封端的尿烷預聚物的實例包括Imuthane®預聚物（可從美國科意公司獲得，如27-85A、27-90A、27-95A）；Andur®預聚物（可從安德森開發公司獲得，如IE75AP、IE80AP、IE 85AP、IE90AP、IE95AP、IE98AP）；以及Vibrathane®預聚物（可從科聚亞公司獲得，如B625、B635、B821）。

與具有實心突起（具有相同外周）的墊相比，具有如本文揭露的突起的墊出人意料地可以具有改善的移除速率，儘管由於腔，它們將具有更小的拋光表面積。例如，使用兩個墊來使用2英吋（5.1 cm）原矽酸四乙酯晶圓在CETR牌8英吋（20.3 cm）拋光機上進行拋光。使用Klebosol® II 1730（膠體二氧化矽漿料）作為拋光漿料。利用標準橢圓光度法晶圓計量學來測量拋光前和拋光後的晶圓厚度以計算移除速率。將晶圓拋光60秒，之後在測量之前進行清潔和乾燥。移除速率數據在圖7中呈現。該等數據顯示，與具有相似數量和間隔的相同外周和材料的實心圓柱形突起的墊相比，具有多個具有6.28 mm的外周、1 mm直徑的腔大小和在任何高度處的4個開口（開口高度為0.2 mm）和22.5度角度的圓柱形突起的墊給予改善的移除速率響應。方法

如在此揭露的拋光墊可以用於拋光襯底。例如，拋光方法可以包括提供有待拋光的襯底，並且然後使用本文揭露的具有突起的墊與有待拋光的襯底接觸來進行拋光。襯底可以是需要進行拋光或平坦化的任何襯底。此類襯底的實例包括磁性襯底、光學襯底和半導體襯底。該方法可以是積體電路的前道或後道加工的一部分。例如，該方法可以用於移除不希望的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、團聚的材料、晶格損傷、劃痕以及被污染的層或材料。此外，在鑲嵌製程中，沈積材料以填充由光刻、圖案化蝕刻和金屬化的一個或多個步驟產生的凹進區域。某些步驟可能是不精確的 - 例如，可能存在凹進的過度填充。在此揭露的方法可以用於移除凹進以外的材料。該方法可以是化學機械平坦化或化學機械拋光，兩者均可以被稱為CMP。載體可以保持有待拋光的襯底 - 例如，半導體晶圓（具有或不具有藉由光刻和金屬化形成的層）與拋光墊的拋光元件接觸。漿料或其他拋光介質可以分配到襯底與拋光墊之間的間隙中。拋光墊和襯底相對於彼此移動 - 例如，旋轉。拋光墊典型地位於有待拋光的襯底的下面。拋光墊可以旋轉。有待拋光的襯底也可以移動 - 例如，在拋光軌跡如環形上移動。相對移動導致拋光墊接近並接觸襯底的表面。

例如，該方法可以包括：提供具有壓板或載體組件的化學機械拋光設備；提供至少一個有待拋光的襯底；提供如本文揭露的化學機械拋光墊；將該化學機械拋光墊安裝到該壓板上；視需要，在化學機械拋光墊的拋光部分與襯底之間的介面處提供拋光介質（例如，含有反應性液體組成物的漿料和/或非研磨物）；在拋光墊的拋光部分與襯底之間產生動態接觸，其中從襯底移除至少一些材料。載體組件可以提供正在拋光的襯底（例如，晶圓）與拋光墊之間的可控制壓力。可以將拋光介質分配到拋光墊上並吸入晶圓與拋光層之間的間隙中。拋光介質可以包含水、pH調節劑和視需要以下中的但不限於以下的一種或多種：研磨顆粒、氧化劑、抑制劑、殺生物劑、可溶性聚合物和鹽。研磨顆粒可以是氧化物、金屬、陶瓷或其他合適的硬材料。典型的研磨顆粒係膠體二氧化矽、氣相二氧化矽、二氧化鈰和氧化鋁。拋光墊和襯底可以相對於彼此旋轉。當拋光墊在襯底下方旋轉時，襯底可以掃出典型地環形拋光軌跡或拋光區域，其中晶圓的表面直接面對拋光墊的拋光部分。藉由拋光層和表面上的拋光介質的化學和機械作用來拋光晶圓表面並使之平坦。視需要，拋光墊的拋光表面可以在開始拋光之前用研磨修整器進行修整。視需要，在本發明的方法中，所提供的化學機械拋光設備進一步包括光源和光感測器（較佳的是多感測器攝譜儀）；並且所提供的化學機械拋光墊進一步包括終點檢測窗口；並且該方法進一步包括：藉由將來自光源的光傳輸通過終點檢測窗口並且分析從襯底的表面反射回通過終點檢測窗口入射在光感測器上的光來確定拋光終點。襯底可以具有金屬或金屬化表面，如含有銅或鎢的表面。襯底可以是磁性襯底、光學襯底和半導體襯底。

本揭露進一步涵蓋以下方面。

方面1：一種可用於化學機械拋光的拋光墊，該拋光墊包括具有頂側的基墊、在該基墊的該頂側上的多個突起結構，該突起結構中的每一個具有主體，其中該主體具有 (i) 限定該突起結構的外部形狀的外周表面，(ii) 限定一個或多個中心腔的內部表面以及 (iii) 限定初始拋光表面積的頂部表面，其中該主體在其中進一步具有從該腔至該外周表面的開口。

方面2：如方面1所述之拋光墊，其中該外部形狀係圓柱形、橢圓形、多邊形、或不規則彎曲表面。

方面3：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該中心腔具有圓柱形、橢圓形、多邊形、或不規則彎曲表面的形狀。

方面4：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其包括兩個或更多個腔。

方面5：如方面4所述之拋光墊，其中該兩個或更多個腔由該內部表面和一個或多個間隔壁或肋限定。

方面6：如方面1-3中任一項所述之拋光墊，其具有一個腔。

方面7：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該開口各自具有的高度為該突起結構的高度的至少5%、較佳的是至少10%、更較佳的是至少20%、並且最較佳的是至少30%。

方面8：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該開口中的每一個具有的高度為該突起結構的高度的不超過80%、較佳的是不超過70%、更較佳的是不超過60%、還更較佳的是不超過50%、並且最較佳的是不超過最高達40%。

方面9：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中在z方向上在距該基墊的表面給定水平的距離處的開口的數量係2至80、較佳的是3至60、更較佳的是4至50、並且最較佳的是5至50。

方面10：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其具有0.3至0.96、較佳的是0.4至0.95、更較佳的是0.5至0.90的總空隙分數。

方面11：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該基墊和該突起結構彼此係一體的。

方面12：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中突起結構的頂部表面在襯底的拋光期間被磨損以暴露新拋光表面，該新拋光表面具有該突起結構的後續拋光表面積，該後續拋光表面積與該突起結構的該初始拋光表面積相差小於25%、較佳的是小於10%、更較佳的是小於5%。

方面13：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該突起結構一起具有總初始拋光表面積，該總初始拋光表面積係該墊上所有突起結構的該初始拋光表面積的總和，並且其中在拋光期間，暴露新總拋光表面積，該新總拋光表面積與該總初始拋光表面積相差小於25%、較佳的是小於10%。

方面14：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中每個突起結構在與該基墊的表面平行的方向上具有0.2 mm至10 mm、較佳的是0.5 mm至5 mm、更較佳的是0.7 mm至2 mm的最大尺寸。

方面15：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中突起結構的外周表面和相鄰突起結構的外周表面相距0.02 mm至40 mm、較佳的是0.05 mm至20 mm、更較佳的是0.1 mm至10 mm、並且還更較佳的是0.5 mm至5 mm。

方面16：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該突起結構的高度為0.05 mm至3 mm、較佳的是0.1 mm至2 mm、更較佳的是0.5 mm至1.5 mm。

方面17：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中從該外周至該腔的距離係0.05 mm至8 mm、較佳的是0.1 mm至7 mm、更較佳的是0.3 mm至6 mm、還更較佳的是0.5 mm至5 mm、仍然更較佳的是0.7 mm至4 mm、甚至更較佳的是1 mm至3 mm、並且最較佳的是0.8 mm至2 mm。

方面18：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中有效壓縮模量為1 MPa至700 MPa、較佳的是5 MPa至500 MPa、更較佳的是10 MPa至300 MPa。

方面19：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該突起結構由具有2 MPa至10 GPa、較佳的是10 MPa至5 GPa、更較佳的是50 MPa至900 MPa、還更較佳的是100 MPa至700 MPa的材料製成。

方面20：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該有效壓縮模量係具有相同數量和圖案的相同材料和相同外部尺寸但沒有腔和開口的突起結構的墊的有效壓縮模量的1%至90%、較佳的是5%至90%、更較佳的是10%至80%並且還更較佳的是25%至70%。

方面21：如前述方面中任一項所述之拋光墊，其中該腔在與該基墊的表面平行的方向上具有的尺寸為該突起結構在與該基墊的表面平行的方向上的最大尺寸的20%至90%、較佳的是20%至80%、更較佳的是30%至70%。

方面22：一種方法，其包括提供襯底，使用如前述方面中任一項所述之拋光墊對該襯底進行拋光。

方面23：一種方法，其包括在拋光之前或期間在襯底與拋光墊的介面處提供拋光介質。

組成物、方法和製品可以替代性地包括本文揭露的任何適當的材料、步驟或組分，由該材料、步驟或組分組成或基本上由該材料、步驟或組分組成。組成物、方法和製品可以另外或替代性地被配製成缺乏或基本上不含在其他情況下對於實現組成物、方法和製品的功能或目的不必需的任何材料（或物種）、步驟或組分。

本文揭露的所有範圍包括端點，並且端點可獨立地彼此組合（例如，「最高達25 wt.%或更具體地5 wt.%至20 wt.%」的範圍包括端點和「5 wt.%至25 wt.%」的範圍的所有中間值等）。此外，所述之上限和下限可以組合以形成範圍（例如，「至少1重量百分比或至少2重量百分比」和「最高達10重量百分比或5重量百分比」可以組合為範圍「1重量百分比至10重量百分比」、或「1重量百分比至5重量百分比」或「2重量百分比至10重量百分比」或「2重量百分比至5重量百分比」）。「組合」包括共混物、混合物、合金、反應產物等。術語「第一」、「第二」等不指示任何順序、數量或重要性，而是用於將一個要素與另一個要素進行區分。術語「一個/種（a/an）」和「該（the）」不指示數量的限制，並且除非在本文中以其他方式指出或與上下文明顯矛盾，否則被解釋為包括單數和複數二者。除非以其他方式明確說明，否則「或」意指「和/或」。在整個說明書中提及「一些實施方式」、「實施方式」等意指結合該實施方式所述之要素包括在本文所述之至少一個實施方式中，並且可以存在於或可以不存在於其他實施方式中。此外，應理解，所描述的要素可以在各種實施方式中以任何合適的方式組合。「其組合」係開放式的並且包括包含所列組分或特性中的至少一種視需要連同未列出的類似或等同組分或特性的任何組合。

除非在本文中相反地說明，否則所有的測試標準係實際上截止本申請的申請日期或者如果要求優先權，則係截止測試標準出現的最早優先權申請的申請日期的最新標準。

1:拋光墊 10,20:突起結構 12:基墊 14:外周表面 15:頂部拋光表面 16:內部表面 17:限定腔 18:開口 24:外周 26:內部表面 27:腔 28:偏移開口

[圖1]係如可以在本發明的墊中使用的突起結構的實例之圖。

[圖2]係如可以在本發明的墊中使用的突起結構的實例之圖。

[圖3]係示出具有如可以在本發明的墊中使用的突起結構的佈置的基墊之圖。

[圖4]係示出具有基墊的拋光墊的一部分的圖，該基墊在其上具有突起結構之實例。

[圖5]係示出與如本文揭露的具有腔和開口的突起結構相比的實心突起結構的計算的預測變形（deflection）之圖。

[圖6]係示出開口的排列的示例性突起結構的外周之平面化視圖。

[圖7]係具有實心突起的拋光墊相對於如本文揭露的具有腔和開口的突起的移除速率之圖。

無

10:突起結構

14:外周表面

15:頂部拋光表面

16:內部表面

17:限定腔

18:開口

Claims

一種可用於化學機械拋光的拋光墊，該拋光墊包括：具有頂側的基墊，在該基墊的該頂側上的多個突起結構，該突起結構中的每一個具有主體，其中該主體具有 (i) 限定該突起結構的外部形狀的外周表面，(ii) 限定中心腔的內部表面以及 (iii) 限定初始拋光表面積的頂部表面，其中該主體在其中進一步具有從該腔至該外周表面的開口。
如請求項1所述之拋光墊，其中，該外部形狀係圓柱形、橢圓形、多邊形或不規則或規則彎曲表面。
如請求項1所述之拋光墊，其中，該中心腔具有為圓柱形、橢圓形、多邊形或不規則或規則彎曲表面的形狀。
如請求項1所述之拋光墊，其中，該基墊和該突起結構彼此係一體的。
如請求項1所述之拋光墊，其中，該頂部表面在襯底的拋光期間被磨損以暴露具有後續拋光表面積的新拋光表面，並且該主體和開口係使得基於該初始拋光表面積，該初始拋光表面積與該後續拋光表面積相差小於25%。
如請求項1所述之拋光墊，其中，該突起結構的特徵為0.1至0.96的空隙分數。
如請求項1所述之拋光墊，對於每個突起結構，該拋光墊具有兩個或更多個中心腔。
如請求項1所述之拋光墊，其中，該突起結構的楊氏模量高於該基墊的楊氏模量。
一種方法，其包括：提供襯底，使用如請求項1至6中任一項所述之拋光墊對該襯底進行拋光。
如請求項7所述之方法，其中，拋光介質在拋光期間存在於該襯底與該拋光墊之間的介面處。