TW202231756A - 具有具聚合外殼的成孔劑之化學-機械拋光下墊 - Google Patents

具有具聚合外殼的成孔劑之化學-機械拋光下墊 Download PDF

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Abstract

一種用於化學-機械拋光墊之下墊，該下墊具有具聚合外殼的成孔劑。亦描述製造該下墊及具有結合至下墊層之拋光表面層的拋光墊之方法。

Description

具有具聚合外殼的成孔劑之化學-機械拋光下墊
本發明大體上係關於用於化學機械平坦化中之拋光墊，且更特定言之，係關於具有具聚合外殼之成孔劑的下墊。
通常藉由在矽晶圓上依序沈積導電層、半導電層及/或絕緣層而在基板上形成積體電路。多種製造製程需要對基板上之此等層中之至少一者進行平坦化。舉例而言，對於某些應用(例如拋光金屬層以在經圖案化層之溝槽中形成通孔、插塞及線)，平坦化覆蓋層直至經圖案化層之頂部表面曝露。在其他應用(例如平坦化用於光微影之介電層)中，拋光覆蓋層直至在底層上方保持所需厚度。化學-機械平坦化(CMP)為一種平坦化方法。此平坦化方法通常涉及將基板安裝於載體頭部上。通常抵靠旋轉壓板上之拋光墊置放基板之曝露表面。載體頭部在基板上提供可控制負載(例如施加力)以抵靠旋轉拋光墊推動該基板。亦可在拋光期間將拋光液體(諸如具有研磨粒子之漿液)安置於拋光墊之表面上。
拋光墊可包括：頂部墊，其表面在拋光期間接觸經拋光表面；及下墊，其為頂部墊提供支撐。CMP製程之一個目標在於實現高拋光均勻性。然而，拋光墊之機械屬性之變化可能在不同批次的CMP墊之間導致較差拋光均勻性及/或效能變化。下墊可具有無孔或多孔結構。在CMP下墊中實現多孔結構之先前方法具有各種缺點。舉例而言，例如藉由使用化學或物理發泡劑形成之充氣孔隙可具有較差均勻性、大於較佳孔徑之孔徑，及/或孔隙壁之穿刺或撕裂(例如，使得鄰近孔隙變成互連以形成不可控的多孔網路)。此等不利特徵可產生具有可變且難以控制的機械屬性之CMP墊，從而產生可變且難以控制的CMP效能特性。
在開始時應理解，儘管下文說明了本發明之實施例之實例實施，但無論當前已知與否，可使用任何數目之技術來實施本發明。本發明決不應受限於下文所說明之實例實施、圖式及技術。另外，圖式未必按比例繪製。
本發明認識到，對形成於CMP墊之下墊中的孔隙之屬性的改良控制可提供對機械屬性之改良控制且因此提供改良的總CMP效能。如本文中所描述，下墊經製備成具有成孔劑，該等成孔劑各自包括由聚合外殼包圍之孔隙(例如，含有氣體及/或液體孔隙填充劑之孔隙)。孔隙外殼材料不同於下墊之周圍材料的孔隙外殼材料。在形成下墊期間，該外殼防止孔隙之間的流動，從而產生具有高度受控且閉合之孔隙結構(亦即，具有相對均勻的孔徑且孔隙之間具有很少或沒有互連)並因此具有可靠機械屬性的下墊。本發明中描述用於製備此等獨特的下墊及對應的CMP墊之多種新的製程(參見圖5至圖8及下文對應的描述)。舉例而言，可藉由將聚合外殼孔隙填充劑與液體聚胺基甲酸酯預聚物混合且啟動聚合反應來製備下墊。基於模製之方法可用以形成具有具聚合外殼之成孔劑的下墊。替代地，該下墊可直接形成在頂部墊上(例如，經由澆鑄含有下墊前驅體組分之混合物)。為進行澆鑄，由聚合外殼包圍之孔隙填充劑可處於膨脹或未膨脹狀態。若使用未膨脹孔隙填充劑，則可執行後續的膨脹步驟以實現下墊之密度的額外減小，此可進一步有益於CMP效能。
化學機械平坦化系統圖1說明用於執行化學機械平坦化之系統100。系統100包括CMP墊200 (亦被稱作「拋光墊」，亦參見圖2及下文對應的描述)，該CMP墊置放於壓板102上或附接至該壓板。舉例而言，黏著層(未圖示)可用於將拋光墊附接至壓板102。壓板102一般可在化學機械平坦化期間旋轉。晶圓104 (例如如上文所描述之含或不含導電、半導電及/或絕緣層之矽晶圓)附接至可旋轉夾盤之頭部106。可使用真空及/或可逆黏著劑(例如在化學機械平坦化期間將晶圓104固持在適當位置但允許晶圓104在化學機械平坦化之後自頭部106移除之黏著劑)來附接晶圓104。如圖1中所說明，可在化學機械平坦化期間將壓力施加至晶圓104 (例如，以促進晶圓104之表面與拋光墊200之間的接觸)。
圖2中說明且下文更詳細地描述實例拋光墊200。簡言之，拋光墊200通常具有圓形或大致圓柱形形狀(亦即，具有頂部表面、底部表面及彎曲邊緣)。拋光墊200可包含聚胺基甲酸酯，諸如可撓性聚胺基甲酸酯或剛性聚胺基甲酸酯。下文更詳細地描述用於製備實例拋光墊200之組合物及方法之實例。在一些實施例中，組合物包括一或多種成孔劑。如圖2中更詳細地說明及下文所描述，成孔劑可包括由聚合外殼包圍之液體或氣體孔隙。拋光墊200可具有任何適當厚度及任何適當直徑(例如待與諸如上文所描述之系統100之CMP系統一起使用)。舉例而言，拋光墊200之厚度可在小於或約0.5公釐(mm)至超過5公分(cm)之範圍內。在一些實施例中，拋光墊200之厚度可在1 mm至5 mm之範圍內。拋光墊直徑一般經選擇以匹配或僅小於所使用之拋光系統100之壓板102之直徑。拋光墊200通常具有均勻的或接近均勻的厚度(例如，橫跨該拋光墊之徑向範圍變化不超過50%、25%、20%、10%、5%或更小之厚度)。
可在化學機械平坦化之前及/或期間將漿液108提供於拋光墊200之表面上。漿液108可為用於對待平坦化之晶圓類型及/或層材料進行平坦化(例如以自晶圓104的表面移除氧化矽層)的任何適當漿液。漿液108通常包括流體及研磨劑及/或化學反應性粒子。可使用任何適當漿液108。舉例而言，漿液108可與自經平坦化之表面移除的一或多種材料反應。
舉例而言，調節器110為經組態以調節拋光墊200之表面的裝置。調節器110通常接觸拋光墊200之表面且移除拋光墊200之頂層之一部分以改良其在化學機械平坦化期間之效能。舉例而言，調節器110可使拋光墊200之表面粗糙化。
實例拋光墊圖2更詳細地說明實例CMP墊200。CMP墊200包括頂部墊202及下墊204。CMP墊200通常具有圓形或大致圓柱形形狀。CMP墊200之厚度可在自約1 mm至約10 mm或更大之範圍內。CMP墊200之直徑可在自約500 mm至約800 mm之範圍內。CMP墊200通常具有均勻的厚度。均勻的厚度經定義為橫跨墊之徑向範圍變化不超過50%、25%、20%、10%、5%或更小之厚度。換言之，在墊200中心附近所量測之厚度與墊200邊緣附近之厚度實質上相同。
頂部墊202可為聚胺基甲酸酯材料，諸如熱固性聚胺基甲酸酯，或任何其他適當材料。如圖2之側視圖描繪所說明，頂部墊202可包括用於促進CMP之凹槽或任何其他適當結構或圖案。舉例而言，凹槽可促進將經蝕刻材料及/或CMP製程之任何其他產物自頂部墊202之表面及經平坦化晶圓104運送走。頂部墊202可具有任何適當厚度。舉例而言，頂部墊202之厚度可在自約0.2 mm至約5 mm之範圍內。
下墊204可為聚胺基甲酸酯材料，諸如熱固性聚胺基甲酸酯。下墊204可具有任何適當厚度。舉例而言，下墊204之厚度可在自約0.2 mm至約5 mm之範圍內。下墊204通常包括分佈於下墊204之主體內的成孔劑206。具有成孔劑206之下墊204之密度通常係在自約450 kg/m 3至約900 kg/m 3之範圍內。成孔劑206之密度可在自約0.010 kg/m 3至約0.10 kg/m 3之範圍內。成孔劑密度通常對應於下墊204之主體之每體積的成孔劑質量(例如，孔隙212內之氣體及/或液體的質量)。在一些實施例中，具有成孔劑206之下墊204之密度通常係在自約450 kg/m 3至約800 kg/m 3之範圍內。成孔劑206之密度及數量可經調諧，以將所要機械屬性提供至下墊204及CMP墊200。
如下墊204之展開圖208中所說明，成孔劑206中之每一者包括由聚合外殼210包圍之孔隙212。每一成孔劑206之孔隙212可含有或填充有氣體或氣體與液體之混合物。舉例而言，孔隙212可包括或填充有正戊烷、異戊烷、丁烷及/或異丁烷中之一或多者。聚合外殼210可為用於在製備下墊204期間穩定化成孔劑206之任何適當材料。在一些實施例中，聚合外殼210包括嵌段共聚物、聚二氯亞乙烯、丙烯腈及/或一或多種丙烯酸材料。在一些實施例中，成孔劑206具有約5微米至約100微米之平均孔徑(例如，直徑)。在一些實施例中，成孔劑具有約15微米至約50微米之平均孔徑(例如，直徑)。
聚合外殼210之存在有助於防止下墊204內之孔隙的破裂及該等孔隙之間的互連。舉例而言，至少部分地由於聚合外殼210之存在，下墊204中之超過99%的成孔劑206可具有閉孔結構(亦即，使得與其他孔隙212不存在互連性，且使得給定孔隙212內之氣體及/或液體無法移動至另一孔隙212中)。聚合外殼210之存在亦可有助於成孔劑206之大小分佈比先前可能的大小分佈窄，且因此促進對下墊204之機械屬性的改良控制。
上文所描述的新下墊204之益處提供對CMP墊200之機械屬性及CMP效能的改良控制。舉例而言，下墊204在5 psi與200 psi之間可具有約25% (例如，此壓力範圍內體積減小25%)的壓縮力偏轉(CFD)。下墊204之硬度可在自約10肖氏A至約90肖氏A之範圍內。下墊204之阻尼或tanδ可在自約0.02與約0.50之範圍內。下墊204之彈性模數(E')可在自約0.1 MPa至約400 MPa之範圍內。
頂部墊202及下墊204可使用或不使用黏著劑固持在一起以形成CMP墊200。舉例而言，在使用黏著劑之狀況下，頂部墊202可藉由薄的黏著層(例如，壓敏黏著劑之層)固定至下墊204。亦可或替代地按需要使用其他黏著劑。舉例而言，該黏著劑可為熱熔融黏著劑，或可藉由在頂部墊202與下墊204之間層壓熱塑性材料的薄層來連接拋光部分及襯底部分。壓板黏著劑可用於將CMP墊200固定至圖1中所說明的壓板102以便執行CMP。
實例拋光墊之熱穩定性圖3為針對實例CMP墊的儲存模數及tanδ值相對於溫度的標繪圖300。標繪圖300展現在通常在CMP期間經歷之自25℃至100℃之溫度範圍中，經製備具有具聚合外殼210之成孔劑206之下墊的CMP墊(圖3中之圓形標記)比先前下墊(圖3中之正方形標記)的熱穩定性更強。對照樣本之儲存模數(左側y軸)較低且在此溫度範圍中經歷相對較大改變，而新下墊自25℃至100℃維持較大且相對較穩定的儲存模數。對照樣本之tanδ (右側y軸)在此溫度範圍內自約0.13減小至0.02的量相對較大，而新下墊自25℃至100℃維持較穩定的tanδ值。
實例拋光墊之移除速率效能此實例說明藉由本文中所描述的製程製造的具有具聚合外殼之成孔劑之兩個本發明的下墊，及移除速率效能與商業下墊之比較。
使用具有不同大小但均具有聚合外殼之成孔劑來製造兩個單獨的下墊。使用具有20微米的平均大小及聚合外殼之成孔劑(具有20微米直徑之經膨脹Nouryon Expancel)來製造下墊A。使用具有40微米的平均孔徑及聚合外殼之成孔劑(具有40微米直徑之經膨脹Nouryon Expancel)來製造下墊B。
藉由將具有聚合外殼之成孔劑與液體聚胺基甲酸酯預聚物混合以獲得下墊A的質量體積比為0.77及下墊B的質量體積比為0.65來製造本發明的下墊。所得混合物在真空旋轉壓板上各自經轉移至含有頂部墊(E6088頂部墊，CMC材料公司)之模具中，該頂部墊固持在適當位置，其中開槽表面面向下。使用旋轉澆鑄方法，當壓板旋轉時，該壓板將含有成孔劑之液體聚胺基甲酸酯預聚物混合物施配在頂部墊之背側上。當壓板仍在旋轉時，藉由運用紅外加熱器來加熱混合物，來啟動含有成孔劑之液體聚胺基甲酸酯預聚物混合物之聚合。在聚合之後，自該模具移除包含結合至各別下墊的頂部墊之所得墊，且針對下文描述之參數分析所得墊。
使用已知方法來量測壓縮力偏轉(CFD)。為了增加解析度，使用動態機械分析(DMA)儀器以在壓縮模式中產生應力應變曲線。CFD係在2%應變下進行(可壓縮性偏轉)。使用肖氏A硬度計進行下墊硬度量測。 表1：用於具有具聚合外殼之成孔劑之兩個下墊的參數。
參數 單位 下墊 A 下墊 B
下墊密度 g/cc 0.77 0.65
下墊厚度 公釐 1.5 1.5
2%偏轉下之下墊壓縮力偏轉(CFD) kPa 100 20
下墊硬度 肖氏A 71 47
成孔劑大小 微米 20 40
成孔劑密度 g/cc 0.07 0.03
製程    在頂部墊背側上進行旋轉澆鑄成形 在頂部墊背側上進行旋轉澆鑄成形
以上表中之參數說明可運用具有根據本發明之聚合外殼之成孔劑製造的兩種類型之下墊。兩個下墊均藉由在E6088頂部墊之背側上進行旋轉澆鑄成形製程而形成。
圖4A及圖4B分別展示藉由具有具聚合外殼之成孔劑之本發明的CMP墊(上文所描述的下墊A)且藉由市售拋光墊(具有含有半閉孔結構且經層壓至E6088頂部墊之經發泡下墊的E6088)實現之移除速率剖面(亦即，隨經拋光晶圓上之徑向位置而變之移除速率)之標繪圖400及450。對照1表示具有硬下墊之墊，而對照2表示具有軟下墊之墊。因此，所有四個墊均使用附接至不同的下墊之相同的E6088頂部墊材料來建構(具有先前可用的下墊之兩個對照墊，及具有新的下墊之兩個墊，該新的下墊具有具聚合外殼之成孔劑，如本發明中所描述)。在兩種不同的拋光條件下測試此等CMP墊，且圖4A及圖4B中展示結果。
圖4A展示藉由每一CMP墊使用標準的「平坦」壓力量變曲線而實現之移除速率剖面，其中在拋光期間向晶圓施加均勻的向下力。控制墊(對照1及2)展現晶圓之邊緣處的增加的移除速率。此可能會在拋光期間導致晶圓之邊緣處的過度拋光及/或損壞。具有新的下墊1 (上文所描述的下墊A)之CMP墊實現不同的移除剖面，邊緣附近之移除速率減小，而具有新的下墊2之CMP墊之效能與先前的下墊類似(對照1及2)。
圖4B展示藉由每一CMP墊在經拋光之晶圓之邊緣處使用減小的向下壓力而實現之移除速率剖面。對於對照墊1及2，晶圓之邊緣附近的此更改之壓力分佈引起晶圓之邊緣附近的移除速率之增加的可變性。然而，具有新的下墊1 (上文所描述的下墊A)之CMP墊在此等測試條件下具有相對平坦的移除速率剖面。因此，具有具成孔劑之下墊之此新的CMP墊在此等測試條件下顯示改良的蝕刻均勻性，該等成孔劑具有聚合外殼。
製備且使用下墊及 CMP 墊之方法圖5說明根據本發明之說明性實施例之製備下墊204及CMP墊200以及使用CMP墊200之實例製程500。在此實例中，在步驟502處，製備混合物，其包括具有聚合外殼210之成孔劑206。舉例而言，可藉由在溶劑中將聚合外殼210之預聚物與孔隙填充劑(例如，氣體及/或液體)混合，攪拌此混合物且啟動聚合外殼210之預聚物的聚合以形成成孔劑206來製備具有聚合外殼210之成孔劑206。作為另一實例，可藉由在溶劑中將聚合外殼210之聚合物與孔隙填充劑(例如，氣體及/或液體)混合且攪拌此混合物以形成成孔劑206來製備具有聚合外殼210之成孔劑206。成孔劑206之製備可包括添加具有粒子穩定劑之界面活性劑。此類粒子穩定劑之實例包括二氧化矽及鎂粒子。
在步驟504處，將具有聚合外殼210之成孔劑206與下墊204之預聚物(例如，液體聚胺基甲酸酯預聚物)混合。舉例而言，成孔劑206可與下墊預聚物以適當質量體積比混合，以獲得在自約150 kg/m 3至約900 kg/m 3(例如，或自約450 kg/m 3至約900 kg/m 3)之範圍內之下墊密度。在一些實施例中，具有聚合外殼210之成孔劑206形成於下墊預聚物中。舉例而言，存在於孔隙212內之組分(例如，氣體及/或液體孔隙填充劑)及聚合物外殼212之預聚物(例如，或聚合物)可與下墊預聚物混合。該混合物可經適當地混合或攪拌，以輔助在下墊204之預聚物內形成成孔劑206。在一些狀況下，具有聚合外殼210之成孔劑206與下墊204之預聚物(例如，液體聚胺基甲酸酯預聚物)連同固化劑及/或諸如軟化劑之額外添加劑混合。固化劑及/或其他添加劑之添加可開始下墊204之預聚物之化學聚合。
在步驟506處，可將來自步驟504之所得混合物轉移至模具中。該模具可具有下墊204之所要形狀之「相反」形狀。在一些實施例中，來自步驟504之混合物不置放於模具中(參見例如下文所描述之圖6之方法600)。舉例而言，在一些實施例中，下墊204可直接形成在頂部墊202上(例如，經由澆鑄等等，如關於以下圖6之步驟606所描述)。
在步驟508處，啟動預聚物之聚合以製備具有具聚合外殼210之成孔劑206之下墊204。在一些實施例中，預聚物經熱聚合(例如，經由曝露於適當溫度持續適當的時間段)。更一般而言，聚合反應可涉及曝露於適當溫度/熱條件、聚合劑及/或具有適當波長及/或強度之光中之一或多者。
在步驟510處，可將在步驟508處獲得之下墊接合至頂部墊202 (例如，使用或不使用黏著劑)以便製備CMP墊200。在步驟510處接合頂部墊202與下墊204可藉由使用或不使用黏著劑來實現。在一些狀況下，黏著劑可安置於頂部墊202及下墊204中之一者或兩者上，以接合頂部墊202與下墊204以形成CMP墊200。在一些狀況下，該等材料可在不使用黏著劑之情況下彼此黏附。在一些狀況下，可將聚合混合物安置至下墊204之表面上(例如，使用擠製製程或反應射出成形製程)，且可在將頂部墊202及下墊204置放成接觸以便將頂部墊202接合至下墊200之後啟動聚合混合物之聚合(例如，基於曝露於適當熱條件、聚合劑及/或具有適當波長及/或強度之光)。
在步驟512處，將來自步驟510之CMP墊用於化學機械平坦化。舉例而言，CMP墊200可用於上文關於圖1所描述之系統100中。
圖6說明根據本發明之說明性實施例之製備下墊204及CMP墊200以及使用CMP墊200之另一實例製程600。在此實例中，在步驟602處，製備混合物，其包括具有聚合外殼210之成孔劑206。舉例而言，可藉由在溶劑中將聚合外殼210之預聚物與孔隙填充劑(例如，氣體及/或液體)混合，攪拌此混合物且啟動聚合外殼210之預聚物的聚合以形成成孔劑206來製備具有聚合外殼210之成孔劑206。作為另一實例，可藉由在溶劑中將聚合外殼210之聚合物與孔隙填充劑(例如，氣體及/或液體)混合且攪拌此混合物以形成成孔劑206來製備具有聚合外殼210之成孔劑206。成孔劑206之製備可包括添加具有粒子穩定劑之界面活性劑。此類粒子穩定劑之實例包括二氧化矽及鎂粒子。
在步驟604處，將具有聚合外殼210之成孔劑206與下墊204之預聚物(例如，液體聚胺基甲酸酯預聚物)混合。舉例而言，成孔劑206可與下墊預聚物以適當質量體積比混合，以獲得在自約150 kg/m 3至約900 kg/m 3之範圍內之下墊密度。在一些實施例中，下墊密度係在自約450 kg/m 3至約900 kg/m 3之範圍內。在一些實施例中，具有聚合外殼210之成孔劑206形成於下墊預聚物中。舉例而言，存在於孔隙212內之組分(例如，氣體及/或液體孔隙填充劑)及聚合物外殼212之預聚物(例如，或聚合物)可與下墊預聚物混合。此混合物可經適當地混合或攪拌，以輔助在下墊204之預聚物內形成成孔劑206。在一些狀況下，具有聚合外殼210之成孔劑206與下墊204之預聚物(例如，液體聚胺基甲酸酯預聚物)連同固化劑及/或諸如軟化劑之額外添加劑混合。固化劑及/或其他添加劑之添加可開始下墊204之預聚物之化學聚合。
在步驟606處，可將來自步驟604之所得混合物轉移至頂部墊202之表面。在一些實施例中，藉由將混合物旋塗至頂部墊202上而將來自步驟604之混合物轉移至頂部墊202之表面。可調節執行旋塗之速率(例如，以旋轉/分鐘為單位)以在頂部墊202之表面上實現混合物的所要厚度，使得所得下墊204具有所要厚度。在一些實施例中，使用擠製製程將來自步驟604之混合物轉移至頂部墊202之表面。在一些實施例中，使用諸如滴塗等等之另一方法將來自步驟604之混合物轉移至頂部墊202之表面。在一些實施例中，使用諸如3D印刷之增材製造方法將來自步驟604之混合物沈積至頂部墊202之表面上。在一些實施例中，使用增材製造方法來施配下墊材料。接著使用增材製造方法將頂部墊材料施配至下墊204上。
在步驟608處，啟動預聚物之聚合以製備具有具聚合外殼210之成孔劑206之下墊204。在一些實施例中，預聚物經熱聚合(例如，經由曝露於適當溫度持續適當的時間段)。更一般而言，聚合反應可涉及曝露於適當溫度/熱條件、聚合劑及/或具有適當波長及/或強度之光中之一或多者。在聚合製程之後，下墊204黏附至頂部墊202，藉此形成CMP墊200。
在步驟610處，將來自步驟608之CMP墊用於化學機械平坦化。舉例而言，CMP墊200可用於上文關於圖1所描述之系統100中。
圖7說明根據本發明之說明性實施例之製備下墊204及CMP墊200以及使用CMP墊200之實例製程700。在實例方法700中，切削用於自多層結構製備CMP墊200 (參見圖8以獲得另一例示性說明)。在此實例中，在步驟702處，製備混合物，其包括具有聚合外殼210之成孔劑206。舉例而言，可藉由在溶劑中將聚合外殼210之預聚物與孔隙填充劑(例如，氣體及/或液體)混合，攪拌此混合物且啟動聚合外殼210之預聚物的聚合以形成成孔劑206來製備具有聚合外殼210之成孔劑206。作為另一實例，可藉由在溶劑中將聚合外殼210之聚合物與孔隙填充劑(例如，氣體及/或液體)混合且攪拌此混合物以形成成孔劑206來製備具有聚合外殼210之成孔劑206。成孔劑206之製備可包括添加具有粒子穩定劑之界面活性劑。此類粒子穩定劑之實例包括二氧化矽及鎂粒子。
在步驟704處，將具有聚合外殼210之成孔劑206與下墊204之預聚物(例如，液體聚胺基甲酸酯預聚物)混合。舉例而言，成孔劑206可與下墊預聚物以適當質量體積比混合，以獲得在自約150 kg/m 3至約900 kg/m 3之範圍內之下墊密度。下墊204中之成孔劑206之密度可在自約0.010 kg/m 3至約0.10 kg/m 3之範圍內。在一些實施例中，具有聚合外殼210之成孔劑206形成於下墊預聚物中。舉例而言，存在於孔隙212內之組分(例如，氣體及/或液體孔隙填充劑)及聚合物外殼212之預聚物(例如，或聚合物)可與下墊預聚物混合。此混合物可經適當地混合或攪拌，以輔助在下墊204之預聚物內形成成孔劑206。
在步驟706處，可將來自步驟704之所得混合物轉移至模具中。該模具可具有下墊204之所要形狀之「相反」形狀。在一些實施例中，來自步驟704之混合物不置放於模具中(參見例如下文所描述之圖6之方法600)。舉例而言，在一些實施例中，下墊204可直接形成在頂部墊202上(例如，經由澆鑄等等，如關於以下圖6之步驟606所描述)。
在步驟708處，啟動預聚物之聚合以製備具有具聚合外殼210之成孔劑206之下墊204。在一些實施例中，預聚物經熱聚合(例如，經由曝露於適當溫度持續適當的時間段)。更一般而言，聚合反應可涉及曝露於適當溫度/熱條件、聚合劑及/或具有適當波長及/或強度之光中之一或多者。
在步驟710處，將頂部墊202接合至來自步驟708之下墊204的頂部表面及底部表面，以便製備多層結構。圖8描繪此多層結構800之實例。多層結構800包括下墊204，其中頂部墊202附接至下墊204之頂部表面及底部表面兩者。在步驟710處接合頂部墊202與下墊204可藉由使用或不使用黏著劑來實現。在一些狀況下，黏著劑可安置於頂部墊202及下墊204中之一者或兩者上，以接合頂部墊202及下墊204以形成圖8中所說明的多層結構800。在一些狀況下，頂部墊202及下墊204之材料可在不使用黏著劑之情況下彼此黏附。雖然方法700之實例描述在模具中形成下墊204 (參見步驟706及708)，但應理解，下墊可直接形成在頂部墊202中之一者上(例如，如關於以上圖6之步驟606及608所描述)。在此類狀況下，另一頂部墊202可附接至經接合下墊204之剩餘的曝露表面以形成圖8之多層結構800。
在步驟712處，執行切削以將多層結構800分離(例如，切割)成兩個CMP墊200，如在圖8中所說明。切削涉及沿著下墊202之長度(例如，大致接近下墊204之中間，如圖8中所說明)切割。在下墊204之中心、多層結構800之中心處或附近或在沿著下墊204之深度之任何適當位置處執行切削(例如，以形成具有相同下墊厚度或不同下墊厚度之CMP墊200)。在步驟714處，將來自步驟712之CMP墊200用於化學機械平坦化。舉例而言，CMP墊200可用於上文關於圖1所描述之系統100中。
使用上文所描述的製程500、600或700中之一者，可製造具有下墊204之CMP墊200，該下墊具有比使用先前技術可能的孔隙結構更均勻且受控的孔隙結構。本發明中(例如，關於圖5、圖6及圖7)描述之製程亦促進以低成本及一系列厚度製備具有受控機械屬性之CMP墊。本發明中描述之下墊204之受控且較小孔徑通常提供改良的蝕刻效能(參見圖4B)。應瞭解，關於圖5、圖6及圖7所描述之實例製程中之一或多者的步驟可經組合以製備具有本發明中描述之至少某些特徵及益處的CMP 200。
可對本文中所描述之系統、設備及方法作出修改、添加或省略。可整合或分離系統及設備之組件。此外，可藉由更多、更少或其他組件執行系統及設備之操作。該等方法可包括更多、更少或其他步驟。另外，可以任何合適次序執行步驟。另外，可使用任何合適邏輯來執行系統及設備之操作。如此文件中所使用，「每一」係指集合中之每一成員或集合之子集中的每一成員。
本文中，除非另外明確指示或上下文另外指示，否則「或」為包括性且並非排他性的。因此，除非另外明確指示或上下文另外指示，否則本文中「A或B」意謂「A、B或兩者」。此外，除非另外明確指示或上下文另外指示，否則「及」為聯合及各自兩者。因此，除非另外明確指示或上下文另外指示，否則本文中「A及B」意謂「A及B，聯合地或各自地」。
本發明之範疇涵蓋具有本領域一般技術者將瞭解的本文中描述或說明之實例實施例的全部改變、取代、變化、更改及修改。本發明之範疇不限於本文中所描述或說明的實例實施例。此外，儘管本發明將本文中的各別實施例描述及說明為包括特定組件、元件、特徵、功能、操作或步驟，但此等實施例中之任一者可包括具有本領域一般技術者將瞭解的本文中的隨處描述或說明的組件、元件、特徵、功能、操作或步驟中之任一者的任何組合或排列。此外，所附申請專利範圍中對經調適以、經配置以、能夠、經組態以、經啟用以、可操作以或經操作以執行一特定功能的設備或系統或設備或系統之組件的參考涵蓋只要彼設備、系統或組件如此經調適、經配置、能夠、經組態、經啟用、可操作或經操作，彼設備、系統、組件(不管其或彼特定功能)便經啟動、接通或解鎖。另外，儘管本發明將具體實施例描述或說明為提供特定優點，但具體實施例可提供此等優點中之無一者、一些或全部。
除非本文中另外指示或與上下文明顯矛盾，否則在描述本發明之上下文中(尤其在以下申請專利範圍之上下文中)使用術語「一(a/an)」及「該」及類似參照物應解釋為涵蓋單數及複數兩者。除非另外說明，否則術語「包含」、「具有」、「包括」以及「含有」應理解為開放術語(亦即，意謂「包括但不限於」)。除非本文中另外指示，否則本文中數值範圍之敍述僅意欲充當個別提及屬於該範圍之各獨立值之速記方法，且各獨立值併入至本說明書中，如同在本文中個別敍述一般。使用本文中所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如「諸如」)僅意欲更好地解釋本發明且不對申請專利範圍之範疇造成限制。
100:系統 102:壓板 104:晶圓 106:頭部 108:漿液 110:調節器 200:CMP墊 202:頂部墊 204:下墊 206:成孔劑 208:展開圖 210:聚合外殼 212:孔隙 300:標繪圖 400:標繪圖 450:標繪圖 500:實例製程 502:步驟 504:步驟 506:步驟 508:步驟 510:步驟 512:步驟 600:方法 602:步驟 604:步驟 606:步驟 608:步驟 610:步驟 700:實例製程 702:步驟 704:步驟 706:步驟 708:步驟 710:步驟 712:步驟 714:步驟 800:多層結構
為了幫助理解本發明，現結合附圖對以下描述進行參考，其中： 圖1為用於化學機械平坦化(CMP)之實例系統之圖式； 圖2為實例CMP墊之圖式，該CMP墊包括頂部墊及具有具聚合外殼之成孔劑之下墊； 圖3為儲存模數相對於溫度之標繪圖，其展現如本發明中所描述來製備之實例CMP墊的熱穩定性； 圖4A及圖4B為使用各種CMP墊拋光之晶圓的移除速率之標繪圖，該等CMP墊包括使用本發明中描述之製程製備的CMP墊； 圖5為根據本發明之某些實施例之製備且使用下墊的實例方法之流程圖，該下墊包括具有聚合外殼之成孔劑； 圖6為根據本發明之某些實施例之製備且使用下墊的另一實例方法之流程圖，該下墊包括具有聚合外殼之成孔劑； 圖7為根據本發明之某些實施例之製備且使用下墊的又一實例方法之流程圖，該下墊包括具有聚合外殼之成孔劑；且 圖8為說明使用切削(例如，使用圖7之實例方法)製備圖2的CMP墊之圖式。
200:CMP墊
202:頂部墊
204:下墊
206:成孔劑
208:展開圖
210:聚合外殼
212:孔隙

Claims (14)

  1. 一種用於化學-機械拋光墊之下墊，其包含： 熱固性聚胺基甲酸酯主體；及 成孔劑，其包含聚合外殼，該等成孔劑分佈於該聚胺基甲酸酯主體內。
  2. 如請求項1之下墊，其中該等成孔劑具有約5微米至約100微米之平均孔徑。
  3. 如請求項2之下墊，其中該等成孔劑具有約15微米至約50微米之平均孔徑。
  4. 如請求項1之下墊，其中該下墊之密度為約150 kg/m 3至約900 kg/m 3(例如，且該聚胺基甲酸酯主體中之該等成孔劑之密度為約0.010 kg/m 3至約0.10 kg/m 3)。
  5. 如請求項4之下墊，其中該下墊之該密度為約450 kg/m 3至約800 kg/m 3。
  6. 如請求項1之下墊，其中該等聚合外殼包含選自由嵌段共聚物、聚二氯亞乙烯、丙烯腈及丙烯酸材料組成之群組之材料。
  7. 如請求項1之下墊，其中該等成孔劑填充有氣體或氣體與液體之混合物。
  8. 如請求項7之下墊，其中該等成孔劑填充有選自由正戊烷、異戊烷、丁烷及異丁烷組成之群組之一或多種材料。
  9. 如請求項1之下墊，其中超過99%的該等成孔劑為閉孔。
  10. 如請求項1之下墊，其中可壓縮性(CFD)在5 psi與200 psi之間存在25%應變，硬度為約10肖氏A至約90肖氏A，tanδ係介於約0.02與約0.5之間，彈性模數(E')為約0.1 MPa至約400 MPa，及/或厚度為約0.2 mm至約5 mm。
  11. 一種化學-機械拋光墊，其包含頂部墊層及下墊層，其中該下墊層包含如請求項1之下墊。
  12. 如請求項11之化學-機械拋光墊，其中該頂部墊層及該下墊層在不使用黏著劑之情況下固持在一起。
  13. 如請求項11之化學-機械拋光墊，其中該頂部墊層及該下墊使用黏著劑固持在一起。
  14. 一種藉由使用以下製程中之一或多者來製造化學-機械拋光墊之方法，其包含將包含熱固性聚胺基甲酸酯主體及成孔劑之下墊接合至頂部墊，該等成孔劑包含聚合外殼，該等成孔劑分佈於該聚胺基甲酸酯主體內： (a)將包含具有該等聚合外殼之該等成孔劑及液體聚胺基甲酸酯預聚物之混合物旋塗至頂部墊材料之表面上且啟動該混合物之聚合，藉此形成該化學-機械拋光墊； (b)將包含具有該等聚合外殼之該等成孔劑及液體聚胺基甲酸酯預聚物之混合物轉移至該頂部墊之表面上且啟動該混合物之聚合以形成接合至該頂部墊之該下墊，藉此形成該化學-機械拋光墊； (c)形成包含具有該等聚合外殼之該等成孔劑之該下墊，在該下墊之上部表面及下部表面兩者上形成該頂部墊及切削該下墊以形成兩個化學-機械拋光墊； (d)使用擠製製程將包含具有該等聚合外殼之該等成孔劑及液體聚胺基甲酸酯預聚物之混合物轉移至該頂部墊之表面上且啟動該混合物之聚合以形成接合至該頂部墊之該下墊，藉此形成該化學-機械拋光墊； (e)形成包含具有該等聚合外殼之該等成孔劑之該下墊，使用擠製製程將聚合混合物轉移至該下墊之表面上，啟動該聚合混合物之聚合以將該頂部墊接合至該下墊，及形成該化學-機械拋光墊；及 (f)形成包含具有該等聚合外殼之該等成孔劑之該下墊，使用反應射出成形製程將聚合混合物轉移至該下墊之表面上，啟動該聚合混合物之聚合以將該頂部墊接合至該下墊，及形成該化學-機械拋光墊。
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