TW528646B - Polishing pads for chemical mechanical planarization - Google Patents

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Peter A Burke
David B James
David Shidner
Lee Melbourne Cook
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Description

528646 五、發明說明（l) · 本發明大致係關於在半導體元件製造期間用來拋光和/ 或平面化基板’特別是金屬或含金屬基板的拋光襯墊。 化學機械平面化（” CMP")係一種目前實行於丰導體工業 中’用來製造積體電路元件上之平坦表面的方法，在j.M.
Steigerwald 、S.P· Muraka 、r.j· Gutman 所著，Wiley 出 版社1 9 9 7年出版的「微電子材料之化學機械平面化」一書 中論及本方法。CMP包括流動或不然放置一拋光研磨漿或 流體於一積體電路元件先質與一拋光襯墊之間，並於一起 偏斜該元件和襯墊時，相對移動該襯墊及元件。此種拋光 通常被用來平面化：i ·絕緣層，諸如氧化矽；和/或丨丄· 金屬層，諸如嫣、紹、或銅。 當半導體元件變得益加複雜時（需要更精細的表面幾何 特性和更多的金屬化層數），CMP必須大致符合更多所需之 功能標準。一種極為新近之CMP法已成為利用金屬波紋製 程的金屬連接線路製造法（參見例如，s. p. Murarka、/ Steigeirwald、與R.j· Gutmann所著之「應用藉由化學機 械抛光法所行之平面化的嵌銅多層連接線路」，mrs公報 1993年6月號，頁46至51)。 〜订波紋式拋光時，被拋光基板通常與其為一均相層倒無 争為一複合層，且一般包含下列基本步驟：丨·利用照相 平版P刷方式將一系列金屬導體區域（插頭及線路）界定在 一絕緣體表面上；11•然後將已曝光之絕緣體表面蝕刻至 。人所要的深度；i i i ·在清除光阻劑後，塗佈黏合声 及'擴散障蔽層；iv·其後，沉積一厚層導電金屬/延σ伸曰至
五、發明說明（2) 表』線路之絕緣體材料表面上方；以及V 、面拋光到低於絕緣體表 .，、、、' 後將金屬· 的不連續導電性插頭和線路。$成由絕緣體材料所分隔 且光後導電性插頭和線路為完全平坦 結構寬度各處的厚度會發生 U貝p不上，杈跨金屬 較邊緣具有較小厚；差異，且表面中央通常 用」，通種效應’普通稱之為「凹化作 變化會導致電阻的變化。凹幻生結構之截面積的 =:ίί屬導體表面)"=件== ㈣於料當；;彳坦時’拋光襯 會損傷最終半導體元件的=金屬物件的中心，這反過來 展ί:!Γί關於—方面具有低彈性回復力，而另-方面卻 施已知拋光襯墊更為顯著之無彈性性質的拋光襯 墊。現將精由實你]，並參照下列詳細說明以詳述本發明之 具體實施例。 在某些具體實施例中，本發明之襯墊進一步限定：i. 一約1到約9微米的平均表面粗糙度“ ；Η.一約4〇到約7〇
Sh〇re D的硬度；以及丨11.—在4(TC時高達約2 0 0 0 MPa的 張力模數。在-具體實施例中，本發明之抛光槪塾限定一 在30°C和90°C時為小於約5 ’更適當為小於約46且更適當 為小於約3. 5的E’ 。在本發明之其他具體實施例中，抛 光概塾限定一在30 t和90 t時為從約丨.〇到約5. 〇的£，比與
528646 五、發明說明（3) 一從約100到約1 0 0 0 ( 1 /?3)(40°(：)的1^1^。在其他具體實施 例中，拋光襯墊具有一約2到約7微米的平均表面粗缝度 R a，一約4 5到約6 5 S h 〇 r e D的硬度，一在4 0 °C時為約1 5 0 到約1 5 0 0 MPa的模數E’ ，一約125到約8 5 0 ( 1 /Pa在40°C時） 的KEL以及一在3 0 °C和9 0 °C時為約1 · 0到約4 . 0的E ’比。又 在其他具體實施例中，本發明之拋光襯墊具有一約3到約5 微米的平均表面粗繞度R a，一約5 5到約6 3 S h 〇 r e D的硬 度，一在40 °C時為約2 0 0到約80 0 MPa的模數E，，約150到 40 0 ( 1 /Pa在40 °C時）的KEL以及一在30 °C和90。(：時為1. 0到 3 · 5的E ’比。 在一進一步之具體實施例中，倘使襯墊為（充分）水解性 穩定的話，則該模數值可低到約丨0 〇 MPa ,當襯墊漸增其 承受水基流體之機會時，此種穩定性係由完全穩定之襯墊 性質與抛光功能所界定，準此，本發明之一具體實施例提 供了水解性穩定的拋光襯墊。 在其他具體實施例中，本發明係致力於一種拋光半導體 曰曰圓上之金屬波紋結構的方法，係藉由：i ·朝與一選擇 座έ有夂祕米顆粒之水性基質液體組合的襯墊表面壓軋晶 ，丘=及丨丨·為晶圓與拋光襯墊在壓力下進行之相對運動 提t、f械性或類似型態的運動，以使運動中之受壓接觸造 成該f圓表面之平面移動的方式來進行拋光。 $餐明之概墊能夠作與高襯墊膠黏硬度有關的高度能量 且i $特別是在壓縮期間，該襯墊適當地展現了一可輕易 則後—致地被重製的穩定形態學性質；尤有甚者，該襯
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墊表：適當地抵抗了上釉光澤化，因此僅需較不 不具=襲性之凋理’並導致低襯墊磨耗與 、二’、 -具體實編，相對於已知之抛光襯墊而：墊：;: = "、減低之襯塾調理、高金屬清除Γ率:好：；：：： 用、和/或較低之瑕疵度（抓痕和光點瑕疵）。干面化作 本發明之襯墊可利用許多不同方 製造，以使得該襯墊在拋光期門At ’可一種來進行 管胺基甲酸醋是示範性概i, 彈性回復力。儘 之化學物質的具體實施例。該回；力 性物質或熱固性物質且可為埴充拮 '…、塑 可利用許多聚合物加工法進=之概塾 但不限於，鑄·、模鑄、塗佈、掛出成型如 刷、加熱固化等等。 风1 先成像、印 在一示範性具體實施例中 種以上之下列特質： 1 ·諸如導線和插頭之類之 為最小； 本發明之襯墊具有一種或一 $電性表面物件的碟化作用 2·達成橫跨整個晶圓表面的g 3.諸如抓痕和光點瑕蘇之類度；和/或 對半導體元件之電氣功处：瑕疵度為隶小，且不會 徒#、批 功處產生負面影燮。 k官襯墊功能也視拋光製程的 胃 研磨漿、拋光工具、和拋光條】u方面以及襯墊、 t寺專之間的相互作用而
528646 五、發明說明（5) 定，但上述特 0寺會受其控制 在一具體實 表面，而另一 米級〜粗糙度 係建構一非填 度。 襯墊調理也 面中產生微小 可能會使表面 碟化作用的增 本發明之襯 可以數種度量 此種度量制涉 比彈性回復力 負載下的壓縮 比彈性回復力 縮形變回復的 然而，當上 光襯墊時可能 利用靜態參數 黏彈性行為的 機械性分析技 1961年出版之 是重要的， 渠道並增加 過分粗糙化 加。 墊適合具有 制中的任何 及靜壓縮負 的測量。百 形變’表示 被定義為當 分率。 述之彈性回 無效，因為 來充分定義 聚合物，因 術（參見J. D 「聚合物的 貝仍；又到拖光襯墊之物理性質的影響且有 〇 2例中，本發明之襯墊限定為一平坦之拋光 面仍保留有微小渠道供研磨漿流動以及奈 足，拋光，一種最小化襯墊粗糙度的方法 ' 口為填充顆粒易於增加襯墊之粗糙 通常需要充分之調理以在襯墊表 概墊表面之親水性，但過度調理 ’它反過來會導致吾人所不要之 低彈性回復力，此種回復力通常 一種來加以量化。或許最簡單之 載的應用和百分比壓縮度及百分 分比壓縮度被定義為物質在給定 為襯墊原始厚度的百分比；百分 該負載從襯墊表面上移開時，壓 復力试驗應用到本文所披露之拋 抛光作用為一動態過程且不可能 。此外，拋光襯墊還傾向為展現 此，或許一較佳方法為使用動態 ，Ferry所著，紐約市Wi ley公司 黏彈性性質 ）。
第9頁 528646 五、發明說明（6) —-- 黏彈性材質展現黏性和彈性兩種行為來回應一外加形— 變’所產生之應力訊號可被分離成兩種成份：一種與形變 相位一致之彈性應力，以及一種與形變率相位一致但與形 變相位差9 0度之黏度應力’彈性應力係一種材質其行為如 一彈性固體之程度的測量，而黏度應力則為該材質豆行為 如一彈性固體之程度的測量，彈性及黏度應力係透過應力 對形變之比例（此比例可被定義為模數）而與材質性質形成 關聯，因此，彈性應力對形變之比例為儲存（或彈性')模數 而黏度應力對形變之比例為損失（或黏度）模數。♦以拉伸 或壓縮來進行試驗時，E’和E”分別指定為儲存和^失模 數。 " 損失模數對儲存模數之比例為應力和形變間之相角位移 (5)的正切值，因此 Επ /E’ =Tan δ 且係材質阻尼能力之測量。 拋光為一涉及拋光襯墊與晶圓兩者之週期運動的動態製 程’在拋光循環期間能量通常被傳導到襯墊上，此種能量 一部份會以熱量形式耗散於襯墊内部，而此種能量的=二 部份會儲存在襯墊中並接著於拋光循環期間以彈性能之形 式被釋放’後者據信會助長碟化作用之現象。 已發現具有極低回復力與在週期形變期間吸收極大能量 之襯墊’易於在抛光期間引起極低程度的碟化作用，有幾 項參數可用來量化說明此種效應，最簡單者就*Tan 5， 定義如上。然而，另一用來預測拋光功能的參數就是已知
第10頁 528646 五、發明說明（7) 為「能量損失因子」者。ASTM D40 92_90(關於「塑膠之動 悲機械測量的標準術語」將此參數定義為在每一形變週期 中每單位體積之能量，易言之，它是在應力—形變磁滯現 象迴路内之面積的測量）。 能量損失因子（KEL)為tan 5和彈性儲存模數（E，）兩者之 函數且可利用下列方程式加以定義·· KEL = tan 5*1012/[E，*( + tan 52)] 此處E’以巴斯卡（pascals)為單位。
一襯墊之KEL·值愈高，通常其彈性回復力就愈低且觀察 到之碟化作用也愈低。 一種增加一襯墊之KEL值的方法係使其變得更軟，然 而，隨著襯墊之KEL的增加，此種方法易於降低襯墊之膠 黏硬度’這會減低襯墊之平面化效率，那通常是我們所不 想要的。 一種增加襯墊之KEL值的方法係改變其物利用 此種方法可增加其m但不會減低其勝黏硬度、，=可藉由
改變概墊中硬區段（或相態）和軟區段（或相態）的组成，和 /或襯墊中硬區段（或相態$對軟區段（或相態）之比例的方 式來達成，這造成了具有伴隨一可接受之高膠黏硬度之適 當高硬度，並因此賦予優良之平面化效率的襯墊。 聚合攙混物的形態學性質會決定其最終性質並因此會影 響聚合物在不同應用中的終端利用功能，聚合物之形態學 性質會受製程和用來製備聚合物之成份性質的影響。用來 製造拋光襯墊之聚合物的組份應適當地加以選擇，以使得
528646 五、發明說明（8) 所生成之襯墊的形態學性質為穩定且易於重製。 — 在本發明之另一具體實施例中，用來製造拋光襯墊之聚 合物的坡螭態轉化溫度被移轉到低於室溫而不會影響襯墊 之私黏硬度，降低襯墊之玻璃態轉化溫度（Tg)會增加襯墊 之KEL ’並且還會產生其膠黏硬度在2〇它和1〇〇艽之正常拋 ^酿度圍間變化極小的襯墊，因此拋光溫度之變化對襯 =物理性質，尤其是膠黏硬度，只具有最小之影響，這 ==更可預測且更為一致的功能。 度移^月之一具體實施例的特色’為其能將玻璃態轉化溫 度增加ί f於室溫，以及設計一可產生在高於A時，隨溫 之高數^卩仍維持常數，且為高到足以獲致拋光平坦度 「窆硬的之凋配，的能力，通常可藉由交聯、相分離一 物（氧化is」、軟化溫度的相態，或利用添加無機填充 性。 秒、碳酸鈣）的方式來改善模數的一致 將聚合物之τ蒋插 j某些具體實；轉至低於室溫的另-項優點為在本發明 澤化。 甲’所生成之襯墊表面更能抵抗上釉光 '發明，塾之特色包括. 2: 襯塾表面硬度； 3·可輕易且前\^);、制 生顯著或不利^致地被重製，且在拋光期間不會產 4.降低上釉本、φ楚化的穩定形態學性質； 洚化之襯墊表面，因此僅需較不頻繁與
第12頁 ^8646 (9) 、發明說明 車父不具侵襲性之調理’導致在拋光期間的低襯墊磨一 、耗與長襯墊壽命； •無孔隙度與表面空洞，因此減少了捕集用畢研磨漿 -、4加觀墊粗链度的凹洞，這減少且幾乎消彡耳了晶 、圓中的主要瑕疵來源；和/或 可被輕易改變以使其適合拋光各種不同晶圓的襯墊 化學性質。 •述4寸色中之一項或多項通常可被轉化為下列拋光利
產生具有良好平坦度之晶 Y更輕易且更均勻地加以 件’且當相較於其他概墊 了被拋光之積體電路（IC) 癥疵； 圓的高襯墊膠黏硬度； 上釉光澤化的襯墊頂層條 ，諸如I C 1 〇 1 0時，這減少 晶圓上的抓痕和光點（LPD )
f至在延長之逾時拋光次數下皆較低之在線路晶圓 可見的碟化作用，這可歸因於有利之高KEL 模 數組合； 當相較於標準襯墊時之線路晶圓上的拋 Γ"7 · 4·
無可於線路晶圓上觀察到 用；和/或 之·表面物件的特定碟化作
528646 五、發明說明（ίο) 1 ·用於金屬CMP之襯墊一般可藉由改變襯墊組合而具有 下列條件一項或一項以上的最佳組合：膠黏硬度（模 數及厚度）、能量損失因子（K EL )、模數-溫度比例、 硬度、以及表面粗餘度；這些條件在某些程度上可 被獨立控制； 2 ·具有低彈性回復力之襯墊一般在金屬CMP拋光期間會 產生較低之表面物件碟化作解； 3·低彈性回復力可由「能量損失因子」（KEL)之角度來 力口以定義；
4. 這些參數的範圍列示如下： 參數 範圍 較佳範圍 最佳範圍 厚度（微米） 20- 100 30-90 40-80 表面粗糙度，Ra (μ) 1-9 2-7 3-5 硬度(Shore D) 40 - 70 45-65 55 - 63 盤數，E，(MPa)(40〇C) 100-2000 150— 1500 200 — 800 KEL(l/Pa)(40°C) 100- 1000 125 -850 150 — 400 t30°C及90°C時之E，比1 1.0-4.6 1.0-4.0 1.0-3.5 在一 4 0 °C之溫度與1 〇陘度（或弧度）/秒之頻率下，利用動 態機械分析法來測量模數，（E’）和能量損失因子（rEL)， 利用先前定義之方程式來計算KEL。 最後一行定義在3 0 C和9 0 °c下所測得之模數比，这代表 著有用的拋光溫度範圍，理想上，模數將儘可鈐 "7 γ Γ 也地小幅且 隨溫度增加作線性趨勢之改變（亦即，比例趨近於一），表 面粗糙度為調理後之數值。 ' 又
第14頁 528646
理後之低表面粗糙度。 组合之南KEL數值、以及調 實例 本發明之襯墊可藉由业开丨j 楛Θ分， 精由典型之襯墊製造技術，諸如鏟、生、 模每、擠出成型、光成傻、以^ 广制4 风像印刷、加熱固化、塗佈等來進 仃製造，該襯墊可為非拮古斗、土即寻木退 或諸& ϋ Α Ο #為非真充或璉擇性地以諸如聚合微氣球 ^ , 、氧化鋁和碳酸鈣之類的無機填充物等材質 水加以填充。
本發明之襯墊也被設計成對傳統旋轉和新一代線性拋光 機（滾筒或皮帶襯墊）兩者均有用。 此外，本發明之襯墊可被設計為應用於使用含有研磨漿 之傳統研磨劑，或替代性地，該研磨劑可被併入刻襯墊中 且該襯墊係與一無反應性液體之顆粒並用的拋光中，或又 在另一具體實施例中，不具任何外加研磨劑之本發明襯墊 可與一無反應性液體之顆粒並用（此種組合對諸如銅之類 的拋光材質而言尤為有用）。 下文中’非限定實例舉例說明了本發明之利益，實例1 和2代表比較襯墊。
比較實例1 本實例係參照第5, 578, 3 6 2號與第5, 9 0 0, 1 64號美國專利 案所披露之襯墊。 藉由在6 5 °C時混合2 9 9 7克之聚酯基液態胺基甲酸酯 〇]1^]：〇731八01?1^麗(3)1325)與768 克之4,4-甲樓—雙—氣
第15頁 528646 五、發明說明（12) 苯胺（MBCA)的方式來製造一聚合母質，在此一溫度下，胺 基甲酸S旨/多官能胺混合物具有一約2 · 5分鐘的壽限；在 此期間’使用一向剪力混合器於3 4 5 0 r p m轉速下，攙混約 69克之空心彈性聚合小球（EXPANCEL@ 551DE)，以使這些 小球均勻分佈於混合物中，將最終混合物傳送到一鑄模中 並令其膠凝約1 5分鐘。 然後將鑄模置於一熟化箱中並在約9 3它下熟化約5小 時’然後將混合物冷卻約4到6小時，直到鑄模溫度為約2 1 C為止’然後將該模鑄物品「研磨」成薄片以及機械化定 型到表面（「襯墊A」）内的大渠道。 相似地，除以一化學計量上相等份量之ADIpRENE⑱ L100取代ADIPRENE® L325外，用一類比方式來製造另一 填充襯墊「襯墊B」。 利用如上所述，但聚胺基甲酸酯為非填充的相同製程 4造一第三襯墊（「襯墊C」）。 比較實例2 本灵例係參照由第6，〇 2 2，2 6 8號美國專利案中所彼露之 每模法所製造的襯墊（「襯墊2A」）。 為形成一拋光襯墊，將兩道液態流混合在一起並注入— ，有所需之襯墊形狀的密閉鑄模中，該鑄模表面典型上 :::以使得所形成之模鑄襯塾還具有—可使研磨衆易於 的凹槽宏觀結構。第一道流包含一聚合二醇及一聚合 :’與-胺催化劑在—起的混合物；第二道流包含二昱 亂I欠二苯基甲院（MDI)，二異氰酸鹽之用量係在完成二醇、
528646 五、發明說明（丨3) 與二胺基反應後可給予些微過量。★— - 將混合流注入一在約70 °c下的加熱鑄模中，以形成一分 離聚胺基曱酸酯-尿素聚合物質的相態’經過所需之聚合 反應時間後，目前為網狀襯墊形式的固體部份，進行了後 續之再模鑄。 表1顯示實例1和2中所述襯墊的關鍵物理性質·· 表1··襯墊1A、襯墊1B、襯蟄1C、和概塾2A之物理性質 參數 襯墊1A — 襯墊 ---- 襯墊1C 槪墊2A ，例# 1A 1B 2 __表面粗糙度，Ra(p) 10- Η 2-5 類似IC1000 1-4 硬度(Shore D) 50-55 73 29 60-65 模數(MPa)(40°C) 370 926 26 1580 ? KEL(l/Pa)(40°C) 243 108 766 33 在30°C及9〇°C時之E，比 5.2 6.4 7.5 11.8 實例3 實例3舉例說明了根據本發明，使用一類似實例1中所述 之鑄造法的填充與非填充襯墊之製造。 非填充鑄造物（實例3A、B及C)係使用以95%理論量之 MBCA熟化劑熟化之表2中所示的異氰酸ADIPRENES來進行製 備，製備過程包含將ADIPRENES與MBCA成份完全混合在一 起，以及將此密切混合之混合物澆灌到一圓形鑄模中以形 成一锖造物’鑄模溫度為丨〇 〇它而鑄造物接著在丨〇 〇它下被 後熟化1 6小時’在後熟化之後，將圓形鑄造物「研磨」成 厚度為5 0英絲（或條）之薄片並將大渠道以機械方式定型到
第17頁 528646 五、發明說明（14) 表面内，渠道典型上為1 5英絲（或條）深、1 0英絲（或條）-寬、並具有一 3 0英絲（或條）之間距。鑄造物之性質顯示於 表2中且其舉例說明了 CMP製程中之拋光金屬層所需之關鍵 物理性質的較佳組合： 實例3D含有2重量％⑧551DE且如實例1中所 述進行製造。 表2 :鑄造襯墊之性質 實例# 3A 3B 3C 3D 型式 非填充 非填充 非填充 填充 ADIPRENE® ⑴ LF1950A LF950A LF700D LF751D EXPANCEL® 551DE 0 0 0 2重量％ 硬度(Shore D) 40 50 70 59 模數(MPa)(4〇t) 120 122 533 452 KEL(l/Pa)(40°C) 714 666 285 121 在30°C及90°C時之E’比 1.3 1.1 Λ 2.5 2.7
(註1 :ADIPRENE® LF為Uniroyal化學公司所製造之二異 氰酸甲苯基預聚合物產品/ 實例4
實例4舉例說明了使用一類似實例2中所述之模鑄法來製 造本發明之襯墊，表3 顯示了以一鑄模法所製造之典型襯 墊的組成與關鍵物理性質，模鑄條件如實例2中所述。
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作用使用Orbot儀器有限公司之晶圓檢測系統測量瑕_ 疵& 4摘要了被拋光襯墊之碟化作用與瑕疵數據。 表4 :模鑄襯墊之線路化晶圓拋光數據 碟化作用（Α)對表面物株足+知刑式 --- 襯墊種類 10 Ρ線路 25 μ線路 1〇〇 μ線路 黏合襯墊 瑕疵數目（#) IC1010控制 1037 1589 2197 2009 14760 模鎊襯塾 455 589 ' 775 392 265 由數據清楚地顯而易見，模鑄襯墊明顯地減少了碟化作 用和瑕疵度。 實例5 實例5舉例說明了使用一擠出成型法，由熱塑性聚合物 來製造本發明之襯墊，利用_Haake混合器將一聚醚型熱 塑性聚胺基曱酸酯，與2〇重量％之4微米或1〇微米的碳酸鈣 填充物攙混在一起，使用一由美國Leistritz公司所掣造 之雙子-螺旋擠出成型器，將所形成之攙混物，盘非填充 聚合物一起擠出成型為一5〇英絲（或條）之薄片，藉由將 述聚醚基TPU與一較軟聚酯基TPU攙混在一起的方^來制 頜外之调配物，再次以碳酸鈣填充這些調配物，測量這此 薄片的關鍵物理性質並將其顯示於表5中： 、σ二
528646 表5 :擠出成型襯墊之組成及性質 五、發明說明（I7) 實例 組成 5A 5B 5C 5D 5E 5F 聚醚基TPU (公稱硬度65D)(重量％) 100 80 80 75 60 60 聚醚基TPU (公稱硬度45D)(重量％) - 25 20 20 4微米碳酸躬（重量％) - 20 20 10微米碳酸鈣（重量％ ) - 20 20 模數(MPa)(4〇°C) 204 567 299 416 309 452 KEL(l/Pa)(40°C) 547 167 394 168 269 170 在30°C及90°C時之E，比 2.4 1.7 2.2 1.6 1.8 1.6 儘管熱塑性聚胺基曱酸酯（ΤΡΙΓ S)實例被用來舉例說明 ^發明’但本發明並不限於TPU’s，其他熱塑性或埶固性 =物，諸如财龍、聚_、聚破酸醋、聚甲基丙稀酸醋等 此Ν： Ϊ I以應帛，只要可達成關鍵性質標準即可。即使這 二性吳無法由一非填充熱塑性聚合物來達 有機或無機填充物或強化物來填充、鱼 °藉以 共聚合、塑化、或熟諸聚合物調配技藝；=物J混、 配技術，卩改良基礎聚合物之性質的方^热知之其他調 質。 貝们万式來獲得這些性 為測里細微銅表面物件之碟化作用，一 型襯墊調配物被用來拋光銅線路化—由表5所得之典 如實例1中所製備之襯㈣功能進行比較將其拋光功能罗 =用一應用材料公司之M丨RRA拋光機 滾简轉速、—139 rpm之載具轉速 '用-141 rPp 4 psi之向下〉
528646 五、發明說明（18) 來對兩種襯墊進行拋光，在使用之前先利用一 ΑβΤ調理劑_ 來預調理兩種襯墊。後調理則被使用在晶圓之間，同時使 用襯墊和研磨漿，來拋光含有不同尺寸之銅表面物件的 Sematech線路晶圓931測試罩。 在拋光後，利用原子力顯微鏡法測量銅表面物件之碟化 作用’使用Orbot儀器有限公司之晶圓檢測系統測量瑕 疵，表6摘要了被拋光襯墊之碟化作用與瑕,疵數據。 表6 :擠出成型襯墊之線路化晶圓拋光數據 碟1 (匕作用(Α)對表面物#尺寸和型式 襯墊種類 10 μ線路 25 μ線路 100 μ線路 黏合襯墊 控制 1037 1589 2197 2009 擠出成型襯墊 750 923 1338 641 由數據清楚地顯而易見，擠出成型襯墊明顯地減少了碟化 作用。 有關水解穩定度，附表顯示襯墊在室溫（2 5 °C )下浸泡於 去離子水中24小時後之性質變化。 襯墊在浸泡於水中後之性質轡化 實例4D 實例5A 實例3C 參數 乾燥 潮濕 變化％ 乾燥 潮濕 變化％ 乾燥 潮濕 變化％ 膨脹度（英吋）a 0.890 0.892 0.2 0.890 0.892 0.2 0.890 0.894 0.4 硬度(Shore D) 58.5 44.7 -23.6 48.2 42.7 -11.4 65.6 60.0 -8.5 模數，E’(MPa)(40°C) 690 568 -17.7 232 164 -29.3 510 344 -32.5 KEL(l/Pa)(40°C) 181 240 32.7 620 622 0.4 261 360 37.8 在30°C和90°C時之E’比 2.35 2.16 -7.9 2.52 2.14 -14.8 2.19 1.41 -35.6
528646 五、發明說明（19) a在室溫（25°C)下浸泡於去，丄 變化。 去離子水中24小時後之線性尺寸— 上述概墊為水解穩定，m 、 口為襯墊在室溫（2 5 °C )下浸泡；^ 去離子水中24小時後之妗从σ丄& 丨’又也於 心、、泉性尺寸變化少於約1 %，在替代抖 二體广施例中’被定義為「硬度」之襯墊水解穩定度， 在，溫⑵C)下浸泡於去料水巾24小時後將減少3〇%。
就根據本發明之水艇禮—A 鮮t疋襯墊而言，其襯墊性質呈有下
列範圍： F 參數 範圍 較佳範圍 最佳範圍 厚度（英絲或條） 1 20 - 100 30-90 40-80 表面粗糙度，Ra (μ) 1-9 2-7 3-5 硬度(Shore D) 40 - 70 45-65 55 - 63 模數，E’(MPa)(40°C) 100-2000 150- 1500 200-800 KEL(l/Pa)(40°C) 100- 1000 125 - 850 150-400 在30°C及9(TC時之E，比 1.0 - 4.6 1.0-4.0 1.0 - 3.5 對水解穩定襯墊而言，在室溫（2 5 t )下浸泡於去離子水 中2 4小時後，性質將落在上述範圍内。 襯塾之拋光層進一步包含一具有大於一微米之平均尺寸 的宏觀結構，以及包含大量具有小於〇 · 5微米之平均突出 長度之隆突物的微觀結構，襯墊之拋光層進一步為有孔隙 或無孔隙；再者，拋光層約為5 0 0到2 6 0 0微米厚。根據某 一具體實施例，該襯墊至少有一部份對具有從約1 9 0到約 3 5 0 〇奈米波長之電磁輻射為透明。拋光襯墊之具體實施例
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五、發明說明（20) 適用於平面化一半導體元件或其先質之表面，該表面具有 —1 0微米寬的金屬線，該襯墊為水解鞾定曰5入 入七 聚合物系統的堅硬抛光層，該系統提
低彈性回復力，以賦予金屬線小於5 0 0 A的碟化作用，該 拖光層至少有部份係由擠出成型或加熱固化所形成。襯塾 中或拋光流體中之研磨劑為無機金屬氧化顆粒，諸如氧化 矽、氧化鈽或其組合，研磨劑進一步為其中至少一部份顆 粒包含至少5 0重量％之有機聚合物的顆粒。拋光一半導體 曰曰圓之金屬錶肷結構之方法的具體實施例包含：向一晶圓 和拋光襯墊之拋光層之間的界面偏斜晶圓；令一拋光流體 决動到界面中；提供晶圓和拋光襯墊在壓力下進行的相對 運動，以使得拋光流體與晶圓間之運動受壓接觸導致沿著 該晶圓表面的平面移除。根據某一具體實施例，該拋光層 為水解穩定且進一步被限定為具有：一約為4〇到70 Shore D的硬度；一在40。(：時約為100到2, 0 0 0 MPa的張力模數； —約為100到1，〇〇〇(1/Pa在40 °C時）的KEL以及一在30 °C到 9 〇 C時約為1到5的E ’比。在某一具體實施例中，鑲嵌結構 之金屬包含銅；在某一具體實施例中，拋光流體為一氧化 劑。該方法係以使拋光流體含有一使得部分金屬可溶之化 學品的方式來進行，拋光流體進一步包含一錯合劑，由此 錯合劑被吸引到金屬上，並保護金屬表面直到被一拋光襯 塾運動打散為止，該運動發生於拋光襯墊和金屬之間的某 距離處，該距離小於奈米級粗糙度之平均尺寸。在某一 具體實施例中，拋光襯墊和金屬之間的距離小於奈米級粗
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528646 圖式簡單說明 第26頁

Claims (1)

  1. 528646 申請專利範圍 、丨· 一種用來平面化一半導體元件或其先質表面之拋I 概塾，該襯墊之特徵為：一用來平面化該表面之拋光層， 该層具有一在3 0 °c到9 0 °C時約為1到3 . 6的E，比。 2 ·根據申請專利範圍第1項之拋光襯墊，其中該拋光層 有 約為4 〇到7 0 S h 〇 r e D之硬度。 3.根據申請專利範圍第1項之拋光襯墊，其中該拋光層 具有一在4 0 °C時約為1 5 〇到2，〇 〇 〇 M Pa的張力模數。 4 ·根據申請專利範圍第1項之拋光襯墊，其中該拋光層 具有一約為100到1，0 0 0 ( 1 /Pa在4〇。〇時）之KEL。 5.根據申凊專利範圍第1項之抛光概塾，其中當该概塾 在約2 5 C之室溫下浸泡於去離子水中2 4小時後’該襯墊 之母一線性尺寸變化少於約1 %。 6 ·根據申請專利範圍第1項之拋光襯墊，其中當該襯墊 在一約25 °C之室溫下浸泡於去離子水中24小時後，該襯墊 之硬度減少約3 〇 %。 有 根據申請專利範圍第1項之拋光襯墊，其中該襯墊具 從約一到約九微米Ra的表面粗糙度。 法 一種用來拋光一半導體晶圓之金屬鑲嵌結構的方 包含： 令 向一晶圓和拋光襯墊之拋光層之間的界面偏斜晶圓； 抛光流體流動到界面中；以及 提供晶圓和拋光襯墊在壓力下進行的相對運動，以使 得抛光流體與晶圓間之運動受壓接觸導致沿著該晶圓表面 的平面移除；
    528646 六、申請專利範圍 該拋光層具有··一約為40到70 Shore D的硬度；一在 4 0 °C時約為1 0 0到2，Ο Ο Ο Μ P a的張力模數，· ~約為1 〇 〇到 1，0 0 0 ( 1 /Pa在4 0 °C時）的KEL以及一在30 °C到9〇 °c時約為1 到5的E ’比。 9 ·根據申請專利範圍第8項之方法，進一步包含：吸引 一抛光流體 > 扭人 光襯墊打合劑到金屬·h，並保護金屬表面直到被拋 一小於沿拋I止’该運動發生在抛光概塾和金屬之間，某 之华泊尺4光層之抛光表面之小於5 0 0 A之奈米級粗糙度 寸的距離處。
    ιο·根據申士主奎立丨 由在一約25 tί範圍第8項之方法，進一步包含：藉 式，將該概之f溫下置該襯墊於去離子水中24小時之方 襯墊硬度作，之每—線性尺寸作小於約1 %的改變’並令該 1乍小於約30%的改變。
    第28頁
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