TWI500480B - 具有粒子於聚合基質內之ｃｍｐ多孔墊及藉其拋光基板之方法 - Google Patents

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Description

具有粒子於聚合基質內之CMP多孔墊及藉其拋光基板之方法
本發明係關於一種用於化學機械拋光之拋光墊。
化學機械拋光(「CMP」)方法係用於製造微電子裝置以在半導體晶圓、場發射顯示器及許多其他微電子基板上形成平整表面。舉例而言，半導體裝置之製造一般而言包括不同處理層之形成、部份彼等層之選擇性移除或圖案化及額外處理層之沈積，以形成一半導體晶圓。該等處理層可舉例為包括絕緣層、閘極氧化層、導電層及金屬或玻璃之層等。一般希望在晶圓處理之某些步驟中，該等處理層之最高表面為平面，即平坦以用於隨後層之沈積。CMP係用於使處理層平面化，其中經沈積材料(諸如導電或絕緣材料)係經拋光以使用於隨後處理步驟之晶圓平面化。
在一典型的CMP方法中，晶圓係經面朝上向下安裝於CMP工具中之載體上。一力道推動該載體及該晶圓壓向一拋光墊。該載體及該晶圓係在CMP工具拋光台上於旋轉拋光墊上旋轉。拋光組合物(亦稱為拋光漿液)一般係在拋光製程期間引入旋轉晶圓與旋轉拋光墊之間。該拋光組合物一般包含一與最高晶圓層之部份反應或使其溶解之化學物及物理上移除層體的部份之研磨材料。該晶圓及該拋光墊可以相同方向或相反方向旋轉，任一者對於實施特定拋光製程皆係所希望的。該載體亦可在拋光台上橫向偏振該拋光墊。
用於化學機械拋光製程之拋光墊係使用軟及硬墊材料製造，其包括經聚合物浸漬之織物、微孔膜、纖維素聚合物發泡體、非多孔聚合物薄片及燒結熱塑性粒子。
含經浸漬於聚酯不織布織物中之聚胺基甲酸酯樹脂之墊係用來闡釋經聚合物浸漬之織物拋光墊。微孔拋光墊包括經塗布至基底材料上之微孔聚胺基甲酸酯膜，其經常係一經浸漬之織物墊。此等拋光墊係封閉微胞、多孔膜。微胞狀聚合物發泡體拋光墊包含一隨機且均勻地分佈至所有三維中之封閉微胞結構。
非多孔聚合物薄片拋光墊包括由固體聚合物薄片製得之拋光表面，其不具有固有的傳輸漿液粒子之能力(參見例如美國專利第5,489,233號)。此等固體拋光墊係經刻意切割入該墊的表面中之大及/或小溝槽而外表上改質，以在化學機械拋光期間對漿液經過提供通道。該非多孔聚合物拋光墊係揭示於美國專利第6,203,407號中，其中該拋光墊之拋光表面包括以刻意改良化學機械拋光中之選擇性的方式定向之溝槽。
同樣在類似的方法中，美國專利第6,022,268號、第6,217,434號及第6,287,185號揭示不具有固有吸附或傳輸漿液粒子能力之親水性拋光墊。該拋光表面刻意具有一隨機表面形態，其包括(a)藉由使該拋光表面固化而形成且具有10 μm或更小尺寸之微觀凹凸及(b)藉由切割而形成且具有25 μm或更大尺寸之大缺陷。
包括多孔開口微胞結構之燒結拋光墊可自熱塑性聚合物樹脂製備。例如，美國專利第6,062,968號及第6,126,532號揭示具有開口微胞、微孔基板且藉由燒結熱塑性樹脂而製備之拋光墊。所得拋光墊較佳具有25-50%的空隙容積及0.7-0.9 g/cm3 的密度。同樣，美國專利第6,017,265號、第6,106,754號及第6,231,434號中揭示具有均勻、連續互連孔隙結構之拋光墊，其係藉由在超過689.5 kPa(100 psi)的高壓下於一具有所需最終墊尺寸之模型中燒結熱塑性聚合物而製造。
具有微孔發泡體結構之拋光墊一般為本技藝已知。舉例而言，美國專利第6,454,634號揭示一種具有水解穩定層及視需要包括研磨粒子之多孔拋光墊。類似地，美國專利第7,195,544號揭示一種包括具有孔隙之聚合物材料及分散於該等孔隙內之組份之墊。美國專利申請公開案第2006/0046622號揭示一種包括一含兩個或更多個具有非零空隙容積之鄰近區域之多孔聚合物材料之拋光墊。
雖然若干以上所述之拋光墊適用於其所意欲目的，但仍然需要一種尤其是對基板之化學機械拋光中提供有效平坦化之其他拋光墊。此外，亦需要一種具有令人滿意特徵(諸如拋光效率、低缺陷性及拋光均勻性)之拋光墊。本發明提供此種拋光墊。本發明之此等及其他優點及額外的發明性特徵將於文中所提供之本發明闡述中更加明瞭。
本發明係關於一種化學機械拋光墊，其包括聚合基質及0.1-15 wt.%的金屬氧化物粒子，其中該聚合基質具有孔隙，該金屬氧化物粒子係均勻地分佈在遍及該等孔中且該金屬氧化物粒子具有25 m2 /g至450 m2 /g的比表面積。
本發明進一步提供一種拋光基板之方法，其包括(a)提供一種具有由聚合基質及0.1-15 wt.%的金屬氧化物粒子構成之拋光層之拋光墊，其中該聚合基質具有孔隙，該金屬氧化物粒子係均勻地分佈遍及該等孔隙中，且該金屬氧化物粒子具有25 m2 /g至450 m2 /g的比表面積，(b)施加一化學機械拋光組合物至該拋光墊之拋光層，(c)使該拋光墊之拋光層與一基板接觸，及(d)相對於該基板移動該拋光墊以研磨基板之至少一部份及藉此使該基板拋光。
本發明提供一種化學機械拋光墊，其包括聚合基質及0.1-15 wt.%的金屬氧化物粒子，其中該聚合基質具有孔隙，該金屬氧化物粒子係均勻地分佈遍及該等孔隙中，且該金屬氧化物粒子具有25 m2 /g至450 m2 /g的比表面積。
該聚合基質可包含任何適宜的聚合物材料(一般而言熱塑性聚合物或熱固性聚合物)、基本上由該材料組成或由該材料組成。該聚合物材料較佳為選自由熱塑性彈性體、熱塑性聚胺基甲酸酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、彈性體橡膠、苯乙烯聚合物、聚芳烴、含氟聚合物、聚醯亞胺、交聯聚胺基甲酸酯、交聯聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性體聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺、聚芳醯胺、聚伸芳基、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、以及其混合物及摻和物組成之群之熱塑性聚合物或熱固性聚合物。最佳地，該聚合物材料為熱塑性聚胺基甲酸酯(TPU)。
該拋光墊可具有任何適宜的機械特性。在本發明之一實施例中，該拋光墊具有一低玻璃轉變溫度。該非晶形固體之玻璃轉變溫度(Tg)係低於該固體以其中僅有振動運動存在之玻璃狀態存在之溫度，然而高於此溫度，個別分子片段可相對於彼此移動，有時稱為「橡膠態」(參見例如Daniel B. Miracle及Steven L. Donaldson,ASM Handbook，第21卷：「Composites;Epoxy Resins」,2001，第78頁)。
降低拋光墊之玻璃轉變溫度可產生在20℃與100℃之間的正常拋光溫度範圍中硬度變化相當小之墊。因此溫度變化對拋光墊之物理性質影響極小。本發明之拋光墊可具有+10℃或更低，例如+5℃或更低，或0℃或更低的玻璃轉變溫度。或者或此外，該拋光墊可具有-30℃或更高，例如-20℃或更高，或-10℃或更高的玻璃轉變溫度。因此，該拋光墊可具有一受前述端點之任意二者限制之玻璃轉變溫度。舉例而言，該拋光墊可具有-30℃至+10℃，或-10℃至+5℃的玻璃轉變溫度。
在本發明之另一實施例中，該拋光墊具有一低彈性模數(E)。彈性模數係在對一物體或物質施加一力時其彈性(即非永久)形變傾向之數學描述。該物體之彈性模數係定義為在彈性形變區域中其應力-應變曲綫之斜率：λ=應力/應變，其中λ係彈性模數；應力為引起形變之力除以該力所施加之面積；及應變係由應力引起的變化對該物體之原始狀態之比例。具有低彈性模數之拋光墊相對於具有更高彈性模數之其他類似拋光墊而言更加可撓。
該拋光墊可具有於30℃下為100 MPa或更小，例如於30℃下為90 MPa或更小，於30℃下為80 MPa或更小，於30℃下為70 MPa或更小，於30℃下為60 MPa或更小，於30℃下為50 MPa或更小或於30℃下為40 MPa或更小的彈性模數。或者，或此外，該拋光墊具有於30℃下為20 MPa或更大，例如於30℃下為30 MPa或更大，於30℃下之40 MPa或更大，於30℃下之50 MPa或更大，於30℃下為60 MPa或更大，於30℃下為70 MPa或更大，於30℃下為80 MPa或更大，或於30℃下為90 MPa或更大的彈性模數。因此該拋光墊可具有受前述端點之任意二者限制之彈性模數。舉例而言，該拋光墊可具有於30℃下為30 MPa至50 MPa，或於30℃下為50 MPa至70 MPa的彈性模數。最佳地，該拋光墊具有於30℃下為30 MPa至100 MPa的彈性模數。
在又另一實施例中，該拋光墊係相對較軟。一般用於測量硬度之儀器係由Shore Instrument Company製造之硬度計(參見例如Charles A. Harper,Edward M. Petrie,Plastics Materials and Processes: A Concise Encyclopedia,2003，第247頁)。蕭氏(Shore)硬度值係以一界定鋼棒對塑料材料之壓痕所得之刻度值。ASTM D2240闡述蕭氏硬度量值。蕭氏A刻度一般係用於較軟的聚合物材料。在蕭氏A刻度上，0為軟，及100為硬。蕭氏D刻度係用於較硬的聚合物材料。熱固性及熱塑性材料一般係在蕭氏D刻度之40至90之間。
該拋光墊可具有85或更小，例如80或更小，或75或更小，或70或更小的蕭氏A硬度。或者或此外，該拋光墊可具有65或更大，例如70或更大，75或更大，或80或更大的蕭氏A硬度。因此，該拋光墊可具有受前述端點之任意二者限制之蕭氏A硬度。舉例而言，該拋光墊可具有65至85，或70至80的蕭氏A硬度。最佳地，該拋光墊具有65至85的蕭氏A硬度量值。
該拋光墊可具有30或更小，例如20或更小的蕭氏D硬度。或者，或此外，該拋光墊可具有10或更大，例如20或更大的蕭氏D硬度。因此，該拋光墊可具有受限於前述端點之任意二者之蕭氏D硬度。舉例而言，該拋光墊可具有10至30，或15至25的蕭氏D硬度。最佳地，該拋光墊具有10至30的蕭氏D硬度。
在另一實施例中，該拋光墊係親水性。表面的親水性係藉由測量水接觸角來測定。水接觸角係水界面遇到固體表面時的角度。高度疏水性物質的特徵為高水接觸角，例如90°至180°。高度親水性之表面之特徵為低水接觸角，例如0°至90°。
該拋光墊可具有於15分鐘內之20°或更大，例如於15分鐘內30°或更大，於15分鐘內40°或更大，於15分鐘內50°或更大，或於15分鐘內60°或更大的水接觸角。或者，或此外，該拋光墊可具有於15分鐘內70°或更小，例如於15分鐘內60°或更小，於15分鐘內50°或更小，於15分鐘內40°或更小，或於15分鐘內30°或更小的水接觸角。因此，該拋光墊可具有受限於前述端點之任意二者之水接觸角。舉例而言，該拋光墊可具有於15分鐘內20°-70°，於15分鐘內30°-60°，或於15分鐘內40°-50°的水接觸角。最佳地，該拋光墊具有於15分鐘內20°-70°的水接觸角。
據信該拋光墊之親水性品質會導致漿液流經及於該拋光墊內流動的增加，藉此增強該墊的拋光之耐久性及均勻性。不受任何理論的限制，據信添加金屬氧化物粒子至該聚合基質中可導致本發明之拋光墊更加具有親水性。
均勻地分佈於該聚合基質之遍及孔隙中之金屬氧化物粒子可為任何適宜尺寸(例如直徑、長度或寬度)或形狀(例如球形或長方形)且可以任何量存在於該拋光墊中。該金屬氧化物粒子可具有任何適宜的比表面積。舉例而言，該金屬氧化物粒子之比表面積可為25 m2 /g或更大，例如50 m2 /g或更大，100 m2 /g或更大，150 m2 /g或更大，200 m2 /g或更大，250 m2 /g或更大，300 m2 /g或更大，350 m2 /g或更大，或400 m2 /g或更大。或者，或此外，該金屬氧化物粒子可具有450 m2 /g或更小，例如400 m2 /g或更小，350 m2 /g或更小，300 m2 /g或更小，250 m2 /g或更小，200 m2 /g或更小，150 m2 /g或更小，100 m2 /g或更小，或50 m2 /g或更小的比表面積。因此，該金屬氧化物粒子可具有受限於前述端點之任意二者之比表面積。舉例而言，該金屬氧化物粒子可具有25-450 m2 /g，50-400 m2 /g，100-350 m2 /g，150-300 m2 /g，200-250 m2 /g的比表面積。最佳地，該粒子比表面積為25 m2 /g至450 m2 /g。
該金屬氧化物粒子可包含任何適宜的金屬氧化物、基本上由其組成或由其組成。舉例而言，該金屬氧化物可為氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鈰、氧化鋯、氧化鍺、氧化鎂、其共同形成的產物及其組合物。較佳地，該金屬氧化物粒子為氧化矽粒子。該金屬氧化物粒子可為任何適宜類型及/或物理組態，諸如煙霧狀金屬氧化物粒子、沉澱金屬氧化物粒子、縮合-聚合金屬氧化物粒子等。較佳地，該金屬氧化物粒子為煙霧狀金屬氧化物粒子，尤其係煙霧狀氧化矽粒子。
該拋光墊包括一具有孔隙之聚合基質。術語「孔隙」闡述在聚合基質內僅由聚合物材料至少部份結合之空隙。此外，術語「孔隙」闡述開放及密閉微胞孔隙二者。該拋光墊可具有任何適宜的平均孔徑。舉例而言，該拋光墊可具有150 μm或更小，例如140 μm或更小、130 μm或更小、120 μm或更小、110 μm或更小、100 μm或更小、90 μm或更小、80 μm或更小、70 μm或更小、或60 μm或更小的平均孔徑。或者，或此外，該拋光墊可具有50 μm或更大，例如60 μm或更大、70 μm或更大、80 μm或更大、90 μm或更大、100 μm或更大、110 μm或更大、120 μm或更大、130 μm或更大、或140 μm或更大的平均孔徑。因此，該拋光墊可具有受限於以上端點之任意二者之平均孔徑。舉例而言，該拋光墊可具有50-150 μm、60-140 μm、70-130 μm、80-120 μm、或90-110 μm的平均孔徑。最佳地，該拋光墊具有50 μm至150 μm的平均孔徑。
該拋光墊可具有任何適宜的孔徑分佈。一般而言，拋光墊中20%或更多(例如30%或更多、40%或更多、或50%或更多)的孔隙(即微胞)具有約±100 μm或更小(例如約±50 μm或更小)的平均孔徑之孔徑分佈。該墊較佳具有高度均勻分佈之孔徑。舉例而言，拋光墊中75%或更多(例如80%或更多，或85%或更多)的孔隙具有約±20 μm或更小(例如約±10 μm或更小，約±5 μm或更小，或約±2 μm或更小)的平均孔徑之孔徑分佈。換言之，拋光墊中75%或更多(例如80%或更多，或85%或更多)的孔隙具有20 μm內或更小(例如約±10 μm或更小，約±5 μm或更小，或約±2 μm或更小)的平均孔徑之孔徑。更佳地，拋光墊中90%或更多(例如93%或更多，95%或更多，或97%或更多)的孔隙具有約±20 μm或更小(例如約±10 μm或更小，約±5 μm或更小，或約±2 μm或更小)的平均孔徑之孔徑分佈。
此外，該拋光墊可具有多模式分佈之孔隙。術語「多模式」意指多孔區域具有一包括至少2個或更多個(例如3個或更多個，5個或更多個，或甚至10個或更多個)孔徑極大值之孔徑分佈。一般而言孔徑極大值之數為20個或更少(例如15個或更少)。孔徑極大值係定義為其面積包括總孔數之5%或更大之孔徑分佈中之峰值。孔徑分佈較佳為雙峰(即具有兩個孔徑極大值)。
該多模式孔徑分佈可具有處於任何適宜孔徑值之孔徑極大值。舉例而言，該多模式孔徑分佈可具有150 μm或更小(例如120 μm或更小、100 μm或更小、或80 μm或更小)的第一孔徑極大值及50 μm或更大(例如60 μm或更大、80 μm或更大、或100 μm或更大)的第二孔徑極大值。
一般而言，該拋光墊主要包括封閉微胞(即孔隙)，然而，該拋光墊亦可選擇性地或額外地包括開放微胞。自拋光墊中之開放及封閉微胞所得之空隙容積可包括任何適宜值。該拋光墊可具有5%或更大，例如10%或更大、20%或更大、30%或更大、40%或更大、50%或更大、60%或更大、或70%或更大的空隙容積。或者，或此外，該拋光墊具有80%或更小，例如70%或更小、60%或更小、50%或更小、40%或更小、30%或更小、20%或更小、或10%或更小的空隙容積。因此，本發明之拋光墊可具有受限於以上端點之任意二者之空隙容積。舉例而言，本發明之拋光墊可具有5%至80%、10%至70%、20%至60%、或30%至50%的空隙容積。最佳地，該拋光墊之空隙容積為20%至60%。
該拋光墊可具有任何適宜的形狀及尺寸。一般而言，該拋光墊係呈圓形形狀(如用於旋轉拋光工具中)或經製造成環狀線性帶(如用於線性拋光工具中)。
該拋光墊具有一視需要進一步包括溝槽、通道及/或穿孔之拋光表面，其有利於拋光組合物之側向輸送通過該拋光墊之表面。該等溝槽、通道或穿孔可呈任何適宜的圖案及可具有任何適宜的深度及寬度。該拋光墊可具有兩個或更多不同溝槽圖案，例如美國專利第5,489,233號中所述之大溝槽及小溝槽之組合。該等溝槽可呈傾斜式溝槽、同心溝槽、螺旋或圓形溝槽、XY交叉圖案之形式及連結性可為連續或非連續。較佳地，本發明之拋光墊包括藉由標準墊條件方法所製造之至少呈XY交叉圖案之溝槽。
該拋光墊可藉由任何適宜的技術製備。該聚合基質可包括一預形成聚合物樹脂；然而，該聚合物樹脂亦可根據任和適宜的方法就地形成，其中有許多係本技藝中已知(參見例如Szycher's Handbook of Polyurethanes,CRC Press: New York,1999，第3章)。例如，熱塑性聚胺基甲酸酯可藉由胺基甲酸酯預聚物(諸如異氰酸酯、二異氰酸酯及三異氰酸酯預聚物)與包含異氰酸酯反應性基團之預聚物之反應就地形成。適宜的異氰酸酯反應性基團包括胺及多元醇。該金屬氧化物粒子可藉由任何方法併入該聚合基質中。該粒子較佳在形成於拋光基板中之前與聚合物樹脂摻合。
該拋光墊可單獨使用或視需要用作多層堆疊拋光墊之一層。例如，該拋光墊可與子墊組合使用。該子墊可為任何適宜的子墊。適宜的子墊包括聚胺基甲酸酯發泡子墊(例如來自Rogers Corporation之發泡子墊)、浸潤毛氈子墊、微孔聚胺基甲酸酯子墊或燒結胺基甲酸酯子墊。該子墊一般比拋光墊軟及因此更加可壓縮及具有比拋光墊更低的蕭氏硬度。例如，該子墊可具有35至50的蕭氏A硬度。在某些實施例中，該子墊較拋光墊而言更硬、較無法壓縮及具有更高的蕭氏硬度。該子墊視需要包括溝槽、通道、中空截面、窗口、孔及類似物。當該拋光墊係與子墊組合使用時，一般而言存在一與該拋光墊與該子墊共延伸且延伸於其間之中間背襯層，諸如聚對苯二甲酸乙二酯膜。或者，該拋光墊可用作與習知拋光墊接合之子墊。
該拋光墊特別適用於與化學機械拋光(CMP)設備結合使用。一般而言，該設備包括一在使用時運動且具有一自軌道、線性或圓形運動中獲得之速度之壓盤、一與該壓盤接觸並在移動時與該壓盤一起移動之拋光墊、及一載體，其係保持一基板，該基板欲藉由接觸及相對於意欲接觸一待拋光之基板的該拋光墊之表面移動而拋光。該基板之拋光係藉由將該基板置於與該拋光墊接觸之位置而發生及隨後將拋光墊相對於該基板移動，其間一般存在拋光組合物，以研磨該基板之至少一部份而拋光該基板。CMP設備可為任何適宜的CMP設備，其中許多係本技藝中已知。該拋光墊亦可以線性拋光工具加以使用。
該拋光墊一般係與拋光組合物或漿液結合使用。該拋光組合物可為任何適宜的拋光組合物，其中許多係本技藝中已知。本發明之拋光墊較佳與市售拋光組合物(例如Semi-Sperse25-E Dielectric CMP Slurry(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois))結合使用。Semi-Sperse25-E Dielectric CMP Slurry係包含藉由氫氧化鉀安定化之煙霧狀氧化矽研磨粒之膠狀穩定拋光組合物。本發明之拋光墊最佳係與市售拋光組合物Semi-Sperse25-E Dielectric CMP Slurry結合使用，其係濃縮的且在拋光之前，在使用點藉由添加1份水至1份組合物而稀釋，以使得於使用點處存在12 wt.%固體(後文中稱為「SS25EY」)。
該拋光墊係適用於拋光許多類型的基板及基板材料。例如，該拋光墊可用於拋光各種基板，包括記憶體存儲裝置、半導體基板及玻璃基板。用於以拋光墊拋光之適宜的基板記憶體光碟、硬碟、磁頭、MEMS裝置、半導體晶圓、場發射顯示器及其他微電子基板，尤其係包括絕緣層(例如二氧化矽、氮化矽或低介電材料)之基板及/或含金屬(例如銅、鉭、鎢、鋁、鎳、鈦、鉑、釕、銠、銥或其他貴金屬)之層。
實例
以下實例進一步闡釋本發明，但顯然不應視為以任何方式限制其範疇。
實例1
此實例證明由本發明之拋光墊展現之增強拋光速度。
類似的基板係使用經稱為拋光墊1A-1C之三種不同拋光墊拋光。拋光墊1A為本發明之拋光墊，而拋光墊1B為類似於拋光墊1A之拋光墊，除不存在金屬氧化物粒子外。拋光墊1C為市售拋光墊，亦即EPICTM D100拋光墊(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois)，其不包含金屬粒子。各拋光墊之物理特性係闡述於表1A中。
三個拋光墊各係在類似拋光條件下於每分鐘一TEOS晶圓的速度拋光一系列100 mm熱氧化物(TEOS)晶圓總共180分鐘。該拋光係使用具有XY溝槽之38.1 cm(15英吋)直徑圓形拋光墊及市售拋光組合物SS25EY於Logitech拋光機上進行。該拋光係在以下條件下進行：41.4 kPa(6 psi)下壓力、120 rpm壓盤轉速、115 rpm載體速度及150 ml/min漿液流速。並未對載體進行掃拂。
分別對各拋光墊1A、1B、及1C測定180分鐘中12個時間點之TEOS晶圓之基板移除速度，以使得在總拋光時間180分鐘期間之12個時間點測定基板移除速度。所得資料係繪製於圖1中。利用對於前述12個所選TEOS晶圓以各拋光墊1A、1B及1C所測定的基板移除速度之該基板移除速度平均係述於表1B中。
如表1B中所述及圖1中所繪製而明瞭，本發明之拋光墊展現出較比較用拋光墊1B更高的平均TEOS移除速度，拋光墊1B係類似於本發明拋光墊1A，但不存在金屬氧化物粒子。此外，本發明之拋光墊1A展現出較市售拋光墊1C更高的平均TEOS移除速度，拋光墊1C具有比發明性拋光墊1A更高的蕭氏D硬度量值、彈性模數及玻璃轉變溫度。
實例2
此實例證明相於較具有不同的物理特性之其他墊而言，拋光墊物理特性(尤其係硬度、彈性模數、空隙容積、玻璃轉變溫度及金屬氧化物粒子含量)對TEOS及BPSG移除速度之作用。
使用稱為拋光墊2A、2B、2C、2D、2E及2F之六種不同拋光墊拋光類似基板。拋光墊2B及2D係本發明之拋光墊。拋光墊2A及2C分別係由與墊2B及2D相同的樹脂構成，但不包含金屬氧化物粒子。拋光墊2E係市售拋光墊，亦即EPICTM D100拋光墊(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois)且不包含金屬粒子。墊2F具有類似於拋光墊2D之物理特性，但不包含金屬氧化物粒子。
六種拋光墊各用於拋光TEOS及BPSG晶圓。該拋光係使用具有XY溝槽之38.1 cm(15英吋)直徑圓形拋光墊及市售拋光組合物SS25EY於Logitech拋光機上進行。該拋光係在以下條件下進行：41.4 kPa(6 psi)下壓力、120 rpm壓盤轉速、115 rpm載體速度及150 ml/min漿液流速。未對載體進行掃拂。表2描述六種拋光墊之特性及針對每個墊之平均TEOS及BPSG移除速度。該TEOS移除速度係藉由各拋光墊2A-2F所拋光之12個晶圓之平均。該BPSG移除速度係藉由各拋光墊2A-2F所拋光之兩個晶圓之平均。
如表2中所述可明瞭，相較於類似但不存在氧化矽粒子之拋光墊2A及2C以及具有較高蕭氏D硬度、彈性模數及玻璃轉變溫度之市售拋光墊2E，本發明之拋光墊2B及2D中存在6 wt.%氧化矽粒子造成平均TEOS及BPSG移除速度增加。此外，本發明之拋光墊2D具有比具有類似蕭氏A及D硬度值、彈性模數及玻璃轉變溫度，但不包含金屬氧化物粒子之比較用拋光墊2F具有更高的TEOS及BPSG平均移除速度。
實例3
此實例證明相較於市售拋光墊，在拋光期間以本發明之拋光墊達到增加的氧化物移除速度、降低的缺陷性及降低的晶圓內非均勻性(WIWNU)。
類似基板係使用稱為墊3A及3B之兩種不同拋光墊拋光。拋光墊3A係本發明之拋光墊，而拋光墊3B為市售拋光墊，亦即EPICTM D100拋光墊(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois)，其不包含任何金屬氧化物粒子。
兩種拋光墊各用於拋光TEOS晶圓。該拋光係使用具有XY溝槽之38.1 cm(15英吋)直徑圓形拋光墊及市售拋光組合物SS25EY於Mirra拋光機上進行。該拋光係在以下條件下進行：41.4 kPa(6 psi)下壓力、120 rpm壓盤轉速、85 rpm載體速度及175 ml/min漿液流速。未對載體進行掃拂。基板移除速度、WIWNU及缺陷數(在氫氟酸沖洗之前及之後)係對由兩個拋光墊各拋光之8個晶圓而測定，及平均結果係闡述於表3中及繪製於圖2A-2D中。
令人驚訝的是，此等結果顯示本發明之拋光墊3A展現出比市售拋光墊3B更高的TEOS移除速度、降低的WIWNU及降低的缺陷性，儘管其具有較低的彈性模數、蕭氏D硬度及玻璃轉變溫度。
實例4
此實例證明相較於具有不同的物理特性之其他墊，拋光墊物理特性(尤其係硬度、彈性模數、空隙容積、玻璃轉變溫度及金屬氧化物粒子含量)對TEOS移除速度之作用。
類似基板使用稱為拋光墊4A、4B、4C及4D之四種不同拋光墊拋光。拋光墊4B及4D係本發明之拋光墊。拋光墊4A及4C分別係由與墊4B及4D相同的樹脂構成，但不含金屬氧化物粒子。
四種拋光墊各用於拋光TEOS晶圓。該拋光係使用具有同心溝槽之50.8 cm(20英吋)直徑圓形拋光墊及市售拋光組合物SS25EY於Mirra拋光機上進行。該拋光係在以下條件下進行：6 psi下壓力、120 rpm壓盤轉速、85 rpm載體速度及150 ml/min漿液流速。表4陳述四種拋光墊之特性及針對每個墊之平均TEOS移除速度。對於墊4A、4B及4D，該TEOS移除速度係藉由各拋光墊所拋光之2個晶圓之平均。
對於拋光墊4C，該TEOS移除速度係藉由拋光墊所拋光之5個晶圓之平均。
如表4中所述而明瞭，相較於類似但不存在氧化矽粒子之拋光墊4A及4C，本發明之拋光墊4B及4D中存在1 wt.%氧化矽粒子造成平均TEOS移除速度增加。此外，本發明之拋光墊4D具有比具有類似蕭氏A硬度值、彈性模數、玻璃轉變溫度及空隙容積，但不包含金屬氧化物粒子之比較用拋光墊4C具有更高的TEOS平均移除速度。
本文描述本發明之較佳實施例，包括本發明者所知曉用於實施本發明之最佳模式。於閱讀上文描述後熟知本技術者對彼等較佳實施例之變化將變得顯而易見。本發明者預期熟悉此項技術者若適宜將可使用該等變體，且除了非文中特別指出外，本發明者預期其可用以實施本發明。因此，本發明包括由適用法律所許可之隨附申請專利範圍中所敘述之標的物之所有修飾及等效物。此外，以上所述元素之任意組合及其所有可能的變化係涵蓋於本發明中，除非文中另外指出或另外明顯與上下文矛盾。
圖1係如實例1中所述之以本發明及比較用拋光墊總計研磨180分鐘所展現之平均熱氧化物(TEOS)移除速度(/min)之圖；
圖2A係如實例3所述之以本發明及比較用拋光墊所展現之TEOS移除速度(/min)之圖；
圖2B係如實例3所述之以本發明及比較用拋光墊所展現之晶圓不均勻性(WIWNU)(%)內之圖；
圖2C係如實例3所述之以本發明及比較用拋光墊拋光之晶圓上缺陷數(HF沖洗前)之圖；及
圖2D係如實例3所述之以本發明及比較用拋光墊拋光之晶圓上缺陷數(HF沖洗後)之圖。
(無元件符號說明)

Claims (20)

  1. 一種化學機械拋光墊，其包括一聚合基質及0.1-15wt.%的金屬氧化物粒子，其中該墊具有孔隙，該金屬氧化物粒子係均勻地分佈遍及該孔隙中，且該金屬氧化物粒子具有25m2 /g至450m2 /g的比表面積，且其中該聚合基質包含熱塑性聚胺基甲酸酯。
  2. 如請求項1之拋光墊，其中該金屬氧化物粒子包括氧化矽粒子。
  3. 如請求項2之拋光墊，其中該金屬氧化物粒子包括煙霧狀氧化矽粒子。
  4. 如請求項1之拋光墊，其中該墊具有65至85的蕭氏A硬度量值。
  5. 如請求項1之拋光墊，其中該墊具有20%至60%的空隙容積。
  6. 如請求項1之拋光墊，其中該平均孔徑為50μm至150μm。
  7. 如請求項1之拋光墊，其中該墊具有-30℃至+10℃的玻璃轉變溫度Tg。
  8. 如請求項1之拋光墊，其中該墊在30℃下具有30MPa至100MPa的彈性模數E。
  9. 如請求項1之拋光墊，其中該墊在15分鐘內具有20°至70°的水接觸角。
  10. 如請求項1之拋光墊，其中該金屬氧化物粒子包括煙霧狀氧化矽粒子，該聚合基質包括熱塑性聚胺基甲酸酯及 其中該墊具有20%至60%的空隙容積、50μm至150μm的平均孔徑、65至85的蕭氏A硬度量值、-30℃至+10℃的玻璃轉變溫度、在30℃下30MPa至100MPa的彈性模數E及於15分鐘內之20°至70°的水接觸角。
  11. 一種拋光基板之方法，該方法包括：(i)提供一種具有由一聚合基質及0.1-15wt.%的金屬氧化物粒子構成之拋光層之拋光墊，其中該墊具有孔隙，該金屬氧化物粒子係均勻地分佈遍及該孔隙中，且該金屬氧化物粒子具有25m2 /g至450m2 /g的比表面積，且其中該聚合基質包含熱塑性聚胺基甲酸酯，(ii)施加一化學機械拋光組合物至該拋光墊之拋光層上，(iii)使該拋光墊之拋光層與一基板接觸，及(iv)相對於該基板而移動拋光墊以研磨該基板之至少一部份並藉此拋光該基板。
  12. 如請求項11之方法，其中該金屬氧化物粒子包括氧化矽粒子。
  13. 如請求項12之方法，其中該金屬氧化物粒子包括煙霧狀氧化矽粒子。
  14. 如請求項11之方法，其中該墊具有65至85的蕭氏A硬度量值。
  15. 如請求項11之方法，其中該墊具有20%至60%的空隙容積。
  16. 如請求項11之方法，其中該平均孔徑為50μm至150 μm。
  17. 如請求項11之方法，其中該墊具有-30℃至+10℃的轉變溫度Tg。
  18. 如請求項11之方法，其中該墊在30℃下具有30MPa至100MPa的彈性模數E。
  19. 如請求項11之方法，其中該墊於15分鐘內具有20°至70°的水接觸角。
  20. 如請求項11之方法，其中該金屬氧化物粒子包括煙霧狀氧化矽粒子，該聚合基質包括熱塑性聚胺基甲酸酯，及其中該墊具有20%至60%的空隙容積、50μm至150μm的平均孔徑、65μm至85μm的蕭氏A硬度量值、-30℃至+10℃的玻璃轉變溫度、在30℃下30MPa至100MPa的彈性模數E、及於15分鐘內之20°至70°的水接觸角。
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