TWI728188B - 使化學機械拋光墊之表面成形之方法 - Google Patents

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傑弗瑞 羅伯特 史塔克
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Abstract

本發明提供用於製造預調節型化學機械(CMP)拋光墊之方法，所述CMP拋光墊具有有效拋光之墊表面微紋理，所述方法包括用旋轉式研磨機研磨具有半徑之所述CMP拋光墊之表面，此時其就位固持在平台式壓板表面上，所述旋轉式研磨機具有平行於或基本上平行於所述平台式壓板表面安置且由多孔性研磨材料製成的研磨表面，其中所得CMP拋光墊具有0.01μm至25μm Sq之表面粗糙度。本發明亦提供一種在拋光層表面上具有一系列明顯的交叉弧線之CMP拋光墊，所述交叉弧線之曲率半徑等於或大於所述墊之曲率半徑的一半，且始終繞所述墊之所述表面以繞所述墊之中心點徑向對稱的方式延伸。

Description

使化學機械拋光墊之表面成形之方法
本發明係關於用於向拋光墊提供墊表面微紋理之方法，所述拋光墊用於基板之化學機械平坦化(CMP)，所述基板諸如半導體基板、磁性基板及光學基板；以及係關於具有一致的墊表面微紋理之化學機械拋光墊。更確切而言，本發明係關於包括如下之方法：用具有多孔性研磨材料之研磨表面之旋轉式研磨機研磨CMP拋光層表面，以形成CMP拋光層之表面與多孔性研磨材料之表面的界面，CMP拋光層材料諸如藉由真空或壓敏黏著劑就位固持在平坦壓板表面上。
用於化學機械平坦化之拋光墊之製造已知包含使發泡或多孔性聚合物在具有最終拋光墊(諸如聚胺基甲酸酯)之期望直徑之模具中模製及固化，隨後使固化聚合物脫模且在平行於模具頂部表面之方向上切割(例如藉由切削)固化聚合物以形成具有期望厚度之層，以及隨後例如藉由研磨、刳槽(routing)或將最終表面設計壓印至拋光墊頂部中使所得層成形。此前，使此類層成形為拋光墊之已知方法包含層注射模製、層擠出、用固定研磨帶對層進行磨光及/或將 層端面車削成期望之厚度及平坦度。此等方法實現一致的墊表面微紋理之能力有限，所述一致的墊表面微紋理為拋光基板中之低缺陷度及自基板均勻移除材料所必需。事實上，所述方法通常形成可見設計，諸如具有指定寬度及深度之凹槽及可見但不一致的紋理。舉例而言，由於模具硬度隨著模具厚度而改變且切削刀片連續磨損，因此切削製程對於墊表面成形不可靠。由於連續之工具磨損及車床定位精度，因此單點端面車削技術已經不能夠產生一致的墊表面微紋理。注射模製製程所製造之墊由於穿過模具之材料流動不一致而缺乏均勻性；另外，由於固化劑及模製材料之剩餘部分在注射至圍束區域中的期間、尤其在高溫下可按不同之速率流動，因此當墊固定且固化時，模製品傾向於變形。
亦已經使用磨光方法使具有較硬表面之化學機械拋光墊光滑。在磨光方法之一個實例中，West等人之美國專利第7,118,461號揭示了用於化學機械平坦化之光滑墊及所述墊之製造方法，所述方法包括用自墊表面移除材料之研磨帶磨光或拋光墊表面。在一個實例中，磨光之後使用較小研磨劑進行後續磨光步驟。所述方法之產品相較於未經修光之相同墊產品展現改善之平坦化能力。遺憾的是，雖然West等人之方法可使墊光滑，但是其未能提供一致的墊表面微紋理且無法用於處理較軟之墊(墊或墊聚合物基質之根據ASTM D2240-15(2015)之肖氏D硬度為40或更小)。此外，West等人之方法移除之材料太多，以致所得拋光墊之使用壽命可能受到不利的影響。仍然期望提供一種具有一致的表面微紋理而不限制墊使用壽命之化學機械拋光墊。
化學機械拋光墊之調節類似於磨光，其中所述墊在使用時通常用具有類似於細砂紙之表面之旋轉式磨輪進行調節。進行『磨合』期(在此期間，不使用墊進行拋光)之後，此類調節導致平坦化效率提高。仍期望消除磨合期且提供可立即用於拋光之預調節墊。
本發明人已經致力於發現用於製造預調節型CMP墊之方法，所述預調節型CMP墊具有一致的墊表面微紋理，同時保持其原始表面構形。
1. 根據本發明，提供具有一或多種聚合物、較佳聚胺基甲酸酯之CMP拋光層之預調節型化學機械(CMP)拋光墊的方法，所述CMP拋光層具有半徑，且具有0.01μm至25μm Sq之表面粗糙度，且具有有效拋光之墊表面微紋理，所述方法包括用旋轉式研磨機研磨聚合物CMP拋光層，較佳地聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯發泡體CMP拋光層，更佳地多孔性CMP拋光層之表面，此時CMP拋光層諸如藉由壓敏黏著劑，或較佳地真空就位固持在平台式壓板表面上，所述旋轉式研磨機包括轉子且具有平行於或基本上平行於平台式壓板之表面安置且由多孔性研磨材料製成之研磨表面，以形成CMP拋光層之表面與多孔性研磨材料之表面的界面。
2. 根據如上文條目1中所述的本發明之方法，其中CMP拋光層之半徑自其中心點延伸至其外周且旋轉式研磨機之直徑等於或大於CMP拋光層之半徑，或較佳地等於CMP拋光層之半徑。
3. 根據如上文條目2中所述的本發明之方法， 其中旋轉式研磨機定位成在研磨期間其外周直接擱置在CMP拋光層之中心上。
4. 根據如上文條目1、2或3中任一項所述的本發明之方法，其中旋轉式研磨機及CMP拋光層及平台式壓板在CMP拋光層之研磨期間各自旋轉。較佳地，平台式壓板之旋轉方向與旋轉式研磨機相反。
5. 根據如上文條目4中所述的本發明之方法，其中旋轉式研磨機以50至500rpm，或較佳地150至300rpm之速率旋轉，且平台式壓板以6至45rpm，或較佳地8至20rpm之速率旋轉。
6. 根據如上文條目1、2、3、4或5中任一項所述的本發明之方法，其中旋轉式研磨機在研磨期間定位於CMP拋光層及平台式壓板上方，且旋轉式研磨機自剛好高於CMP拋光層表面之點以0.1至15微米/轉或較佳地0.2至10微米/轉之速率向下饋送，亦即，使CMP拋光層表面與旋轉式研磨機之研磨表面的界面損耗且研磨CMP拋光層之頂部表面。
7. 根據如上文條目1、2、3、4、5或6中任一項之本發明之方法，其中在研磨之前，CMP拋光墊藉由模製聚合物且切削模製聚合物形成用作墊之CMP拋光層來形成，或較佳地藉由模製聚合物且切削模製聚合物形成CMP拋光層，隨後在直徑與CMP拋光層相同的子墊或底層之頂部上堆疊CMP拋光層形成CMP拋光墊來形成。
8. 根據如上文條目1、2、3、4、5、6或7中任一項所述的本發明之方法，其中所述多孔性研磨材料為多孔 性材料連續相之複合物，所述多孔性材料連續相已分散於其細粉狀無孔磨料粒子內，諸如碳化矽、氮化硼或較佳地金剛石粒子。
9. 根據如上文條目8中所述的本發明之方法，其中多孔性研磨材料之平均孔徑為3至240μm，或較佳地10至80μm。
10. 根據如上文條目8或9中任一項所述的本發明之方法，其中多孔性研磨材料之多孔性連續相包括陶瓷，較佳地燒結陶瓷，諸如氧化鋁或二氧化鈰。
11. 根據如上文條目1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任一項所述的本發明之方法，其中在研磨期間，所述方法進一步包括將壓縮惰性氣體或空氣間歇地或較佳地持續地吹入CMP拋光層材料之表面及旋轉式研磨機之研磨表面的界面中從而衝擊多孔性研磨材料，較佳地自CMP拋光層之中心點上方的點經CMP拋光層材料之表面與旋轉式研磨機之研磨表面的界面吹入，或更佳地自CMP拋光層之中心點上方的點經CMP拋光層材料之表面與旋轉式研磨機之研磨表面的界面吹入，且分別將氣體或空氣自剛好低於旋轉式研磨機之周緣之點向上吹，例如其中CMP拋光層之周緣及旋轉式研磨機之周緣會合，從而衝擊多孔性研磨材料。亦可在研磨之前或之後吹入壓縮氣體或空氣。
12. 根據如上文條目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中任一項所述的本發明之方法，其中CMP拋光層包括多孔性聚合物或含有多孔性聚合材料之填充劑，其根據ASTM D2240-15(2015)之肖氏D硬度為20至80，或例如40 或更低。
13. 根據如上文條目1、2、3、4、5、6、7、8、910、11或12中任一項所述的本發明之方法，其中CMP拋光層進一步包括一或多個無孔透明窗口區段，諸如包括玻璃轉移溫度(DSC)為75至105℃之無孔聚胺基甲酸酯之彼等區段，諸如不延伸越過CMP拋光層之中心點之窗口區段。
14. 根據如上文條目1、2、3、4、5、6、7、8、910、11、12或13中任一項所述的本發明之方法，其中CMP拋光層為條紋的且包括平均粒徑為10至60μm之複數個孔或微元件，較佳地聚合微球體。
15. 根據如上文條目14中所述的本發明之方法，其中CMP拋光層具有自CMP拋光層之中心點朝其外周向外延伸的交替較高密度及較低密度之環形帶。
16. 根據如上文條目15中所述的本發明之方法，其中較高密度環形帶之密度比較低密度環形帶高0.01至0.2g/cm3。
17. 在本發明之另一態樣中，化學機械(CMP)拋光墊包括一或多種聚合物之CMP拋光層，較佳地多孔性CMP拋光層，CMP拋光層具有半徑且具有至少0.01μm至25μm Sq之表面粗糙度，或較佳地1μm至15μm Sq之表面粗糙度，且在拋光層表面上具有一系列明顯的交叉弧線，且曲率半徑等於或大於CMP拋光層之曲率半徑的一半，較佳地曲率半徑等於CMP拋光層之曲率半徑的一半。較佳地，所述系列之明顯的交叉弧線始終繞拋光層之表面以繞拋光層之中心點徑向對稱的方式延伸。
18. 根據如上文條目17中所述的本發明之拋光墊，CMP拋光層具有自CMP拋光層之中心點朝其外周向外延伸的交替較高密度及較低密度之環形帶。
19. 根據如上文條目17或18中任一項所述的本發明之拋光墊，拋光墊具有一或多個無孔且透明之窗口區段，諸如由玻璃轉移溫度(DSC)為75至105℃之無孔聚胺基甲酸酯形成之彼等區段，其不延伸越過CMP拋光墊之中心點，其中一或多個窗口區段具有由跨越窗口之最大尺寸，諸如圓形窗口之直徑，或矩形窗口之長度或寬度中較大之一者，峰-谷為50μm或更低之窗口界定之頂部表面。
20. 根據如上文條目17、18或19中任一項所述的本發明之拋光墊，其中拋光墊之厚度傾斜以變得更接近其中心點，或傾斜以變得更遠離其中心點。
21. 根據如上文條目17、18、19或20中任一項所述的本發明之拋光墊，其中CMP拋光層在諸如聚合物、較佳地聚胺基甲酸酯、浸漬之非編織墊等子墊或底層上堆疊。
22. 根據如上文條目17、18、19、20或21中任一項所述的本發明之拋光墊，其中CMP拋光層包括多孔性聚合物或填充之多孔性聚合材料，其根據ASTM D2240-15(2015)之肖氏D硬度為20至80，或例如40或更低。
除非另外指示，否則溫度及壓力之條件為環境溫度及標準壓力。列舉之全部範圍均為包含性及可組合性的。
除非另外指示，否則含有圓括號之任何術語均可替代地指全部術語，如同圓括號不存在以及術語沒有圓括號一樣，以及各替代方案之組合。因此，術語「(聚)異氰酸酯」 係指異氰酸酯、聚異氰酸酯或其混合物。
全部範圍均為包含性及可組合性的。舉例而言，術語「50至3000cp或100cp或更大之範圍」將包含50cp至100cp、50cp至3000cp以及100cp至3000cp中之每一者。
如本文所使用，術語「ASTM」係指賓夕法尼亞州西康舍霍肯ASTM國際性組織(ASTM International,West Conshohocken,PA)之出版物。
如本文所使用，術語「厚度變化」意指藉由拋光墊厚度之最大變化所測定之值。
如本文所使用，術語「基本上平行」係指旋轉式研磨機之研磨表面與CMP拋光層之頂部表面所形成的角度，或更確切而言，由平行於旋轉式研磨機之研磨表面延伸且終止於CMP拋光層之中心點上方的點之第一線段，與自第一線段之末端平行於平台式壓板之頂部表面延伸且終止於平台式壓板的外周之第二線段的交叉點界定之角度，其為178°至182°，或較佳地179°至181°，其中所述第一及第二線段處於與平台式壓板垂直之平面內，所述平面通過CMP拋光層之中心點以及旋轉式研磨機的研磨表面周緣上之位置距CMP拋光層中心點最遠的點。
如本文所使用，術語「Sq.」當用於定義表面粗糙度時意指在給定CMP拋光層之表面上之指定點處所量測的指定數目個表面粗糙度值之均方根。
如本文所使用，術語「表面粗糙度」意指藉由相對於最佳擬合平面量測表面高度測定之值，最佳擬合平面代 表平行於給定CMP拋光層之頂部表面且位於給定CMP拋光層之頂部表面上在所述頂部表面上的任何給定點之水平表面；Svk係指低區域中量測到的谷深度；以及Spk係指高區域中量測到的峰。可接受之表面粗糙度範圍為0.01μm至25μm Sq，或較佳地1μm至15μm Sq。
如本文所使用，術語「wt.%」表示重量百分比。
1‧‧‧平台式壓板
2‧‧‧CMP拋光層或墊
3‧‧‧窗口
4‧‧‧旋轉式研磨機(轉輪)總成/轉子
5‧‧‧多孔性研磨材料
圖1描繪了本發明之旋轉式研磨機之實施例且展現了平台式壓板及含有透明窗口之CMP拋光層。
圖2描繪了表面上具有由交叉弧線界定之一致的槽溝微紋理之CMP拋光層，其中各弧線之曲率半徑等於或略微大於CMP拋光層之半徑。
根據本發明，研磨方法改良CMP拋光層之表面微紋理，包含CMP拋光墊及拋光層之頂部表面之表面微紋理。所述方法產生一致的表面微紋理，所述表面微紋理之特徵為CMP拋光層表面中之一系列交叉弧線且具有與旋轉式研磨機之研磨表面之外周界定的圓形相同的曲率半徑，且特徵為CMP拋光層之上表面上之表面粗糙度為0.01至25μm Sq。本發明人已發現根據本發明之方法製成之CMP拋光層在幾乎不調節或不調節，亦即其經過預調節下表現良好。此外，本發明之CMP拋光層之墊表面微紋理使得能夠增強基板之拋光。本發明之方法有助於避免墊形態出現因切削所致之不規整，切削可能引起化學機械拋光墊中出現表面缺陷，諸如鑿 孔，以及窗口材料起泡，窗口材料比CMP拋光層之其餘部分更軟。此外，本發明之方法有助於使墊堆疊期間因拋光層變形所致之負面影響最小化，在墊堆疊期間兩個或更多個墊層通過相隔固定距離之輥隙組且產生線性波紋。對於軟的且可壓縮的CMP拋光層而言，此尤其重要。另外，本發明之方法及其提供之墊跨越基板表面例如半導體或晶圓表面，實現最佳化的表面微紋理，更低之缺陷度及改良之均勻材料移除。
本發明人已發現用多孔性研磨材料研磨能夠研磨但不污損研磨介質且不對CMP拋光層基板產生破壞。多孔性研磨材料中之孔隙足夠大來儲存自CMP拋光層基板移除之微粒；且多孔性研磨材料之孔隙度足以儲存研磨期間移除之材料主體。較佳地，將壓縮空氣吹過CMP拋光層材料之表面(下方)與旋轉式研磨機之研磨表面(上方)的界面以及CMP拋光層基板進一步幫助移除磨粒且防止污損研磨設備。
多孔性研磨材料較佳地為鋸齒狀的且在旋轉式研磨機之周緣包括不連續部分或間隙。此類間隙有助於在研磨期間冷卻多孔性研磨材料及CMP拋光層基板之研磨表面且移除加工中之磨粒。間隙亦允許在研磨期間將壓縮氣體或空氣吹入CMP拋光層之表面與旋轉式研磨機的研磨表面之間的界面中來移除磨粒。
本發明之方法可發生變化來補償不期望之CMP基板輪廓磨損，諸如在CMP製程導致輪廓磨損不一致的情況下，諸如基板邊緣處之移除太少或太多。此又可延長墊壽命。在此類方法中，調整旋轉式研磨機之研磨表面使得其與平台式壓板或CMP拋光層之頂部表面基本上平行但不完全平行。 舉例而言，可調整旋轉式研磨機之研磨表面來產生中心厚(旋轉式研磨機之研磨表面與平台式壓板半徑之間之角度超過180°，所述角度所處之平面與平台式壓板垂直且通過CMP拋光層之中心點及旋轉式研磨機之研磨表面的周緣上距CMP拋光層中心點最遠的點)或中心薄(角度小於180°)。
本發明之方法可在濕潤環境中進行，諸如聯合水或研磨水性漿液，諸如二氧化矽或二氧化鈰漿液。
由於旋轉式研磨機元件之尺寸可改變，因此本發明之方法能按比例調節以便配合各種尺寸之CMP拋光層。根據本發明之方法，平台式壓板應該大於CMP拋光層或較佳具有半徑等於CMP拋光層半徑或半徑在比CMP拋光層半徑長10cm內之尺寸。所述方法因此能按比例調節以處理半徑為100mm至610mm之CMP拋光層。
本發明之方法移除CMP拋光層之頂部表面形成一致的墊表面微紋理且可用於自CMP拋光層之頂部表面移除1至300μm，或較佳地15至150μm，或更較佳地25μm或更多墊材料。
本發明之方法能夠提供不會出現窗鼓脹及切削所致缺陷之CMP拋光層或墊。因此，根據本發明，CMP拋光層可藉由模製聚合物形成具有所期望之直徑或半徑之多孔性模製品，所述直徑或半徑將為自其製造之墊之尺寸；接著將模製品切削成所期望之厚度，所述厚度將為根據本發明製造之墊之目標厚度；隨後研磨墊或CMP拋光層在其拋光表面上提供所期望之墊表面微紋理來形成。
本發明之方法可對單個層或單獨墊進行，以及對 具有子墊層之堆疊墊進行。較佳地，在堆疊墊的情況下，在墊堆疊之後進行研磨方法，使得研磨可幫助消除堆疊墊中之變形。
本發明之方法包含在研磨之後，諸如藉由車削墊在墊中形成凹槽。
根據本發明之方法使用之適合CMP拋光層較佳地包括多孔性聚合物或含有多孔性聚合材料之填充劑，其根據ASTM D2240-15(2015)之肖氏D硬度為20至80。
本發明之方法可對任何墊進行，包含由相對軟的聚合物製造之彼等墊，且發現在處理肖氏D硬度為40或更低的軟墊中之特定用途。墊較佳地可為多孔性的。孔可由墊聚合物基質中之空間或含有空隙或孔之孔形成劑或微元件或填充劑提供。
根據本發明之方法使用之適合CMP拋光層可進一步包括一或多個無孔透明窗口區段，諸如包括玻璃轉移溫度(DSC)為75至105℃之無孔聚胺基甲酸酯之彼等窗口區段，諸如未延伸越過CMP拋光層之中心點之窗口區段。在此類CMP拋光層中，一或多個窗口區段具有由跨越窗口之最大尺寸，諸如圓形窗口之直徑，或矩形窗口之長度或寬度中較大之一者，為50μm或更低之窗口厚度變化界定之頂部表面。
此外，與本發明之方法一起使用之適合CMP拋光層可包括平均粒徑為10至60μm之複數個孔或微元件，較佳地聚合微球體。
根據本發明，拋光表面之肖氏D硬度為40或更低之軟CMP拋光層亦具有一致的墊表面微紋理，其在拋光表 面上包含一系列明顯的交叉弧線且曲率半徑等於或大於拋光層之半徑，較佳地曲率半徑等於拋光層之半徑。較佳地，所述系列之明顯的交叉弧線始終繞拋光層之表面以關於拋光層之中心點徑向對稱的方式延伸。
如圖1所示，本發明之方法對具有真空口，未圖示，的平台式壓板(1)之表面進行。將CMP拋光層或墊(2)放在平台式壓板(1)上，使得平台式壓板(1)之中心點與CMP拋光層(2)之中心點對齊。圖1中之平台式壓板(1)具有真空排氣口(未示出)以固持CMP拋光層(2)就位。在圖1中，CMP拋光層(2)具有一個窗口(3)。本發明之研磨機構包括旋轉式研磨機(轉輪)總成(4)或轉子，其周緣之下表面處附接有包括多孔性研磨材料(5)之研磨介質，如圖所示，所述研磨介質佈置於圍繞轉子(4)周緣下表面延伸之複數個區段中。多孔性研磨材料之區段之間具有小間隙。在圖1中，旋轉式研磨機總成(4)視需要定位成其周緣剛好位於CMP拋光層(2)之中心點上方；另外，旋轉式研磨機總成(4)具有所期望之尺寸，以使得其直徑大致等於CMP拋光層(2)之半徑。
本發明之方法中使用之研磨設備包括旋轉式研磨機總成及其驅動外殼，包含馬達及齒輪連桿機構；以及平台式壓板。另外，所述設備包括用於將壓縮氣體或空氣引導至附接至旋轉式研磨機總成之多孔性研磨材料與CMP拋光層的界面之導管。整個設備封閉在密閉外罩內，其中濕度較佳地控制在RH 50%或更低。
本發明之方法中使用之研磨設備的旋轉式研磨 機總成在豎直軸上旋轉，所述豎直軸延伸至驅動外殼中且經諸如齒輪或傳動帶之機械連桿機構連接至驅動外殼內之馬達或旋轉致動器。驅動外殼進一步包含位於鄰近旋轉式研磨機總成上方之兩個或更多個氣動或電子致動器之徑向陣列，由此旋轉式研磨機總成可諸如藉由將其以緩慢增量速率向下且傾斜之饋送來升高或降低。致動器另外使能夠傾斜旋轉式研磨機總成，使得其研磨表面基本上但不完全平行於平台式壓板之頂部表面；此使研磨能夠形成中心厚或中心薄墊。
旋轉式研磨機總成含有夾具、緊固件或橫向彈簧承載卡扣環之陣列，其中多孔性研磨材料之環緊密裝配在旋轉式研磨機總成之下表面上。
多孔性研磨材料承載於單個支承環上，所述環裝配至旋轉式研磨機總成之下表面中或附接至旋轉式研磨機總成之下表面。多孔性研磨材料可包括向下端面車削區段之徑向陣列，通常為10至40個中間具有間隙之多孔性研磨材料區段；或由多孔性研磨材料製成的中間具有週期性穿孔之穿孔環。間隙或穿孔允許在使用之前、期間或之後將壓縮氣體或空氣吹入CMP拋光層之表面及CMP拋光層的界面中來清潔多孔性研磨材料。
根據本發明之方法處理的CMP拋光層之墊表面微紋理與CMP拋光層的表面粗糙度及旋轉式研磨機之研磨表面上的細粉狀無孔磨料粒子之尺寸成比例。舉例而言，1μm Sq.之表面粗糙度對應於平均粒徑(X50)略微低於1μm之細粉狀無孔磨料粒子。
本發明之設備中之平台式壓板含有複數個小 孔，例如直徑為0.5至5mm之小孔，此等小孔經壓板連接至真空。所述孔可藉由在研磨期間固持CMP拋光層基板就位之任何適合方式佈置，諸如沿著自平台式壓板之中心點向外延伸之一系列輪輻佈置或佈置成一系列同心環。
實例：在以下實例中，除非另有說明，否則所有壓力單位為標準壓力(~101kPa)且所有溫度單位為室溫(21-23℃)。
實例1：使用具有330mm(13")半徑之VP5000TM CMP拋光層或墊之兩種形式(陶氏化學(Dow Chemical)，密歇根州米德蘭(Midland,MI)(陶氏))進行試驗。所述墊無窗口。在實例1-1中，CMP拋光層包括具有2.03mm(80密耳)厚度之單一多孔性聚胺基甲酸酯墊，且其中聚胺基甲酸酯之肖氏D硬度為64.9。在實例1-2中，CMP拋光層包括使用壓敏黏著劑將實例1-1之相同聚胺基甲酸酯墊堆疊至由聚酯氈(陶氏)製成的SUBA IVTM子墊上而得到的堆疊墊。
實例1-A及1-B中之比較物為分別與實例1-1及1-2相同的墊，但是未根據本發明之方法加以處理：所述堆疊墊具有SIV子墊。
所有墊均具有1010個凹槽(具有0.0768cm(0.030")深度×0.0511cm(0.020")寬度×0.307cm(0.120")間距之同心圓凹槽圖案)，且無窗口。
多孔性研磨材料為具有151μm平均研磨尺寸之玻璃化多孔性金剛石研磨劑。為了研磨基板，旋轉式研磨機總成平行於平台式壓板之頂部定位且按284rpm逆時針旋轉且平台式鋁壓板按8rpm順時針旋轉。自多孔性研磨材料剛 好開始觸碰CMP拋光層基板的點開始，旋轉式研磨機總成按每3次墊轉數5.8μm(0.0002")增量之速率朝平台式壓板向下饋送。在此期間，將壓縮之乾燥空氣(CDA)自2個噴嘴吹入多孔性研磨材料之表面與CMP拋光層之表面的界面，所述噴嘴一個剛好位於CMP拋光層之中心點的上方且另一個位於多孔性研磨材料之後側的距墊中心約210mm(8.25")處。研磨持續約5分鐘。
在拋光測試中如下評估得自實例1之墊之移除速率、非均勻性及顫痕(缺陷度)：移除速率：在200mm尺寸之四乙氧基矽酸鹽(TEOS)基板上，藉由使用指定之墊及200ml/min流動速率之ILD3225TM煙霧狀二氧化矽水性漿液(陶氏)平坦化基板來測定。使用MirraTM拋光工具(加利福尼亞州聖克拉拉市應用材料公司(Applied Materials,Santa Clara,CA))，在93/87壓板/基板載具rpm下，拋光壓力為0.11、0.21及0.32kg/cm2(1.5、3.0、4.5psi)下壓力不等。測試之前，使用SAESOLTM 8031C1盤(燒結的金剛石粉塵表面，10.16cm直徑，韓國塞索爾金剛石有限公司(Saesol Diamond Ind.Co.,Ltd.,Korea))作為調節機，在3.2kg(7磅)下調節所有拋光墊40分鐘。在測試期間，繼續對所述墊進行相同調節。每個墊測試總共18個晶圓且獲得平均值。
非均勻性：針對在移除速率測試中平坦化之相同TEOS基板且按照移除速率測試中所揭示之方式進行測定，其例外之處為藉由觀測晶圓內厚度變化來獲得資料。每個墊測試總共18個晶圓且獲得平均值。
顫痕或缺陷計數：針對在移除速率測試中平坦化之相同TEOS基板且按照移除速率測試中所揭示之方式進行測定，其例外之處為藉由觀測CMP缺陷總數來獲得資料。每個墊測試總共18個晶圓且獲得平均值。
所得墊具有墊表面微紋理，所述墊表面微紋理包括曲率半徑等於旋轉式研磨機總成之周緣之曲率半徑的交叉弧線。另外，如下表1所示，本發明實例1-1及1-2之墊在基板上產生之平坦化速率與實例1-A(單個)及1-B(堆疊)之比較墊相同；同時，相較於未經歷本發明研磨方法之比較實例1-A及1-B的墊，本發明實例1-1及1-2的墊在基板中產生之缺陷度顯著降低且顫振標記顯著減少。
實例2：使用具有61.0肖氏D硬度之419mm(16.5")半徑IC1000TM單層聚胺基甲酸酯墊(陶氏)進行試驗，其中按如上文實例1中之方式處理實例2之墊，其例外之處為將旋轉式研磨機總成按每8次墊轉數20.3μm(0.0007")增量之速率朝平台式壓板向下饋送且持續研磨5.5分鐘。比較實例2-A之墊為未根據本發明方法處理的與實例2相同的墊。
對14個墊進行試驗且報導厚度變化之平均結 果，所述厚度變化如下測試：厚度變化：使用座標量測機在拋光墊之整個表面上測定。每個墊收集自墊中心至邊緣之總共9個離散量測位置。藉由自最厚量測值減去最薄量測值來計算厚度變化。結果顯示在下表2中。
所得本發明之墊具有特徵性墊表面微紋理。本發明實例2之墊具有較小的平均厚度變化且因此其形狀比比較實例2-A之墊更一致。
實例3：相較於可市購之IC1000TM墊(陶氏)，量測上文實例2之墊之表面粗糙度。比較實例2之墊為與實例2-A相同的墊，但未根據本發明之方法處理。
在2個墊中之每一者上，自墊中心至邊緣在5個等間距之點處量測表面粗糙度且表面粗糙度之平均結果報導於下表3中。
如上表3所示，實例3中之本發明CMP拋光層具有所定義之墊表面微紋理及以減小之谷深度為特徵的確定表面粗糙度。
實例3：使用具有33.0肖氏D硬度之大419mm(16.5")半徑IK2060HTM單層聚胺基甲酸酯墊(陶氏)，使用按如上文實例2中之方式處理之實例3-1、3-2、3-3墊進行試驗，其例外之處為將旋轉式研磨機總成朝平台式壓板向下饋送且停在不同高度來實現輕度(最少研磨，在如自研磨表面最先觸碰墊之墊表面之最高峰量測移除12.7μm(0.5密耳)墊之後停止)、中等(如自墊表面之最高峰量測移除50.8μm(2密耳)墊之後停止)以及完全表面微紋理化(最大研磨，如自墊表面之最高峰量測移除101.6μm(4密耳)墊之後停止)。比較實例3-A墊為與實例3-1、3-2及3-3相同的墊，但沒有根據本發明之方法處理。
所有墊均具有1010個凹槽(具有0.0768cm(0.030")深度×0.0511cm(0.020")寬度×0.307cm(0.120")間距之同心圓凹槽圖案)，且無窗口。
在拋光測試中如下評估得自實例3之墊之移除速率及缺陷度：移除速率：在200mm尺寸之四乙氧基矽酸鹽(TEOS)基板上，藉由使用指定之墊及200ml/min流動速率之AP5105TM二氧化矽水性漿液(陶氏)平坦化基板來測定。使用MirraTM拋光工具(加利福尼亞州聖克拉拉市應用材料公司)，在93/87壓板/基板載具rpm下，拋光壓力恆定在0.11kg/cm2(1.5psi)下壓力。在晶圓拋光之前，沒有進行墊磨合調節。使用SAESOLTM 8031C1盤(燒結的金剛石粉塵表面，10.16cm直徑，韓國塞索爾金剛石有限公司)作為調節機，在3.2kg(7磅)下完全原位調節所有拋光墊。在測試期間， 繼續對所述墊進行相同調節。每個墊測試總共76個晶圓，量測6個晶圓之選定子組(第1號、第7號、第13號、第24號、第50號以及第76號晶圓)；自量測之子組獲得平均值且在下文中報導缺陷計數及移除速率。下文亦報導第24號晶圓之量測值。
缺陷計數：針對在移除速率測試中平坦化之相同TEOS基板且按照移除速率測試中所揭示之方式進行測定，其例外之處為藉由觀測CMP缺陷總數來獲得資料。每個墊測試總共76個晶圓，量測6個晶圓之子組，且獲得平均值。
如下文表4中所示，本發明實例3-2及3-3之墊在基板上產生之平坦化速率顯著高於實例3-A之比較墊；同時，相較於未經歷本發明研磨方法之比較實例3-A之墊，本發明實例3-2及3-3之墊在基板上產生之缺陷度顯著降低。實例3-2及3-3與實例3-1相比時顯示墊的更多研磨改良其拋光效能，至少高達自墊表面移除約51μm材料。
1‧‧‧平台式壓板
2‧‧‧CMP拋光層或墊
3‧‧‧窗口
4‧‧‧旋轉式研磨機(轉輪)總成/轉子
5‧‧‧多孔性研磨材料

Claims (13)

  1. 一種提供預調節型化學機械(CMP)拋光墊之方法，所述CMP拋光墊具有半徑及一或多種聚合物之CMP拋光層，所述CMP拋光層具有有效拋光之墊表面微紋理，所述方法包括：用旋轉式研磨機研磨所述CMP拋光層之表面，此時所述CMP拋光層就位固持在平台式壓板表面上，所述旋轉式研磨機具有平行於或基本上平行於所述平台式壓板表面安置且由多孔性研磨材料製成的研磨表面，以形成所述CMP拋光層之所述表面與所述多孔性研磨材料之表面的界面，其中所得CMP拋光層具有0.01μm至25μm Sq之表面粗糙度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述CMP拋光層藉由真空就位固持在所述平台式壓板表面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述CMP拋光層之半徑自其中心點延伸至其外周，且所述旋轉式研磨機之直徑等於或大於所述CMP拋光層之所述半徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述旋轉式研磨機定位成在研磨期間其外周直接擱置在所述CMP拋光層之所述中心上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述旋轉式研磨機及所述CMP拋光層及平台式壓板在所述CMP拋光層之所述研磨期間各自旋轉。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中所述平台式壓板之旋轉方向與所述旋轉式研磨機相反。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中所述旋轉式研磨機以50至500rpm之速率旋轉且所述平台式壓板以6至45rpm之速率旋轉。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述旋轉式研磨機在所述研磨期間定位於所述CMP拋光層及平台式壓板上方，且所述旋轉式研磨機自剛好高於所述CMP拋光層表面的點以0.05至10微米/轉之速率向下饋送，以使所述CMP拋光層之所述表面與所述旋轉式研磨機之所述研磨表面的界面損耗且研磨所述CMP拋光層之頂部表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在所述研磨之前，所述CMP拋光層藉由模製所述聚合物且切削所述模製聚合物形成所述CMP拋光層來形成
  10. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在所述研磨之前，CMP拋光墊藉由模製所述聚合物且切削所述模製聚合物形成所述CMP拋光層，隨後在直徑與所述CMP拋光層相同的子墊或底層之頂部上堆疊所述CMP拋光層形成所述CMP拋光墊來形成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述多孔性研磨材料為多孔性材料連續相之複合物，所述多孔性材料連續相已分散於其細粉狀無孔磨料粒子內。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中所述多孔性研磨材料為多孔性材料連續相之複合物，所述多孔性材料連續相已分散於其細粉狀金剛石粒子內。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在所述研磨期間，所述方法進一步包括將壓縮惰性氣體或空氣間歇地或 持續地吹入所述CMP拋光層之所述表面與所述旋轉式研磨機之所述研磨表面的所述界面中，從而衝擊所述多孔性研磨材料。
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