專(zhuān)利名稱(chēng)：雙孔結(jié)構(gòu)拋光墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以用來(lái)對(duì)磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一種進(jìn)行拋光 的多孔聚氨酯拋光墊。例如，所述拋光墊可以特別有效地用來(lái)對(duì)半導(dǎo)體晶片材料進(jìn)行化學(xué) 機(jī)械拋光(CMP)，更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及用來(lái)拋光半導(dǎo)體基片的低缺陷方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體生產(chǎn)通常涉及一些化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。在各CMP工藝中，通過(guò)拋光 墊與拋光液(例如包含磨料的拋光漿液或者不含磨料的活性液體)的組合，以一定的方式 除去多余的材料，從而進(jìn)行平面化或保持平坦度，以便接受下一層。這些層以一定的方式組 合層疊，形成集成電路。由于人們需要運(yùn)行速度更高、漏電更少和能耗減少的器件，所以這 些半導(dǎo)體器件的制造一直在變得越來(lái)越復(fù)雜。按照器件的結(jié)構(gòu)，這變成要求特征幾何結(jié)構(gòu) 更精細(xì)，以及增加金屬化層次的數(shù)量。這些越來(lái)越嚴(yán)格的器件設(shè)計(jì)要求促使人們采用越來(lái) 越小的線路間距，和相應(yīng)地增大圖案密度。器件的更小的規(guī)模以及增大的復(fù)雜性使得對(duì)CMP 消耗品(例如拋光墊和拋光液)的要求更高。另外，隨著集成電路特征尺寸的減小，由CMP 產(chǎn)生的缺陷率，例如劃痕，變成了更大的問(wèn)題。另外，集成電路減小的膜厚度要求在改進(jìn)缺 陷率的同時(shí)為晶片基片提供可接受的形貌；這些形貌方面的要求需要更加嚴(yán)格的平面度、 線路凹陷和小特征陣列腐蝕拋光技術(shù)要求。另外，人們需要更高的拋光去除速率以改進(jìn)晶 片生產(chǎn)量，由于金屬材料和介電材料被同時(shí)拋光，因此金屬與介電材料的相對(duì)去除速率是 很重要的。為了滿足未來(lái)的晶片集成需求，人們需要更高的電介質(zhì)(例如TEOS)/金屬(例 如銅)的去除速率選擇性比。
歷史上，澆注聚氨酯拋光墊為用于制造集成電路的大多數(shù)拋光操作提供了機(jī)械整 體性和耐化學(xué)性。例如，聚氨酯拋光墊具有抗撕裂的足夠的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)；避免在拋光過(guò) 程中發(fā)生磨損問(wèn)題的耐磨性；耐受強(qiáng)酸和強(qiáng)苛性拋光液腐蝕的穩(wěn)定性。由陶氏電子材料公 司(Dow Electronic Materials)提供的IC1000 拋光墊代表了適合用于拋光多個(gè)基材的 工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)聚氨酯拋光墊，所述基材例如是鋁、阻擋材料、介電材料、銅、硬質(zhì)掩模、低k電 介質(zhì)、鎢和超低k電介質(zhì)(IC1000是陶氏電子材料公司或其子公司的商標(biāo))。
過(guò)去的幾年來(lái)，半導(dǎo)體制造商更多地轉(zhuǎn)向微孔拋光墊，例如用來(lái)進(jìn)行精整或最 終拋光操作(這些操作中，較低的缺陷率是更重要的要求)的Politex 聚氨酯拋光墊 (Politex是陶氏電子材料公司(Dow ElectronicMaterials)或其子公司的商標(biāo))。對(duì)于本 說(shuō)明書(shū)來(lái)說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“微孔”表示由水溶液或非水性溶液制得的多孔聚氨酯拋光墊。這些拋光 墊的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠在實(shí)現(xiàn)低缺陷率的同時(shí)提供高效的去除。所述缺陷率的減小會(huì)導(dǎo)致晶 片產(chǎn)率顯著提高。
一種特別重要的拋光應(yīng)用是銅-阻擋層拋光，其中需要低的缺陷率，同時(shí)需要能 夠同時(shí)除去銅和TEOS電介質(zhì)，使得TEOS去除速率高于銅去除速率，以滿足高級(jí)晶片集成設(shè) 計(jì)。Politex拋光墊之類(lèi)的工業(yè)拋光墊無(wú)法為未來(lái)的設(shè)計(jì)提供足夠低的缺陷率，也無(wú)法獲得 足夠高的TEOS Cu選擇性比。其它的工業(yè)拋光墊包含表面活性劑，在拋光過(guò)程中，所述表面3活性劑會(huì)流失，產(chǎn)生過(guò)多的泡沫，從而影響拋光。另外，所述表面活性劑可能包含堿金屬，使 得電介質(zhì)中毒，降低半導(dǎo)體的功能性質(zhì)。
盡管微孔拋光墊會(huì)造成低的TEOS去除速率，但是一些高級(jí)的拋光應(yīng)用轉(zhuǎn)向使用 全微孔拋光墊CMP拋光操作，因?yàn)檫@樣有可能使得用微孔拋光墊的缺陷率低于其它種類(lèi)的 拋光墊，例如IC1000拋光墊。盡管這些操作提供了低缺陷，但是要進(jìn)一步減少拋光墊產(chǎn)生 的缺陷和提高拋光速度仍存在困難。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種可用來(lái)對(duì)磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至 少一種進(jìn)行拋光的拋光墊，所述拋光墊包括多孔拋光層，所述多孔拋光層包括位于聚氨酯 基質(zhì)中的雙孔隙率結(jié)構(gòu)，所述雙孔隙率結(jié)構(gòu)包括主要孔組和次要孔組，所述主要孔組具有 孔壁，該孔壁的厚度為15-55 μ m，孔壁在25°C測(cè)得的儲(chǔ)能模量為10_60MPa，所述次要孔組 位于所述孔壁內(nèi)，所述次要孔組的平均孔徑為5-30 μ m，所述多孔拋光層固定于聚合膜或片 狀基片，或者成形為織造結(jié)構(gòu)或非織造結(jié)構(gòu)，以形成拋光墊。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了 一種可用來(lái)對(duì)磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的 至少一種進(jìn)行拋光的拋光墊，所述拋光墊包括多孔拋光層，所述多孔拋光層包括位于聚氨 酯基質(zhì)中的雙孔隙率結(jié)構(gòu)，所述雙孔隙率結(jié)構(gòu)包括主要孔組和次要孔組，所述主要孔組具 有孔壁，平均直徑至少為40 μ m,該孔壁的厚度為20-50 μ m,孔壁在25°C測(cè)得的儲(chǔ)能模量為 10-50MPa,所述次要孔組位于所述孔壁內(nèi)，所述次要孔組的平均孔徑為5-25 μ m,所述多孔 拋光層固定于聚合膜或片狀基片，或者成形為織造結(jié)構(gòu)或非織造結(jié)構(gòu)，以形成拋光墊。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的拋光墊可以用來(lái)對(duì)磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一種進(jìn)行 拋光。具體來(lái)說(shuō)，所述聚氨酯墊可以用來(lái)拋光半導(dǎo)體晶片；具體來(lái)說(shuō)，所述墊可以用于拋光 高級(jí)應(yīng)用，例如用于具有以下要求的銅-阻擋層應(yīng)用其中極低的缺陷率要比平面化的能 力更重要，并且需要同時(shí)除去多種材料，例如銅、阻擋材料和介電材料，包括但不限于TE0S， 低k和超低k電介質(zhì)。對(duì)于本說(shuō)明書(shū)來(lái)說(shuō)，“聚氨酯”是衍生自二官能或多官能異氰酸酯的 產(chǎn)物，例如聚醚脲、聚異氰脲酸酯、聚氨酯、聚脲、聚氨酯脲、它們的共聚物和它們的混合物。 為了避免起泡問(wèn)題和潛在的電介質(zhì)中毒，這些配方優(yōu)選是不含表面活性劑的配方。所述拋 光墊包含多孔拋光層，所述拋光層包括位于聚氨酯基質(zhì)內(nèi)的雙孔結(jié)構(gòu)，所述聚氨酯基質(zhì)涂 覆在支承基底基片上。所述雙孔結(jié)構(gòu)包括主要的較大的孔組，以及位于所述較大的孔的孔 壁之內(nèi)和之間的次要的較小的孔組。該雙孔隙率結(jié)構(gòu)用來(lái)減少缺陷，同時(shí)為一些拋光系統(tǒng) 提高去除速率。
所述多孔拋光層固定于聚合膜基片，或者成形為織造結(jié)構(gòu)或非織造結(jié)構(gòu)，以形成 拋光墊。當(dāng)將多孔拋光層沉積在聚合基片上(例如非多孔聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)膜或 片材)的時(shí)候，經(jīng)常優(yōu)選使用粘合劑，例如專(zhuān)有的聚氨酯或丙烯酸類(lèi)粘合劑以提高與膜或 片材的粘合性。盡管這些膜或片材可能包含孔隙，但是優(yōu)選這些膜或片材是非多孔性的。非 多孔性膜或片材的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠促進(jìn)均勻的厚度或平坦度，提高拋光墊的總體剛性并減 小拋光墊的整體壓縮性，在拋光過(guò)程中消除漿液芯吸效應(yīng)。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，織造結(jié)構(gòu)或非織造結(jié)構(gòu)作為多孔拋光層的基底。盡管使用 非多孔膜作為基底基片可以獲得上述的益處，但是使用非多孔膜也有一些缺點(diǎn)。最值得注 意的是，當(dāng)使用非多孔膜作為基底基片的時(shí)候，氣泡會(huì)被夾雜在拋光墊和拋光器械臺(tái)板之 間。這會(huì)造成一些大問(wèn)題，包括拋光的不均勻，較高的缺陷率，高的拋光墊磨損以及拋光墊 壽命縮短。當(dāng)使用氈作為基底基片的時(shí)候，這些問(wèn)題得以消除，這是因?yàn)榭諝饪梢詽B透通過(guò) 所述氈，不會(huì)造成氣泡夾雜。其次，當(dāng)將拋光層施加于膜的時(shí)候，拋光層與膜的粘合性取決 于粘合劑粘合的強(qiáng)度。在一些侵蝕性拋光條件下，該粘合會(huì)失效，造成拋光的災(zāi)難性事故。 在使用氈的情況下，實(shí)際上拋光層會(huì)滲透入氈中一定的深度，形成牢固的機(jī)械互鎖的界面。 盡管織造結(jié)構(gòu)是可以接受的，但是非織造結(jié)構(gòu)能夠提供另外的表面積，用來(lái)與多孔聚合物 基片牢固結(jié)合。合適的非織造結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)選的例子是用聚氨酯浸漬的聚酯氈，用來(lái)將纖 維保持在一起。通常聚酯氈的厚度為500-1500 μ m。
主要孔組(也稱(chēng)為大孔)對(duì)拋光表面開(kāi)放，平均直徑通常至少為35 μ m。對(duì)于本說(shuō) 明書(shū)來(lái)說(shuō)，主要孔的平均孔徑表示在平行于拋光墊的拋光表面的方向上的橫截面中測(cè)得的 孔的平均最大寬度。較佳的是，所述主要孔或大孔的平均直徑至少為40 μ m。這些大孔促進(jìn) 了漿液的輸送以及拋光碎屑的去除。所述大孔具有與拋光表面正交的細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，在拋光 墊的整個(gè)壽命期間提供一致的拋光表面積。所述主要孔可以具有截面漸變的側(cè)壁，或者優(yōu) 選具有包括垂直側(cè)壁的圓柱形結(jié)構(gòu)。
另外，所述主要孔組包括孔壁。這些孔壁的厚度為15-55 μ m。該壁厚度對(duì)拋光墊 剛性和拋光能力起作用。如果孔壁過(guò)薄，則可能缺乏一致拋光所需的剛性，拋光墊磨損程度 會(huì)很高，拋光墊壽命會(huì)縮短。類(lèi)似地，如果孔壁過(guò)厚，會(huì)缺少有效拋光所需的合適的結(jié)構(gòu)。較 佳的是，所述孔壁的厚度為20-50μπι。除了厚度以外，很重要的是孔壁具有所需的剛性或 模量，以便將合適的拋光作用力傳遞給目標(biāo)基片(例如晶片)，同時(shí)其模量低得足以能夠?qū)?現(xiàn)低缺陷率的拋光。對(duì)于本說(shuō)明書(shū)來(lái)說(shuō)，模量表示通過(guò)以下方式測(cè)得的材料的拉伸儲(chǔ)能模 量(Ε’ )將聚合物溶解在二甲基甲酰胺中，將所述溶液涂覆在玻璃片上，在升高的溫度下 除去溶劑，然后將干燥的涂層從玻璃片取下，留下獨(dú)立式非多孔膜，所述膜在25°C、50%濕 度的條件下調(diào)節(jié)5天，然后使用薄膜夾具、根據(jù)ASTM D5(^6-06“塑料標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法動(dòng)態(tài)機(jī) t戒個(gè)生能受拉伸(Standard Test Method for Plastics Dynamic MechanicalProperties In Tension) ”在頻率為10/弧度/秒，溫度為25°C的條件下測(cè)試。通過(guò)該測(cè)試方法，10-60 兆帕的儲(chǔ)能模量能夠提供極佳的拋光結(jié)果和低缺陷率。較佳的是，所述壁的儲(chǔ)能模量為 10-50MPa。最佳的是，所述壁的儲(chǔ)能模量為10-40MPa。當(dāng)儲(chǔ)能模量低于IOMI3a的時(shí)候，孔壁 的剛性不足以經(jīng)受凝固生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)儲(chǔ)能模量高于60MPa的時(shí)候，缺陷值會(huì) 升高到要求的拋光工藝無(wú)法接受的程度。由此可知，在孔壁內(nèi)的聚合物的模量和拋光過(guò)程 中產(chǎn)生的缺陷水平之間存在某種關(guān)系。
除了主要孔組(大孔)以外，大孔壁內(nèi)的次要孔組(本文中稱(chēng)作小孔)為拋光墊 提供了另外的拋光益處。所述次要孔組的平均孔徑為5-30 μ m,比主要孔更趨近球形。對(duì)于 本說(shuō)明書(shū)來(lái)說(shuō)，次要孔徑表示將拋光表面橫切、將次要孔對(duì)切之后，大孔孔壁中小孔的平 均直徑。較佳的是，所述次要孔的平均孔徑為5-25 μ m。
除了小孔孔徑以外，孔壁的孔隙率優(yōu)選至少為10體積％，但是不大于55體積％。 對(duì)于本說(shuō)明書(shū)來(lái)說(shuō)，孔隙率表示將拋光表面橫切，將次要孔對(duì)切，用放大500倍的掃描電子顯微鏡在孔壁上可觀察到的孔的分?jǐn)?shù)。較佳的是，孔壁的孔隙率優(yōu)選至少為20體積％，但是不大于50體積％。所述孔壁的孔隙率最優(yōu)選約為20-40體積％。另外，所述孔壁的厚度 任選等于小孔平均孔徑的2-10倍，更優(yōu)選為小孔平均孔徑的4-10倍。
通過(guò)溶劑/非溶劑凝固技術(shù)形成多孔聚合物結(jié)構(gòu)已經(jīng)使用了很多年，用來(lái)制造人造革(例如參見(jiàn)聚合物科學(xué)百科全書(shū)“革狀材料”(Encyclopedia ofPolymer Science "LeatherLike Materials"))或者合成膜(例如參見(jiàn)聚合物科學(xué)百科全書(shū)“膜技 ^" (Encyclopedia of Polymer Science “MembrgmeTechnology，，))。 ￠11^ 中，& 物在溶劑中的溶液加入并非為該聚合物的溶劑的溶液中。聚合物相從溶液中分離，形成富 聚合物的相和貧聚合物的相。所述富聚合物的相組成孔壁，貧聚合物的相形成孔本身。通 過(guò)控制聚合物的化學(xué)性質(zhì)和凝固條件，可以為不同的應(yīng)用制得各種孔結(jié)構(gòu)。除了使用溶劑 基聚合物溶液制造多孔結(jié)構(gòu)以外，可以通過(guò)除了溶劑/非溶劑交換以外的方法使可水分散 的聚合物涂層凝固?？梢圆捎玫氖沟盟跃酆衔锓稚Ⅲw不穩(wěn)定的方法包括改變PH值，改變 離子強(qiáng)度或改變溫度。
除了溶劑/非溶劑凝固(有時(shí)候稱(chēng)為浸沒(méi)沉淀)以外，還可以通過(guò)其它的技術(shù)制 造類(lèi)似的多孔結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)包括一些方法，例如燒結(jié)、拉伸、軌道蝕刻、模板浸提和相反 轉(zhuǎn)。后者包括通過(guò)蒸發(fā)溶劑進(jìn)行沉淀，由蒸氣相沉淀，通過(guò)受控制的蒸發(fā)沉淀和熱沉淀。其 它的制造互連的孔的方法是使用超臨界流體或使用低密度泡沫技術(shù)。
實(shí)施例
表1總結(jié)了以下實(shí)施例所述的拋光墊的性質(zhì)。其中包括整體墊性質(zhì)，大孔的測(cè)量 數(shù)據(jù)，拋光數(shù)據(jù)，以及一些限定微孔拋光墊的特征的值。實(shí)施例1-3為工業(yè)聚氨酯微孔拋光 墊的比較例。實(shí)施例4-7為證明拋光性能優(yōu)于工業(yè)拋光墊的拋光墊。
表 權(quán)利要求
1.一種可以用來(lái)對(duì)磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一種進(jìn)行拋光的拋光 墊，所述拋光墊包括多孔拋光層，所述多孔拋光層包括位于聚氨酯基質(zhì)中的雙孔隙率結(jié)構(gòu)， 所述雙孔隙率結(jié)構(gòu)包括主要孔組和次要孔組，所述主要孔組具有孔壁，該孔壁的厚度為 15-55 μ m，孔壁在25°C測(cè)得的儲(chǔ)能模量為10_60MPa，所述次要孔組位于所述孔壁內(nèi)，所述 次要孔組的平均孔徑為5-30 μ m，所述多孔拋光層固定于聚合膜或片狀基片，或者成形為織 造結(jié)構(gòu)或非織造結(jié)構(gòu)，以形成拋光墊。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述主要孔的平均直徑至少為35μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述孔壁的橫截面的孔隙率為10-55%。
4.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述孔壁的厚度等于所述小孔的平均孔 徑的2-10倍。
5.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述聚氨酯基質(zhì)是不含表面活性劑的凝 固的結(jié)構(gòu)。
6.一種可以用來(lái)對(duì)磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一種進(jìn)行拋光的拋光 墊，所述拋光墊包括多孔拋光層，所述多孔拋光層包括位于聚氨酯基質(zhì)中的雙孔隙率結(jié)構(gòu)， 所述雙孔隙率結(jié)構(gòu)包括主要孔組和次要孔組，所述主要孔組具有孔壁，平均直徑至少為 40 μ m,該孔壁的厚度為20-50 μ m,孔壁在25°C測(cè)得的儲(chǔ)能模量為10_50MPa，所述次要孔組 位于所述孔壁內(nèi)，所述次要孔組的平均孔徑為5-25 μ m，所述多孔拋光層固定于聚合膜或片 狀基片，或者成形為織造結(jié)構(gòu)或非織造結(jié)構(gòu)，以形成拋光墊。
7.如權(quán)利要求6所述的拋光墊，其特征在于，在25°C測(cè)得所述孔壁的儲(chǔ)能模量為 10-40MPa。
8.如權(quán)利要求6所述的拋光墊，其特征在于，所述孔壁的橫截面的孔隙率為20-50%。
9.如權(quán)利要求6所述的拋光墊，其特征在于，所述孔壁的厚度等于所述小孔的平均孔 徑的4-10倍。
10.如權(quán)利要求6所述的拋光墊，其特征在于，所述聚氨酯基質(zhì)是不含表面活性劑的凝 固的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的拋光墊可以用來(lái)對(duì)磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一種進(jìn)行拋光。多孔拋光層包括位于聚氨酯基質(zhì)中的雙孔隙率結(jié)構(gòu)。所述雙孔隙率結(jié)構(gòu)包括主要孔組，該主要孔組包括孔壁，所述孔壁的厚度為15-55μm，孔壁在25℃測(cè)得的儲(chǔ)能模量為10-60MPa。另外，孔壁包含次要孔組，所述次要孔組的平均孔徑為5-30μm。所述多孔拋光層固定于聚合膜或片狀基片，或者成形為織造結(jié)構(gòu)或非織造結(jié)構(gòu)，以形成拋光墊。
文檔編號(hào)B24D3/32GK102029577SQ20101050702
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者D·B·詹姆斯, H·桑福德-克蘭 申請(qǐng)人:羅門(mén)哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司