專利名稱:用于化學(xué)機(jī)械拋光的研磨墊的制作方法
發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其研磨層具有三維結(jié)構(gòu)的研磨墊，更具體涉及用于用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)方法對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行平面化(planarizing)的其研磨層具有三維結(jié)構(gòu)的研磨墊。
發(fā)明的背景CMP方法是一種公知的順應(yīng)設(shè)備高集成化和多層布線要求的對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行平面化的標(biāo)準(zhǔn)方法。CMP系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括兩個單元，一個用于加工，另一個用于清潔。加工單元的基本結(jié)構(gòu)通常包括頭部用于提供轉(zhuǎn)動和加壓同時保持半導(dǎo)體晶片，頭部的驅(qū)動裝置，用來面朝半導(dǎo)體固定研磨墊的臺板，以及臺板的驅(qū)動裝置。加工單元還包括用來整修(修整)研磨墊的裝置，清潔晶片夾具表面的裝置、提供工作流體的裝置，以及其它裝置。
由于研磨墊的結(jié)構(gòu)和特性對加工帶來的研磨特性影響較大，因此進(jìn)一步改性研磨墊被認(rèn)為是支持CMP工藝的關(guān)鍵技術(shù)。研磨墊的結(jié)構(gòu)有微觀和宏觀兩方面，這兩方面都影響到研磨特性。微觀結(jié)構(gòu)代表磨粒和粘合劑的類型，發(fā)泡狀態(tài)，表面狀況等，而宏觀結(jié)構(gòu)表示表面形狀，例如洞、凹槽和突起。
日本專利公開(Kohyo)公報平11-512874揭示了一種用于半導(dǎo)體晶片的研磨墊，其研磨層具有規(guī)則的三維結(jié)構(gòu)。該研磨墊可用于CMP工藝。具有三維結(jié)構(gòu)的研磨層的使用抑制了“負(fù)載(loading)”問題，因此該研磨墊能提供穩(wěn)定的研磨且耐久性優(yōu)良。
然而，其研磨層具有三維結(jié)構(gòu)的研磨墊有一個特點，就是磨粒的性能容易影響到研磨性能。由此產(chǎn)生的問題是利用通用的α-氧化鋁磨粒很難充分地改進(jìn)經(jīng)研磨表面的光潔度。尤其是在CMP工藝中，要求半導(dǎo)體晶片表面的表面粗糙度為1-2nm Ry(最大高度，JIS B 0601)，沒有OSF(氧化引發(fā)的層積缺陷)，沒有微劃痕，沒有霧度同時要確保高度的平整度。
然而，如果將常規(guī)的通用制備方法得到的α-氧化鋁磨粒用作被成形為具有三維結(jié)構(gòu)的研磨材料，則研磨時的摩擦力大，在被研磨表面上容易產(chǎn)生缺陷或劃痕。另一方面，使用昂貴的磨粒(例如金剛石)會增加研磨墊的制造成本。
本發(fā)明旨在解決已有技術(shù)的上述問題。本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種用于CMP的研磨墊，該研磨墊具有良好的摩擦性能，價廉且耐久性優(yōu)良，不會在半導(dǎo)體晶片的被研磨表面上產(chǎn)生缺陷和劃痕。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種CMP用研磨墊，該研磨墊具有一底材和置于該底材上的研磨層，所述研磨層具有三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)包括許多個規(guī)則排列的具有預(yù)定形狀的三維元件，所述研磨層包含研磨復(fù)合物，該復(fù)合物含有用CVD方法制得的高級氧化鋁磨粒(advanced alumina abrasive grains)和粘合劑作為結(jié)構(gòu)組分，由此實現(xiàn)上述目的。
附圖的簡要說明
圖1是本發(fā)明研磨層結(jié)構(gòu)一個實例的剖面圖。
圖2是本發(fā)明研磨層結(jié)構(gòu)一個實例的剖面圖。
圖3是本發(fā)明研磨層結(jié)構(gòu)一個實例的剖面圖。
圖4是本發(fā)明研磨層一個實例的平面圖。
圖5是本發(fā)明一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的放大照片。
圖6是本發(fā)明一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的平面圖。
圖7是本發(fā)明一個實例的CMP用研磨墊的剖面圖。
圖8是本發(fā)明另一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的平面圖。
圖9是本發(fā)明另一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的平面圖。
圖10是本發(fā)明另一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的平面圖。
圖11是說明研磨墊摩擦力測試方法的模型圖。
圖12是研磨步驟中產(chǎn)生的摩擦力隨時間變化的曲線圖。
較佳實施方式研磨層的典型例子示于圖1、2、3和4。
優(yōu)選的研磨層可以有精確的形狀(如說明書中定義)，也可具有不規(guī)則形狀，更好的是具有精確形狀的元件。
單個三維元件的形狀可以是各種各樣幾何實心體中的任何一種。通常，該形狀體與底材接觸的底面的表面積要大于復(fù)合物的頂部。元件的形狀可以選自多種幾何實心體，例如立方體、圓柱體、棱柱體、截棱柱體、條形(stripe)、矩形、棱錐體、截棱錐體、四面體、截四面體、圓錐體、截圓錐體、半球體、截半球體、十字體，或者有頂端的柱狀截面體。
元件棱錐體可具有四個面、五個面或六個面。三維元件還可以是多種形狀體的混合物。三維元件可以是成排、盤旋狀、螺旋形或者成格子狀排列，也可以是無規(guī)放置的。
形成三維元件的側(cè)面可以垂直于底材，與底材斜交，或者呈漸縮形，即朝頂端方向?qū)挾戎饾u減小。若側(cè)面呈漸縮形，則更容易將這些三維元件從模具或生產(chǎn)工具的空腔中取出。漸縮的角度可以約為1至75度，較好約為2至50度，更好約為3至35度，最好約為5至15度。
優(yōu)選是漸縮的角度較小，因為這樣在復(fù)合物磨損時能獲得一致的標(biāo)稱接觸面積。因此，漸縮的角度通常應(yīng)綜合以下兩個因素一是角度應(yīng)足夠大以便從模具或生產(chǎn)工具中取出三維元件，一是角度應(yīng)足夠小以得到均勻的截面積。也可以使用頂部截面積大于底部截面積的三維元件，但是該元件需要不同于簡單模制的方法來制造。
每個三維元件的高度較好是相同的，但是也可以在一個研磨制品中包含高度不同的多個元件。三維元件相對于底材的高度通常可小于約2000微米，更好約為25-200微米。
三維元件的底面可以彼此鄰接。或者，相鄰三維元件的底面可以彼此隔開一段特定的距離。在一些實例中，相鄰三維元件之間的物理接觸涉及不超過每個接觸元件垂直高度尺寸的33％。更好是，鄰接元件之間的物理接觸量為每個接觸元件垂直高度的1-25％。
鄰接的定義還包括這種排列方式相鄰的元件共用共同的三維元件結(jié)合區(qū)或橋狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在相鄰元件面對面的側(cè)壁之間接觸和延伸。優(yōu)選是，結(jié)合區(qū)結(jié)構(gòu)的高度不大于每個相鄰元件垂直高度的33％。三維元件結(jié)合區(qū)由用來形成三維元件的同一漿液形成。元件相鄰的情況是在元件中心之間畫一條假想的直線，在該直線上沒有插在中間的復(fù)合物。優(yōu)選是至少一部分三維元件彼此隔開以使得在元件突起部分之間形成凹部。
三維元件的直線間距可以是每線性厘米約1個三維元件至每線性厘米約100個三維元件。直線間距可以變化，以使得一個地區(qū)的元件濃度大于另一個地區(qū)的濃度。例如，在研磨制品中心處的濃度可以最大。元件的區(qū)域密度約在1至10,000元件/厘米2的范圍內(nèi)。
還可以使底材區(qū)域外露，即研磨涂層不覆蓋底材的整個表面區(qū)域。這種排列方式進(jìn)一步描述于美國專利5,014,468(Ravipati等)。
三維元件較好是以預(yù)定的圖案排列在底材上，或者以預(yù)定的位置放置在底材上。例如，通過向底材和具有空腔的生產(chǎn)工具之間提供漿液來制得研磨制品時，元件的預(yù)定圖案將對應(yīng)于生產(chǎn)工具上空腔的圖案。該圖案可由此從一個制品復(fù)制到另一個制品。
在預(yù)定圖案的一個實例中，三維元件以陣列排列，這意味著元件排列成規(guī)則的陣列，例如對齊的行和列，或者交錯偏移的行和列(alternating offset rowsand columns)。如果需要，一行三維元件可以與另一行三維元件對齊以位于其正前方。優(yōu)選是，一行研磨元件可以與另一行三維元件形成錯位。
在另一個實例中，三維元件可以“無規(guī)”陣列或圖案放置。這意味著三維元件并不排列成上述規(guī)則的行和列。例如，研磨元件可以1995年3月23日公開的WO PCT 95/07797(Hoopman等)和1995年8月24日公開的WO PCT95/22436(Hoopman等)中所述的方式排列。然而，應(yīng)該理解，這一“無規(guī)”陣列是預(yù)定的圖案，因為研磨制品上元件的位置是預(yù)定的，且對應(yīng)于用來制備研磨制品的生產(chǎn)工具中空腔的位置。
三維、有織構(gòu)(textured)的研磨制品還可以具有不同的研磨涂層組合物。例如，磨盤中心含有的研磨涂層可以不同于磨盤外側(cè)區(qū)域，例如磨盤中心的研磨涂層更軟、更硬、更易受侵蝕或更不易受侵蝕。
圖1中研磨制品10具有棱錐形三維元件11固定或粘結(jié)在底材12上。在相鄰的三維元件之間有凹進(jìn)部分或凹部13。還有第二行棱錐形三維元件，這行元件與第一行元件存在位置上的錯位。這些棱錐形研磨元件的最外端即頂部在加工時與晶片表面接觸。
圖2中研磨制品20具有不規(guī)則形狀的棱錐形研磨元件。在該圖中，三維元件具有棱錐類型的形狀，但棱錐的邊界呈不規(guī)則形狀。造成這一不完善形狀的原因可能是在粘合劑前體有效固化或固結(jié)之前漿液流動使最初形狀變形。不規(guī)則形狀的特征是非直線、不明晰、不可復(fù)制、不完整或不完善的平面或形狀體邊界。
圖3中研磨制品30具有截棱錐形研磨元件31。
圖4中的研磨制品40具有“十字”形三維元件41和“x”形三維元件42。三維元件以成排圖案排列。各排三維元件彼此錯位，并不正對準(zhǔn)鄰近排中的三維元件。此外，各排三維元件以間距或凹部隔開。該凹部或間距可以是僅含有非常少量(以高度計)的研磨復(fù)合物，也可以不含三維元件。
三維元件的另一種排列方式或配置類似于圖3，不同的是一排“十字”形三維元件和一排“x”形三維元件交替排列。在這種排列方式中，奇數(shù)排的研磨元件仍然與偶數(shù)排的三維元件錯位。在上述“十字”形或“x”形元件的排列中，優(yōu)選是形成十字形或x形的一行的長度約為750微米，形成十字形或x形的一行的寬度約為50微米。
圖5是本發(fā)明一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的透視圖，它示出了研磨層的三維結(jié)構(gòu)。該研磨層的三維結(jié)構(gòu)包括許多個三維元件。這些三維元件的形狀為圓柱體，這許多個圓柱體呈規(guī)則排列。
圖6是上述CMP用研磨墊的研磨表面的平面圖，它示出了三維元件結(jié)構(gòu)模式的一個例子。許多個三維元件在橫向以等間距排列形成A行、B行……，這些行在縱向的排列有一偏移量以使三維元件交錯排列。
在圖6中，符號d表示作為三維元件的圓柱體的直徑。d的值例如為10-5000微米，較好是50-500微米，更好是100-300微米。符號e表示同一行中相鄰三維元件之間的間距。符號f表示相鄰行中相鄰三維元件之間的間距。e和f的值可以是相同尺寸，也可以是不同尺寸，例如可以是10-10000微米，較好是50-1000微米，更好是100-300微米。通常e和f的值是相同尺寸。
圖7是圖6所示CMP用研磨墊沿XX1面剖開的剖面圖。在圖7中，研磨墊1具有底材2和置于底材2表面上的研磨層3。研磨層3具有三維結(jié)構(gòu)。
要求底材2具有均勻的厚度。若底材2的厚度不夠均勻，則可能會產(chǎn)生半導(dǎo)體晶片被研磨表面和晶片厚度的變化。包括柔性底材和較強(qiáng)硬底材在內(nèi)的多種底材中，任何一種都適用于本發(fā)明的目的。
底材的優(yōu)選材料包括聚合物膜、紙、布、金屬膜、硫化纖維、非織造底材，以及這些材料的組合和這些材料經(jīng)加工的產(chǎn)品。一種較佳類型的底材是聚合物膜。該膜的例子包括聚酯、共聚酯膜、微間隙聚酯膜、聚酰亞胺膜、聚酰胺膜、聚乙烯醇膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜以及其它膜。聚合物膜底材的厚度通常在約20-1000微米的范圍內(nèi)，較好是50-500微米，更好是60-200微米。例如，底材可以是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
聚合物膜底材和研磨涂層之間的粘結(jié)性能必須良好。在許多情況下，通過對聚合物膜底材的涂覆表面進(jìn)行底涂來提高所述粘結(jié)性能。例如，聚合物膜可以用諸如乙烯-丙烯酸共聚物的材料進(jìn)行底涂，以促進(jìn)研磨復(fù)合物粘合到底材上。
研磨層3由研磨復(fù)合物制成，研磨復(fù)合物包含粘合劑基質(zhì)和分散在其中的磨粒4。
研磨復(fù)合物由含有許多個磨粒分散在未硬化或未膠凝化狀態(tài)的粘合劑中的漿液形成。硬化或膠凝時，研磨復(fù)合物固化，即固定為具有預(yù)定形狀和預(yù)定結(jié)構(gòu)。
適用于本發(fā)明的磨粒類型是α-氧化鋁顆粒。該α-氧化鋁顆粒是一種通用的氧化物材料，可用于從鋁材冶煉到精細(xì)陶瓷材料的多種用途。
迄今為止，工業(yè)用α-氧化鋁顆粒用Bayer方法，一種熱分解精細(xì)氫氧化鋁或明礬的方法，或者電熔煉方法制得。在這些方法中，氧化鋁材料被高溫烘焙或熔融以形成氧化鋁塊，隨后精細(xì)研磨、精制和篩分以調(diào)節(jié)粒度。由于這一原因，這些α-氧化鋁顆粒是具有不一致形狀的多晶體，含有許多個聚集的顆粒，并具有較寬的粒度分布。此外還存在其它問題，例如氧化鋁的低純度，這取決于預(yù)定的用途。
用于本發(fā)明的α-氧化鋁顆粒優(yōu)選是高級氧化鋁磨粒。高級氧化鋁顆粒是指用現(xiàn)場化學(xué)氣相淀積法(下文稱作CVD法)制得的α-氧化鋁顆粒。所述高級氧化鋁顆粒的粒度分布和晶體體系一致性優(yōu)于上述用烘焙和研磨制得的氧化鋁顆粒。
高級氧化鋁磨粒是由生長晶體顆粒構(gòu)成的均相單晶顆粒，具有近似球晶的性能。而且，由于晶體的生長尺寸可以控制，因此粒度分布窄。高級氧化鋁磨粒的特性和用途描述于Masahide Mohri、Shin-ichiro Tanaka和Yoshio Uchida的“高級氧化鋁的研發(fā)(Development of Advanced Alumina)”，F(xiàn)unctionalMaterials，12月期刊，1996，卷16，No.12，第18-27頁。
用于本發(fā)明的特別好的高級氧化鋁磨粒描述于日本專利公開公報平06-191836。這些高級氧化鋁磨粒是由α-氧化鋁單晶顆粒組成的粉末狀α-氧化鋁，這些α-氧化鋁單晶顆粒是均相的，不含內(nèi)部晶種，且具有超過八面的多面體形狀，D/H比不低于0.5且不高于3.0，D是六方密堆積晶格的α-氧化鋁中平行于六方晶格表面的最大顆粒尺寸，H是垂直于所述六方晶格表面的顆粒尺寸，所述粉末狀α-氧化鋁的鈉含量以Na2O計小于0.05重量％，鋁純度不低于99.90重量％。
磨粒的尺寸隨待研磨半導(dǎo)體晶片的類型和所要求的經(jīng)研磨表面光潔度而變。例如，磨粒的平均粒度通常為0.1-50微米，較好是0.3-5微米，更好是0.4-2微米。所述高級氧化鋁磨?？梢陨唐访錝umicorundum″購自Sumitomo ChemicalIndustry Co.，Ltd.。
若將高級氧化鋁顆粒作為磨粒用于其研磨層具有三維結(jié)構(gòu)的CMP用研磨墊，則CMP加工中研磨時的摩擦力小，以提供穩(wěn)定的研磨，從而經(jīng)研磨表面上不容易出現(xiàn)缺陷和劃痕。
粘合劑被硬化或膠凝以形成研磨層。用于本發(fā)明的粘合劑的較佳例子包括酚醛樹脂、甲階酚醛樹脂(resol-phenolic resin)、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸類樹脂、聚酯樹脂、乙烯基樹脂、蜜胺樹脂、丙烯酸化異氰脲酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰脲酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂，以及它們的混合物。粘合劑可以是熱塑性樹脂。
特別好的粘合劑是輻射固化的粘合劑。輻射固化的粘合劑是一種可通過輻射能至少部分硬化或至少部分聚合的粘合劑。根據(jù)所用粘合劑的不同，能源可采用熱、紅外輻射、電子束輻射、紫外輻射或可見光輻射。
通常，這些粘合劑通過自由基機(jī)理聚合。這些粘合劑優(yōu)選是選自烯鍵式不飽和化合物，例如烯鍵式不飽和單體和低聚物，丙烯酸化聚氨酯，丙烯酸化環(huán)氧化物，具有α，β-不飽和羰基的氨基塑料衍生物，具有至少一個烯鍵式不飽和基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物，具有至少一個烯鍵式不飽和基團(tuán)的異氰酸酯，以及它們的混合物。
烯鍵式不飽和化合物可以是單官能、雙官能、三官能、四官能或甚而多官能的，可包括丙烯酸類單體和甲基丙烯酸類單體。烯鍵式不飽和化合物包括單體化合物和聚合物化合物，這些化合物包含碳原子、氫原子、氧原子，并根據(jù)情況可任選地包含氮原子和鹵原子。
氧原子或氮原子或這兩者通常包含在醚基、酯基、氨基甲酸酯基、酰氨基和脲基中。合適的烯鍵式不飽和化合物是由一種分子量較好小于約4000且較好具有脂族單羥基或脂族多羥基的化合物與一種不飽和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸或馬來酸)反應(yīng)而制得的酯。
烯鍵式不飽和單體的代表性例子包括甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯二乙烯基苯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥基丙酯、甲基丙烯酸羥基丙酯、丙烯酸羥基丁酯、甲基丙烯酸羥基丁酯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和季戊四醇四甲基丙烯酸酯。
其它烯鍵式不飽和材料包括單烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基(polymetaallyl)的酯和羧酸酰胺，例如鄰苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N′-二烯丙基己二酰二胺。此外，其它含氮化合物包括異氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N′-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
可以與雙官能或三官能丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯單體組合使用或者與酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂一起使用的合適的單官能丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的例子包括丙烯酸十二烷酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸四氫糠酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸異癸酯、聚乙二醇一丙烯酸酯和聚丙二醇一丙烯酸酯。
若粘合劑用紫外輻照硬化，則需要光引發(fā)劑來引發(fā)自由基聚合。用于該目的的光引發(fā)劑的優(yōu)選例子包括有機(jī)過氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亞硝基化合物、丙烯酰鹵、腙、巰基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯酰基咪唑、雙咪唑(bisimidazole)、氯代烷基三嗪、苯偶姻醚、芐基酮縮醇、噻噸酮和苯乙酮衍生物。優(yōu)選的光引發(fā)劑是2，2-二甲氧基-1，2-二苯基-1-乙酮。
如果粘合劑用可見光輻照硬化，則需要光引發(fā)劑引發(fā)自由基聚合。用于該目的的光引發(fā)劑的優(yōu)選例子揭示于USP 4,735,632，第3欄第25行至第4欄第10行，第5欄第1-7行和第6欄第1-35行，這些內(nèi)容在此引為參考。
研磨復(fù)合物中所含磨粒的濃度通常為10-90重量％，較好是40-80重量％，更好是60-75重量％。這一比例隨磨粒的粒度、所用粘合劑的類型、被研磨表面所需的光潔度等因素而變化。
磨料復(fù)合物可含有一種不同于磨粒和粘合劑的材料。例如研磨材料可含有普通添加劑，例如偶聯(lián)劑、潤滑劑、染料、顏料、增塑劑、填料、剝色劑、研磨助劑，以及它們的混合物。
研磨復(fù)合物可含有偶聯(lián)劑。加入偶聯(lián)劑可大大地降低用于形成磨料復(fù)合物的漿液的覆蓋粘度(covering viscosity)。用于本發(fā)明的偶聯(lián)劑的優(yōu)選例子包括有機(jī)硅烷、鋯鋁酸鹽和鈦酸鹽。偶聯(lián)劑的用量通常低于粘合劑的5重量％，較好低于1重量％。
研磨層3具有三維結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括許多個規(guī)則排列的有預(yù)定形狀的三維元件5。這些三維元件5為圓柱形。圓柱的高度h通常為10-500微米，較好是20-200微米，更好是30-65微米。
磨粒4不伸出到三維元件形狀體的表面之外。換而言之，三維元件5由平面構(gòu)成。例如，構(gòu)成三維元件5的表面的表面粗糙度Ry不超過2微米，較好不超過1微米。
圖8是本發(fā)明另一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的平面圖。在該實例中，三維元件具有多條棱相交于頂點的四面體形狀。這種情況下，兩條棱之間的夾角α通常為30至150°，較好是45至140°。三維元件可具有棱錐形，這時兩條棱之間的夾角通常為30至150°，較好是45至140°。三維元件的高度h例如是2-300微米，較好是5-150微米。
在圖8中，符號o表示三維元件底面的長度，符號p表示相鄰三維元件頂端之間的間距。長度o例如是5-1000微米，較好是10-500微米。間距p例如是5-1000微米，較好是10-500微米。
此處，三維元件可以是將頂部截去至預(yù)定高度而形成的具有平頂面的四面體形狀。這時，三維元件的高度為截頂之前三維元件高度的5-95％，較好是10-90％。
圖9是本發(fā)明另一個實例的研磨墊的研磨表面的平面圖。在本實例中，三維元件是將頂部截去至預(yù)定高度而形成的具有平頂面的棱錐體形狀。這些三維元件的高度類似于圖8中所示四面體的高度。
在圖9中，符號o表示三維元件底面的長度，符號u表示相鄰三維元件底面之間的間距，符號y表示頂面一側(cè)的長度。長度o例如是5-2000微米，較好是10-1000微米。間距u例如是0-1000微米，較好是2-500微米。長度y例如是0.5-1800微米，較好是1-900微米。
圖10是本發(fā)明另一個實例的CMP用研磨墊的研磨表面的平面圖。在本實例中，三維元件具有橫向放置的三棱柱形成的棱柱形，其中棱柱形三維元件的端部被從底部以銳角切割以形成具有四個斜面的屋形。以垂直于縱向的平面切割棱柱而得到的三角形的頂角通常為30至150°，較好是45至140°。三維元件的高度例如是2-600微米，較好是4-300微米。
此處，棱柱形三維元件的長度可以延伸至基本上整個研磨墊區(qū)域?；蛘?，三維元件的長度可以終結(jié)為合適的長度，如圖10所示。三維元件的端部可以對齊或不對齊。此外，頂部可以被截去以形成具有平頂面的棱柱形。此時三維元件的高度為截去頂部之前三維元件高度的5-95％，較好是10-90％。
在圖10中，符號1表示三維元件底面長邊的長度，符號v表示三維元件以銳角切割部分的距離，符號x表示相鄰三維元件底面短邊之間的間距，符號w表示三維元件底面短邊的長度(即三維元件的寬度)，符號p表示相鄰三維元件頂部之間的間距，符號u表示相鄰三維元件底面長邊之間的間距。長度1例如是5-10000微米，較好是10-5000微米。間距v例如是0-2000微米，較好是1-1000微米。間距x較好是0-2000微米，較好是0-1000微米。長度w例如是2-2000微米，較好是4-1000微米。間距p例如是2-4000微米，較好是4-2000微米。間距u例如是0-2000微米，較好是0-1000微米。
本發(fā)明CMP用研磨墊優(yōu)選是用下述方法制得。
先制備含有磨粒和粘合劑的研磨材料涂覆溶液。此處所用的研磨材料涂覆溶液是含有粘合劑、磨粒和可任選添加劑(如光引發(fā)劑)的組合物，這些組分的含量足以構(gòu)成研磨復(fù)合物，并能夠進(jìn)一步包含其用量足以賦予該混合物流動性的揮發(fā)性溶劑。
接著制備具有許多個規(guī)則排列的凹部的模片。這些凹部的形狀可以是要形成的三維元件的反相。模片可以用金屬(如鎳)或塑料(如聚丙烯)制得。例如優(yōu)選的是諸如聚丙烯的熱塑性樹脂，因為該樹脂在其熔點的溫度可以被壓花至金屬工具上以形成預(yù)定形狀的凹部。此外，若粘合劑是輻射固化型樹脂，則優(yōu)選使用能透過紫外線和可見光的材料。
用研磨材料涂覆溶液填滿模片，該填滿步驟可如下進(jìn)行用涂覆裝置(例如輥涂機(jī))將研磨材料涂覆溶液涂覆到模片上。
將底材疊放到模片上以使研磨材料涂覆溶液與底材粘合。該粘合步驟例如可通過用層壓輥加壓來進(jìn)行。
使粘合劑硬化。此處術(shù)語“硬化”是指粘合劑被聚合成固態(tài)。硬化后，研磨層的具體形狀不再變化。
可以用熱、紅外輻射、電子束輻射、紫外輻射或另一種輻射能(如可見光輻射)來硬化粘合劑。所用的輻射能量可以根據(jù)粘合劑類型和所用輻射能源而變化。通常，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠恰當(dāng)?shù)卮_定所采用的輻射能量。硬化所需的時間會隨粘合劑的厚度、密度、溫度和組合物性能等因素而變化。
例如，可以通過在透明底材上方輻射紫外線(UV)來硬化粘合劑。
取下模片，制得研磨墊，該研磨墊由底材和具有三維結(jié)構(gòu)的研磨層組成。粘合劑可以在取下模片之后硬化。所得研磨墊的結(jié)構(gòu)可以用普通方法來改變，例如將其粘合到平的硬質(zhì)支承物上。
實施例通過以下實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于這些實施例。除非另外指出，實施例中的“份”是指重量份。
實施例通過混合表1所示組分制備研磨材料涂覆溶液。
表1


制備由聚丙烯制得且具有凹部的模片，所述凹部的形狀是圖5至7所示圓柱形三維元件的反相。調(diào)節(jié)相鄰三維元件之間的間距以使得總接觸面積與半導(dǎo)體晶片的比值為18％。尺寸如表2所示。
表2


用輥涂機(jī)將研磨材料涂覆溶液涂布到聚丙烯制得的模片上。在上面疊放100微米厚的透明PET膜并用層壓輥加壓。用紫外線輻射以硬化粘合劑。
取下模片，將所得物冷卻至室溫得到研磨墊。該研磨墊的研磨層具有如圖5所示的三維結(jié)構(gòu)，其尺寸是寬1.27cm×長10cm的條形。測試該研磨墊的研磨性能。
摩擦力圖11是一種測試研磨墊摩擦力方法的模型圖。用直徑為10毫米的玻璃管作為待研磨物體。將該待研磨物體玻璃管11安裝在馬達(dá)(圖中未示出)的軸上。將研磨墊12掛在玻璃管11上，其研磨表面朝內(nèi)。研磨墊的一端固定在形變量具13上，另一端系上200克的重物14。
開動馬達(dá)使玻璃管沿圖中箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為240rpm。讀出形變量具13上所示摩擦力(克)并記錄其隨時間的變化，結(jié)果示于圖12。
本發(fā)明的研磨墊具有低摩擦力，且摩擦力不隨研磨時間增加而變大，由此顯示良好的摩擦性能。
經(jīng)研磨表面的光潔度用光學(xué)顯微鏡(放大率50倍)測量用上述方法研磨了4分鐘的玻璃管經(jīng)研磨表面的光潔度。
用本發(fā)明研磨墊研磨的經(jīng)研磨表面沒有缺陷和劃痕，且具有高度的平整度。
比較例用實施例1相同的方法制造研磨墊，不同的是用常規(guī)方法制得的氧化鋁(″TIZOX B109″，Transelco Co.，Ltd.制造，粒度約為0.15微米)代替用CVD方法制得的氧化鋁磨粒，并測試其研磨性能。結(jié)果示于圖12。
比較例的研磨墊摩擦力大，摩擦力隨研磨時間增加而變大，因此摩擦性能差。而且，用比較例研磨墊研磨的經(jīng)研磨表面具有缺陷或劃痕，平整度也低。
如上所述，本發(fā)明提供了一種CMP用研磨墊，該研磨墊具有良好的摩擦性能，價廉且耐久性優(yōu)良，不會在半導(dǎo)體晶片的被研磨表面上產(chǎn)生缺陷和劃痕。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光用研磨墊，該研磨墊具有底材和置于該底材上的研磨層，其中所述研磨層具有三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)包括許多個規(guī)則排列的具有預(yù)定形狀的三維元件，所述研磨層包含研磨復(fù)合物，該復(fù)合物含有用化學(xué)氣相淀積方法制得的高級氧化鋁磨粒和粘合劑作為結(jié)構(gòu)組分。
2.如權(quán)利要求
1所述的化學(xué)機(jī)械拋光用研磨墊，其特征在于所述三維元件的形狀選自圓柱形、圓錐形、四面體形、棱錐形、具有平頂面的四面體形或棱錐形、棱柱形、具有平頂面的棱柱形，以及條形。
3.如權(quán)利要求
1所述的化學(xué)機(jī)械拋光用研磨墊，其特征在于所述高級氧化鋁磨粒的平均粒度在0.01-20微米的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求
1所述的化學(xué)機(jī)械拋光用研磨墊，其特征在于所述研磨復(fù)合物中所含磨粒的濃度在10-90重量％的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求
1所述的化學(xué)機(jī)械拋光用研磨墊，其特征在于所述粘合劑選自酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸類樹脂、丙烯酸化異氰脲酸酯樹脂、脲-甲醛樹脂、異氰脲酸酯樹脂、丙烯酸化聚氨酯樹脂、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、膠，以及它們的混合物。
專利摘要
公開了一種具有底材(12)和置于其上的研磨層的化學(xué)機(jī)械拋光用研磨墊。一種研磨墊，它具有底材和置于該底材上的研磨層，所述研磨層具有三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)包括許多個規(guī)則排列的具有預(yù)定形狀的三維元件(11)，所述研磨層包含研磨復(fù)合物，該復(fù)合物含有用化學(xué)氣相淀積方法制得的高級氧化鋁磨粒和粘合劑作為結(jié)構(gòu)組分。
文檔編號B24B37/24GKCN1179825SQ01814133
公開日2004年12月15日 申請日期2001年8月9日
發(fā)明者天野貴志, 彥, 渡瀬稔彥, 今村健吾, 吾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan