專利名稱：包含表面活性劑的化學(xué)機械拋光(cmp)組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拋光組合物及使用該拋光組合物拋光基板的方法。
背景技術(shù)：
對增加內(nèi)存或硬盤容量的需求以及內(nèi)存或硬盤小型化的趨勢(因為計算機設(shè)備中需要更小磁盤驅(qū)動器)持續(xù)不斷，強調(diào)內(nèi)存或硬盤片制造方法的重要性，包括這類盤片的平坦化或拋光，以確保性能最佳。盡管存在幾種用于與半導(dǎo)體裝置制造相關(guān)的化學(xué)機械拋光(CMP)組合物及方法，但是幾乎沒有常規(guī)的CMP方法或商購的CMP組合物非常適于內(nèi)存或硬盤片的平坦化或拋光。
隨著對增加儲存容量的需求的增加，因此需要改進拋光這類內(nèi)存或硬盤片的方法?！皟?nèi)存或硬盤片”是指以電磁形式保持信息的任何磁盤、硬盤、硬盤片或記憶盤片。內(nèi)存或硬盤片通常具有包含鎳-磷的表面，但是內(nèi)存或硬盤片表面也可以包含任何其它適宜的材料。由于磁盤驅(qū)動器的讀寫頭與內(nèi)存或硬盤片表面間的距離減小，所以必須提高內(nèi)存或硬盤片的平坦度。減少內(nèi)存或硬盤片的缺陷率(換言之，減少表面粗糙度)對增加記錄密度是必需的。為了增加記錄密度，在內(nèi)存或硬盤片上每單位面積的記錄密度也必須增加。
在拋光內(nèi)存或硬盤片時，典型上盤片邊緣接受到比盤片其余表面高的來自拋光工具的壓力。典型地，拋光使用研磨劑、拋光墊、及液體載體的組合進行，其中研磨劑可懸浮在液體載體中，或可固定在拋光墊表面。因為拋光法主要由以研磨劑和/或墊機械研磨盤片所組成，與存在化學(xué)藥品的作用相關(guān)，且研磨的速率至少部分為施加壓力的函數(shù)，盤片邊緣經(jīng)歷比盤片其它部分更高速率的研磨。這導(dǎo)致在盤片邊緣上彎曲或圓形輪廓的形成，在本領(lǐng)域稱為磨掉(rub-off或dub-off)。這類在盤片上圓形的區(qū)域?qū)τ涗泚碚f為不適當(dāng)?shù)?。如此，若可減少磨掉的量，則可增加盤片的記憶容量。
因此，已擴大在改良內(nèi)存或硬盤片的均勻拋光方法的研究中重要的努力。例如，美國專利6488729揭示包括拋光材料、拋光加速劑、羥丙基纖維素或羥烷基烷基纖維素及水的拋光組合物。美國專利6645051揭示包括聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚或聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物、無機或有機酸、研磨劑及水的內(nèi)存硬盤拋光組合物。
然而，這留下對以高速平坦化或拋光內(nèi)存或硬盤片同時將表面缺點最小化的其它組合物或方法的需求。本發(fā)明提供這樣的組合物及方法。本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點以及其它發(fā)明特征由此處提供的發(fā)明描述將變得明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供包含(a)熱解法氧化鋁、(b)α-氧化鋁、(c)二氧化硅、(d)10至1000ppm非離子表面活性劑、(e)金屬螯合有機酸及(f)液體載體的拋光組合物。本發(fā)明還提供包括下面步驟的化學(xué)機械拋光基板的方法(i)將基板與拋光墊和包含(a)熱解法氧化鋁、(b)α-氧化鋁、(c)二氧化硅、(d)10至1000ppm非離子表面活性劑、(e)金屬螯合有機酸及(f)液體載體的化學(xué)機械拋光組合物接觸，(ii)將拋光墊相對于基板作移動，二者間具有化學(xué)機械拋光組合物，及(iii)磨掉至少部分基板以拋光基板。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種包含(a)熱解法氧化鋁、(b)α-氧化鋁、(c)二氧化硅、(d)10至1000ppm的非離子表面活性劑、(e)金屬螯合有機酸及(f)液體載體的拋光組合物。該拋光組合物適當(dāng)?shù)刈屵吳治g減少同時讓拋光如內(nèi)存硬盤的金屬表面的移除速率增強。
拋光組合物包含熱解法氧化鋁、α-氧化鋁及二氧化硅的混合物。熱解法金屬氧化物(如熱解法氧化鋁及熱解法二氧化硅)可由任何適當(dāng)揮發(fā)或非揮發(fā)前體制備。熱解法金屬氧化物可由揮發(fā)性前體水解和/或在高溫火焰(H2/空氣或H2/CH4/空氣)中氧化前體(如金屬氯化物)而產(chǎn)生，以產(chǎn)生感興趣的金屬氧化物。熱解法金屬氧化物可由非揮發(fā)性前體通過將其溶解或分散在適當(dāng)溶劑(如水、醇、或酸-基溶劑)中而制備。含前體的溶液可利用液滴發(fā)生器噴灑到高溫火焰中，之后可收集金屬氧化物聚集體。典型的液滴發(fā)生器包括雙流體噴霧器、高壓噴嘴及超聲波噴霧器。
熱解法氧化鋁為無定形的氧化鋁，而α-氧化鋁是指在1400℃以上的高溫下形成的結(jié)晶多晶型(crystalline polymorph)氧化鋁。α-氧化鋁通常是指包含50重量％或更多的α-多晶型物的氧化鋁。熱解法氧化鋁通常比α-氧化鋁較少研磨作用。兩種形式的氧化鋁在本領(lǐng)域為熟知的且在寬范圍的顆粒大小及表面積為商業(yè)上可得的。
二氧化硅可為任何適宜形式的二氧化硅。優(yōu)選二氧化硅為膠體或熱解法二氧化硅。熱解法二氧化硅是指通過本文所述的方法生產(chǎn)的材料。
在本發(fā)明的上下文中，適宜的膠體二氧化硅包括濕法形式的二氧化硅顆粒(如冷凝聚合的二氧化硅顆粒)。冷凝聚合二氧化硅顆粒通常由冷凝Si(OH)4制備以形成膠體顆粒，這里膠體被定義為具有1nm至1000nm的平均顆粒尺寸。這種研磨顆粒可根據(jù)美國專利5230833制備，也可以由各種商售產(chǎn)品的形式得到，例如安科智諾貝爾(Akzo Nobel)的賓得士爾(Bindzil)50/80產(chǎn)品及納爾科(Nalco)1050、2327及2329產(chǎn)品，以及其它可由杜邦(DuPont)、拜爾(Bayer)、應(yīng)用研究(Applied Research)、日產(chǎn)化學(xué)(Nissan Chemical)及科萊恩(Clariant)得到的相似產(chǎn)品。
可用于本發(fā)明的研磨顆粒(即熱解法氧化鋁、α-氧化鋁、二氧化硅及其它這類組分)優(yōu)選具有至少3nm或更大(如3至1000nm)的平均顆粒尺寸。更優(yōu)選研磨顆粒具有10nm或更大(如10至500nm甚至50至300nm)的平均顆粒尺寸。通常，研磨顆粒具有1000nm或更小(如800nm或更小)的平均顆粒尺寸。優(yōu)選研磨顆粒具有500nm或更小(如300nm或更小)的平均顆粒尺寸。
拋光組合物可包含任何適當(dāng)比例的熱解法氧化鋁、α-氧化鋁及二氧化硅的混合物。通常，拋光組合物包含0.01重量％或更多(如0.05重量％或更多)的熱解法氧化鋁，0.01重量％或更多(如0.05重量％或更多)的α-氧化鋁，及0.01重量％或更多(如0.05重量％或更多)的二氧化硅。優(yōu)選地，拋光組合物包含5重量％或更少(如2重量％或更少)的熱解法氧化鋁，5重量％或更少(如2重量％或更少)的α-氧化鋁，及10重量％或更少(如5重量％或更少)的二氧化硅。更優(yōu)選拋光組合物包含0.2重量％至1重量％的熱解法氧化鋁，0.1重量％至1重量％的α-氧化鋁，及0.1重量％至4重量％的膠體二氧化硅。
優(yōu)選研磨顆粒是膠體穩(wěn)定的。術(shù)語膠體是指研磨顆粒于液體載體中的懸浮液。膠體穩(wěn)定性指長時間保持懸浮。就本發(fā)明而言，當(dāng)將研磨劑置于100ml量筒中并使之在不攪拌的情況下靜置2小時時，若量筒底部50ml中的顆粒濃度([B]，以g/ml表示)與量筒頂部50ml中的顆粒濃度([T]，以g/ml表示)之間的差除以研磨組合物中的初始顆粒濃度([C]，以g/ml表示)小于或等于0.5(即{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，則研磨劑被視為是膠體穩(wěn)定的。更優(yōu)選{[B]-[T]}/[C]的值小于或等于0.3，最優(yōu)選該值小于或等于0.1。
拋光組合物包含非離子表面活性劑。非離子表面活性劑的目的是減少在金屬表面拋光中觀察到的邊拋光量和增強金屬表面的移除速率。在金屬表面的拋光中，通常邊緣經(jīng)歷較高的來自拋光工具的向下力。因為研磨部分地為施加在表面上的壓力的函數(shù)，金屬邊緣經(jīng)歷比表面其它部分快的金屬侵蝕速率。這樣不平均拋光金屬表面的結(jié)果造成邊緣侵蝕，這在本領(lǐng)域中稱之為磨掉。不打算受任何特定理論的束縛，據(jù)信非離子表面活性劑吸附在金屬表面上，進而形成潤滑膜。
表面活性劑存在的典型缺點是降低金屬表面的整體移除速率。表面活性劑在金屬表面上的吸附減少研磨顆粒與金屬表面的接觸，而且由于研磨顆粒與金屬表面的接觸是磨蝕金屬表面的主要機制，所以移除速率降低，常低于實用速率，如此限制了表面活性劑在拋光組合物中的可用性。然而，就本發(fā)明的拋光組合物而言，非離子表面活性劑的存在有利地增加整體金屬移除速率。
通常，存在于拋光組合物中的非離子表面活性劑的量為至少10ppm(如10至1000ppm)。優(yōu)選地，存在于拋光組合物中的非離子表面活性劑的量為1000ppm或更少(如800ppm或更少，或者600ppm或更少)。若非離子表面活性劑的量太低，則無法看到添加非離子表面活性劑的優(yōu)點。若非離子表面活性劑的量過多，則會觀察到金屬移除速率降低和不利的磨掉效果。
非離子表面活性劑可以是任何適宜的非離子表面活性劑。適宜的非離子表面活性劑包括含有硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。前述共聚物表面活性劑的結(jié)構(gòu)可以是線性的、懸垂的或三硅氧烷類型。這類共聚物表面活性劑的優(yōu)選實例可以是商售的具有懸垂結(jié)構(gòu)的硅維特(SilwetTM)族表面活性劑。包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑可具有任何適宜的分子量或結(jié)構(gòu)。
適宜的非離子表面活性劑還包括含有丙烯酸酯的聚合物。優(yōu)選的含有丙烯酸酯的聚合物包含酯單體的醇組分上被氟取代的丙烯酸酯單體，例如其中醇組分的至少一個氫原子被氟取代。這類含有丙烯酸酯的聚合物的優(yōu)選實例是商業(yè)上可得的福瑞德(FluoradTM)表面活性劑。
適宜的非離子表面活性劑還包括一端具有全氟烷基鏈而另一端具有羥基或烷基的氧化乙烯的線性聚合物。這類聚合物的優(yōu)選實例包括商業(yè)上得自杜邦(DuPont)的隆尼爾(ZonylTM)系表面活性劑。
另外，適宜的非離子表面活性劑還包括具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺的共聚物。這類共聚物的優(yōu)選實例包括商業(yè)上可得自巴斯夫(BASF)的泰厝尼克(TetronicTM)族的嵌段共聚物表面活性劑。
拋光組合物還包含金屬螯合有機酸。金屬螯合有機酸為能與至少一個金屬離子形成環(huán)狀化合物(如螯合物)的有機羧酸。優(yōu)選的金屬螯合有機酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，順-丁烯二酸，蘋果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸，或者任何羧酸或氨基羧酸。
拋光組合物可包含任何適量的金屬螯合有機酸，通常包含0.0001重量％或更多的這類酸。優(yōu)選拋光組合物包含0.001重量％或更多(如0.001重量％至0.5重量％)的金屬螯合有機酸，更優(yōu)選包含0.005重量％或更多(如0.005重量％至0.25重量％)的金屬螯合有機酸。通常，拋光組合物包含1重量％或更少的金屬螯合有機酸。優(yōu)選拋光組合物包含0.5重量％或更少(如0.25重量％或更少)的金屬螯合有機酸。
應(yīng)當(dāng)理解，前述羧酸可以鹽(如金屬鹽、銨鹽等)、酸、或以其部分鹽的形式存在。例如，酒石酸鹽包括酒石酸及其單鹽和雙鹽。此外，包含堿性官能團的羧酸可以其堿性官能團的酸加成鹽的形式存在。例如，甘氨酸包括甘氨酸及其酸加成鹽。此外，一些化合物既可充當(dāng)酸又可充當(dāng)螯合劑(如某些氨基酸等)。
液體載體用來促進研磨劑(特別是熱解法氧化鋁、α-氧化鋁及二氧化硅)，表面活性劑，金屬螯合有機酸，及任選添加劑到要拋光或平坦化的適宜基板表面的應(yīng)用。液體載體通常為水性載體且可只是水，可包括水及適當(dāng)可溶于水的溶劑，或者可以是乳液。適宜的可溶于水的溶劑包括醇(如甲醇、乙醇等)。優(yōu)選水性載體由水組成，更優(yōu)選由去離子水組成。
拋光組合物可具有任何適當(dāng)?shù)膒H。優(yōu)選拋光組合物的pH為7或更低(如6或更低)。優(yōu)選拋光組合物的pH為1或更高(如2或更高)。更優(yōu)選拋光組合物的pH為2至5。
拋光組合物的pH可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄟ_(dá)到和/或維持。更具體地，拋光組合物可進一步包含pH調(diào)整劑、pH緩沖劑或其組合。pH調(diào)整劑可為任何適當(dāng)?shù)膒H調(diào)整化合物。例如，pH調(diào)整劑可為硝酸、氫氧化鉀或其組合。pH緩沖劑可為任何適當(dāng)緩沖劑，例如，其可以為磷酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、硼酸鹽、銨鹽等。拋光組合物可包含任何適量的pH調(diào)整劑和/或pH緩沖劑，只要使用適宜的量以達(dá)到和/或維持拋光組合物在前述范圍內(nèi)的pH。拋光組合物還可包含氧化劑。優(yōu)選的氧化劑選自過氧化氫，過氧化氫脲，過硫酸，過氧乙酸，過硼酸，它們的鹽類，及其組合。當(dāng)氧化劑存在于拋光組合物中時，優(yōu)選氧化劑占該組合物的10重量％或更少(如8重量％或更少，或者6重量％或更少)。
在優(yōu)選的實施方案中，拋光組合物包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b)0.1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0.1至4重量％的膠體二氧化硅，(d)10至1000ppm的選自包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水。在另一優(yōu)選實施方案中，拋光組合物包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b)0.1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0.1至4重量％的膠體二氧化硅，(d)10至1000ppm選自包含氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水。
拋光組合物可由任何適當(dāng)技術(shù)制備，許多這些技術(shù)是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的。拋光組合物可以分批或連續(xù)方法制備。通常，拋光組合物可通過按任何次序混合其組分制備。本文中所用術(shù)語“組分”包含個別成分(如酸、堿等)以及各成分(如酸、堿、表面活性劑等)的混合物。
例如，研磨劑可分散在適當(dāng)液體載體中。然后可添加非離子表面活性劑和金屬螯合有機酸，并以能混合組分至拋光組合物中的任何方法混合。若需要氧化劑，則可在拋光組合物制備中的任何時間添加氧化劑。拋光組合物可在使用前制備，在正要使用之前(如在使用前1分鐘內(nèi)，或在使用前1小時內(nèi)，或在使用前7天內(nèi))添加一種或多種組分(如任選的氧化劑)至拋光組合物中。拋光組合物也可以在拋光操作中通過在基板表面上混合各組分而制備。
拋光組合物可以包含熱解法氧化鋁、α-氧化鋁、二氧化硅、非離子表面活性劑、金屬螯合有機酸及液體載體的一個包裝系統(tǒng)供應(yīng)。作為選擇，熱解法氧化鋁、α-氧化鋁及二氧化硅可以第一容器中的液體載體中的分散液供應(yīng)，非離子表面活性劑和金屬螯合有機酸可在第二容器中以干的形式或以在液體載體中的溶液或分散液供應(yīng)。任選的組分(如氧化劑)可置于第一和/或第二容器或第三容器中。此外，在第一或第二容器中的組分可為干的形式，而同時在相應(yīng)容器中的組分可為水溶液分散液的形式。另外，在第一或第二容器中的組分具有不同pH值為適當(dāng)?shù)?，或作為選擇具有基本上相似(甚至相等)的pH值。若任選的組分(氧化劑)為固體，其可由干的形式或在液體載體中的混合物的形式供給。優(yōu)選氧化劑同拋光組合物其它組分分離地供給，并由例如終端用戶在使用前(如使用前1周或更短，使用前1天或更短，使用前1小時或更短，使用前10分鐘或更短，或使用前1分鐘或更短)與拋光組合物的其它組分結(jié)合。其它二容器(或三或更多的容器)的拋光組合物組分的組合在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識中。
本發(fā)明拋光組合物可由打算在使用前以適量液體載體稀釋的濃縮物的形式提供。在該實施方案中，拋光組合物濃縮物可包含熱解法氧化鋁、α-氧化鋁、二氧化硅、非離子表面活性劑、金屬螯合有機酸及液體載體，其含量使得以適當(dāng)量的水稀釋濃縮物后，拋光組合物的每一組分以上面所述每一組分的適當(dāng)范圍內(nèi)的量存在拋光組合物中。例如，熱解法氧化鋁、α-氧化鋁、二氧化硅、非離子表面活性劑及金屬螯合有機酸每一種可比上面所述每一組分的濃度大2倍(如3倍、4倍、或5倍)的濃度存在，使得當(dāng)濃縮物以等量的液體載體(如分別以2等體積的液體載體、3等體積的液體載體或4等體積的液體載體)稀釋時，每一組分將以上面所述每一組分的范圍內(nèi)的量存在拋光組合物中。此外，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解的，濃縮物可含有適當(dāng)比例的存在最終拋光組合物中的液體載體以確保非離子表面活性劑、金屬螯合有機酸及其它適當(dāng)添加劑至少部分或完全溶解在濃縮物中。
盡管拋光組合物可在使用前或甚至使用前的短時間內(nèi)制好，但是拋光組合物也可以通過在或接近使用點混合拋光組合物的組分而產(chǎn)生。本文所用術(shù)語“使用點”是指將拋光組合物涂布到基板表面(如拋光墊或基板表面本身)的點。當(dāng)以使用點混合的方式制備拋光組合物時，拋光組合物的各組分分開儲存在二個或更多的儲存裝置中。
為了混合儲存裝置中所含的組分以在或接近使用點產(chǎn)生拋光組合物，儲存裝置通常裝有一條或多條流動管線，由各儲存裝置引導(dǎo)到拋光組合物的使用點(如壓磨板(platen)、拋光墊或基板表面)。術(shù)語“流動管線”意指由個別儲存容器到儲存組分的使用點的流動路徑。所述一條或多條流動管線可各自直接引導(dǎo)到使用點，或在使用超過一條流動管線的情況下，二條或多條流動管線可在任何點結(jié)合成引導(dǎo)至使用點的單一流動管線。此外，一條或多條流動管線的任何一條(如個別流動管線或結(jié)合的流動管線)可在達(dá)到組分的使用點之前先引導(dǎo)至一個或多個其它裝置(如泵送裝置、測量裝置、混合裝置等)。
拋光組合物的組分可單獨輸送到使用點(如將組分輸送到基板表面并在拋光過程中進行混合)，或者組分也可以在輸送到使用點前立刻混合。若組分在達(dá)到使用點之前小于10秒混合，以達(dá)到使用點之前小于5秒為優(yōu)選，以達(dá)到使用點之前小于1秒更優(yōu)選，甚至在輸送到使用點的同時(如組分在分配器混合)，此即“在輸送到使用點之前立刻混合”。若組分在使用點的5m內(nèi)，如在使用點的1m內(nèi)，甚至在使用點的10cm內(nèi)(如在使用點的1cm內(nèi))混合，這也是“在輸送到使用點之前立刻混合”。
當(dāng)二種或多種的拋光組合物組分在達(dá)到使用點之前混合時，組分可在流動管線中混合并輸送到使用點而不使用混合裝置。作為選擇，可以將一條或多條流動管線引導(dǎo)到混合裝置，以促進二種或多種組分的混合?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)幕旌涎b置。例如，混合裝置可為二種或多種組分流動通過的噴嘴或噴射頭(如高壓噴嘴或噴射頭)。作為選擇，混合裝置可以是包括一個或多個將拋光淤漿的二種或多種組分導(dǎo)入到混合器中的注入口及至少一個讓混合的組分離開混和器輸送(直接或通過裝置的其它組件(如通過條或多條流動管線))到使用點的出口的容器型混合裝置。此外，混合裝置可包括一個以上的小室，每小室具有至少一個注入口和至少一個出口，其中二種或多種組分在每小室中混合。若使用容器型混合裝置，則優(yōu)選該混合裝置包括進一步促進組分混合的混合機構(gòu)。混合機構(gòu)通常是本領(lǐng)域中公知的，包括攪拌器、摻混器、震動器、槳擋板、氣體分布器系統(tǒng)、振動器等。
本發(fā)明還提供一種化學(xué)機械拋光基板的方法，包括(i)將基板與拋光墊及包含本文所述組分的拋光組合物接觸，(ii)相對基板移動拋光墊，二者之間具有拋光組合物，及(iii)磨掉至少部分基板以拋光基板。
利用本發(fā)明的方法拋光的基板可以是任何適宜的基板。優(yōu)選的基板包括至少一層金屬層。適宜的基板包括但不限于內(nèi)存或硬盤片、集成電路、金屬、層間介電(ILD)裝置、半導(dǎo)體、微電子機械系統(tǒng)、鐵電物質(zhì)及磁頭。
金屬層可包含任何適當(dāng)金屬。例如，金屬層可包含銅、鉭、鈦、鎢、鋁、鎳、鎳-磷、其組合、及其合金。特別適合的金屬基板包含鋁、鎳-磷涂布的鋁、或鎳涂布的鋁。基板還可包含至少一層絕緣層。該絕緣層可為金屬氧化物、多孔金屬氧化物、玻璃、有機聚合物、氟化有機聚合物、或任何其它適當(dāng)?shù)母呋虻挺式^緣層。
本發(fā)明的拋光方法特別適合與化學(xué)機械拋光(CMP)裝置相關(guān)的用途。通常，該裝置包括在使用時運動且具有由軌道、線性或圓周運動產(chǎn)生的速度的壓磨板、接觸壓磨板并在運動時隨壓磨板移動的拋光墊、及通過接觸并相對拋光墊表面移動支撐欲拋光基板的載體?；鍜伖馔ㄟ^將基板與拋光墊及本發(fā)明拋光組合物接觸且之后拋光墊相對基板移動完成，使至少部分基板磨掉以拋光基板。
本發(fā)明的拋光方法同樣適合與為拋光內(nèi)存或硬盤片而設(shè)計的拋光裝置的聯(lián)合使用。通常，該裝置包括一對壓磨板(即上壓磨板與下壓磨板)及一對拋光墊(即固定在上壓磨板的上拋光墊與固定在下壓磨板的下拋光墊)。上壓磨板及上拋光墊有一系列的孔或溝道讓拋光組合物或淤漿通過上壓磨板及上拋光墊到欲拋光的硬盤片表面。下壓磨板還包括一系列的內(nèi)和外齒輪，用于旋轉(zhuǎn)一個或多個盤片載體。載體支撐一片或多片硬盤片，使硬盤片的各主要表面(即上和下表面)可接觸上和下拋光墊。當(dāng)使用時，硬盤片表面與拋光墊及拋光組合物或淤漿接觸，上和下壓磨板獨立地繞共同軸旋轉(zhuǎn)。還驅(qū)動下壓磨板的齒輪，使載體繞在上和下壓磨板和/或上和下拋光墊的表面中的軸線或軸旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生的圓周運動(因壓磨板及拋光墊的旋轉(zhuǎn))及軌道運動(因載體的循轉(zhuǎn))的組合平衡地拋光硬盤片的上和下表面。
基板可由化學(xué)機械拋光組合物以任何適當(dāng)拋光墊(即拋光表面)平坦化或拋光。適當(dāng)拋光墊包括但不限于例如織物或無紡物拋光墊。此外，適當(dāng)?shù)膾伖鈮|可包括密度、硬度、厚度、壓縮性能、壓縮后彈回的能力及壓縮模數(shù)變化的任何適當(dāng)聚合物。適當(dāng)?shù)木酆衔锇ɡ缇勐纫蚁?、聚氟乙烯、尼龍、碳氟化物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其相?yīng)的共形成產(chǎn)物、及其混合物。
適當(dāng)?shù)兀珻MP裝置還包含原位拋光終點偵測系統(tǒng)，許多此系統(tǒng)為本領(lǐng)域已知的。通過分析工件表面反射的光或其它輻射檢查并監(jiān)視拋光過程的技術(shù)為本領(lǐng)域已知的。這類方法在例如美國專利5196353、美國專利5433651、美國專利5609511、美國專利5643046、美國專利5658183、美國專利5730642、美國專利5838447、美國專利5872633、美國專利5893796、美國專利5949927、及美國專利5964643中描述。適當(dāng)?shù)兀瑱z查或監(jiān)視相關(guān)欲拋光工件的拋光過程的進展能決定拋光終點，即決定何時停止相關(guān)特定工件的拋光過程。
實施例下面實施例進一步描述本發(fā)明但當(dāng)然不應(yīng)解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
在每一個實施例中，包含鍍Ni-P的鋁盤片的相似基板以包含在水中的0.2重量％的熱解法氧化鋁、0.8重量％的平均0.35μm顆粒直徑的α-氧化鋁、3重量％的膠體二氧化硅、0.8重量％的酒石酸及1.2重量％的過氧化氫的拋光組合物拋光。對照拋光組合物不含其它成分(即沒有表面活性劑)。本發(fā)明拋光組合物還包含實施例中所述的非離子表面活性劑。拋光試驗通常包括商業(yè)上可得到的裝有拋光墊的拋光裝置，所有拋光試驗的拋光參數(shù)皆相同。
下面的拋光，移除速率以/分鐘測定，且邊緣拋光參數(shù)使用測量與遠(yuǎn)離測試基板邊緣移除材料相比較從邊緣過量移除的材料的技術(shù)測定。較低的數(shù)字指示較低程度的邊緣拋光(即較低量的磨掉)。
實施例1本實施例顯示以本發(fā)明拋光組合物觀察到的選自硅維特表面活性劑的包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元、及氧化丙烯單元的不同共聚物表面活性劑對于移除速率及邊緣拋光的效果。由鍍Ni-P的鋁盤片組成的相似基板以不含表面活性劑的對照拋光組合物及含200ppm的所述表面活性劑的本發(fā)明拋光組合物拋光。結(jié)果列在表1中。
表1不同硅維特表面活性劑對于移除速率及邊緣拋光的效果

由表1所列的結(jié)果可看出，除了一種之外所有本發(fā)明拋光組合物比對照拋光組合物減少邊緣拋光的量。所有本發(fā)明拋光組合物比對照拋光組合物增加移除速率。使用硅維特7200明顯減少邊緣拋光約46％同時增加移除速率約32％。如此，此實施例的結(jié)果證明含有包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元、及氧化丙烯單元的非離子表面活性劑的本發(fā)明拋光組合物在鍍Ni-P的鋁盤片的拋光上邊緣拋光減少及移除速率改良。
實施例2本實施例顯示以本發(fā)明拋光組合物觀察到的增加具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺共聚物的表面活性劑(特別是泰厝尼克904)的量對于邊緣拋光及移除速率的效果。由鍍Ni-P的鋁盤片組成的相似基板以不含表面活性劑的對照拋光組合物及以含各種量的泰厝尼克904的本發(fā)明拋光組合物拋光。結(jié)果列在表2中。
表2增加泰厝尼克904的量對于移除速率及邊緣拋光的效果

由表2所列的結(jié)果可看出，泰厝尼克904的量由零增加到1000ppm使移除速率比對照拋光組合物增加約29％。邊緣拋光量的減少在200ppm及400ppm量的泰厝尼克904下最佳，邊緣拋光約為對照組合物的43-50％，且比對照拋光組合物增加約20％的移除速率。在高水平的泰厝尼克904下(如600ppm及1000ppm)，邊緣拋光的量由200ppm和400ppm稍微增加，同時移除速率比對照拋光組合物增加。如此，此實施例的結(jié)果證明在鍍Ni-P的鋁盤片的拋光中，通過控制本發(fā)明組合物中非離子表面活性劑的量可達(dá)到改良的拋光效果。
實施例3本實施例顯示以本發(fā)明拋光組合物觀察到的增加包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元、及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑(特別是硅維特7200)的量對于移除速率及邊緣拋光的效果。由鍍Ni-P的鋁盤片組成的相似基板以不含表面活性劑的對照拋光組合物及含各種量的硅維特7200的本發(fā)明拋光組合物拋光。結(jié)果列在表3中。
表3增加硅維特7200的量對于移除速率及邊緣拋光的效果

由表3所列的結(jié)果可看出，硅維特7200的量由零增加到1000ppm使邊緣拋光減少，在200ppm的表面活性劑觀察到約42％的最大減少，之后邊緣拋光的量隨表面活性劑的量增加而增加到接近對照拋光組合物水平。使用含200ppm和400ppm的硅維特7200的拋光組合物的移除速率相應(yīng)地增加到比對照拋光組合物觀察到的移除速率大約21％的最大值，同時增加表面活性劑的量展現(xiàn)比最佳表面活性劑的量觀察到較低的移除速率。如此，此實施例的結(jié)果證明本發(fā)明拋光組合物中非離子表面活性劑的量在鍍N-P的鋁盤片的拋光上的效果。
實施例4本實施例顯示以本發(fā)明拋光組合物觀察到的增加包含在一端的全氟化烷基鏈及在另一端的羥基的氧化乙烯線性聚合物的共聚物表面活性劑(特別是隆尼爾FSO)的量對于邊緣拋光及移除速率的效果。由鍍Ni-P的鋁盤片組成的相似基板以不含表面活性劑的對照拋光組合物及以含各種量的隆尼爾FSO的本發(fā)明拋光組合物拋光。結(jié)果列在表4中。
表4增加隆尼爾FSO的水平對于移除速率及邊緣拋光的效果


由表4所列的結(jié)果可看出，在拋光組合物中增加隆尼爾FSO的量使邊緣拋光減少，在600ppm觀察到最大的減少，在此點邊緣拋光的量比對照拋光組合物觀察到的量低約48％。拋光組合物中隆尼爾FSO對于移除速率的效果有點不規(guī)則，但在600ppm表面活性劑下比對照拋光組合物觀察到的移除速率約增加7％。如此，此實施例的結(jié)果證明本發(fā)明拋光組合物中隆尼爾FSO的量在鍍N-P的鋁盤片的拋光上的效果。
權(quán)利要求
1.一種拋光組合物，包含(a)熱解法氧化鋁，(b)α-氧化鋁，(c)二氧化硅，(d)10至1000ppm的非離子表面活性劑，(e)金屬螯合有機酸，及(f)液體載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該拋光組合物包含0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，0.1至1重量％的α-氧化鋁，及0.1至4重量％的膠體二氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自包含丙烯酸的聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自一端為全氟化烷基鏈而另一端為羥基或烷基的氧化乙烯線性聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該金屬螯合有機酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，順-丁烯二酸，蘋果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該液體載體包括水。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的拋光組合物，其中該拋光組合物的pH為1至7。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的拋光組合物，其中該拋光組合物的pH為2至5。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，還包含選自下列的氧化劑過氧化氫，過氧化氫脲，過硫酸，過氧乙酸，過硼酸，它們的鹽，及其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b)0.1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0.1至4重量％的二氧化硅，(d)10至1000ppm選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水，其中該拋光組合物的pH為2至5。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b)0.1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0.1至4重量％的二氧化硅，(d)10至1000ppm選自具有氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，(f)過氧化氫，及(g)水，其中該拋光組合物的pH為2至5。
14.一種化學(xué)機械拋光基板的方法，包括(i)將基板與拋光墊和包含下面組分的化學(xué)機械拋光組合物接觸(a)熱解法氧化鋁，(b)α-氧化鋁，(c)二氧化硅，(d)10至1000ppm的非離子表面活性劑，(e)金屬螯合有機酸，及(f)液體載體，(ii)將拋光墊相對于基板移動，二者間具有化學(xué)機械拋光組合物，以及(iii)磨掉至少部分基板以拋光該基板。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該拋光組合物包含0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，0.1至1重量％的α-氧化鋁，及0.1至4重量％的膠體二氧化硅。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自丙烯酸酯的三元共聚物。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自一端為全氟化烷基鏈而另一端為羥基或烷基的氧化乙烯線性聚合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺的共聚物。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該金屬螯合有機酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，順-丁烯二酸，蘋果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該液體載體包括水。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中該拋光組合物的pH為1至7。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中該拋光組合物的pH為2至5。
24.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包含選自下列的氧化劑過氧化氫，過氧化氫脲，過硫酸，過氧乙酸，過硼酸，它們的鹽，及其組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該化學(xué)機械拋光組合物包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b)0.1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0.1至4重量％的二氧化硅，(d)10至1000ppm選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水，其中該拋光組合物的pH為2至5。
26.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該化學(xué)機械拋光組合物包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b)0.1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0.1至4重量％的二氧化硅，(d)10至1000ppm選自具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺共聚物的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，(f)過氧化氫，及(g)水，其中該拋光組合物的pH為2至5。
全文摘要
本發(fā)明提供一種拋光組合物，其包括熱解法氧化鋁，α－氧化鋁，二氧化硅，非離子表面活性劑，金屬螯合有機酸，及液體載體。本發(fā)明還提供一種化學(xué)機械拋光基板的方法，其包括將基板與拋光墊和化學(xué)機械拋光組合物接觸，并磨掉至少部分基板以拋光該基板。
文檔編號C09G1/02GK101044600SQ200580036004
公開日2007年9月26日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者孫韜, 羅伯特·梅茲克 申請人:卡伯特微電子公司