專利名稱：具有低缺陷整體窗的化學(xué)機(jī)械拋光墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及具有低缺陷整體窗的化學(xué)機(jī)械拋光墊。本發(fā)明還涉及一種使用具有低缺陷整體窗的化學(xué)機(jī)械拋光墊對(duì)基片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路和其它電子器件的制造中，需要在半導(dǎo)體晶片的表面上沉積多層的導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和介電材料，或者將這些材料層從半導(dǎo)體晶片的表面除去?？梢允褂迷S多種沉積技術(shù)沉積導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和介電材料的薄層?，F(xiàn)代晶片加工中常規(guī)的沉積技術(shù)包括物理氣相沉積(PVD)(也稱為濺射)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和電鍍法(ECP)等。當(dāng)材料層被依次沉積和除去的時(shí)候，晶片最上面的表面變得不平。因?yàn)殡S后的半導(dǎo)體加工(例如金屬化)需要晶片具有平坦的表面，所以晶片需要平面化。平面化可用來除去不希望出現(xiàn)的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，附聚材料，晶格破壞，劃痕和污染的層或材料?；瘜W(xué)機(jī)械平面化，即化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種用來對(duì)半導(dǎo)體晶片之類的基片進(jìn)行平面化的常規(guī)技術(shù)。在常規(guī)的CMP中，將晶片安裝在支架組件上，設(shè)置在與CMP設(shè)備中的拋光墊接觸的位置。所述支架組件為晶片提供可以控制的壓力，將其壓向拋光墊。通過外界驅(qū)動(dòng)力使得拋光墊相對(duì)于晶片運(yùn)動(dòng)(例如轉(zhuǎn)動(dòng))。與此同時(shí)，在晶片和拋光墊之間提供化學(xué)組合物(“漿液”)或者其它的拋光溶液。因此，通過拋光墊表面以及漿液的化學(xué)作用和機(jī)械作用，對(duì)晶片的表面進(jìn)行拋光使其平面化?；瘜W(xué)機(jī)械拋光中存在的一個(gè)問題是，確定何時(shí)已經(jīng)將基片拋光至所需的程度。人們已經(jīng)開發(fā)出了原位確定拋光終點(diǎn)的方法。一種這樣的方法使用激光干涉儀，使用激光器產(chǎn)生的光來測(cè)定基片的尺寸。因此，人們已經(jīng)開發(fā)出具有一些特征的化學(xué)機(jī)械拋光墊，這些特征便于通過光學(xué)法確定基片的尺寸特征。例如，美國專利第5，605，760號(hào)揭示了一種拋光墊，其中拋光墊的至少一部分對(duì)一定波長范圍的激光是透射的。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述拋光墊包括設(shè)置在其它部分不透明的拋光墊內(nèi)的透明窗片。所述窗片可以是設(shè)置在模塑拋光墊內(nèi)的透明聚合物材料的小棒或者插入物。所述小棒或者插入物可以是模塑在所述拋光墊內(nèi)的插入件(即整體窗)，或者可以在模塑操作之后，安裝入拋光墊內(nèi)的切口中(即插入物就位窗)。包括插入物就位窗的常規(guī)化學(xué)機(jī)械拋光墊在插入物就位窗和化學(xué)機(jī)械拋光墊的剩余部分之間的界面處容易泄漏拋光介質(zhì)。該泄漏的拋光介質(zhì)會(huì)滲透入拋光層、中間層或子墊層中，造成例如拋光層的壓縮性的區(qū)域差異，導(dǎo)致拋光缺陷增加。泄漏的拋光介質(zhì)還會(huì)滲透通過拋光墊，對(duì)拋光設(shè)備造成損壞。相對(duì)于插入物就位窗來說，包括整體窗的常規(guī)化學(xué)機(jī)械拋光墊容易增加拋光缺陷，這是因?yàn)殡S著拋光墊的使用時(shí)間延長，該窗會(huì)從拋光墊向外凸出，造成拋光缺陷(例如對(duì)被拋光的基片造成劃痕)。因此，人們需要一種包括窗的改進(jìn)的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其能夠減少插入物就位窗通常帶來的泄漏問題，以及常規(guī)整體窗具有的拋光缺陷問題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其包括拋光層，該拋光層包括拋光表面和整體窗；所述整體窗結(jié)合在所述拋光層中；所述整體窗是固化劑與異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物；所述固化劑包含固化劑胺部分，該固化劑胺部分能夠與所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇中所含的未反應(yīng)的NCO部分反應(yīng)，形成整體窗；以胺部分與未反應(yīng)的NCO部分的化學(xué)計(jì)量比為1 1至1 1.25提供所述固化劑和異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇；所述整體窗的孔隙率< 0. 1體積％ ；所述整體窗的壓縮形變?yōu)?5-25% ；其中，所述拋光表面適合用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行拋光。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法，所述方法包括提供化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，該設(shè)備包括臺(tái)板；提供選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的至少一塊基片；選擇化學(xué)機(jī)械拋光墊， 所述拋光墊包括拋光層，所述拋光層包括形成于其中的整體窗，所述整體窗的壓縮形變?yōu)?5-25% ；將所述化學(xué)機(jī)械拋光墊安裝在所述臺(tái)板上；用所述拋光層的拋光表面對(duì)所述至少一塊種基片進(jìn)行拋光。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法，所述方法包括提供化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，該設(shè)備包括臺(tái)板；提供選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的至少一塊基片；選擇權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊；將所述化學(xué)機(jī)械拋光墊安裝在所述臺(tái)板上；用所述拋光層的拋光表面對(duì)所述至少一塊基片進(jìn)行拋光。
具體實(shí)施例方式本文和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“拋光介質(zhì)”包括含顆粒的拋光液和不含顆粒的拋光溶液，諸如無磨料和反應(yīng)性液體拋光液。在本文和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"聚(氨酯)"包括(a)通過⑴異氰酸酯與(ii)多元醇(包括二醇)反應(yīng)形成的聚氨酯；以及(b)通過(i)異氰酸酯與(ii)多元醇(包括二醇)和(iii)水、胺(包括二胺和多胺)或者水與胺(包括二胺和多胺)的組合反應(yīng)形成的聚(氨酯)。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊包括拋光層，該拋光層包括拋光表面和整體窗；所述整體窗結(jié)合在所述拋光層中；所述整體窗是固化劑與異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物；所述固化劑包含固化劑胺部分，該固化劑胺部分能夠與所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇中所含的未反應(yīng)的NCO部分反應(yīng)，形成整體窗；以胺部分與未反應(yīng)的NCO部分的化學(xué)計(jì)量比為1 1至1 1.25提供所述固化和異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇；所述整體窗的孔隙率< 10. 0體積％，優(yōu)選< 0. 1體積％，更優(yōu)選0. 000001至< 0. 1體積％，更加優(yōu)選0. 000001至< 0. 9體積％，最優(yōu)選0. 000001-0. 05體積％，所述整體窗的壓縮形變?yōu)?-25%，優(yōu)選為5-20%，更優(yōu)選為5-15%，更加優(yōu)選為5_10%，最優(yōu)選為5_8%；其中，所述拋光表面適合用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行拋光。優(yōu)選地，所述固化劑和異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇以合適的比例提供，使得NH2 與未反應(yīng)的NCO化學(xué)計(jì)量比為1 1至1 1.25，優(yōu)選為1 1至1 1. 15，更優(yōu)選為1 1 至1 1.10。所述化學(xué)計(jì)量關(guān)系可以通過提供原料的化學(xué)計(jì)量含量直接獲得，或者通過有意使NCO與水反應(yīng)或使其接觸外來水分，反應(yīng)掉一部分的NC0，從而間接地獲得。異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇包括例如多元醇與多官能芳族異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物。合適的多元醇包括例如聚醚多元醇；聚碳酸酯多元醇；聚酯多元醇；聚己內(nèi)酯多元醇； 乙二醇；1，2-丙二醇；1，3-丙二醇；1，2-丁二醇；1，3-丁二醇；2-甲基 _1，3_ 丙二醇；1， 4-丁二醇；新戊二醇；1，5_戊二醇；3-甲基-1，5-戊二醇；1，6-己二醇；二甘醇；二丙二醇；三丙二醇，以及它們的混合物。優(yōu)選的多元醇包括聚四亞甲基醚二醇[PTMEG]；聚亞丙基醚二醇[PPG]；酯基多元醇(例如己二酸乙二酯或己二酸丁二酯)；它們的共聚物和混合物。合適的多官能芳族異氰酸酯的例子包括2，4-甲苯二異氰酸酯、2，6-甲苯二異氰酸酯、 4,4' -二苯基甲烷二異氰酸酯、萘-1，5-二異氰酸酯、聯(lián)甲苯胺二異氰酸酯、對(duì)苯二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯和它們的混合物。優(yōu)選地，所述多官能芳族異氰酸酯包含小于20 重量％、優(yōu)選小于15重量％、最優(yōu)選小于12重量％的脂族異氰酸酯，例如4，4’ - 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯；異佛爾酮二異氰酸酯和環(huán)己烷二異氰酸酯。優(yōu)選地，所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇包含8. 75-9. 40重量％、優(yōu)選8. 90-9. 30重量％、更優(yōu)選9. 00-9. 25重量％ 的未反應(yīng)的NCO部分。優(yōu)選地，所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇。更優(yōu)選地，所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇；其中所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物聚四亞甲基醚二醇包含8. 90-9. 30重量％ 的未反應(yīng)的NCO部分。最優(yōu)選地，所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇；其中所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物聚四亞甲基醚二醇包含9. 00-9. 25重量％的未反應(yīng)的NCO部分。固化劑包括例如4，4’-亞甲基-二鄰氯苯胺[MBCA]、4，4’_亞甲基-二-(3-氯-2，
6-二乙基苯胺)(MCDEA)；二甲硫基甲苯二胺；二對(duì)氨基苯甲酸-1，3-丙二醇酯；聚四氫呋喃二對(duì)氨基苯甲酸酯；聚四氫呋喃單對(duì)氨基苯甲酸酯；聚環(huán)氧丙烷二對(duì)氨基苯甲酸酯；聚環(huán)氧丙烷單對(duì)氨基苯甲酸酯；1，2- 二(2-氨基苯硫基)乙烷；4，4’-亞甲基-二苯胺；二乙基甲苯二胺；5-叔丁基-2，4-甲苯二胺和3-叔丁基-2，6-甲苯二胺；5-叔戊基-2，4-甲苯二胺和3-叔戊基-2，6-甲苯二胺和氯代甲苯二胺，以及它們的混合物。優(yōu)選所述固化劑是 MBCA。當(dāng)制備整體窗的時(shí)候，優(yōu)選對(duì)原料和化學(xué)計(jì)量進(jìn)行選擇，使得制得的整體窗材料的壓縮形變?yōu)?-25 %，更優(yōu)選為5-20 %，更加優(yōu)選為5-15 %，還更優(yōu)選為5_10 %，再更優(yōu)選為5%至小于10%，最優(yōu)選為5-8%，以上壓縮形變是根據(jù)ASTM D395-03方法A，在70°C和 22小時(shí)條件下測(cè)得的。任選地，可以使用單獨(dú)的混合步驟制造基于氨基甲酸酯聚合物的整體窗，避免使用預(yù)聚物。所述整體窗對(duì)波長為670納米的光的透光率優(yōu)選選自20-70 %，20-50 %和 30-50%的范圍。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊任選地還包括與拋光層鄰接的基底層?？梢匀芜x地使用粘合劑將所述拋光層與基底層連接起來。所述粘合劑可以選自壓敏粘合劑、熱熔粘合劑、接觸粘合劑、以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，所述粘合劑是熱熔粘合劑。在一些實(shí)施方式中，所述粘合劑是接觸粘合劑。在一些實(shí)施方式中，所述粘合劑是壓敏粘合劑。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊任選地還包括基底層，以及與所述拋光層和基底層鄰接并介于所述拋光層和基底層之間的至少一個(gè)另外的層?？梢匀芜x地使用粘合劑將各層連接在一起。所述粘合劑可以選自壓敏粘合劑、熱熔粘合劑、接觸粘合劑、以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，所述粘合劑是熱熔粘合劑。在一些實(shí)施方式中，所述粘合劑是接觸粘合劑。 在一些實(shí)施方式中，所述粘合劑是壓敏粘合劑。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊優(yōu)選適合與拋光機(jī)的臺(tái)板鄰接。任選適合使用壓敏粘合劑和真空中的至少一種，將本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊固定在所述臺(tái)板上。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊的拋光層的拋光表面任選具有宏觀結(jié)構(gòu) (macrotexture)和微觀結(jié)構(gòu)(microtexture)中的至少一種，以促進(jìn)基片的拋光。優(yōu)選地， 所述拋光表面具有宏觀結(jié)構(gòu)，所述宏觀結(jié)構(gòu)用來減輕以下情況的至少一種打滑、影響拋光介質(zhì)流動(dòng)、改變拋光層的剛性、減少邊緣效應(yīng)和促進(jìn)拋光碎屑轉(zhuǎn)移離開拋光表面和基片間的區(qū)域。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊的拋光層的拋光表面任選具有選自穿孔和凹槽中的至少一種的宏觀結(jié)構(gòu)。任選地，所述穿孔可從拋光表面部分或全部貫穿拋光層厚度。任選地， 將凹槽安排在拋光表面上，使得拋光過程中拋光墊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)至少有一條凹槽掠過基片。任選地，所述凹槽選自彎曲凹槽、直線凹槽、及其組合。任選地，所述凹槽的深度> 10密耳；優(yōu)選為10-150密耳。任選地，所述凹槽形成凹槽圖案，所述凹槽圖案包括至少兩條具有以下特征組合的凹槽深度選自彡10密耳，彡15密耳以及15-150密耳；寬度選自彡10密耳以及 10-100密耳；槽距選自> 30密耳，> 50密耳，50-200密耳，70-200密耳，以及90-200密耳。本發(fā)明的用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法包括提供化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，該設(shè)備包括臺(tái)板；提供選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的至少一塊基片；選擇化學(xué)機(jī)械拋光墊，所述拋光墊包括拋光層，所述拋光層包括形成于其中的整體窗，所述整體窗的壓縮形變?yōu)?-25 %，優(yōu)選5-20 %，更優(yōu)選5-15 %，更加優(yōu)選5-10%，還更優(yōu)選5-8% ；將所述化學(xué)機(jī)械拋光墊安裝在所述臺(tái)板上；用所述拋光層的拋光表面對(duì)所述至少一塊基片進(jìn)行拋光。優(yōu)選地，本發(fā)明的拋光墊在40°C的拋光溫度下對(duì)基片進(jìn)行10小時(shí)的拋光之后，該化學(xué)機(jī)械拋光墊中的整體窗從拋光層的拋光表面向外凸出< 50微米，更優(yōu)選0-50微米，最優(yōu)選0-40微米。現(xiàn)在將在以下實(shí)施例中詳細(xì)描述本發(fā)明的一些實(shí)施方式。實(shí)施例窗塊料通過以下步驟制備了窗塊料，用來將其結(jié)合到化學(xué)機(jī)械拋光層中作為整體窗。將表1所示的各種量的固化劑(即MBCA)和異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇(即購自凱姆圖拉公司(Chemtura)的L32Q混合起來，加入模具中。然后使得模具內(nèi)的物料在烘箱內(nèi)固化18 個(gè)小時(shí)。烘箱的溫度設(shè)定在93°C，加熱20分鐘；然后設(shè)定在104°C，加熱15小時(shí)40分鐘； 然后降溫至21°C，再處理最后2小時(shí)。然后將所述窗塊料切割成插入物，以便于通過常規(guī)方式將其結(jié)合入拋光墊餅塊中。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其包括 拋光層，其包括拋光表面和整體窗；所述整體窗在所述拋光層中成為一體；所述整體窗是固化劑與異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物； 所述固化劑包含固化劑胺部分，該固化劑胺部分能夠與所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇中所含的未反應(yīng)的NCO部分反應(yīng)，形成所述整體窗；以胺部分與未反應(yīng)的NCO部分的化學(xué)計(jì)量比為1 1至1 1.25的用量提供所述固化劑與所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇； 所述整體窗的孔隙率< 0. 1體積％ ； 所述整體窗的壓縮形變?yōu)?-25% ；其中，所述拋光表面適合用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行拋光。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，所述整體窗在平行于所述拋光表面的平面內(nèi)具有橢圓形截面。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，所述異氰酸酯封端的預(yù)聚物多元醇包含8. 75-9. 40重量％的未反應(yīng)的NCO部分。
5.如權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，所述異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇包含9. 00-9. 25重量％的未反應(yīng)的NCO部分。
6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，所述整體窗在670納米處的透光率為 20-50% ο
7.一種用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法，該方法包括提供化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，該設(shè)備包括臺(tái)板；提供選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一塊基片；選擇如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊；將所述化學(xué)機(jī)械拋光墊安裝在所述臺(tái)板上；用所述拋光層的拋光表面對(duì)所述至少一塊基片進(jìn)行拋光。
8.一種用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法，該方法包括提供化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，該設(shè)備包括臺(tái)板； 提供選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一塊基片； 選擇包括拋光層的化學(xué)機(jī)械拋光墊，所述拋光層包括形成于其中的整體窗，所述整體窗的壓縮形變?yōu)?-25% ；將所述化學(xué)機(jī)械拋光墊安裝在所述臺(tái)板上； 用所述拋光層的拋光表面對(duì)所述至少一塊基片進(jìn)行拋光。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在對(duì)基片進(jìn)行10小時(shí)的拋光之后，整體窗從拋光層的拋光表面向外凸出< 50微米。
全文摘要
一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其包括拋光層，所述拋光層包括整體窗和拋光表面，所述拋光表面適合用來對(duì)選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片的基片進(jìn)行拋光，所述整體窗的配方在拋光過程中提供了改進(jìn)的缺陷性能。還提供了一種使用所述化學(xué)機(jī)械拋光墊對(duì)基片進(jìn)行拋光的方法。
文檔編號(hào)B24D13/14GK102310366SQ201010231569
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者M·J·庫爾普, S·H·威廉姆斯 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司