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1、10申请公布号CN102015212A43申请公布日20110413CN102015212ACN102015212A21申请号200880128670422申请日2008080461/044,21020080411USB24D11/0020060171申请人音诺帕德股份有限公司地址美国马萨诸塞州72发明人OK许P利菲瑞DA威尔斯SX乔A马修吴光伟74专利代理机构上海专利商标事务所有限公司31100代理人任永武54发明名称具有孔隙网络的化学机械平坦化垫57摘要本发明提供一种抛光垫及一种制造抛光垫的方法。该方法包括提供铸具，其具有第一腔室及第二腔室，其中第一腔室定义凹槽；提供包含孔隙形成构件的聚合。
2、物基质材料至凹槽中；形成抛光垫，且在用于化学/机械平坦化步骤之前，通过化学方法或机械方法中的一者，自抛光垫中移除至少一部分的所述构件，从而在抛光垫内形成孔隙空间。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010101186PCT申请的申请数据PCT/US2008/0721442008080487PCT申请的公布数据WO2009/126171EN2009101551INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图2页CN102015222A1/2页21一种制造抛光垫的方法，包括提供铸具，其具有第一腔室及第二腔室，其中所述第一腔室定义凹槽；提供包含孔隙形成构。
3、件的聚合物基质材料至所述凹槽中；形成抛光垫，且在用于化学/机械平坦化步骤之前，通过化学方法或机械方法中的一者，自所述抛光垫中移除至少一部分的所述构件，从而在所述抛光垫内形成孔隙空间。2如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物基质材料包括聚合物基质前驱物。3如权利要求1所述的方法，其特征在于，移除至少一部分的所述构件包括溶解所述构件。4如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件是在加压的情况下被移除。5如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件包括颗粒。6如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件包括纤维。7如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件包括织物。8如权利要求1所述的方。
4、法，其特征在于，所述构件包括可溶性材料。9如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件是由中空纤维所形成。10如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔隙空间的直径为01微米或更大。11如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔隙空间是至少部分连通的。12如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔隙空间的长度对直径比为41或更大。13如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CMP垫的孔隙体积可在01至95的范围，以所述垫的总体积计。14如权利要求1所述的方法，其特征在于，在用于化学/机械平坦化步骤之前包括在曝露至一抛光浆料之前。15一种用于抛光的装置，包括包括聚合物基质的抛光垫，具有多个定义在。
5、所述聚合物基质内的孔隙，其中所述孔隙的长度对直径比为41或更大且所述孔隙是至少部分交互连通的。16如权利要求15所述的用于抛光的装置，其特征在于，所述孔隙的体积在01至90的范围，以所述垫的总体积计。17如权利要求15所述的用于抛光的装置，其特征在于，还包括构件。18如权利要求15所述的用于抛光的装置，其特征在于，所述孔隙是相对均匀地分布在所述垫的体积中。19如权利要求15所述的用于抛光的装置，其特征在于，所述孔隙在所述垫中是以体积梯度形式分布于其中。20一种抛光方法，包括提供具有表面的用于抛光的基材；提供含水浆料至所述基材的所述表面的至少一部分上；提供包括聚合物基质的抛光垫，具有多个定义在所。
6、述聚合物基质内的孔隙，其中所述孔隙的长度对直径比为41或更大且所述孔隙是至少部分交互连通的；以及权利要求书CN102015212ACN102015222A2/2页3通过所述基材、所述含水浆料及所述垫的交互作用而抛光所述表面。21一种用于抛光电子基材表面的抛光垫，包括包含孔隙的聚合物基质，其中所述垫具有用于抛光工作表面的第一工作表面及第二表面；所述垫具有自所述工作表面延伸至所述第二表面的厚度T；其中所述孔隙仅位于所述垫表面至095T厚度的区域内。22如权利要求21所述的抛光垫，其特征在于，所述孔隙，其中所述孔隙的长度对直径比为41或更大且所述孔隙是至少部分交互连通的。23如权利要求21所述的抛光。
7、垫，其特征在于，所述孔隙仅位于所述垫表面至050T厚度的区域内。24如权利要求21所述的抛光垫，其特征在于，所述孔隙的直径为01微米或更大。25如权利要求21所述的抛光垫，其特征在于，所述孔隙是均匀分布在所述孔隙所在的区域内。26一种用于抛光电子基材表面的抛光垫，包括包含孔隙的聚合物基质，其中所述垫具有用于抛光工作表面的第一工作表面及第二表面；所述垫具有自所述工作表面延伸至所述第二表面的厚度T；其中所述抛光垫包含所述孔隙均匀分布的区域，及不存有所述孔隙的区域，其中所述不存有所述孔隙的区域构成所述垫体积的至少50。权利要求书CN102015212ACN102015222A1/6页4具有孔隙网络的。
8、化学机械平坦化垫0001相关申请案交叉参考0002本申请案主张基于2008年4月11日提出申请的美国临时专利申请案第61/044,210号的申请日期的优先权，该美国临时专利申请案的教示内容以引用方式并入本文中。技术领域0003本发明大体而言涉及一种化学机械平坦化CHEMICALMECHANICALPLANARIZATION；CMP垫，具体而言，涉及一种在垫基质內包含孔隙网络的CMP垫。孔隙可通过以下方式形成为垫提供分散于聚合物基质中的多个构件，然后移除所述构件以提供对应的孔隙。背景技术0004当在诸如半导体晶片、毯覆聚硅酮晶片BLANKETSILICONEWAFER及计算机硬盘等微电子装置的制。
9、造中应用化学机械平坦化CHEMICALMECHANICALPLANARIZATION；CMP作为工艺步骤时，可将抛光垫与含磨料或不含磨料的浆料搭配使用来实现装置表面的平坦化。为在装置表面上实现高度平坦化通常以埃数量级进行衡量，浆料流应均匀地分布于装置表面与垫之间。为有利于浆料的此种均匀分布，可在抛光垫上提供多个凹槽或凹陷结构。这多个凹槽可分别具有0010英寸至0050英寸的凹槽宽度、0010英寸至0080英寸的深度、以及相邻凹槽间具有012英寸至025英寸的间距。0005尽管凹槽可提供上述有益效果，然而其可能不足以在半导体晶片上实现芯片或单个微芯片层次的局部的平坦化。此可能是由于凹槽与微芯片上。
10、各种表征例如互连线之间相对大的差别。例如，先进ULSI及VLSI微芯片可具有约035微米0000014英寸的表征尺寸，这要比抛光垫上各个凹槽的宽度及深度小许多倍。另外，微芯片上的表征尺寸也比相邻凹槽间的间距小上千倍，此可导致浆料在表征尺寸水平上不均匀分布。0006为努力提高局部均匀性表征尺寸等级的平坦化，在某些情形中，CMP垫制造商会在垫的表面上提供凹凸或高低不平的区域。这些凹凸可具有自20微米至100微米以上的尺寸。尽管与凹槽相比，这些凹凸在尺寸上可更接近于微芯片的表征，然而凹凸的形状及尺寸可能会在抛光过程中发生变化，并可能需要通过用带有金刚石研磨颗粒的调节器砥磨抛光垫表面来进行连续再生。调。
11、节器上的金刚石研磨颗粒会连续地擦掉由于抛光垫、浆料与装置表面之间的摩擦接触而变形的表面凹凸，并暴露出新的凹凸以维持持续的平坦化。然而，调节过程可能不稳定，因为其可能会利用锐利的金刚石颗粒来切断已变形的凹凸。对已变形凹凸的切断无法被很好地控制，致使凹凸的尺寸、形状及分布发生变化，而此又可能导致平坦化的均匀性发生变化。此外，因进行调节而产生的摩擦热也可能会通过改变垫的表面特性包括诸如剪切模量、硬度及可压缩性等特性而造成平坦化的不均匀性。说明书CN102015212ACN102015222A2/6页5发明内容0007本发明一个方面涉及一种制造抛光垫的方法。该方法可包括提供铸具，其具有第一腔室及第二腔。
12、室，其中第一腔室定义凹槽。可提供包含孔隙形成构件的聚合物基质材料至凹槽中。可形成抛光垫，并可在用于化学/机械平坦化步骤之前，通过化学方法或机械方法中的一者，自抛光垫中移除至少一部分的所述构件，从而在抛光垫内形成孔隙空间。0008本发明另一方面涉及一种用于抛光的装置。该装置可包括垫，该垫包括聚合物基质，具有多个定义在所述聚合物基质内的孔隙，其中所述孔隙的长度对直径比为41或更大且所述孔隙是至少部分交互连通的。0009本发明的又一方面涉及一种抛光方法。该方法可包括提供具有表面的用于抛光的基材；提供含水浆料至所述基材的所述表面的至少一部分上；提供包括聚合物基质的垫，具有多个定义在所述聚合物基质内的孔。
13、隙，其中所述孔隙的长度对直径比为41或更大且所述孔隙是至少部分交互连通的；以及通过所述基材、所述含水浆料及所述垫的交互作用而抛光所述表面。0010本发明的再一方面涉及一种用于抛光电子基材表面的抛光垫。该垫可包括包含孔隙的聚合物基质，其中所述垫具有用于抛光的第一工作表面及第二表面。该垫还可被定义为具有自垫工作表面延伸至第二垫表面的厚度T，其中所述孔隙仅位于所述垫表面至095T厚度的区域内。0011最后，本发明的还一方面涉及一种用于抛光电子基材表面的抛光垫，其包括包含孔隙的聚合物基质，其中所述垫具有用于抛光的第一工作表面及第二表面。所述垫还可被定义为具有自垫工作表面延伸至垫第二表面的厚度T。所述抛。
14、光垫还可包含所述孔隙均匀分布的区域、及不存有所述孔隙的区域，其中所述不存有所述孔隙的区域构成所述垫体积的至少50。附图说明0012通过结合附图阅读下文对本文所述实施例的说明，将更明显地得知及更佳地理解本发明的上述及其他特征以及其实现方式，附图中0013图1A显示在本文所述的CMP垫中包含的孔隙网络的实例；0014图1B显示其中包含孔隙网络的CMP垫的剖视图；0015图1C显示CMP垫的剖视图，该垫包含选择性地位于垫的厚度内的孔隙网络；0016图1D显示CMP垫的剖视图，该垫包含选择性地位于垫的某一区域内的孔隙网络；以及0017图2显示用于在CMP垫中形成孔隙的系统。具体实施方式0018应理解，。
15、本发明的揭露内容并不限于其对在下文说明中所述及在附图中所示的构造细节及元件排列的应用。本文的实施例可具有其他实施例并可以各种不同方式来实践或实施。还应理解，本文所用的措辞及术语是用于说明目的，而不应被视为具有限制说明书CN102015212ACN102015222A3/6页6意义。本文使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变化形式旨在囊括其后所列的各个项及其等价项以及其他项。除非另外加以限制，否则本文中的用语“连接”、“耦合”及“安装”及其变化形式是广义地使用并囊括直接及间接的连接、耦合及安装。另外，用语“连接”、“耦合”及其变化形式并不限于物理或机械连接或耦合。0019本发明涉及一种化学机械。
16、平坦化CMP垫，具体而言，涉及一种可包含孔隙网络的化学机械平坦化垫。该化学机械平坦化垫可在对晶片或其他基材进行平坦化的半导体制造工艺中使用。该CMP垫可与浆料结合使用，浆料可包含或可不包含磨料、润滑剂及/或其他添加剂。0020如图1A及图1B所示，CMP垫可由聚合物基质形成。CMP垫100的聚合物基质102可包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚砜、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚丁二烯苯乙烯丙烯酸酯共聚物、及上述材料的组合及/或共聚物。此外，可通过提供预聚合物或聚合物前驱物并经固化而使聚合物前驱物成为固体来形成CMP垫。在一个实例中，CMP垫可包括氨基甲酸酯预聚合。
17、物及固化剂，提供固化剂是用于交联或聚合氨基甲酸酯预聚合物。0021CMP垫可包括若干交互连通的孔隙104。孔隙可以是由聚合物基质限定或囊封在聚合物基质中的孔隙网络。孔隙网络可以是交互连通的或不交互连通的。此外，网络中的孔隙可在垫内均匀分布、随机分布或以图案或梯度形式分布。在一个实例中，大多数的孔隙可位于最靠近CMP垫的工作表面106的位置，其中孔隙的体积朝垫的相对非工作表面108减小，或者反之。亦即，大多数的孔隙可位于靠近相对表面108的位置，且孔隙的体积朝工作表面106减小。CMP垫的工作表面可被理解为与待平坦化或抛光的表面相接触的CMP垫表面。在另一实例中，孔隙可相对均匀地分布，其中垫基质。
18、的给定体积可包括相对近似的孔隙体积。0022例如，对于具有从垫的工作表面即用于抛光的表面延伸至非工作表面的厚度T的垫参见图1C，含孔隙的区域可仅被隔离在所述垫的延伸至垫厚度的95或095T的那一部分。例如，孔隙可延伸至垫厚度的10010T、或20020T、或30030T、或40040T、或50050T等、最高到95。如图1C所示，垫可因此包含不存在孔隙即适用于抛光的孔隙的区域103。例如，对于厚度为050英寸的垫，孔隙可仅存在于垫的上部0475英寸中，且垫的下部0025英寸可不包含孔隙，该区域因此可被理解为不含孔隙的区域。可以理解，此可提供更有效的垫设计，这是因为孔隙仅被选择成位于垫厚度的将发。
19、生抛光的那一区域内。0023因此，现在可以理解，在本文的CMP垫中形成的孔隙并不仅限于形成于垫的工作表面上，而是可以三维方式形成并位于垫体积的所选部分内。换句话说，孔隙可形成于距工作表面某一距离处，使得当在抛光操作中使用垫及垫表面随时间而出现磨损时，可立即得到现成的孔隙。亦即，对于本文的抛光垫，不必在CMP操作中使用垫来首先形成孔隙例如依靠给定的抛光浆料来与垫相互作用并形成一或多个孔隙，这是因为孔隙早已存在并选择性地定位成使CMP步骤最佳化。0024孔隙空间的直径或横截面即最大剖面轴可为01M或以上，包括其中的所有值及范围，例如以10M为增量从01M至500M。因此，孔隙可有效地容纳浆料。亦即。
20、，孔隙结构可通过增大浆料中磨料颗粒的移动性而提供用于增强抛光速率及均说明书CN102015212ACN102015222A4/6页7匀性的孔，同时减少对被抛光表面的划伤。换句话说，这些孔可充当磨料颗粒的临时存储区域，从而减小磨料颗粒与被抛光表面之间的高度摩擦性接触。较佳范围是20M至200M。此外，孔隙空间可表现出41或以上的长度对直径比LD，包括处于41至10001范围内的任一比率，包括分数以及整数。例如，本文的孔隙可具有251至10001的LD比率。0025本文的孔隙空间也可采取若干种所期望的几何形状，这是本文方法的另一优点。例如，孔隙可为腓骨状、管状、圆柱形、球形、长方形、立方形、矩形、。
21、梯形以及其他三维或多面体形状。亦即，通过控制自抛光垫中移除孔隙形成构件的条件此将在下文中更全面地说明，可提供不同的形状，特别是除圆形或球形以外的形状。此外，各单独孔隙空间也可与其他孔隙空间部分地或完全地连通。CMP垫内的总孔隙可占垫体积的01至95，包括其中的所有值及增量。0026孔隙可由位于CMP垫基质内的构件形成。例如，所述构件可包括纤维或颗粒，在垫形成之后，便可从垫中选择性地排出或移除全部或一部分纤维或颗粒。例如，纤维可形成为织造或非织造织物或衬垫。形成非织造衬垫的工艺可包括纺粘、熔融纺丝、熔喷、针刺等。孔隙形成构件还可由诸如聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、藻酸盐、聚乙二醇、或其组合形成。此外，孔。
22、隙形成构件可由可溶性材料形成，可溶性材料可被理解为可充分溶解于所选溶剂中而形成孔隙的材料。此外，所述构件可由中空纤维形成。0027在制造包括选择性形成的孔隙空间的CMP垫的方法的一个实例中，可首先将孔隙形成构件即纤维例如呈织物或衬垫形式的纤维或颗粒放置于铸具内。可将聚合物基质材料以树脂形式倾注或定位于纤维周围并进行浇铸或加热。可视需要执行冲压操作，并可使CMP垫固化而在构件周围形成基质。之后，一部分的纤维可自CMP垫基质中溶解或移除。例如，可从垫基质中移除10或100的纤维。此外，如上文所述，孔隙可形成于CMP垫的所选区域中。例如，孔隙可选择性地形成于CMP垫的上半部分例如，上部垂直剖面或工作。
23、部分中，而垫的其余部分则可不包含任何孔隙。在形成孔隙之前或之后，可研磨或擦亮CMP垫以移除垫表面上的表皮，从而暴露出孔隙。此外，可在CMP垫表面上开制凹槽及/或穿孔，并可将CMP垫粘贴或层压到子衬垫及/或压敏粘合剂上。0028此外，现在应理解，通过提供使孔隙可部分地交互连通的特征，有利于移除孔隙形成构件来提供交互连通的孔隙形态。换句话说，当从垫中移除孔隙形成构件并形成交互连通的孔隙时，具有能形成部分交互连通的孔隙的构件这一特征可使得在给定垫体积的整个所选区域中形成孔隙。0029在此意义上，可以理解，因此可制备一种如下抛光垫除了具有存在于所选厚度处的孔隙同样参见图1C之外，该抛光垫还具有位于垫内。
24、任意位置的包含孔隙的区域、以及位于垫内任意位置的不包含孔隙的区域，从而使孔隙不均匀地分布于垫内。因此如图1D所示，在本文中可制成包含不存在孔隙即适用于CMP抛光的孔隙的区域110的垫，区域110是界定在垫中在水平方向及垂直方向上的任意位置。0030类似于上文所述的将孔隙的存在控制于给定垫厚度内的考虑因素，对于给定的垫体积，垫内不存在此种孔隙的区域现在可被选择成可用垫体积的5至95，包括其中的所有值及增量。或者，换句话说，本文的垫可包含在给定垫体积百分比中的、均匀说明书CN102015212ACN102015222A5/6页8分布的孔隙；并包含不存在孔隙即适用于抛光的孔隙的区域。例如，此种可不存。
25、在孔隙的区域可占垫体积的5、10、15等，最高至95。0031此外，不存在孔隙的区域同样参见图1D中的区域110为不会影响存有孔隙的垫体积的区域。此外，所提到的均匀分布的孔隙可被理解为当在垫的给定体积中存在孔隙时，孔隙大致分布于整个给定聚合物基质中的情形，其中各个孔之间的相对距离的变化不超过/10或以下，例如/9、/8、/7、一直到/01。0032可利用各种方法从CMP垫中移除构件。可在暴露于抛光浆料之前通过化学方法移除构件，此可被理解为以流体液体及/或气体溶解。此种溶解可发生于所选的流体的高的温度、压力及/或流速下。因此，流体可包括水及/或有机溶剂，其中可选择能够移除选择性地溶解受控量的构件。
26、，从而得到对应的孔隙形成量的水及有机溶剂。0033此外，或者无关于使用化学方法，在垫的制备期间以及同样在暴露于抛光浆料之前，可使CMP垫暴露于机械方法，例如振动、脉动、超声波或压缩加压及/或弛豫减压，以产生所期望的孔隙网络。相应地，在本发明的上下文中，可在给定的垫抛光步骤期间暴露于浆料之前，通过应用化学及/或机械方法在垫的所选位置中选择性地形成孔隙。0034此外，关于上述化学方法与机械方法中的一者或两者，可在孔隙形成期间调节所施加的热量温度。相应地，本文所述的化学方法及/或机械方法可被理解为一种在抛光环境以外进行的孔隙形成方法，该方法以其自身的一组变量来控制孔隙的形成，然后利用这些孔隙来提高抛。
27、光效率。0035关于化学方法，现在可以理解，可调节构件的溶解性，同样地，在抛光操作之前，在暴露于流体下控制最终孔隙形成。此外，可包含能影响构件对外部参数化学的或机械的的溶解性的额外成分，以类似地影响可形成的孔隙的大小及数目。例如，如上所述，可使用相当于混合溶剂体系的流体，其中一种溶剂能够溶解孔隙形成构件、而另一种溶剂则不能够溶剂孔隙形成构件。相应地，该步骤将使得能够在抛光垫用于晶片抛光之前，在给定温度范围内，所选的时间段下，通过控制用于处理抛光垫的两种溶剂的相对量来控制在给定垫内形成的孔隙的数目及大小。0036如图2所示，可将其中具有构件的实例性CMP垫200置于箱体202内，并可对箱体202。
28、加压。泵204可迫使受热流体水及/或有机溶剂抑或多种溶剂的混合物206在各种压力下经过箱体进入CMP垫中，以溶解及移除CMP垫中的可溶性纤维并从而形成孔隙。然后，可从箱体中移出垫，在去离子水或另一种流体中进行超声波清洗，然后予以干燥。用于形成孔隙的流体可包含各种各样的用于提高溶解率的添加剂。例如，可在流体中加入表面活性剂，此可减小纤维、聚合物基质及/或流体之间的表面张力。在另一实例中，可使新鲜的水即先前未暴露于抛光垫的水而非循环水流经其中具有CMP垫的箱体。其他溶剂可包括有机溶剂，例如有机醇类、酮类例如丙酮等。因此，所选的溶剂应能够溶解垫中被设计成在溶解后提供孔隙位置的构件。0037承上所述，。
29、可增大或减小箱体202内的相对压力，所述方式是设计成能增强或调节给定流体与垫内用以在溶解后提供孔隙的给定构件之间的相互作用。例如，可增大压力，以增加所形成的孔隙的数目，或者减小压力以减少所形成的孔隙的相对数目。本文所设想的压力可包括处于11000PSI范围内的压力，包括其中的所有值及增量。说明书CN102015212ACN102015222A6/6页90038在又一实例中，诸如超声波等机械方法可单独使用或者与压力相结合地使用来移除CMP垫中的构件，从而提供孔隙。例如，可在箱体中或直接向CMP垫提供或引入超声波振动，以产生给定频率或频率范围的振动。一旦形成足够体积的孔隙此可归因于流体选择与振动水。
30、平的组合效果，便可从箱体中移出CMP垫并进行干燥，由此在垫中的所选位置处具有所选大小及所选浓度的孔隙。超声波频率范围可处于15KHZ至70KHZ范围内，包括其中的所有值及增量。0039在另一实例中，可通过向垫提供能够挥发的添加剂来产生孔隙空间，例如在用于形成垫基质的树脂配方中提供添加剂。可通过暴露于热或其他能源来激发可蒸发的添加剂以形成气体。相应地，可使用诸如起泡剂等固体化合物，其可被理解为可分解及/或转变成次级化合物并形成气体的无机或有机物质，所述气体可随后产生上述孔隙结构。因此，起泡剂可在开始时作为固体颗粒及/或液体存在。起泡剂的实例可包括偶氮二酰亚胺AZODICARBONIMIDE，且液。
31、体起泡剂可包括具有相对高蒸气压力的相对低分子量化合物，其也可与垫基质前驱物混合，然后在垫固化时由于在固化期间通常发生的与聚合相关联的放热反应而挥发。因此，可以理解，垫基质前驱物可相当于单体及/或低聚物，其可随后固化并聚合成相对高的分子量。0040出于例示目的，上文提供了对若干方法及实施例的说明。本说明并非旨在作为穷尽性说明或将权利要求限制为所揭露的确切步骤及/或形式，而是显然，可根据上述教示内容而作出诸多种修改及变化。本发明的范围旨在由随附权利要求书加以限定。说明书CN102015212ACN102015222A1/2页10图1A图1B图1C说明书附图CN102015212ACN102015222A2/2页11图1D图2说明书附图CN102015212A。