低密度拋光墊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施方案是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的領(lǐng)域，特別是低密度拋光墊，和制造低密度拋光墊的方法。
[0002]背景
[0003]化學(xué)機(jī)械平坦化或化學(xué)機(jī)械拋光，通?？s寫為CMP，為在半導(dǎo)體制造中用于將半導(dǎo)體晶片或其它基質(zhì)平坦化的技術(shù)。
[0004]方法涉及使用研磨劑和腐蝕性化學(xué)品淤漿(通常膠體)與通常具有比晶片更大直徑的拋光墊和扣環(huán)。通過(guò)動(dòng)態(tài)拋光頭將拋光墊和晶片擠壓在一起并通過(guò)塑料扣環(huán)保持在一定位置。動(dòng)態(tài)拋光頭在拋光期間旋轉(zhuǎn)。該路線幫助除去材料并傾向于使任何不規(guī)則形貌平坦，使得晶片為平或平面的。這可能是需要的以設(shè)置用于形成其它電路元件的晶片，例如這可能是需要的以使整個(gè)表面在光刻體系的景深(depth of field)內(nèi)，或者基于其位置選擇性地除去材料。對(duì)于最新的亞50納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)，典型的景深要求降至埃等級(jí)。
[0005]材料除去方法不像在木頭上研磨刮擦如砂紙一樣簡(jiǎn)單。淤漿中的化學(xué)品也與待除去的材料反應(yīng)和/或使待除去的材料弱化。研磨劑促進(jìn)該弱化過(guò)程，拋光墊幫助將反應(yīng)的材料從表面上擦除。除淤漿技術(shù)的進(jìn)展外，拋光墊在越來(lái)越復(fù)雜的CMP操作中起明顯作用。
[0006]然而，在CMP墊技術(shù)的進(jìn)展中需要另外的改進(jìn)。
[0007]概述
[0008]本發(fā)明實(shí)施方案包括低密度拋光墊和制造低密度拋光墊的方法。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方案中，用于將基質(zhì)拋光的拋光墊包含具有小于0.5g/cc的密度且包含熱固性聚氨酯材料的拋光體。多個(gè)閉孔(closed cell pore)分散于熱固性聚氨酯材料中。
[0010]在另一實(shí)施方案中，用于將基質(zhì)拋光的拋光墊包含具有小于約0.6g/cc的密度且包含熱固性聚氨酯材料的拋光體。多個(gè)閉孔分散于熱固性聚氨酯材料中。多個(gè)閉孔具有雙峰直徑分布，所述雙峰直徑分布具有擁有第一粒度分布峰的第一直徑模式和擁有第二不同粒度分布峰的第二直徑模式。
[0011]在又一實(shí)施方案中，制造拋光墊的方法涉及將預(yù)聚物和增鏈劑或交聯(lián)劑與多個(gè)微型元件混合以形成混合物。多個(gè)微型元件各自具有初始尺寸。該方法還涉及在成型模具中將混合物加熱以提供包含熱固性聚氨酯材料和分散于熱固性聚氨酯材料中的多個(gè)閉孔的模制拋光體。多個(gè)閉孔通過(guò)在加熱期間使多個(gè)微型元件各自膨脹至最終較大尺寸而形成。
[0012]附圖簡(jiǎn)述
[0013]圖1A為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的P0LITEX拋光墊的自上而下視圖。
[0014]圖1B為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的P0LITEX拋光墊的截面圖。
[0015]圖2A-2G闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案用于制造拋光墊的操作的截面圖。
[0016]圖3闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的包含閉孔的低密度拋光墊在ΙΟΟχ和300x放大倍數(shù)下的截面圖，所述閉孔都基于致孔劑填料。
[0017]圖4闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的包含閉孔的低密度拋光墊在ΙΟΟχ和300x放大倍數(shù)下的截面圖，所述閉孔一部分基于致孔劑填料且一部分基于氣泡。
[0018]圖5A闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，對(duì)于低密度拋光墊中的寬單峰孔徑分布，總體作為孔徑的函數(shù)的圖。
[0019]圖5B闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，對(duì)于低密度拋光墊中的窄單峰孔徑分布，總體作為孔徑的函數(shù)的圖。
[0020]圖6A闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，具有閉孔的約1:1雙峰分布的低密度拋光墊的截面圖。
[0021]圖6B闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，對(duì)于圖6A的拋光墊中的窄孔徑分布，總體作為孔徑的函數(shù)的圖。
[0022]圖6C闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，對(duì)于圖6A的拋光墊中的寬孔徑分布，總體作為孔徑的函數(shù)的圖。
[0023]圖7闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，與低密度拋光墊相容的拋光設(shè)備的等軸側(cè)視圖。
[0024]詳述
[0025]本文描述低密度拋光墊和制造低密度拋光墊的方法。在以下說(shuō)明中，描述了大量具體細(xì)節(jié)，例如具體拋光墊設(shè)計(jì)和組成，以提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案的徹底理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解可不用這些具體細(xì)節(jié)而執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施方案。在其它情況下，沒(méi)有詳細(xì)描述熟知的加工技術(shù)，例如關(guān)于將淤漿與拋光墊組合以進(jìn)行半導(dǎo)體基質(zhì)的化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)的細(xì)節(jié)，為了不必要地使本發(fā)明實(shí)施方案難理解。此外，應(yīng)當(dāng)理解圖中所示各個(gè)實(shí)施方案為說(shuō)明性顯示，且未必按比例繪出。
[0026]本文所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案涉及制造具有小于約0.6克/立方厘米(g/cc)的低密度，特別是小于約〇.5g/cc的低密度的拋光墊。所得墊可基于具有提供低密度的閉孔孔隙率的聚氨酯材料。低密度墊可例如用作磨光拋光墊或者用作設(shè)計(jì)用于專業(yè)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)應(yīng)用如襯墊/屏障去除的拋光墊。在一些實(shí)施方案中，可制造本文所述拋光墊以具有與0.3g/cc至0.5g/cc，例如約0.357g/cc —樣低的密度。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，低密度墊具有與約〇.2g/cc —樣低的密度。
[0027]為提供上下文，典型的CMP墊具有約0.7-0.8g/cc的密度，且通常為至少高于0.5g/cc。通常，典型的CMP磨光墊具有使用對(duì)表面開(kāi)放的大孔的“多孔”設(shè)計(jì)。復(fù)合聚氨酯皮包含在載體上，例如在P0LITEX拋光墊的情況下。通常，磨光墊是非常柔軟且以開(kāi)孔隙率制成低密度的(例如纖維墊和“多孔”墊)。這類墊通常與CMP的兩個(gè)基本問(wèn)題有關(guān):與常規(guī)閉孔聚氨酯(但較高密度)CMP墊相比的短壽命和較不一致的性能。圖1A和1B分別為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的P0LITEX拋光墊的自上而下視圖和截面圖。參考圖1A，P0LITEX拋光墊的一部分100A在掃描電子顯微鏡(SEM)圖像中放大300倍顯示。參考圖1B，P0LITEX拋光墊的一部分100B在掃描電子顯微鏡(SEM)圖像中放大100倍顯示。參考圖1A和1B，現(xiàn)有技術(shù)墊的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)容易可見(jiàn)。
[0028]更一般而言，一個(gè)基本挑戰(zhàn)是制造高孔隙率和低密度的閉孔聚氨酯墊。我們自己在通過(guò)模塑或澆鑄方法制造低密度聚氨酯墊中的研究顯示僅在將提高體積的致孔劑加入墊配制劑混合物中以最終在基于加入的致孔劑的墊材料中提供閉孔方面的難度。特別是，加入比用于典型墊配制劑的更多的致孔劑使配制劑的粘度提高至對(duì)澆鑄或模塑方法而言不可操控的水平。該情況對(duì)包含在整個(gè)模塑或澆鑄方法中保持基本相同體積的預(yù)膨脹致孔劑或致孔劑而言可能是特別困難的。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，在整個(gè)模塑或澆鑄方法中提高體積的未膨脹致孔劑或致孔劑包含在用于最終生產(chǎn)的墊配制劑中。然而，在一個(gè)該實(shí)施方案中，如果所有最終閉孔由未膨脹致孔劑產(chǎn)生，則配制劑的粘度對(duì)鑄造或模塑中的可操控性而言可能是太低的。因而，在一個(gè)實(shí)施方案中，除形成包含在整個(gè)模塑或澆鑄方法中提高體積的未膨脹致孔劑或致孔劑的配制劑外，還包含在整個(gè)模塑或澆鑄方法中保持基本相同體積的預(yù)膨脹致孔劑或致孔劑以能夠調(diào)節(jié)墊配制劑的粘度。
[0029]因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，在高于環(huán)境溫度下膨脹的未膨脹致孔劑填料或不足膨脹致孔劑填料(都稱為UPF)用于在通過(guò)鑄造或模塑制造期間在拋光墊中產(chǎn)生多孔性。在一個(gè)該實(shí)施方案中，大量UPF包含在聚氨酯形成混合物中。UPF在墊鑄造過(guò)程期間膨脹并產(chǎn)生具有閉孔的低密度墊。以上產(chǎn)生拋光墊的路線可具有與用于形成具有開(kāi)孔的低密度墊的其它技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)。例如，僅基于氣體注入或夾帶而制造最終墊孔隙率可能要求專業(yè)設(shè)備，并且可能伴隨在控制最終墊密度方面的困難和在控制最終孔徑大小和分布中的困難。在另一實(shí)例中，僅基于就地氣體生成，例如水與異氰酸酯結(jié)構(gòu)部分(NC0)反應(yīng)以產(chǎn)生C02氣泡而制造最終墊孔隙率可能伴隨在控制空間分布方面的困難。
[0030]在本發(fā)明一方面中，低密度拋光墊可在模塑方法中制造。例如，圖2A-2G闡述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，用于制造拋光墊中的操作的截面圖。
[0031]參考圖2A，提供成型模具200。參考圖2B，將預(yù)聚物202和固化劑204 (例如增鏈劑或交聯(lián)劑)與多個(gè)微型元件混合以形成混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)微型元件為多個(gè)致孔劑206，例如填充或中空微球。在另一實(shí)施方案中，多個(gè)微型元件為多個(gè)氣泡或液滴或者二者208。在另一實(shí)施方案中，多個(gè)微型元件為多個(gè)致孔劑206和多個(gè)氣泡或液滴或者二者208的組合。
[0032]參考圖2C，在成型模具200的底部顯示來(lái)自圖2B的所得混合物210。混合物210包含第一多個(gè)微型元件212，第一多個(gè)微型元件各自具有初始尺寸。如下文更詳細(xì)地描述，第二多個(gè)微型元件214也可包含在混合物210中。
[0033]參考圖2D，使成型模具200的蓋216與成型模具200的底部結(jié)合，且混合物210采取成型模具200的形狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，在使成型模具200的蓋216和底部結(jié)合時(shí)或者期間將模具200除氣使得在成型模具210內(nèi)部形成空穴或空隙。應(yīng)當(dāng)理解描述使成型模具的蓋下降的本文所述實(shí)施方案僅需要實(shí)現(xiàn)成型模具的蓋和底部結(jié)合。即