專利名稱：研磨墊及其制法和研磨方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種研磨墊，用于通過化學機械研磨方法對制作集成電路用的晶片表面的非平面臺階(non planar steps)的平坦化步驟，以及一種制造該研磨墊的方法和使用該研磨墊的研磨方法。
背景技術：
制造半導體集成電路的過程包括在晶片表面形成導電膜，然后通過光刻法和蝕刻法形成布線圖案的過程，以及在所述布線圖案上形成層間介質薄膜的過程。通過這些過程，在晶片表面形成了由導電材料和絕緣材料組成的非平面臺階。近年來，為了達到半導體集成電路高密度的目的，布線圖案的微型化和多層化取得了進展，在光刻過程中為了保證聚焦深度，用于平坦化晶片表面的非平面臺階的技術變得重要。
作為平坦化用于制作半導體集成電路的晶片表面的非平面臺階的方法，當前主要使用化學機械研磨(以下簡稱“CMP”)。CMP方法是使用磨料粒以研磨漿的形式分散的處理液(以下簡稱“研磨漿”)，將處理液的化學作用和磨料粒的機械作用合并的研磨方法。
用于CMP方法中的研磨裝置主要由工作臺、晶片承載頭、研磨漿進料噴嘴和修整機。研磨墊粘貼在所述工作臺上，用于制作半導體集成電路的晶片安裝在晶片承載頭上。CMP方法的研磨是通過使安裝在晶片承載頭上的晶片的被研磨面壓在研磨墊的研磨面上，旋轉工作臺和所述晶片承載頭，同時將供給在研磨面上的研磨漿夾在被研磨面和研磨面之間來進行的。
在研磨過程之中或之前，研磨墊的修整通常通過裝有金剛石的修整機進行。當其在研磨過程之中進行時，修整處理除去研磨墊研磨面的表層由此除去研磨碎屑，這樣起重新清潔研磨墊表面的作用。并且當其在研磨之前進行時，修整處理還起著形成用于傳送研磨面表層的研磨漿的精細結構的作用。
雖然由于被研磨材料和工藝的不同研磨漿可以變化，其通常包括100-80重量％的處理液，其為氧化劑和諸如過氧化氫(H2O2)和硝酸鐵(Fe(NO3)3)的增溶劑的溶液，和0-20重量％的磨料粒，例如氧化硅(SiO2)、二氧化鈰(CeO2)和氧化鋁(Al2O3)。在使用研磨漿的研磨步驟中，由處理液中氧化劑、增溶劑等引起的分解、脆化等的化學研磨作用和通過磨料粒的物理研磨作用同時發(fā)生。
在使用CMP方法的研磨過程中，對于研磨墊的第一個要求是高研磨速率。為了達到高研磨速率，研磨墊的研磨面必須具有可以將從研磨漿供給噴嘴提供到研磨面上的研磨漿在研磨墊的研磨面與晶片的被研磨面的接觸面的整個表面上高效輸送和保持、并且能夠排出研磨區(qū)域產生的研磨產物和研磨墊碎屑的結構。為了這一目的，常規(guī)方法中使用的研磨墊具有凹凸結構(大約幾百微米)，例如除在整個研磨墊表面上的同心圓狀或螺旋形溝以外，還存在由于制造過程中產生的氣泡等的局部凹凸結構(大約幾十微米)。
第二個要求是研磨墊的長壽命，亦即不用更換研磨墊也可以研磨大量的晶片。為達到這一目的，構成研磨墊的材料必須具有較高的耐磨性。
第三個要求是高平坦化能力。特別地，由于在鑲嵌布線中的鍍銅布線的研磨過程中必須研磨厚度不低于1000nm的銅布線，故需要較高的平坦化能力以消除在鍍的過程中從溝槽復制到鍍面的非平面臺階。在對由不同材料例如銅、層間介質薄膜和阻擋層金屬組成的被研磨面進行研磨時，容易出現非平坦化，例如下凹或腐蝕，因此必須通過使用本身高度均勻并且研磨面具有抗變形能力的研磨墊減小非平坦化。
通常用于CMP方法的已知研磨墊可以分為使用閉孔結構樹脂的研磨墊、使用開孔結構樹脂的研磨墊、使用無孔結構樹脂的研磨墊或包括它們中兩個粘貼在一起的兩層研磨墊。
作為使用閉孔結構樹脂的研磨墊，已知的是含有發(fā)泡聚氨酯的研磨墊。所述研磨墊通過以下方法制造通過間歇式反應生成嵌段類聚氨酯泡沫體，然后所述嵌段類泡沫體被切成片狀。由于所述研磨墊具有來源于切開的氣泡的半球形凹口(大約數十微米)作為局部凹凸結構，它們通常作為通過切削加工形成的覆蓋研磨墊的整個表面的凹凸結構使用。
然而，在制造所述研磨墊時，難以在整個反應容器中保證均勻的反應溫度和均勻的發(fā)泡因素，故難于制造在整個研磨墊上都是均勻的產物。并且由于研磨漿組分或研磨時產生的產物容易在上述所述研磨墊的半圓形凹口中沉淀，它們存在在較短時間內被沉淀物堵塞的缺點。這樣，為了保持高研磨速率，需要頻繁的用修整機除去研磨墊表面的堵塞。這樣，其存在在研磨期間需要較長修整時間和研磨墊具有短壽命的問題。因而，含有如此聚氨酯泡沫的研磨墊不能始終滿足上述用于研磨的三個要求(即高研磨速率、耐磨性、平坦化能力)。
使用開孔結構樹脂的典型研磨墊是研磨墊中聚氨酯已經滲入到聚酯氈狀纖維板中的研磨墊(例如參見美國專利4,927,432)。所述研磨墊的制造通過以下過程進行溶于溶劑例如二甲基甲酰胺、甲乙酮和四氫呋喃中的熱固性聚氨酯滲入到氈狀纖維板中，蒸掉溶劑后聚氨酯通過加熱固化。所述研磨墊具有氈由來的連續(xù)氣泡(大約數十至200微米)作為局部凹凸結構。由于研磨漿是通過所述連續(xù)氣泡滲入整個研磨墊和通過研磨面的壓力浸出的機制傳送，可以不在研磨墊的整個表面形成溝槽等的情況下而使用。
然而，制造所述研磨墊的方法主要包括干燥步驟和熱反應步驟，并且反應混合物處于易于聚集的狀態(tài)，這樣難于保持組合物和研磨墊材料的物理特性在顯微鏡水平下都是均勻的。并且，由于其具有源自開孔結構的壓縮性，其具有平坦化能力差的問題。并且，由于在氈狀纖維板的單纖維之間存在空間作為連續(xù)氣泡，故晶片研磨中產生的碎屑與所述纖維纏結在一起，這樣在研磨產品中經常出現刮痕。因此，在聚氨酯已經滲入到聚酯氈狀纖維板中的研磨墊中，在研磨速率和平坦化能力方面沒有得到令人滿意的結果。
作為使用具有無孔結構樹脂的研磨墊，已經提供了一種固態(tài)均質聚合物，例如聚氨酯(參見美國專利5,489,233)。并且也提出了一種研磨墊，其使用具有無孔結構的樹脂，其是通過使用聚氨酯聚合物的光固性樹脂作成的(參見美國專利5,965,460)。與上述兩種研磨墊不同，所述研磨墊沒有本質的凹凸結構，因此需要通過修整處理等產生局部凹凸結構(組織約數微米)。并且，當使用這種研磨墊時，覆蓋在整個研磨墊上的凹凸結構(大約幾百微米)例如溝槽，可以通過切削加工而形成。當使用前述用光固性樹脂生成的具有無孔結構的研磨墊時，凹凸結構例如溝槽，可以通過光蝕刻方法形成。
然而，上述使用具有無孔結構樹脂的研磨墊通過修整處理僅僅在其表面具有凹凸結構，因此存在其沒有足夠能力保持研磨漿和具有低研磨速率的問題。并且，其存在研磨墊的壽命短的問題。
為了在上述使用具有無孔結構樹脂的研磨墊上形成凹凸結構，以增強保持研磨漿的能力，已經提議向研磨墊中含有的光固化樹脂中加入聚合物填料、氧化鋁、氧化硅、空心陶瓷球、空心玻璃珠等(參見美國專利6,036,579)。然而，即使填料加入到樹脂中，各填料獨立地在研磨墊中分散，并通過研磨從研磨面除去，因此其幾乎沒有提高研磨面的耐磨性的作用，不能期望得到延長研磨墊的使用壽命。因而，雖然用具有閉孔或開孔結構樹脂的研磨墊制造過程產生的缺陷可以通過使用具有無孔結構樹脂的研磨墊消除，但上述研磨墊的三個要求不能同時滿足。因而，使用具有無孔結構樹脂的研磨墊，可以得到整體上的均勻性，其能夠提高平坦化能力，但在高研磨速率(傳送和保持研磨漿的能力)和耐磨性方面是不能令人滿意的。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，提供了一種研磨墊，其與常規(guī)研磨墊相比具有更高的研磨速率、更高的研磨均勻性，并且具有延長的壽命(亦即提供了一種同時滿足上述三個要求的研磨墊)。特別地，提供了一種具有高平坦化能力的研磨墊，其適合研磨厚導體圖案，例如上述鑲嵌布線的銅布線圖案或鋁布線圖案。根據本發(fā)明，提供了一種使用上述研磨墊研磨在制造半導體集成電路用的晶片表面上形成的包括銅或鋁的布線圖案的方法。此外根據本發(fā)明，提供了一種制造上述研磨墊的方法，及該研磨墊在研磨制造半導體集成電路用的晶片表面中的應用。
因而本發(fā)明的第一方面提供了研磨墊，包括布帛和填充在布帛構成纖維之間的空隙的無孔樹脂。
在本發(fā)明的研磨墊中，作為上述布帛，包括選自聚酯纖維、丙烯酸纖維、聚酰胺纖維、絲、羊毛和纖維素的至少一種作為構成纖維的非織布優(yōu)選使用。此外，優(yōu)選使用包括在21℃、RH80％條件下含水量不低于10％的纖維的布帛。并且，優(yōu)選使用包括干燥時的拉伸強度不低于3g/D的纖維的布帛。
上述樹脂優(yōu)選光固化樹脂，其通過含有選自親水光聚合單體、親水光聚合聚合物和低聚物的至少一種的感光樹脂組合物的光固化制備。
本發(fā)明的第二方面提供了一種研磨方法，其中使用含有以布帛和研磨漿增強的無孔光固化樹脂的研磨墊。
根據本發(fā)明的方法，作為上述布帛，可以優(yōu)選使用的是包括21℃、RH80％條件下的含水量不低于10％的纖維的布帛，或包括干燥時的拉伸強度不低于3g/D的纖維的布帛。并且優(yōu)選使用包括形狀不規(guī)則率不低于1.2的纖維的布帛。
本發(fā)明的第三方面提供了一種制造研磨墊的方法，其特征在于用光固化樹脂組合物浸漬包括布帛的基材，然后在紫外線或可見光下輻照所述樹脂組合物，由此固化組合物。
為了消除使用具有現有技術泡沫結構的樹脂的研磨墊中氣泡尺寸和密度的非均勻性和與壓縮率的非均勻性產生的研磨的非均勻性，優(yōu)選使用具有無孔結構的樹脂的研磨墊。即使填料加入到使用具有現有技術無孔結構的樹脂的研磨墊，研磨速率低并且耐磨性差。
這樣，為了解決上述問題，本發(fā)明人提出一個觀念組合使用包括布帛的基材和具有無孔結構的樹脂。公開了上述含有固態(tài)均質聚合物(無孔結構)的研磨墊的美國專利5,489,233中記載為了抑制研磨變動，不優(yōu)選最初存在于塊狀物質中的非均勻性。并且，公開了含有光固化樹脂(無孔結構)的研磨墊的美國專利6,036,579中記載優(yōu)選不加入填料，并且如果加入，可以加入聚合物填料或平均粒徑為1-1000nm的粒狀填料。這樣，根據這些公開內容，盡管布帛的加入在保證光敏樹脂組合物的“光敏”用的透明度方面是完全出乎意外的，本發(fā)明人認為可以通過優(yōu)化反應條件和使用的光敏樹脂的組成來解決這些問題，由此實現了本發(fā)明。
實施本發(fā)明的最佳方式以下詳細描述本發(fā)明。


圖1表示本發(fā)明研磨墊的實施方式的截面圖。所述截面圖表示沿著研磨墊厚度方向的截面圖，其中1表示研磨面，2表示形成在整個墊上的溝槽(大約幾百微米)。在此研磨步驟中，研磨面1被壓在晶片的被研磨面上。溝槽2是用于向研磨面的全部面積傳送研磨漿的區(qū)域。通過晶片研磨，研磨墊本身磨損，并且當其磨損直到沒有溝槽2時，研磨漿的傳送效率降低，因此在沒有溝槽2留下之前，通常用新研磨墊替換。
本發(fā)明的研磨墊包括基材，該基材包括布帛和填充基材的構成纖維之間的空隙的無孔樹脂。
與使用具有閉孔結構樹脂的研磨墊或使用具有開孔結構樹脂的研磨墊不同，本發(fā)明的研磨墊不是多孔的，因此其在研磨中不產生由氣泡分布和壓縮性產生的非均勻性。并且，與常規(guī)的使用具有無孔結構樹脂的研磨墊不同，本發(fā)明的研磨墊使用包括在整個研磨墊上連續(xù)的布帛的基材，由此使得整個研磨墊成為強韌的結構，其抑制了摩耗并可以增加單個研磨墊可以研磨的晶片的數目。
并且，通過使用所述具有高吸水率的基材和/或與具有高吸水率的熱固化樹脂的基材組合，可以增加保持研磨步驟使用的研磨漿的能力和研磨速率。特別地，當使用主要由如下所述的化學作用進行研磨的研磨漿時，這種增強的吸水率顯示出保持研磨漿的作用。
并且，在研磨墊的研磨面的一部分露出的布帛表面的大約數十微米的凹凸結構(凹凸結構源自于布帛本身的結構)有助于高效地傳送和保持研磨漿，并因此能夠達到高研磨速率。特別地，如下所述，當使用主要通過機械作用進行研磨的研磨漿時，這種凹凸結構顯示出傳送和保持研磨漿的作用。并且通過使用布帛本身結構產生的凹凸結構，有可能避免例如上述發(fā)泡阻塞或由于研磨屑與連續(xù)氣泡纏結造成的刮痕的問題。
用作本發(fā)明研磨墊基材的布帛可以是織布或非織布，并且優(yōu)選使用非織布。作為制造非織布的方法，已知的是浸漬粘附法、針刺法、紡粘法、針粘法或濕式噴水法。本發(fā)明優(yōu)選使用的布帛是高密度和均質的，以保持高的和均勻的研磨速率。優(yōu)選布帛的例子是通過噴水法制造的非織布。并且優(yōu)選用其它方法制造、并通過加壓等壓縮到高密度的非織布。
作為所述基材的構成纖維，可以使用例如聚酯纖維、丙烯酸纖維和聚氨酯纖維的化學合成纖維和例如纖維素、羊毛和絲的天然纖維。其中，優(yōu)選使用包括具有高抗拉強度纖維的布帛、包括具有高親水性纖維的布帛或包括多孔、不規(guī)則形狀截面或超薄纖維的非織布。特別地，在這些基材中，根據研磨速率更優(yōu)選使用尼龍非織布、人造絲非織布和包括多孔纖維的非織布。
在本發(fā)明研磨方法中作為用于研磨上述鑲嵌布線中的銅的研磨漿，優(yōu)選使用兩種研磨漿使用氧化鋁作為磨料粒并主要通過機械作用研磨的研磨漿，和使用膠態(tài)氧化硅作為磨料粒并主要通過例如氧化和絡合物形成的化學作用研磨的研磨漿。當使用主要通過化學作用研磨的研磨漿時，也可以得到研磨的平坦化，亦即減少研磨面邊緣的銅布線的稱為“dishing(碟狀凹陷)”的凹陷，或高銅布線密度區(qū)域的稱為“erosion(腐蝕)”的凹痕。
特別地，在本發(fā)明的基材中，包括具有優(yōu)良拉伸強度纖維的布帛在主要通過機械作用研磨的研磨漿中顯示優(yōu)良的研磨性能。這是因為，人們相信本身從研磨面(如上所述，研磨面的大約數十微米的凹凸結構)部分伸出的纖維起研磨物的作用，并且由于其負重時基本不變形，可以有效地將磨料粒壓向研磨面。特別地，優(yōu)選干燥時的拉伸強度不低于3g/D的纖維，并且更優(yōu)選拉伸強度不低于4.5g/D的纖維。這些纖維的例子包括丙烯酸纖維、尼龍纖維或某些聚酯纖維。纖維的拉伸強度可以根據JIS L1013(化學纖維絲的試驗法)中提供的測定方法確定。
并且，包括高吸水率纖維的布帛在主要通過化學作用研磨的研磨漿中顯示優(yōu)良的研磨性能。這是因為，人們相信在研磨面的一部分上露出的纖維吸收研磨漿中的處理液并將其提供到被研磨面。特別地，優(yōu)選21℃、RH為80％的含水量不低于10％的纖維，并更優(yōu)選含水量不低于15％的纖維。這種纖維的例子包括纖維素纖維，例如人造絲。纖維的含水量可以根據JIS L1013(化學纖維絲的試驗法)中提供的測定方法確定。
即使使用在21℃和RH為80％的條件下含水量不超過10％的纖維，使用包括在橫截面具有孔的多孔纖維或在表面具有切口或裂口的纖維的布帛，在主要通過化學作用研磨的研磨漿中顯示優(yōu)良的研磨性能。這是因為，人們相信在研磨面上露出的纖維由于修整處理或晶片加載而壓碎成小片，吸收研磨漿中的處理液或作為捕獲磨料粒的位置。當使用含有不規(guī)則橫截面的大表面積的纖維代替圓形橫截面的纖維的布帛時，可以預期相似的效果。
形狀不規(guī)則程度由通過以下方法確定的形狀不規(guī)則率定義。首先，用切斷機切開布帛以露出纖維的橫斷面。然后用光學顯微鏡或電子顯微鏡對橫截面拍照。根據橫截面的照片，確定構成布帛的纖維橫截面圓周的長度S(當纖維的橫截面有一個或多個孔時，每個孔的圓周長總和加到S上)。當引出多條穿過纖維橫截面重心的直線時，從所述橫截面的圓周切掉的最大和最小線段的平均值的一半設定為虛擬半徑a。外圓周長為S的圓的半徑設定為b(b可以通過b＝S/2π確定)。雖然構成布帛的各纖維的形狀具有相同的趨向，它們彼此間稍有不同，并因此從上述截面圖的照片中隨機選取5個纖維之后，計算每個纖維的b/a，并確定其平均值。該值被定義為形狀不規(guī)則率。當形狀不規(guī)則率大于1時，纖維具有不規(guī)則形狀，并且根據本發(fā)明，優(yōu)選由形狀不規(guī)則率不低于1.2的纖維組成的布帛，并更優(yōu)選形狀不規(guī)則率為不低于1.4。
由于上述基材(布帛)用光敏樹脂組合物浸漬，然后用紫外線或可見光輻照以固化該樹脂組合物，因此基材即使其本身是不透明物，但如果在光敏組合物浸漬的狀態(tài)下基材的透明度足以引發(fā)光固化反應，這樣的基材也可以用于本發(fā)明。
用于本發(fā)明的樹脂要求是無孔樹脂，并優(yōu)選無孔光固化樹脂(通過光固化光敏樹脂組合物得到)。當熱固化樹脂用于制造本發(fā)明的無孔研磨墊時，由于來源于熱量分布等的固化后殘余應力，故研磨墊有時會翹曲。相反，當使用光固化樹脂時，由于與熱固相比光敏樹脂組合物的光固化反應在較短的時間內進行，故翹曲的問題很少發(fā)生。此外，與熱固化相比反應更均勻，結果是作為反應產物的光固化樹脂與熱固化樹脂相比具有更均勻的組成。
在CMP過程中，研磨劑的量通過光學方法控制，因此有時在研磨墊的研磨面的一部分上開一個孔以安裝透光部件。(以下簡稱窗口)(例如參見美國專利5,893,796)。當在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中使用布帛和光固化樹脂時，具有上述窗口的研磨墊的制法可以簡化。因此，光敏樹脂組合物浸漬到與開口部對應的部分被切開的布帛中，并通過光輻照固化，因此窗口可以形成在研磨墊之內。
通過用紫外線或可見光輻照光敏樹脂組合物，所述光固化樹脂已經固化，并且所述光敏樹脂組合物含有光聚合性聚合物或低聚物和光聚合性單體中的至少一種。根據本發(fā)明，優(yōu)選使用含有親水光聚合性聚合物或低聚物、親水光聚合性單體中的至少一種的光敏樹脂組合物，以增強研磨墊的吸水率。
作為所述光聚合性聚合物或低聚物，可以提及的是不飽和聚酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚丁二烯(甲基)丙烯酸酯、聚環(huán)氧(甲基)丙烯酸酯等。
特別地，作為光敏樹脂組合物的組成成分，為了得到高吸水率的光固化樹脂，優(yōu)選在末端或側鏈存在羥基、羧基或磷酸基的那些。例如，其可以提及的是不飽和聚酯這樣的在聚合物鏈的末端或側鏈存在羥基或羧基的那些；或聚合物或低聚物，其中具有烯屬不飽和基團的單異氰酸酯連接到僅僅剩余羧基的不飽和聚酯聚合物的羥基上。
作為上述光聚合性單體，優(yōu)選在末端或側鏈存在至少一個烯屬不飽和基團的化合物。烯屬不飽和基團指的是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、烯丙基等所含的基團。特別地，可以是甲基丙烯酸月桂酯、N-(3-二甲氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羥乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯等具有各種烯屬不飽和基團其中之一的化合物；和多官能單體，例如二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸二乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，4-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，6-己二醇酯、三(甲基)丙烯酸三羥甲基丙烷酯、二(甲基)丙烯酸甘油酯、二(甲基)丙烯酸三乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸聚乙二醇#200酯、二(甲基)丙烯酸聚乙二醇#400酯、二(甲基)丙烯酸1，3-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，10-癸二醇酯、雙酚A的環(huán)氧乙烷酯加合物的二(甲基)丙烯酸酯、異氰脲酸三烯丙酯、異氰脲酸環(huán)氧乙烷改性的二(甲基)丙烯酸脂、異氰脲酸環(huán)氧乙烷改性的三(甲基)丙烯酸脂、環(huán)氧乙烷改性的三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸脂、三(甲基)丙烯酸季戊四醇脂、四(甲基)丙烯酸季戊四醇脂、六(甲基)丙烯酸二季戊四醇脂、二(甲基)丙烯酸1，9-壬二醇脂、季戊四醇的三摩爾環(huán)氧乙烷酯加合物的三(甲基)丙烯酸酯、低聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯和聚四亞甲基二醇二(甲基)丙烯酸脂。
為了增強光固化樹脂的吸水率，在這些光聚合性單體中尤其優(yōu)選亞烷基二醇和亞烷基醚單體或在分子中含有羥基的光聚合性單體。
同樣優(yōu)選的是在分子中含有尿烷基團的光聚合性單體，其通過羥基(甲基)丙烯酸酯例如三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥丙酯和(甲基)丙烯酸2-羥丁酯與單異氰酸酯反應得到。
優(yōu)選通過含有羥基的化合物與含有烯屬不飽和基團的單異氰酸酯反應得到的在分子中含有尿烷基團的光聚合性單體。
作為通過含有羥基的化合物與含有烯屬不飽和基團的單異氰酸酯反應得到的光聚合性單體的具體例子，其中所述含有羥基化合物的例子包括聚醚多醇例如聚(氧丙撐)多元醇、共聚(氧乙撐-氧丙撐)二醇、聚四亞甲基醚二醇，聚酯多元醇例如聚酯多元醇、聚己酸內酯多元醇和聚碳酸酯多元醇，直鏈多元醇例如1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-已二醇和聚丁二烯多元醇、三羥甲基丙烷、新戊二醇、甲基戊二醇、丙烯?；嘣?、酚醛樹脂多元醇、環(huán)氧基多元醇、聚酯-聚醚多醇、丙烯?；⒈揭蚁?、乙烯基加附的和/還或分散的聚醚多醇、碳酸酯多元醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、己內酯二醇、羥基乙氧基化雙酚A、羥基乙氧基化雙酚S、單官能醇和飽和和不飽和聚酯。
并且可以單獨或混合使用多種含羥基化合物。二胺如3，3-二氯-4，4-二氨基苯基甲烷可以與這些含羥基化合物混合使用。這里所說的含羥基化合物優(yōu)選在分子中含有多個羥基。
作為上述單異氰酸酯，優(yōu)選的是2-異氰酸根合乙基甲基丙烯酸酯、異氰酸苯酯和3-異氰酸根合丙基三乙氧基硅烷等。其中，2-異氰酸根合乙基甲基丙烯酸酯具有作為光固化或熱固化的粘結點的作用的烯屬不飽和基團，并且通過調整2-異氰酸根合乙基甲基丙烯酸酯與其它不含烯屬不飽和基團的單異氰酸酯的混合比例，可以控制研磨墊的硬度。
相反，當使用通過二異氰酸酯一端的異氰酸酯基與含羥基化合物得到的單異氰酸酯時，光固化后樹脂聚集比較大因而不優(yōu)選。這意味著很有可能在其用于研磨時，容易形成大直徑的研磨碎屑并在被研磨物體上形成刮痕。
在用于本發(fā)明的光敏樹脂組合物中，優(yōu)選80-5重量％的光聚合性單體與20-95重量％光聚合性聚合物或低聚物混合。更優(yōu)選70-20重量％的光聚合性單體與30-80重量％光聚合性聚合物或低聚物混合。特別地，優(yōu)選亞烷基二醇、亞烷基醚、或親水光聚合性聚合物或低聚物或在分子中含有羥基、羧基和磷酸基中至少一個的親水光聚合性單體的混合量為不低于20重量％。
本發(fā)明所要求的光敏樹脂組合物中通常加入使用光聚合引發(fā)劑。所述光聚合引發(fā)劑包括二苯甲酮、苯乙酮、α-二酮、偶姻、偶姻醚、芐基烷基縮酮、多核醌、噻噸酮、?；⒌?。特別優(yōu)選的是二苯甲酮、氯代二苯甲酮、苯乙酮、芐基、雙乙酰、苯偶姻、pivaloin、苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、芐基二乙基縮酮、芐基二異丙基縮酮、蒽醌、1，4-萘醌、2-氯代蒽醌、噻噸酮、2-氯代噻噸酮、?；趸⒌?。其可以單獨或混合使用。
相對于上述光聚合性聚合物或低聚物和光聚合性單體的合計量100重量份，光聚合引發(fā)劑優(yōu)選以1-20重量份使用。根據本發(fā)明，布帛的存在降低了透光性，因此優(yōu)選使用具有較高光敏性的引發(fā)劑。
并且，在所述光敏樹脂組合物中可以酌情加入其它引發(fā)劑，只要其不破壞本發(fā)明的效果即可。
本發(fā)明的研磨墊可以通過用上述光敏樹脂組合物以涂布或浸漬方式浸漬所述布帛，然后輻照波長與所述光敏樹脂組合物的光敏性相當的紫外線或可見光，以固化所述組合物，由此形成光固化樹脂。
本發(fā)明研磨墊中的無孔樹脂意指空隙率不超過10％的樹脂?？障堵士梢远x如下。從要測量空隙率的對象物上進行10將取樣，并且將樣品切開以露出橫截面，對其用光學顯微鏡或電子顯微鏡以放大倍率60拍照?？自谇虚_的試片的長1mm、寬1mm的截面積中所占的比例通過圖像處理等求出，并且10個結果的平均值定義為空隙率。這里使用的，當研磨墊由如本發(fā)明所述的布帛部分和樹脂部分組成時，研磨墊的空隙率指的是根據研磨墊中除布帛之外部分計算的空隙率。(孔面積/研磨墊中除布帛之外的面積(樹脂的面積+孔的面積))。本發(fā)明研磨墊中使用的樹脂是無孔的，并且即使是浸漬布帛過程期間存在氣泡，研磨墊的空隙率也不超過10％。為了保持研磨速率和研磨的均勻性，研磨墊的空隙率優(yōu)選不超過5％，并更優(yōu)選不超過2％。
由于本發(fā)明的研磨墊使用如上所述的無孔樹脂，與現有技術中使用具有開孔結構的研磨墊不同，研磨漿不能經由連續(xù)氣泡保持和運輸。然而通過使用布帛作為基材，其具有在晶片表面上高效保持和運輸研磨漿的能力。因此，如上所述，無論是使用主要通過化學作用研磨的研磨漿，還是使用主要通過機械作用研磨的研磨漿，根據布帛的特性或結構，都可以在晶片表面上高效地保持和運輸研磨漿。并且，作為基材的布帛在除在研磨面上露出的部分之外的大部分嵌入到樹脂中的狀態(tài)下進行研磨，使研磨面可以減至最少。這樣，可以滿足所謂的通過選擇性研磨晶片表面的突出部分而進行平坦化的CMP研磨墊的基本要求。
根據樹脂的類型和布帛的類型和結構，確定本發(fā)明研磨墊中布帛和樹脂的比，使得如下定義的布帛的面積比優(yōu)選包括5-80％，并更優(yōu)選10-60％。從研磨墊的用于研磨的區(qū)域進行了10次取樣，并且樣品被切削以露出橫截面，對其用光學顯微鏡或電子顯微鏡以放大倍率60拍照。布帛的面積在長1mm、寬1mm的研磨墊的截面積中所占的比例通過圖像處理等求出，并且10個結果的平均值定義為布帛的面積比。
當用作基材的布帛的纖維薄時，布帛具有低密度并且布帛的面積比不超過5％，不能達到足夠的研磨速率，因而其并非優(yōu)選。當布帛的面積比超過80％時，布帛的浸漬變得困難因而不能得到低空隙率的樹脂，因而其并非優(yōu)選。
在本發(fā)明研磨墊一個優(yōu)選實施方式中，通過使用高吸水率的光固化樹脂和/或高吸水率布帛(當使用主要通過化學作用研磨的研磨漿時特別需要)，如上所述，用于研磨區(qū)域的吸水率變高，因而導致保持研磨漿的能力提高。本發(fā)明優(yōu)選實施方式中研磨墊的吸水率為1-15％，更優(yōu)選2-10％，并尤其優(yōu)選4-10％。對于吸水率不超過1％的研磨墊，保持研磨漿的能力變得不足并因此不能得到足夠的研磨性能。在吸水率不低于15％時，研磨墊的強度降低，其可以引起平坦化能力降低和研磨墊磨損加快的不便。這里使用的吸水率確定如下。因此，(1)切開研磨墊的兩面以在表面上露出布帛，制備試樣。(2)上述試樣在50℃真空干燥1小時，然后測得重量(A)。(3)試樣于23℃在水中浸泡24小時后用水浸漬試樣，擦拭所述試樣的表面以除去水滴，并測得重量(B)。(4)根據吸水率＝{(B-A)/A}×100(％)確定試樣的吸水率。
在如上所述這樣得到的研磨墊上，通過切削在研磨面上形成如圖1所示的溝槽2。典型的溝槽約200-1000微米深和約100-500微米寬，并且槽距約1-5毫米。
在使用本發(fā)明的研磨墊進行晶片的研磨時，首先在研磨墊上形成溝槽，然后研磨墊粘貼在CMP研磨機的工作臺上。然后研磨面的表面用修整機進行修整處理(形成精細組織)，并且同時，構成布帛的纖維在表面上露出。另一方面，晶片被安裝在晶片承載頭上。在旋轉晶片承載頭和工作臺的同時將晶片壓在研磨墊上的狀態(tài)下，通過從研磨漿供給噴嘴向研磨面供給研磨漿進行研磨。
當此時使用主要通過化學作用研磨的研磨漿時，優(yōu)選使用含有高含水量纖維的布帛或含有高形狀不規(guī)則率纖維的布帛，以得到高研磨速率。此外，當使用主要通過機械作用研磨的研磨漿時，優(yōu)選使用含有干燥時具有高拉伸強度的纖維的布帛，以達到上述高研磨速率。
當研磨速率變低時，研磨面進行修整處理以露出新的研磨面進行使用。由于通過研磨處理和修整處理研磨面被磨耗，故在上述溝槽的剩余部分消失之前應當更換新的研磨墊。
另外，如果需要可以在本發(fā)明研磨墊的另一面粘貼另一種材料，并可以作為雙層研磨墊使用。此時，本發(fā)明的效果可以通過使用本發(fā)明研磨墊的一側作為研磨面達到。
附圖簡述圖1是本發(fā)明研磨墊的一個實施方式的截面圖。
實施例本發(fā)明將根據以下實施例說明。然而應當指出，本發(fā)明無論如何不限于這些實施例。
實施例1一種布帛，包括厚度為1毫米的非織布(旭化成株式會社制造的“Shaleria”)，該非織布包括干燥時的拉伸強度為3.1g/D、形狀不規(guī)則率1.5和含水量1.2％的多孔丙烯酸纖維，該布帛用含有65重量％的不飽和聚酯低聚物、17重量％的含羥基單官能單體、16重量％的另一種單體和2重量％的光聚合引發(fā)劑的光敏樹脂組合物浸漬，然后從兩面輻照紫外線，制作了厚度1.5毫米、直徑為50厘米的研磨墊。布帛的面積比為35％，吸水率為5.6％、以及空隙率(對研磨墊中除布帛之外的區(qū)域計算的值)為2.0％。
通過切削加工形成用于研磨漿傳送的溝槽之后，研磨墊被安裝在CMP研磨機上，然后使用氧化鋁磨料粒的研磨漿求出硅晶片上銅膜的平均研磨速度，得到最大研磨速率520納米/分鐘。并且，在100-格子(grid)金剛石粒度的修整條件下研磨墊的磨耗量測定為0.5微米/分鐘。
實施例2一種布帛，包括厚度為1毫米的非織布(旭化成株式會社制造的“ColdonR0260T”)，該非織布包括干燥時的拉伸強度為2.1g/D、形狀不規(guī)則率1.2和含水量21.3％的人造絲纖維，該布帛用實施例1中的光敏樹脂組合物浸漬，然后從兩面輻照紫外線，制作了厚度1.5毫米、直徑為50厘米的研磨墊。布帛的面積比為13％，吸水率為7.3％、以及空隙率(對研磨墊中除布帛之外的區(qū)域計算的值)為不超過0.1％。
通過切削加工形成用于研磨漿傳送的溝槽之后，研磨墊被安裝在CMP研磨機上，然后使用氧化硅磨料粒的研磨漿求出硅晶片上銅膜的平均研磨速度，得到最大研磨速率660納米/分鐘。并且，在100-格子金剛石粒度的修整條件下研磨墊的磨耗量測定為0.5微米/分鐘。
實施例3通過以下過程制備光敏樹脂組合物。
(A)向通過以1摩爾份的二乙二醇、0.5摩爾份的己二酸和0.5摩爾份的富馬酸的比例進行通常的縮聚反應合成的分子量為2400的不飽和聚酯中，加入月桂酸二正丁基錫作為尿烷化催化劑，然后在攪拌下以相對于上述聚酯為6.3％的重量比滴加甲基丙烯酸2-異氰酸根合乙基酯以進行尿烷化處理。這里使用的尿烷化催化劑以相對于甲基丙烯酸2-異氰酸根合乙基酯5％的重量比加入。
(B)向3-甲基-1，5-戊二醇中加入月桂酸二正丁基錫作為尿烷化催化劑，然后在攪拌下相對于每摩爾份的上述二醇滴加2摩爾份的(重量比的2.6倍量)甲基丙烯酸2-異氰酸根合乙基酯以進行尿烷化處理。這里使用的上述尿烷化催化劑以相對于甲基丙烯酸2-異氰酸根合乙基酯5％的重量比加入。
(C)向己內酯二醇加入月桂酸二正丁基錫作為尿烷化催化劑，然后相對于每摩爾份的上述二醇滴加2摩爾份的(重量比的0.56倍量)甲基丙烯酸2-異氰酸根合乙基酯以進行尿烷化處理。這里使用的上述尿烷化催化劑以相對于甲基丙烯酸2-異氰酸根合乙基酯5％的重量比加入。
反應之后，尿烷化產物(A)、(B)和(C)與(D)異氰脲酸三烯丙酯以1/1/1/0.2的重量比混合，相對于(A)、(B)、(C)和(D)的總量，分別以2％和0.038％的重量比向其中加入2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮作為光聚合引發(fā)劑和2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚作為阻聚劑，制備粘性光敏樹脂組合物。
一種布帛，包括厚度為0.6毫米的非織布(旭化成株式會社制造的“ColdonL0170T”)，該非織布包括干燥時的拉伸強度為4.9g/D、形狀不規(guī)則率1.0和含水量5.2％的尼龍纖維，和厚度為0.6毫米的丙烯酸纖維非織布(旭化成株式會社制造的“Shaleria”)，兩種非織布覆蓋和擠壓在一起，并用上述過程制備的光敏樹脂組合物浸漬，然后從兩面輻照紫外線，通過紫外線交聯法制作了厚度1.5毫米、直徑為50厘米的研磨墊。
以尼龍纖維非織布的一面作為研磨面，布帛的研磨用區(qū)具有布帛面積比42％，吸水率2.1％，以及空隙率(對研磨墊中除布帛之外的區(qū)域計算的值)為1.3％。通過切削加工形成用于研磨漿傳送的溝槽之后，研磨墊被安裝在CMP研磨機上，然后如實施例1使用氧化鋁磨料粒的研磨漿求出硅晶片上銅膜的平均研磨速度，得到最大研磨速率640納米/分鐘。并且，在100-格子金剛石粒度的修整條件下研磨墊的磨耗量測定為0.1微米/分鐘。
比較例1除了光敏樹脂組合物在沒有布帛的存在下單獨使用之外，在與實施例1中相同的條件下，制作了厚度1.5毫米、直徑為50厘米的研磨墊，其中在研磨面設置了用于傳送研磨漿的溝槽。所述光固化樹脂的吸水率為3.0％。
在實施例1中相同條件下求得的晶片的平均研磨速度為250納米/分鐘。研磨墊的磨耗量在實施例1中相同修整條件下為3微米/分鐘。
比較例2除了用混有尿素填料的基材代替包括布帛的基材之外，在與實施例1中相同的條件下，制作了厚度1.5毫米、直徑為50厘米的研磨墊，其中在研磨面設置了用于傳送研磨漿的溝槽。
在實施例1中相同條件下求得的晶片上銅膜的平均研磨速度為210納米/分鐘。研磨墊的磨耗量在實施例1中相同修整條件下為3微米/分鐘。
比較例3
使用包括空隙率(對研磨墊中除布帛之外的區(qū)域計算的值)為75％的樹脂的研磨墊，其具有開孔結構，其中包括聚酯纖維的氈用聚氨酯彈性體浸漬，在實施例1中相同條件下求出晶片的平均研磨速度，其為240納米/分鐘。
比較例4除了單獨使用人造絲非織布(旭化成株式會社制造的“ColdonR0260T”)作為研磨墊而不用光敏組合物進行浸漬，并且不設置用于傳送研磨漿的溝槽之外，在使用與實施例2同樣的氧化硅研磨漿的研磨條件下，求出了晶片上銅膜的平均研磨速度，其為320納米/分鐘。
工業(yè)實用性根據本發(fā)明，提供了具有優(yōu)良耐磨性、研磨速率和研磨均勻性的研磨墊，并因此制造半導體集成電路用晶片的研磨階段需要的時間可以顯著減少。并且根據本發(fā)明，即使對于含有形成在制造半導體集成電路用晶片表面上的銅或鋁布線(例如厚導體圖案，如銅布線圖案或鋁布線圖案的鑲嵌布線)或二氧化硅絕緣體的圖案等，當需要平坦化性質例如STI(Shallow Trench Isolation，淺溝槽隔離)時，也能提供一種優(yōu)選使用的研磨墊。
權利要求
1.一種在制作半導體集成電路用晶片的表面研磨中使用的研磨墊，包括布帛和填充布帛的構成纖維間的空隙的無孔樹脂。
2.根據權利要求1的研磨墊，其中所述布帛為以選自聚酯纖維、丙烯酸纖維、聚酰胺纖維、絲、羊毛和纖維素的至少一種作為構成纖維的非織布。
3.根據權利要求1或2的研磨墊，其中所述樹脂是通過將含有選自親水性光聚合性單體、親水性光聚合性聚合物和低聚物的至少一種的感光性樹脂組合物光固化而得到的光固化樹脂。
4.根據權利要求2或3的研磨墊，其中使用包括21℃、80％RH條件下的含水量不低于10％的纖維的布帛。
5.根據權利要求2或3的研磨墊，其中使用包括干燥時的拉伸強度不低于3g/D的纖維的布帛。
6.一種研磨含有在制作半導體集成電路用的晶片的表面上形成的銅或鋁的布線的方法，其中所述研磨通過使用包括布帛和填充布帛的構成纖維間的空隙的無孔光固化樹脂的研磨墊、和研磨漿進行。
7.根據權利要求6的方法，其中所述布帛是包括在21℃、RH80％條件下含水量不低于10％的纖維的布帛。
8.根據權利要求6的方法，其中所述布帛是包括干燥時的拉伸強度不低于3g/D的纖維的布帛。
9.根據權利要求6的方法，其中所述布帛是包括形狀不規(guī)則率不低于1.2的纖維的布帛。
10.一種在制作半導體集成電路用的晶片表面的研磨中使用的研磨墊的制造方法，其中所述方法包括用感光性樹脂組合物浸漬包括布帛的基材，然后在紫外線或可見光下輻照所述樹脂組合物，由此固化組合物。
全文摘要
根據本發(fā)明，提供了一種用于研磨制造半導體集成電路用晶片的表面的研磨墊，其中所述研磨墊的研磨速率高且研磨均勻、壽命長。優(yōu)選本發(fā)明的研磨墊包括非織布(基材)和填充非織布間的空隙的無孔光固化樹脂，并且可以通過用含有選自親水光聚合性聚合物或低聚物和/或親水光聚合性單體中的至少一種的光敏樹脂組合物浸漬基材，然后對其光固化而制成。
文檔編號B24D11/00GK1610962SQ0282633
公開日2005年4月27日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權日2001年12月28日
發(fā)明者古川祥一, 中村淳 申請人:旭化成電子材料元件株式會社