專利名稱：拋光墊片組合物與制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)領(lǐng)域，并且具體地說涉及在CMP中使用且由不 可互溶聚合物制成的拋光墊片。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代集成電路(IC)制造中，將材料層施加于先前在半導(dǎo)體晶片上形成的嵌入 式結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)機(jī)械平坦化(CMP)是用于移除這些層(或其部分)并且拋光所得表面以實(shí)現(xiàn) 所要結(jié)構(gòu)的研磨方法。CMP可以在氧化物和金屬上執(zhí)行，并且通常涉及使用結(jié)合相對于晶片 運(yùn)動(dòng)的拋光墊片來施加的化學(xué)漿液(例如，該墊片相對于該晶片旋轉(zhuǎn)，而該漿液分散于其 間)。所得光滑平坦表面對維持用于隨后晶片處理步驟的聚焦的光刻深度和對確保金屬互 連不在輪廓步驟期間變形是必要的。鑲嵌處理需要使用CMP從電介質(zhì)的頂面上移除諸如鎢 或銅的金屬以限定互連結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的拋光墊片是由聚合物(通常為尿烷)制成，鑄造成形且用微孔元件填充或 者由聚氨酯涂布的無基毛布制作。在拋光操作期間，使拋光墊片旋轉(zhuǎn)，同時(shí)接觸也在旋轉(zhuǎn)的 晶片，從而進(jìn)行拋光。許多墊片具有在這些拋光處理期間在晶片下提供分布漿液的結(jié)構(gòu)。此 類漿液分布結(jié)構(gòu)包括空隙或微孔，所述空隙或微孔是通過添加美國專利5，578，362中描述 的中空微元件或者通過引入在鑄造處理期間形成的氣泡來包括在內(nèi)。美國專利6，896，593 描述超臨界(X)2在成型處理期間形成孔的用途。在拋光期間，該拋光墊片材料遭受導(dǎo)致墊片的拋光性能劣化的塑性變形。例如，在 拋光處理期間此類變形導(dǎo)致該處理變得不均勻，因此，拋光操作僅可以十分低的移除速率
來完成。為了恢復(fù)拋光性能并且實(shí)現(xiàn)一致的拋光性能周期性地用覆蓋有細(xì)粒度金剛石粒 子的圓盤來磨削(或修整)拋光墊片表面。此類修整的目的是移除墊片的磨損頂層并且恢 復(fù)頂面的結(jié)構(gòu)以便進(jìn)行一致的拋光。此類修整處理由采用硬墊片的拋光處理良好地接受。 然而，在軟墊片的情況下，修整處理并未良好地接受，因而易于導(dǎo)致此類墊片的使用壽命減 少。

發(fā)明內(nèi)容
本文提供在化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)中使用的拋光墊片的組合物以及其制造和使 用方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，拋光墊片或墊片的拋光元件/表面是由聚氨酯和聚烯烴的組合制成，其中聚氨酯是本體相并且聚烯烴是分散相。本體相材料(聚氨酯)可以具 有尺寸小于IOOnm的粒子，而分散相的粒子尺寸可以大于lOOOnm。該分散相聚合物(例如， 聚烯烴或兩種不同聚乙烯材料的摻合物)優(yōu)選在該本體相聚合物(聚氨酯)內(nèi)不可互溶， 并且可在拋光期間從該拋光墊片上釋放，從而導(dǎo)致在該拋光墊片的暴露表面上形成微孔性 區(qū)域。該聚烯烴材料可以包括聚乙烯材料和/或聚丙烯材料。在一些情況下，選擇用于聚氨酯-聚烯烴拋光墊片的材料可以使得聚烯烴的黏度 與聚氨酯的黏度之比小于3。聚氨酯材料的抗拉強(qiáng)度可以大于1000磅每平方英寸(psi)， 同時(shí)聚氨酯材料的彎曲模數(shù)可以大于2000psi，并且聚氨酯材料的Slore D硬度可以大于 25。在此類墊片中，分散聚烯烴材料的疇尺寸可以為200微米或更小。在一些實(shí)施例中，聚 烯烴材料在該拋光墊片中可以占1-35體積％。此類拋光墊片的暴露表面可以包括表面特 征。在與本發(fā)明一致的又一實(shí)施例中，拋光墊片可以包括聚烯烴粒子，所述聚烯烴粒 子在聚氨酯形成反應(yīng)之前分散于異氰酸酯或多元醇中。該聚烯烴粒子的尺寸可以為10-200 微米。該聚氨酯可以具有以下特性抗拉強(qiáng)度大于lOOOpsi，彎曲模數(shù)大于2000psi，并且 Shore D硬度大于25。在與本發(fā)明一致的另一實(shí)施例中，拋光墊片可以包括聚烯烴材料和聚氨酯材料的 聚合物摻合物。聚烯烴材料的熔融指數(shù)可以小于或等于3，并且聚氨酯材料的熔融指數(shù)可以 大于或等于15。從而，聚烯烴材料與聚氨酯材料的熔融指數(shù)比可以小于0.2。聚烯烴材料 與聚氨酯材料之間的硬度差可以小于15a!0reD。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，拋光墊片可以包括由在聚氨酯基體中的兩種聚烯烴材 料的聚合物摻合物制成的一或多個(gè)拋光元件。第一聚烯烴材料的熔融指數(shù)可以小于或等于 3，而第二聚烯烴材料的熔融指數(shù)可以大于或等于25并且聚氨酯材料的熔融指數(shù)大于或等 于15。更具體地說，第一種該聚烯烴材料與該聚氨酯材料的熔融指數(shù)比可以小于0. 2，而第 二種該聚烯烴材料與該聚氨酯材料的熔融指數(shù)比可以大于1。聚烯烴材料與聚氨酯材料之 間的硬度差可以小于15 Shore D。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，拋光墊片可以包括熔融指數(shù)大于15并且玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度(Tg)低于室溫的聚氨酯材料、熔融指數(shù)為25或更大并且Tg低于室溫的第一聚乙烯材 料以及熔融指數(shù)小于3并且Tg低于室溫的第二聚乙烯材料。聚乙烯材料與聚氨酯材料之 間的硬度差可以小于15 Shore D。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，拋光墊片可以包括熔融指數(shù)小于或等于3的第一聚 乙烯材料、熔融指數(shù)大于或等于25的第二聚乙烯材料以及熔融指數(shù)大于或等于15的聚氨 酯材料。該第一聚乙烯材料與該聚氨酯材料的熔融指數(shù)比可以小于0.2，并且該第二聚乙 烯材料與該聚氨酯材料的熔融指數(shù)比可以大于1。該聚氨酯材料的硬度可以為70 Shore D 或更小，而該第一聚乙烯材料的硬度可以為60 Shore D或更小，并且該第二聚乙烯材料的 硬度可以為60 S1OreD或更小。該聚氨酯材料與該第一聚乙烯材料和/或該第二聚乙烯材 料之間的硬度差可以為15 Shore D或更小。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，拋光墊片可以包括彎曲模數(shù)大于60MPa的聚氨酯材料 和各自彎曲模數(shù)都大于200MPa的第一聚乙烯材料和第二聚乙烯材料。該聚氨酯材料與該 第一聚乙烯材料和/或該第二聚乙烯材料之間的硬度差可以為15 Shore D或更小。
然后，與本發(fā)明的實(shí)施例一致，在CMP中使用的拋光墊片可以由彼此不可互溶的 兩種聚合物來制造。第一聚合物(例如，聚氨酯材料)可以為基體相，并且第二聚合物(例 如，聚烯烴材料)可以為分散相。該分散相可以由(例如)低密度聚乙烯、低密度聚乙烯-丁 烯和/或極低密度聚乙烯-丁烯形成，并且在通過修整處理和/或拋光處理進(jìn)行暴露時(shí)可 以將其移除。該第一聚合物的疇尺寸可以不同于該第二聚合物的疇尺寸。在一些實(shí)例中， 該分散相可以由兩種或兩種以上聚烯烴材料組成，并且在兩種聚烯烴材料的混合物的情況 下，第一聚乙烯材料的熔融指數(shù)可以為30，第二聚乙烯材料的熔融指數(shù)可以為0. 75。另外 或替代地，第一聚烯烴材料的疇尺寸可以大于30nm，并且第二聚烯烴材料的疇尺寸可以小 于 IOnm0在墊片制造期間，該兩種聚合物可以混合到一起，并且將所得混合物注入模腔以 形成墊片或拋光元件。通過(例如)改變混合物中包括的第一聚合物和第二聚合物的各自 量可以調(diào)節(jié)拋光墊片中包括的第一聚合物和第二聚合物的相對疇尺寸。例如，由于在拋光處理期間受到磨損，所以可以在與本發(fā)明一致的拋光墊片的頂 部拋光表面中引入多孔性。另外或替代地，可以在拋光墊片的制造期間，在該拋光墊片中產(chǎn) 生孔位并且可以在所述制造期間調(diào)整此類孔位的尺寸。下文中更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其他實(shí)施例。


在附圖中通過舉例而非限定來圖示本發(fā)明，其中圖1(a)和圖1(b)示出可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造和使用(盡管其有差異)的 不同類別拋光墊片的橫截面；圖2(a)示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的由聚氨酯-聚烯烴摻合物制成的拋光墊片或 拋光元件/表面的放大圖；圖2(b)示出與本發(fā)明的實(shí)施例一致的在拋光墊片或元件的基體中的單個(gè)分散相 粒子的近視圖；和圖3-圖5示出針對與本發(fā)明的實(shí)施例一致制成且接著橫截并用掃描電子顯微鏡 (SEM)檢測得到的拋光墊片/元件的一部分的檢測結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本文公開一種拋光墊片，其具有由不可互溶聚合物(例如聚氨酯和聚烯烴)制成 的拋光表面/拋光元件的拋光墊片。在此類墊片的一種實(shí)例中，該拋光表面/元件的本體 相是由聚氨酯制成，而分散相(其可以在拋光處理期間釋放)是由聚烯烴制成。當(dāng)在拋光 處理期間釋放分散相材料時(shí)，在該墊片的拋光表面/元件上形成多微孔性區(qū)域。圖1 (a)為一類拋光墊片(Rohm and Haas的IC 1000墊片)的剖視圖，其可以通過 根據(jù)本發(fā)明制造和使用來進(jìn)行更新。拋光墊片100包含嵌入聚合基體104中的微元件102， 其可以為聚氨酯。墊片表面包含用于在拋光處理期間進(jìn)行漿液傳輸?shù)陌疾?06。各種拋光 墊片提供多種表面改性以進(jìn)行橫跨墊片表面的漿液分布。圖1(b)示出由kmiQuestdnc.制作的拋光墊片108的橫截面。該拋光墊片108 為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并且描述在2007年4月6日提交的美國專利申請11/697，622中，該專利申請轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且以引用方式并入本文。墊片108由拋光元件110組成，其擱置 在可壓縮下層泡沫114上，并且在垂直方向上由導(dǎo)板112支承。拋光動(dòng)作由拋光元件提供， 所述拋光元件由固態(tài)聚合物材料制成，而漿液分布由拋光元件之間的開放空間進(jìn)行。該開 放空間用開孔泡沫填充。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，這兩種不同拋光墊片的拋光表面104和110可以有利地使 用本文所述的材料來制作。圖2 (a)示出由聚氨酯-聚烯烴摻合物制成的拋光墊片或拋光元件/表面200的 放大圖。在此情況下，可為聚烯烴的分散相201分布于可為聚氨酯的基體或本體相203中。 在充分混合的體系中，組成分散相的粒子的尺寸為約10-20微米，并且相邊界202清晰。圖 2(b)示出基體中單個(gè)分散相粒子的近視圖。由于極性和界面張力差異大，該界面光滑并且 兩種表面顯示無附著力。聚烯烴粒子從聚氨酯界面中往后拉動(dòng)。然后，在本發(fā)明的實(shí)施例中，拋光墊片(其可以為任何上述配置)包括由聚烯烴和 聚氨酯的聚合物摻合物制成的一或多個(gè)拋光元件或表面，其中(1)該聚烯烴的黏度與該聚氨酯的黏度之比小于3，(2)該聚氨酯的抗拉強(qiáng)度大于1000磅每平方英寸(psi)，(3)該聚氨酯的彎曲模數(shù)大于2000psi ；(4)該聚氨酯的Siore D硬度大于25 ；和/或(5)該分散聚烯烴相的疇尺寸為200微米或更小。在一些情況下，該拋光墊片的聚烯烴含量可以為1-35體積％。同時(shí)，在一些實(shí)例 中，該聚烯烴可以為聚乙烯或聚丙烯。例如，通過加工該墊片頂面，可以在該墊片頂面上形 成各種類型的表面特征(例如，在墊片形成期間或在墊片形成之后)。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供具有通過在尿烷形成反應(yīng)之前在異氰酸酯或多元醇中 分散聚烯烴粒子來制作的一或多個(gè)拋光元件或表面的拋光墊片。在此類墊片中，該聚烯烴 粒子的尺寸可以為10-200微米，該聚氨酯的抗拉強(qiáng)度可以大于lOOOpsi，該聚氨酯的彎曲 模數(shù)可以大于2000psi ；和/或該聚氨酯的SioreD硬度可以大于25。在此類墊片中，該聚 烯烴可以為聚乙烯或聚丙烯。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供使用注射成型、擠出、反應(yīng)注射成型或燒結(jié)來制造諸如 上文論述的拋光墊片的方法。在這些各種實(shí)例中，可以在尿烷形成反應(yīng)之前將聚烯烴粒子 分散于尿烷前體混合物中，可以熔融混合聚烯烴和熱塑性聚氨酯并隨后注入模具中以形成 墊片；和/或可以在用于形成墊片的注射成型機(jī)中順序混合聚烯烴和熱塑性尿烷。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供具有由聚烯烴和聚氨酯的聚合物摻合物制成的一或多 個(gè)拋光元件或表面的拋光墊片，其中聚烯烴與聚氨酯的熔融指數(shù)比小于0. 2，該聚烯烴的熔 融指數(shù)小于或等于3，并且該聚氨酯的熔融指數(shù)大于或等于15。在此類實(shí)例中，該聚烯烴可 以為聚乙烯或聚丙烯，并且該聚烯烴和該聚氨酯材料的硬度可以相差小于Isalore D0本發(fā)明的又一實(shí)施例提供具有由兩種聚烯烴和聚氨酯的聚合物摻合物制成的一 或多個(gè)拋光元件或表面的拋光墊片，其中第一種聚烯烴材料與聚氨酯的熔融指數(shù)比小于 0. 2，并且第二種聚烯烴材料與聚氨酯的熔融指數(shù)比大于1，其中該第一聚烯烴材料的熔融 指數(shù)小于或等于3，該第二聚烯烴材料的熔融指數(shù)大于或等于25，并且該聚氨酯的熔融指 數(shù)大于或等于15。所述聚烯烴材料中的任一種或兩種可以為聚乙烯或聚丙烯。例如，在一些情況下，所述聚烯烴材料中的至少一種為聚丙烯。所有聚烯烴和聚氨酯材料的硬度可以 相差小于15Shore D。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種制造包含兩種截然不同相尺寸(一種小于IOOnm并 且另一種大于IOOOnm)的固體拋光墊片的方法，該方法為將熔融指數(shù)大于15的聚氨酯與熔 融指數(shù)為25或更大的第一聚乙烯材料和熔融指數(shù)小于3的第二聚乙烯材料混合，并且在注 入模腔以前使該混合物在注射成型機(jī)或擠出機(jī)中熔融混合。在一些情況下，該聚氨酯可以 具有低于室溫的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。同樣地，該聚乙烯可以具有低于室溫的Tg。在一些 情況下，聚氨酯和聚乙烯的硬度可以相差小于Isalore D0本發(fā)明的另一實(shí)施例提供具有由兩種聚乙烯和聚氨酯的聚合物摻合物制成的一 或多個(gè)拋光元件或表面的拋光墊片，其中第一聚乙烯材料與聚氨酯的熔融指數(shù)比小于0. 2， 并且第二聚乙烯材料與聚氨酯的熔融指數(shù)比大于1，其中該第一聚乙烯材料的熔融指數(shù)小 于或等于3，該第二聚乙烯材料的熔融指數(shù)大于或等于25，并且該聚氨酯的熔融指數(shù)大于 或等于15。該聚氨酯的硬度可以為75證0儀D或更小。該第一聚乙烯材料的硬度可以為 60Shore D或更小。該第二聚乙烯材料的硬度可以為eOSwre D或更小。所有三種材料的 硬度范圍(即，各自材料的各種硬度之間的差異)可以為Isalore D或更小。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供具有由兩種聚乙烯和聚氨酯的聚合物摻合物制成的一 或多個(gè)拋光元件或表面的拋光墊片，其中第一聚乙烯材料與聚氨酯的熔融指數(shù)比小于0. 2 并且第二聚乙烯材料與聚氨酯的熔融指數(shù)比大于1，其中第一聚乙烯材料的熔融指數(shù)小于 或等于3，第二聚乙烯材料的熔融指數(shù)大于或等于25，并且聚氨酯的熔融指數(shù)大于或等于 15。該聚氨酯的彎曲模數(shù)可以大于60MPa。該第一聚乙烯材料的彎曲模數(shù)可以大于200MPa。 該第二聚乙烯材料的彎曲模數(shù)可以大于200MPa。所有三種材料的硬度范圍(即，各自材料 的各種硬度之間的差異)可以為Isalore D或更小。在各種實(shí)施例中，本發(fā)明提供在拋光墊片中引入原位多孔性的方法；用于調(diào)整在 制造期間產(chǎn)生的孔位尺寸的手段；和拋光墊片微結(jié)構(gòu)。還提供產(chǎn)生具有較少或沒有修整要 求的此類微結(jié)構(gòu)的方法。其他文獻(xiàn)已描述了用于修改拋光墊片的機(jī)械特性的混合聚合物。例如，美國專利 7，438，636公開在較高模數(shù)聚合物基體中混合較低模數(shù)聚合物以改善拋光墊片的韌性。美 國專利7，371，160描述在基體中分散彈性相以改善拋光性能。在這些修改中，對于分散相 來說重要的是保持摻合入該基體中，并且所添加的彈性體聚合物優(yōu)選包含一些化學(xué)官能 度，該化學(xué)官能度將允許其與諸如聚氨酯基體的聚合物基體形成鍵合。美國專利7，077，879、美國專利6，992，123和美國專利6，899，611描述將水溶性聚 合物添加到基體中。當(dāng)在拋光處理期間將墊片的頂面暴露于水性環(huán)境時(shí)，水溶性聚合物得 以溶解并且?guī)ё?，留下腔體，從而“原位”產(chǎn)生孔。類似地，美國專利6，890，244公開添加可 溶性纖維以產(chǎn)生槽形多孔性。美國專利6，685，540描述分布于基體中的聚合物粒子，其中 該分布相自身具有復(fù)合核-殼形態(tài)。美國專利6，648，733公開明確包含共聚物的拋光墊片 以引入在拋光期間可用的硬疇和軟疇。美國專利5，489，233、美國專利5，578，362、美國專 利6，095，902、美國專利6，217，434和美國專利6，896，593描述各種拋光墊片和其使用方 法。根據(jù)這些參考文獻(xiàn)，可以想出將替代聚合物摻合入墊片基體中的兩種方法，在一種方法中，添加不可溶聚合物以修改墊片的機(jī)械特性并且參與拋光，同時(shí)可溶聚合物溶解 于拋光介質(zhì)中并且產(chǎn)生多孔性，在另一方法中，用于分散相的不可溶聚合物具有謹(jǐn)慎選擇 的特性，諸如硬度、模數(shù)和Tg等，這些特性明顯不同于基體聚合物的那些特性，從而實(shí)現(xiàn)改 善的機(jī)械特性。然而，本文公開了基于界面相互作用、熔融指數(shù)和在兩種聚合物相-基體與分散 相之間的熔融指數(shù)比來選擇聚合物的方法。通過選擇聚合物體系以使得兩種聚合物彼此不 可互溶并且優(yōu)選形成單獨(dú)的疇；當(dāng)修整處理或拋光處理暴露分散相時(shí)，可將其移除。個(gè)別聚 合物的熔融指數(shù)和熔融指數(shù)比決定較小相進(jìn)入基體的可分散性，因此決定相尺寸。兩種聚 合物的混合可以剛好在將熔體注入模腔之前在注射成型機(jī)中進(jìn)行，或者兩種聚合物可以例 如在雙螺桿擠出機(jī)中分別混合以實(shí)現(xiàn)完全混合。聚合物摻合物是一類通過混合聚合物來制作以實(shí)現(xiàn)新特性的材料。由此產(chǎn)生的聚 合物摻合物可以互溶，可部分互溶或者不可互溶。本發(fā)明的實(shí)施例使用不可互溶的聚合物， 其中恰當(dāng)?shù)漠牫叽缡峭ㄟ^選擇具有恰當(dāng)熔融指數(shù)和熔融指數(shù)比的不可互溶聚合物來實(shí)現(xiàn)。在尿烷-聚烯烴混合物的熔融處理期間，可以預(yù)料聚乙烯相的不連續(xù)小滴分布于 尿烷熔體內(nèi)。小滴的尺寸是擠出機(jī)所施加的剪切力、實(shí)際熔體黏度以及兩相的熔體黏度相 對比的函數(shù)。對于聚合物來說，決定分散相尺寸的重要參數(shù)為毛細(xì)管數(shù)量(Ca)和黏度比(p(= nd/nm))，其中nd為分散相的黏度并且nm為基體相的黏度。普遍使用熔融指數(shù)(MI)而不是 黏度，因?yàn)槠涓咏胤从程幚項(xiàng)l件。ASTM國際D1238測試程序?qū)⑷廴谥笖?shù)的測量標(biāo)準(zhǔn)化 為當(dāng)在驅(qū)動(dòng)活塞上放置標(biāo)準(zhǔn)重量(2160克)時(shí)，在恒溫(190°C)下10分鐘內(nèi)通過指定直徑 (0. 0825in-2. 2mm)的管狀模具的擠出聚合物的重量。毛細(xì)管數(shù)量Ca表示黏滯力對橫跨界面作用的表面張力的相對影響，通過下式給 定Ca = RnmY，/a其中R為特征小滴尺寸，nm為基體黏度，Y'為基體的變形率并且a為界面張力。 當(dāng)Ca超過臨界值時(shí)，小滴破裂。對于給定體系來說，剪切力越高，則基體的變形率越高；因 而，小滴破裂成越小的尺寸。體系具體參數(shù)諸如界面張力、成分的絕對熔融指數(shù)和成分的熔 融指數(shù)比結(jié)合混合裝置(諸如注射成型機(jī)或擠出機(jī))的剪切速率影響分散相的尺寸分布。多孔性為拋光墊片結(jié)構(gòu)的重要方面。缺乏多孔性的話，拋光速率十分低。例如，當(dāng) 以5psi向下的力和50rpm的墊片速度向墊片擠壓時(shí)，用于拋光具有二氧化硅薄膜的晶片的 無孔墊片可以表現(xiàn)出小于200 A/min的移除速率。當(dāng)在相同條件下使用多孔墊片時(shí)，薄膜 移除速率可以大于1000 A/min。當(dāng)經(jīng)受金剛石盤修整時(shí)，無孔墊片類似于多孔墊片能實(shí)現(xiàn)高的薄膜移除速率。該 修整盤產(chǎn)生微小凹凸，其使拋光能夠高速發(fā)生。多孔墊片還隨著時(shí)間推移而遭受移除性能 的退化(并且晶片通常拋光很長時(shí)間)。據(jù)信這是由于墊片材料的塑性流動(dòng)導(dǎo)致，該塑性流 動(dòng)使得拋光凹凸變得遲鈍并且孔變得不清晰，從而降低其包含和傳輸漿液的能力。用細(xì)金 剛石盤修整墊片表面，移除墊片頂面上的損壞層，暴露新表面并且再產(chǎn)生凹凸。因此，金剛 石修整為穩(wěn)定拋光處理的重要部分。除了提供穩(wěn)定拋光處理的有益性之外金剛石修整還在盤間變化以及在修整盤的壽命上的金剛石有效性改變導(dǎo)致需要頻繁處理監(jiān)測和校正動(dòng)作的處理偏移時(shí)，在該處理中 引入可變性。還存在金剛石損耗的風(fēng)險(xiǎn)，可以看見嵌入墊片中的金剛石粉塵，這導(dǎo)致由于刮 傷引起的嚴(yán)重晶片損耗。因此，需要盡可能減少(或可以去除)作為處理需求的修整。本發(fā)明提供需要最小(如果有)修整的拋光墊片微結(jié)構(gòu)。如上文所示，本發(fā)明墊片 由至少兩種截然不同的分散疇尺寸組成，所述尺寸通過混合聚氨酯和具有不同熔融指數(shù)的 兩種聚烯烴來產(chǎn)生。所述疇中的一種的粒子為1微米或更小，并且優(yōu)選小于lOOnm，而另一 疇的粒子為5-20微米，并且優(yōu)選為約10微米。納米疇(例如，小于IOOnm尺寸的疇)的作 用為提供本發(fā)明墊片均勻磨損的能力，同時(shí)在該表面退化時(shí)暴露新的納米結(jié)構(gòu)。另一方面， 大尺寸疇(例如，約10微米尺寸的疇)提供用于較大多孔性的位點(diǎn)，這些孔作為用于拋光 的漿液儲(chǔ)存器。對于一致的拋光結(jié)果而言，疇的相對尺寸是重要的，因?yàn)榧{米疇優(yōu)選較小， 并且至少與墊片磨損速率為同一量級。例如，在每分鐘拋光0. 5微米的墊片磨損下，較小疇 的尺寸應(yīng)不大于0. 5微米，并且優(yōu)選在100nm-200nm的范圍中。另一方面，漿液儲(chǔ)存器疇必 須大1-2個(gè)量級以在拋光期間提供穩(wěn)定的漿液流動(dòng)。如上文所論述，當(dāng)使用諸如聚氨酯和聚乙烯的不可互溶聚合物的混合物時(shí)，分散 相的尺寸是由兩種聚合物的熔融指數(shù)和其各自熔融指數(shù)的比來決定。例如，當(dāng)使用熔融指 數(shù)為20的聚氨酯和熔融指數(shù)為30的聚乙烯時(shí)，得到lOOnm-2微米的聚乙烯疇，而當(dāng)使用熔 融指數(shù)為0. 75的聚乙烯時(shí)，得到5-15微米的聚乙烯疇。期望的是，通過使用各自具有30 和0. 75的熔融指數(shù)的兩種聚乙烯的混合物與熔融指數(shù)為20的聚氨酯，可產(chǎn)生小尺寸疇和 較大尺寸疇。通過改變兩種聚乙烯的相對量，可調(diào)節(jié)小尺寸疇和較大尺寸疇的比率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該基體聚合物可為Lubrizol Estane 58142聚氨酯 (具有約25的熔融指數(shù))，并且該分散相(占墊片的約10重量％ )可為16MA400，該16MA400 為可購自Reliance Polymers India的低密度聚乙烯(具有約30的熔融指數(shù))。在注射成 型機(jī)中混合這些聚合物，以在60腔體模具中制作在下側(cè)包含圓柱腔體的具有0. 32"法蘭 座的直徑0. 24〃 X高0. 140"的拋光元，件。在225°C下進(jìn)行注射成型，并且產(chǎn)生完全混合 的不透光部分。對這些部分作橫截面處理，并且這些部分的掃描電子顯微鏡(SEM)檢測示 出約100納米到1微米的圓形分散相粒子。大多數(shù)腔體示出光滑的壁，表明聚乙烯粒子未 附著于基體。圖3示出這些結(jié)果。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該基體聚合物是Luhrizol Estane 58144聚氨酯(具 有約20的熔融指數(shù))，并且該分散相(占約10重量％ )是Dow DNDA 8335NT 7，該Dow DNDA 8335NT 7為低密度聚乙烯-丁烯(具有約30的熔融指數(shù))。在注射成型機(jī)中混合這兩種 材料，以在16腔體模具中制作在下側(cè)包含圓柱腔體的具有0. 32"法蘭座的直徑0. 24" X 高0. 140"的拋光元件。在215°C下進(jìn)行注射成型，并且產(chǎn)生完全混合的不透光部分。對這 些部分橫截，并且這些部分的SEM檢測示出約100納米到2微米的圓形分散相粒子。還觀 察到較小尺寸的疇。大多數(shù)腔體示出光滑的壁，表明聚乙烯粒子未附著于基體。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該基體聚合物是Luhrizol Estane 58144聚氨酯(具 有約20的熔融指數(shù))，并且該分散相(占約10重量％ )是Dow FiexomerDFDB1085NT,該 Dow Fiexomer DFDB1085NT為極低密度聚乙烯-丁烯(具有約0. 75的熔融指數(shù))。在注射 成型機(jī)中混合這兩種材料，以在16腔體模具中制作在下側(cè)包含圓柱腔體的具有0. 32"法 蘭座的直徑0. " X高0.140"的拋光元件。在215°C下進(jìn)行注射成型，并且產(chǎn)生完全混合的不透光部分。對這些部分作橫截面處理，并且這些部分的SEM檢測示出約5-15微米的 圓形分散相粒子。還觀察到較小尺寸的疇。大多數(shù)腔體示出光滑的壁，表明聚乙烯粒子未 附著于基體。所述疇的濃度較小。圖4和圖5示出這些結(jié)果。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該基體聚合物是Luhrizol Estane 58144聚氨酯(具 有約20的熔融指數(shù))，并且該分散相(占約20重量％ )是Dupont 2020，該Dupont 2020 為聚乙烯(具有約1. 1的熔融指數(shù))。在注射成型機(jī)中混合這兩種材料，以在32腔體模具 中制作在下側(cè)包含圓柱腔體的具有0. 32"法蘭座的直徑0. 24" X高0. 140"的拋光元件。 在215°C下進(jìn)行注射成型，并且產(chǎn)生完全混合的不透光部分。對這些部分作橫截面處理，并 且這些部分的SEM檢測示出約5-15微米范圍的圓形分散相粒子。大多數(shù)腔體示出光滑的 壁，表明聚乙烯粒子未附著于基體。因此，已描述了在CMP中使用并且由聚氨酯和聚烯烴的組合制成的拋光墊片，其 中聚氨酯為本體相并且聚烯烴為分散相。雖然結(jié)合各種實(shí)例進(jìn)行了論述，但本發(fā)明并不旨 在受所論述內(nèi)容的限制，并且應(yīng)該僅根據(jù)以下的權(quán)利要求書來衡量。
權(quán)利要求
1.一種在化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)中使用的拋光墊片，包含 第一聚合物，其中所述第一聚合物是本體相，和第二聚合物，其中所述第二聚合物是分散相，其在所述第一聚合物內(nèi)不可互溶并且在 拋光期間可從所述拋光墊片上釋放，從而導(dǎo)致在所述拋光墊片的暴露表面上形成微孔性區(qū) 域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光墊片，其中所述第一聚合物是聚氨酯材料并且所述第二 聚合物是聚烯烴材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光墊片，其中所述聚烯烴材料是聚乙烯材料和聚丙烯材料 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光墊片，其中所述聚烯烴材料是由兩種不同聚乙烯材料的 摻合物制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光墊片，其中所述聚烯烴的黏度與所述聚氨酯的黏度之比小于33 ； 所述聚氨酯材料的抗拉強(qiáng)度大于1000磅每平方英寸(psi)； 所述聚氨酯材料的彎曲模數(shù)大于2000psi ； 所述聚氨酯材料的Siore D硬度大于25 ；和 所述分散聚烯烴相的疇尺寸為200微米或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光墊片，其中所述拋光墊片包括1-35體積％的聚烯烴材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光墊片，其中所述拋光墊片的暴露表面包括表面特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光墊片，其中所述聚烯烴的粒子在聚氨酯形成反應(yīng)之前分 散于異氰酸酯或多元醇中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的的拋光墊片，其中所述聚烯烴粒子為10-200微米，所述聚氨 酯抗拉強(qiáng)度大于IOOOpsi，所述聚氨酯彎曲模數(shù)大于2000psi，并且所述聚氨酯Slore D硬 度大于25。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的的拋光墊片，其中所述拋光墊片包括所述聚烯烴材料和所 述聚氨酯材料的聚合物摻合物，其中所述聚烯烴材料的熔融指數(shù)小于或等于3 ； 所述聚氨酯材料的熔融指數(shù)大于或等于15 ； 所述聚烯烴材料/聚氨酯材料的熔融指數(shù)比小于0. 2 ；和 所述聚烯烴材料與所述聚氨酯材料之間的硬度差小于15aiore D。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拋光墊片，其中所述拋光墊片包括由兩種聚烯烴材料的聚 合物摻合物制成的一或多個(gè)拋光元件，其中所述第一聚烯烴材料的熔融指數(shù)小于或等于3 ； 所述第二聚烯烴材料的熔融指數(shù)大于或等于25 ； 所述聚氨酯材料的指數(shù)大于或等于15 ； 第一種所述聚烯烴材料/聚氨酯材料的熔融指數(shù)比小于0. 2 ； 第二種所述聚烯烴材料/聚氨酯材料的熔融指數(shù)比大于1 ；和 所述聚烯烴材料與所述聚氨酯材料之間的硬度差小于15aiore D。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光墊片，其中所述分散相包含第一分散相和第二分散相， 所述第一分散相的尺寸大于IOnm并且所述第二分散相的尺寸小于lOnm。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拋光墊片，其中所述聚氨酯材料具有大于15的熔融指數(shù)和低于室溫的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)； 第一所述聚乙烯材料具有小于3的熔融指數(shù)，具有低于室溫的Tg ； 第二所述聚乙烯材料具有25或更大的熔融指數(shù)，具有低于室溫的Tg ；并且 所述聚烯烴材料與所述聚氨酯材料之間的硬度差小于15aiore D。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拋光墊片，其中構(gòu)成所述墊片的第一聚乙烯材料的熔融指數(shù)小于或等于3 ； 構(gòu)成所述墊片的第二聚乙烯材料的熔融指數(shù)大于或等于25 ； 構(gòu)成所述墊片的聚氨酯材料的熔融指數(shù)大于或等于15 ； 所述第一聚乙烯材料/聚氨酯材料的熔融指數(shù)比小于0. 2 ； 所述第二聚乙烯材料/聚氨酯材料的熔融指數(shù)比大于1 ； 所述聚氨酯材料的硬度為70a!Ore D或更??； 所述第一聚乙烯材料的硬度為eOSiore D或更小； 所述第二聚乙烯材料的硬度為eOSiore D或更小；并且所述聚氨酯材料、所述第一聚乙烯材料以及所述第二聚乙烯材料之間的硬度差為 1. 5Shore D 或更小。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拋光墊片，其中 所述聚氨酯材料的彎曲模數(shù)大于60MPa ；所述第一聚乙烯材料和所述第二聚乙烯材料的彎曲模數(shù)大于200MPa ；并且 所述聚氨酯材料、所述第一聚乙烯材料以及所述第二聚乙烯材料之間的硬度差為 15Shore D或更小。
16.一種制造在化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)中使用的拋光墊片的方法，所述方法包含以下 步驟選擇不可互溶的兩種聚合物，其中第一聚合物為基體相并且第二聚合物為分散相，并 且當(dāng)通過修整處理和拋光處理中的至少一種來暴露所述第二聚合物時(shí)，所述第二聚合物是 可移除的；將所述兩種聚合物混合到一起，其中所述第一聚合物的疇尺寸不同于所述第二聚合物 的疇尺寸；和將所述混合物注入模腔中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一聚合物為聚氨酯材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二聚合物為聚烯烴材料與兩種或兩種以 上聚烯烴材料的混合物中的至少一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二聚合物包括熔融指數(shù)為30的第一聚乙 烯材料和熔融指數(shù)為0. 75的第二聚乙烯材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包含以下步驟通過改變在所述兩種聚合物的混合物中包括的所述第一聚合物和所述第二聚合物各 自的量，調(diào)節(jié)在所述拋光墊片中包括的所述第一聚合物和所述第二聚合物的相對疇尺寸。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述分散相具有IOOnm到1微米的直徑并且為圓形。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述分散相是低密度聚乙烯、低密度聚乙烯-丁 烯和極低密度聚乙烯-丁烯中的至少一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包含以下步驟在拋光處理期間在所述拋光墊片的頂部拋光表面中引入多孔性。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包含以下步驟 在所述拋光墊片的制造期間在所述拋光墊片中產(chǎn)生孔位；和 在所述制造期間調(diào)整所述孔位的尺寸。
25.—種調(diào)整拋光墊片的拋光表面的孔徑的方法，其包含以下步驟選擇將用于制造 所述拋光表面的兩種或兩種以上聚合物，所述兩種或兩種以上聚合物彼此不可互溶，所述 選擇是基于所述聚合物中個(gè)別聚合物的不同熔融指數(shù)來進(jìn)行；混合所述兩種或兩種以上聚 合物以產(chǎn)生所述聚合物的混合物；和由所述混合物形成拋光墊片拋光表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述兩種或兩種以上聚合物的所述混合是在注 射成型機(jī)中執(zhí)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述兩種或兩種以上聚合物的混合是與所述拋 光墊片拋光表面的形成分開執(zhí)行。
全文摘要
在化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)中使用的拋光墊片或者此類墊片的拋光組件/表面是由例如聚氨酯和聚烯烴的不可互溶聚合物的組合制成?；诮缑嫦嗷プ饔?、熔融指數(shù)和在聚合物相-基體相與分散相之間的熔融指數(shù)比來選擇聚合物。通過選擇聚合物體系使得所述兩種聚合物彼此不可互溶并且優(yōu)選形成單獨(dú)的疇；當(dāng)修整或拋光處理暴露所述分散相時(shí)，可將其移除。個(gè)別聚合物的熔融指數(shù)和所述熔融指數(shù)的比率決定進(jìn)入所述基體的較小相的可分散性，從而決定相尺寸。
文檔編號(hào)B24B1/00GK102083586SQ200980115576
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者拉杰夫·巴賈 申請人:塞米奎斯特股份有限公司