專利名稱：具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例屬于化學機械拋光(CMP)、特別是具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊的領域。
背景技術：
化學-機械平面化或化學-機械拋光(通常簡寫為CMP)是一種在半導體制作中用于使半導體晶片或其它襯底平面化的技術。該過程與直徑典型地大于晶片的擋圈及拋光墊相結(jié)合地使用研磨和腐蝕性的化學漿體(通常稱為膠體)。拋光墊和晶片由動態(tài)拋光頭迫壓在一起并由塑料擋圈保持在適當位置。在拋光期間動態(tài)拋光頭旋轉(zhuǎn)。該方法有助于材料的移除并趨于使任何不規(guī)則的形貌平坦，從而使晶片平直或平坦。該方法對于設置晶片以形成另外的電路元件可能是必要的。例如，可能需要該方法來使整個表面位于光刻系統(tǒng)的景深內(nèi)，或基于其位置選擇性地去除材料。對于最近的低于50納米技術節(jié)點，典型的景深要求低至埃級。材料去除的過程并非僅僅是像砂紙在木材上那樣的研磨刮擦過程。漿體中的化學制品也與待去除的材料反應和/或弱化待去除的材料。磨料加速了該弱化過程并且拋光墊有助于從表面擦除反應后的材料。除在漿體技術中的進步外，拋光墊還對日益復雜的CMP操作起到重要作用。然而，在CMP墊技術的進化中需要另外的改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包括具有多模態(tài)/多峰型孔徑分布的拋光墊。在一實施例中，一種用于拋光半導體襯底/基底的拋光墊包括均質(zhì)拋光主體。該均質(zhì)拋光主體包括熱固性聚氨酯材料和設置在熱固性聚氨酯材料中的多個封閉單元孔。所述多個封閉單元孔具有多模態(tài)直徑分布。在另一實施例中，一種制作用于拋光半導體襯底的拋光墊的方法包括在成型模中將預聚物/預聚合物與固化劑混合以形成混合物。使該混合物固化以提供模制的均質(zhì)拋光主體，該均質(zhì)拋光主體包括熱固性聚氨酯材料和設置在該熱固性聚氨酯材料中的多個封閉單元孔。多個封閉單元孔具有多模態(tài)直徑分布。


圖1A針對傳統(tǒng)拋光墊中的寬的單模態(tài)/單峰型孔徑分布示出了根據(jù)孔徑(作為孔徑的函數(shù))的布居數(shù)/占有數(shù)(population)曲線圖。
圖1B針對傳統(tǒng)拋光墊中的窄的單模態(tài)孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有約1:1的雙模態(tài)/雙峰型封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。圖2B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖2A的拋光墊中的窄孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖2C針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖2A的拋光墊中的寬孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有約2:1的雙模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。圖3B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖3A的拋光墊中的孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有雙模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖，其中大直徑模式的最大居群/最大群組(max population)的直徑值約為小直徑模式的最大居群的直徑的四倍。圖4B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖4A的拋光墊中的孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有三模態(tài)/三峰型封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。圖5B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖5A的拋光墊中的孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的拋光墊的剖視圖。圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的被修整成呈現(xiàn)雙模態(tài)封閉單元孔分布的圖6A的拋光墊的剖視圖。圖6C示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖6B的拋光墊的剖視圖，該拋光墊具有增加至其表面的化學機械拋光漿體。圖6D示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖6C的拋光墊的剖視圖，示出了用于化學機械拋光漿體的流動路徑。圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有分級的雙模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。圖7B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖7A的拋光墊中的孔徑分布的第一部分示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖7C針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖7A的拋光墊中的孔徑分布的第二部分示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖。圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的拋光墊的剖視圖。圖SB示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有分級的雙模態(tài)封閉單元孔徑分布的拋光墊的修整操作的剖視圖。圖9A-9G示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于制作拋光墊的操作的剖視圖。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的與具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊兼容的拋光設備的等軸側(cè)視圖。
具體實施例方式本文中描述了具有多模態(tài)/多峰型孔徑分布的拋光墊。在以下描述中，闡述了許多具體細節(jié)，諸如具體的拋光墊組合物和設計，以便提供對本發(fā)明的實施例的透徹理解。對本領域的技術人員來說將顯而易見的是，本發(fā)明的實施例可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實施。在另一些情形中，未詳細描述公知的加工技術，諸如與漿體和拋光墊組合以執(zhí)行半導體襯底的CMP有關的細節(jié)，以便不會不必要地使本發(fā)明的實施例難以理解。此外，應理解的是，圖中所示的各種實施例是說明性的表示且不一定按比例繪制。本發(fā)明的實施例涉及拋光墊中的孔隙度/孔隙率，并且尤其涉及孔的尺寸和數(shù)量密度。拋光墊中的孔可設置成增加拋光墊的表面積，例如增加拋光墊保持漿體的能力。通常，對于封閉孔拋光墊而言，一般將孔描述為具有一尺寸，例如40微米直徑的孔。事實上，孔是具有約40微米的平均或中位孔徑的孔徑分布，并且該分布近似于傳統(tǒng)單模態(tài)/單峰型鐘形曲線分布，如下文結(jié)合圖1A和IB所述。相比之下，本發(fā)明的實施例包括具有雙模態(tài)/雙峰型、三模態(tài)/三峰型等孔徑分布的拋光墊。示例包括但不限于20微米與40微米孔、20微米與80微米孔、40微米與80微米孔以及三模態(tài)20、40和80微米孔的組合。拋光墊中包括這種類型的孔徑分布的優(yōu)點可包括以下優(yōu)點中的一個或多個:(I)由于一定范圍的孔徑的更有效的組合而增加每單位面積的孔的總數(shù)的能力，(2)增加總孔面積的能力，(3)由于位于表面的孔的更大數(shù)量密度而改善了跨拋光墊的漿體分布，(4)由于在表面敞開的較大的孔與為了均勻度而設置的較小的孔徑相結(jié)合，增加了可用于與晶片相互作用的漿體的體積，或(5)優(yōu)化體(bulk)機械性能的能力。特別是在高化學驅(qū)動CMP過程的情形中和大(例如，300mm或450mm直徑)晶片的情形中，可能重要的是在整個拋光過程中漿體總是位于晶片與拋光墊之間。這避免了可能限制拋光性能的漿體匱乏。為了解決該問題，本發(fā)明的實施例可允許晶片與拋光墊之間存在更大體積的漿體。如上所述，拋光墊中的孔徑分布通常具有貝爾曲線或單模態(tài)分布。例如，圖1A針對常規(guī)拋光墊中的單模態(tài)孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖(作為孔徑的函數(shù)的布居數(shù)曲線圖)100A。參照圖1A，單模態(tài)分布可相對較寬。作為另一示例，圖1B針對常規(guī)拋光墊中的窄單模態(tài)孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖100B。在窄分布或?qū)挿植贾?，拋光墊中僅設有一個最大直徑居群，例如在40微米的最大居群。在本發(fā)明的一方面，拋光墊可改為制作成具有雙模態(tài)孔徑分布。作為示例，圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有約1:1雙模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。參照圖2A，用于拋光半導體襯底的拋光墊200包括均質(zhì)拋光主體201。均質(zhì)拋光主體201由熱固性聚氨酯材料組成，其中在均質(zhì)拋光主體201中設置多個封閉單元孔202。多個封閉單元孔202具有多模態(tài)直徑分布。在一實施例中，多模態(tài)直徑分布是包括小直徑模式204和大直徑模式206的雙模態(tài)直徑分布，如圖2A所示。在一實施例中，用于拋光半導體襯底的拋光墊200適合于拋光用于半導體制造行業(yè)中的襯底，例如具有設置在其上的器件或其它層的硅襯底。然而，用于拋光半導體襯底的拋光墊200可用于涉及其它有關襯底(比如但不限于用于MEMS器件或分劃板的襯底)的化學機械拋光過程中。因此，對如本文中所用的“用于拋光半導體襯底的拋光墊”的提及旨在涵蓋所有這些可能性。在一實施例中，多個封閉單元孔202包括彼此離散的孔，如圖2A所示。這與可通過孔道互相連接的開放單元孔(諸如對于同一塊海綿中的孔而言的情形)相反。在一個實施例中，各封閉單元孔包括物理殼體/物質(zhì)殼體，諸如如下文更詳細地描述的致孔劑/致孔物(porogen)的殼體。然而，在另一實施例中，封閉單元孔的其中每一個都不包括物理殼體。在一實施例中，多個封閉單元孔202和因此多模態(tài)直徑分布遍及均質(zhì)拋光主體201的熱固性聚氨酯材料基本均勻地分布。如上所述，均質(zhì)拋光主體201可由熱固性封閉單元聚氨酯材料組成。在一實施例中，術語“均質(zhì)”用來指出熱固性封閉單元聚氨酯材料的組分遍及拋光主體的整個組分是一致的。例如，在一實施例中，術語“均質(zhì)的”不包括由例如浸潰氈或多層不同材料的組合物(復合材料)組成的拋光墊。在一實施例中，術語“熱固性材料”用來指不可逆地固化的聚合材料，例如材料前體通過固化不可逆地變成難熔、不溶解的聚合物網(wǎng)絡。例如，在一實施例中，術語“熱固性材料”不包括由例如“熱固性塑料”材料或“熱塑性塑料”——這些材料由當加熱時變成液體而當充分冷卻時凍結(jié)為高玻璃態(tài)的聚合物組成——組成的拋光墊。應指出的是，由熱固性材料制成的拋光墊典型地由在化學反應中反應而形成聚合物的較低分子量前體制成，而由熱塑性材料制成的墊典型地通過加熱預先存在的聚合物而導致相變以使得拋光墊在物理過程中形成而制成。在一實施例中，均質(zhì)拋光主體201是壓縮模制的均質(zhì)拋光主體。術語“模制的”用來指出均質(zhì)拋光主體在成型模中形成，如下文更詳細地描述。在一實施例中，均質(zhì)拋光主體201在修整和/或拋光時具有大致在1-5微米均方根的范圍內(nèi)的拋光表面粗糙度。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體201在修整和/或拋光時具有約為
2.35微米均方根的拋光表面粗糙度。在一實施例中，均質(zhì)拋光主體201在25攝氏度下具有大致在30-120兆帕(MPa)的范圍內(nèi)的儲能模量。在另一實施例中，均質(zhì)拋光主體201在25攝氏度下具有大致小于30兆帕(MPa)的儲能模量。在一實施例中，如上文簡略地提到，多個封閉單元孔202由致孔劑組成。在一個實施例中，術語“致孔劑”用來指具有“中空”中心的微米級或納米級球形顆粒。中空中心未充填固體材料，而是可包括氣態(tài)或液態(tài)芯部。在一個實施例中，多個封閉單元孔202由遍及均質(zhì)拋光主體201 (例如，作為其中的另一成分)分布的預膨脹和充氣的EXPANCEL 組成。在一具體實施例中，EXPANCEL 充填有戊烷。在一實施例中，多個封閉單元孔202的其中每一個都具有大致在10-100范圍內(nèi)的直徑。應理解，術語“球形”的使用不必局限于完美球形主體。例如，可考慮其它大致圓的主體，諸如但不限于杏仁形、卵形、不等邊三角形、橢圓形、足球形，或者對于孔形狀或致孔劑形狀可考慮長圓形主體。在這些情形中，上述直徑是這種主體的最大直徑。在一實施例中，均質(zhì)拋光主體201是不透明的。在一個實施例中，術語“不透明”用來指允許約10%或以下的可見光通過的材料。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體201大部分是不透明的，或完全由于包括遍及均質(zhì)拋光主體201的均質(zhì)熱固性、封閉單元聚氨酯材料的濁化(opacifying)潤滑劑/遮光潤滑劑(例如，作為附加成分位于其中)而完全不透明。在一具體實施例中，濁化潤滑劑是諸如但不限于以下材料的材料:氮化硼、氟化鈰、石墨、氟化石墨、硫化鑰、硫化銀、云母、硫化鉭、二硫化鶴或聚四氟乙烯/特氟絕。
均質(zhì)拋光主體201的尺寸確定可根據(jù)應用而變化。不過，可使用某些參數(shù)來制造拋光墊，包括與常規(guī)加工設備或甚至與常規(guī)化學機械加工操作兼容的這種均質(zhì)拋光主體。例如，根據(jù)本發(fā)明一實施例，均質(zhì)拋光主體201具有大致在0.075英寸至0.130英寸的范圍內(nèi)、例如大致在1.9-3.3毫米的范圍內(nèi)的厚度。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體201具有大致在20英寸至30.3英寸的范圍內(nèi)例如大致在50-77厘米的范圍內(nèi)并且可能大致在10英寸至42英寸的范圍內(nèi)例如大致在25-107厘米的范圍內(nèi)的直徑。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體201具有大致在6%-36%總空隙體積并且可能大致在18%-30%總空隙體積的范圍內(nèi)的孔(202)密度。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體201由于包括多個孔20而如上所述具有封閉單元式的孔隙度。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體201具有約2.5%的壓縮率。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體201具有大致在每立方厘米0.70-1.05克的范圍內(nèi)的密度。在一實施例中，多個封閉單元孔202的雙模態(tài)孔徑分布可為約1:1，如圖2A所示。為了更好地說明該概念，圖2B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖2A的拋光墊中的窄孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖220。圖2C針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖2A的拋光墊中的寬孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖230。參照圖2A-2C，大直徑模式206的最大居群的直徑值約為小直徑模式204的最大居群的直徑值的兩倍。例如，在一個實施例中，大直徑模式206的最大居群的直徑值是約40微米且小直徑模式204的最大居群的直徑值是約20微米，如圖2B和2C所示。作為另一示例，大直徑模式206的最大居群的直徑值約為80微米且小直徑模式204的最大居群的直徑值為大約40微米。參照圖2B的圖示220，在一個實施例中，孔徑的分布較窄。在一具體實施例中，大直徑模式206的居群基本上不與小直徑模式204的居群重疊。然而，參照圖2C的圖示230，在另一實施例中，孔徑的分布較寬。在一具體實施例中，大直徑模式206的居群與小直徑模式204的居群重疊。在本發(fā)明的另一方面，雙模態(tài)孔徑分布無需是如上文參照圖2A-2C所述的1:1，。亦即，在一實施例中，大直徑模式的總布居數(shù)不等于小直徑模式的總布居數(shù)。作為示例，圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有大約2:1雙模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。圖3B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖3A的拋光墊中的孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖320。參照圖3A，用于拋光半導體襯底的拋光墊300包括均質(zhì)拋光主體301。均質(zhì)拋光主體301由熱固性聚氨酯材料組成，其中多個封閉單元孔302設置在均質(zhì)拋光主體301中。多個封閉單元孔302具有多模態(tài)直徑分布。在一實施例中，多模態(tài)直徑分布是包括小直徑模式304和大直徑模式306的雙模態(tài)直徑分布，如圖3A所示。參照圖3A和3B，小直徑模式304的總布居數(shù)約為大直徑模式306的總布居數(shù)的兩倍。亦即，與大封閉單元孔相比，存在數(shù)量約為兩倍的小封閉單元孔。在一個實施例中，大直徑模式306的最大居群的直徑值約為小直徑模式304的最大居群的直徑值的兩倍。例如，在一個實施例中，大直徑模式的最大居群的直徑值是約40微米且小直徑模式的最大居群的直徑值是約20微米，如圖3B所示。應理解的是，可基于拋光墊300的期望特性來選擇小直徑模式304的總布居數(shù)與大直徑模式306的總布居數(shù)的任何比率。再參照圖2A-2C，應理解的是，可基于拋光墊200的期望特性來選擇大直徑模式206的最大居群和小直徑模式204的最大居群的任何直徑值。因此，大直徑模式的最大居群的直徑值并不限于為小直徑模式的最大居群的兩倍，如上文結(jié)合圖2A-2C所述。作為示例，圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有雙模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖，其中大直徑模式的最大居群的直徑值為小直徑模式的最大居群的直徑的大致四倍。圖4B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖4A的拋光墊中的孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖420。參照圖4A，用于拋光半導體襯底的拋光墊400包括均質(zhì)拋光主體401。均質(zhì)拋光主體401由熱固性聚氨酯材料組成，其中多個封閉單元孔402設置在均質(zhì)拋光主體401中。多個封閉單元孔402具有多模態(tài)直徑分布。在一實施例中，多模態(tài)直徑分布是包括小直徑模式404和大直徑模式406的雙模態(tài)直徑分布，如圖4A所示。參照圖4A和4B，大直徑模式406的最大居群的直徑值約為小直徑模式404的最大居群的直徑值的四倍。例如，在一個實施例中，大直徑模式406的最大居群的直徑值是約80微米且小直徑模式404的最大居群的直徑值是約20微米，如圖4B所示。在一個實施例中，小直徑模式404的總布居數(shù)約為大直徑模式406的總布居數(shù)的八倍，也如圖4B所示。在本發(fā)明的另一方面，多模態(tài)孔徑分布無需是雙模態(tài)，如上文參照圖2-4所述。作為示例，圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有三模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。圖5B針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖5A的拋光墊中的孔徑分布示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖520。參照圖5A，用于拋光半導體襯底的拋光墊500包括均質(zhì)拋光主體501。均質(zhì)拋光主體501由熱固性聚氨酯材料組成，其中多個封閉單元孔502設置在均質(zhì)拋光主體501中。多個封閉單7Π孔502具有多模態(tài)直徑分布。在一實施例中，多模態(tài)直徑分布是包括小直徑模式504、大直徑模式506和中等直徑模式508的三模態(tài)直徑分布，如圖5A所示。參照圖5B，在一實施例中，大直徑模式506的最大居群的直徑值是約80微米，中等直徑模式508的最大居群的直徑值是約40微米，且小直徑模式504的最大居群的直徑值為約20微米。在一個實施例中，小直徑模式504的總布居數(shù)與中等直徑模式508的總布居數(shù)大致相同，上述總布居數(shù)中的每一個約為大直徑模式506的總布居數(shù)的兩倍，也如圖5B所示。應理解的是，可基于拋光墊500的期望特性來選擇小、中等和大直徑模式的最大居群的任何直徑值以及小、中等和大直徑模式的總布居數(shù)的任何比率。還應理解的是，本發(fā)明的實施例并不限于雙模態(tài)和三模態(tài)分布，而是可包括超出參照圖1A和IB所述的單模態(tài)分布的任何多模態(tài)分布。在本發(fā)明的一方面，可選擇不同孔徑以提供拋光墊的期望功能。例如，圖6A-6D示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的漿體與拋光墊的交互的各個階段的剖視圖。參照圖6A，拋光墊600包括由熱固性聚氨酯材料組成的均質(zhì)拋光主體，其中多個封閉單元孔設置在均質(zhì)拋光主體中。多個封閉單元孔具有多模態(tài)直徑分布。參照圖6B，拋光墊600被修整成呈現(xiàn)封閉單元孔602的雙模態(tài)分布。例如，在一個實施例中，拋光墊600的頂面604被修整成提供粗糙化表面,其中一些封閉單兀孔602與表面606相通。在一具體實施例中，通過使用金剛石梢端去除一部分拋光墊600來修整表面604。在一實施例中，修整露出雙模態(tài)分布孔徑的大直徑孔610和小直徑孔612兩者，如圖6B所示。參照圖6C，向拋光墊600的粗糙化或修整后的表面606增加化學機械拋光漿體614。根據(jù)本發(fā)明一實施例，在拋光過程中化學機械拋光衆(zhòng)體614基本上或完全充填開放的小直徑孔612并至少部分地充填開放的大直徑孔610，如圖6C所示。然而，在一個實施例中,在整個拋光過程中，開放的小直徑孔612的化學機械拋光漿體614在于工具處補充漿體前被消耗。相反，參照圖6D，大直徑模式610的孔的最大居群的直徑適于提供用于儲存供小直徑模式612的孔使用的拋光漿體614的儲器。因此，提供了用于化學機械拋光漿體614的從開放的大孔610至開放的小直徑孔612的流動路徑650以在拋光表面處局部補充漿體614。此外,在一實施例中，小直徑模式612的封閉單兀孔的最大居群的直徑適于為拋光墊的拋光表面提供高度均勻的拋光漿體分布660，如圖6D所示。在選擇不同孔徑以提供拋光墊的期望功能的不同孔徑的另一示例中，在一實施例中，包括大孔徑以協(xié)助使用金剛石梢端對拋光墊進行修正。在一個實施例中，再參照圖6B，大直徑模式610的封閉單元孔的最大居群的直徑適合于提供在拋光墊600的修整期間接納金剛石梢端的位置。同時，小直徑模式612的封閉單元孔的最大居群的直徑適于為拋光墊的拋光表面提供高度均勻的拋光漿體分布，如上文結(jié)合圖6C和6D所示。在選擇不同孔徑以提供拋光墊的期望功能的另一示例中，在一實施例中，小直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑在拋光過程中提供了不充分的熱沉。也就是說，如果依靠它們自身，則小直徑孔過小而不能吸納拋光過程中的散熱。然而，在本發(fā)明的雙模態(tài)實施例中，大直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑適于在拋光過程中提供過剩熱沉/過度熱沉，否則將使拋光襯底表面處的溫度過熱。也就是說，如果依靠它們本身，則大直徑孔將在拋光過程中吸納過多散熱，將使拋光襯底表面處的漿體的溫度過冷。相反，在一個實施例中，小直徑模式的封閉單元孔與大直徑模式的封閉單元孔的組合適于在拋光過程中提供熱穩(wěn)定。也就是說，孔徑混合的總體熱沉能力為拋光襯底表面處的漿體提供了合適的溫度。在上文說明的實施例中，孔徑的多模態(tài)直徑分布遍及熱固性聚氨酯材料基本上均勻地分布。在本發(fā)明的另一方面，孔徑的多模態(tài)直徑分布可以不遍及熱固性聚氨酯材料基本上均勻地分布。例如，圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有分級的雙模態(tài)封閉單元孔分布的拋光墊的剖視圖。參照圖7A，用于拋光半導體襯底的拋光墊700包括均質(zhì)拋光主體701。均質(zhì)拋光主體701由熱固性聚氨酯材料組成，其中多個封閉單元孔702設置在均質(zhì)拋光主體701中。多個封閉單元孔702具有分級多模態(tài)直徑分布。在一實施例中，分級多模態(tài)直徑分布是包括小直徑模式704和大直徑模式706的分級雙模態(tài)直徑分布，如圖7A所示。均質(zhì)拋光主體701還包括第一有槽表面770和與第一有槽表面770相對的第二平坦表面775。多模態(tài)直徑分布以從第一有槽表面770至第二平坦表面775的梯度(780 — 790)遍及熱固性聚氨酯材料分級。圖7B針對拋光墊700中的孔徑分布的在區(qū)域780附近的第一部分示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖700B，而圖7C針對根據(jù)本發(fā)明一實施例的拋光墊700中的孔徑分布的在區(qū)域790附近的第二部分示出了根據(jù)孔徑的布居數(shù)曲線圖700C。參照圖7B，第一小直徑模式705在第一有槽表面770附近是占優(yōu)勢的。參照圖7C，第二大直徑模式706在第二平坦表面775附近是占優(yōu)勢的。結(jié)合圖7A-7C所述的分級孔布置結(jié)構(gòu)可用來便于墊700的一部分在用于拋光過程中前需要進行去除或粗糙化處理的修整過程。例如，圖8A和SB示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有分級雙模態(tài)封閉單元孔徑分布的拋光墊的各種修整操作的剖視圖。參照圖8A，拋光墊800包括由熱固性聚氨酯材料組成的均質(zhì)拋光主體，其中多個封閉單元孔設置在均質(zhì)拋光主體中。多個封閉單元孔具有分級多模態(tài)直徑分布。參照圖8B，拋光墊800被修整成呈現(xiàn)分級雙模態(tài)封閉單元孔802分布。例如，在一個實施例中，拋光墊800的頂面804被修整成提供粗糙化表面806，其中一些封閉單元孔802與表面806相通。在一具體實施例中，通過使用金剛石梢端去除一部分拋光墊804來修整表面800。在一實施例中，修整僅基本上露出分級雙模態(tài)孔徑分布的小直徑孔812，如圖8B所示。接著，在拋光墊800的整個使用期間，分級雙模態(tài)孔徑分布的大直徑孔810將最終開放。在一實施例中，這種分級布置結(jié)構(gòu)可供用于較容易的切割或修整操作，以將拋光墊800的表面準備用于拋光襯底。在深入拋光墊800進行切割或修整操作之后，較大的孔提供了在拋光過程中保持更多漿體的機會。增加的漿體保持可在拋光過程中實現(xiàn)在拋光墊上使用降低的漿體流速。在本發(fā)明的另一實施例中，具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊還包括設置在拋光墊的均質(zhì)拋光主體中并與其形成共價鍵的局部透明(LAT)區(qū)域。在又一實施例中，具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊還包括供例如渦電流檢測系統(tǒng)使用的檢測區(qū)域。轉(zhuǎn)讓給NexPlanarCorporation的、2010年9月30日提交的美國專利申請12/895，465中描述了合適的LAT區(qū)域和渦電流檢測區(qū)域的示例。在本發(fā)明的另一方面，具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊可在模制過程中制作。例如，圖9A-9G示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于制作拋光墊的操作的剖視圖。參照圖9A，提供了成型模900。參照圖9B，使預聚物902和固化劑904混合以在成型模900中形成混合物906，如圖9C所示。在一實施例中，使預聚物902和固化劑904混合包括分別使異氰酸酯(isocyanate)和芳香族二胺(aromatic diamine)化合物混合。在一個實施例中，該混合還包括向預聚物902和固化劑904添加濁化潤滑劑以最終能提供不透明的模制均質(zhì)拋光主體。在一具體實施例中，濁化潤滑劑是諸如但不限于以下材料的材料:氮化硼、氟化鈰、石墨、氟化石墨、硫化鑰、硫化鈮、云母、硫化鉭、二硫化鎢或特氟綸。在一實施例中，拋光墊前體混合物906用來最終形成由熱固性、封閉單元聚氨酯材料組成的模制均勻拋光主體。在一個實施例中，拋光墊前體混合物906用來最終形成硬墊并且僅使用單一類型的固化劑。在一實施例中，拋光墊前體混合物906用來最終形成軟墊并且使用主、次固化劑的組合。例如，在一具體實施例中，預聚物包括聚氨酯前體，主固化劑包括芳香族二胺化合物，且次固化劑包括醚鍵。在一特定實施例中，聚氨酯前體是異氰酸酯，主固化劑是芳香族二胺，且次固化劑是諸如但不限于聚丁二醇、氨基-官能化乙二醇或氨基-官能化聚氧丙烯的固化劑。在一實施例中，預聚物、主固化劑和次固化劑具有100份預聚物、85份主固化劑和15份次固化劑的近似摩爾比率。應理解的是，該比率的變化可用來為拋光墊提供不同的硬度值，或基于預聚物以及第一和第二固化劑的特定性質(zhì)。參照圖9D，成型模900的蓋908下降到混合物906中。在一實施例中，多個槽910形成在蓋908中。多個槽用來在形成在成型模900中的拋光墊的拋光表面中壓印槽圖案。應理解的是，本文中所述的描述降下成型模的蓋的實施例僅需實現(xiàn)成型模的蓋和基部的合攏。也就是說，在一些實施例中，成型模的基部朝成型模的蓋上升，而在另一些實施例中，成型模的蓋在基部朝蓋上升的同時朝成型模的基部降下。參照圖9E，混合物900固化以在成型模900中提供模制的均勻拋光主體912?；旌衔?00在壓力下加熱(例如，在蓋908就位的情況下)以提供模制的均質(zhì)拋光主體912。在一實施例中，成型模900中的加熱包括在存在蓋908的情況下至少部分地固化，蓋908將混合物906在200-260華氏度的范圍內(nèi)的溫度和在每平方英寸2_12磅的范圍內(nèi)的壓力下封閉在成型模900中。參照圖9F和9G，拋光墊(或在需要進一步的固化的情況下拋光墊前體)與蓋908分離并從成型模900被移除，以提供分散的模制均質(zhì)拋光主體912。應注意的是，通過加熱的進一步固化可能是理想的并且可通過將拋光墊置于爐中并加熱來執(zhí)行。因此，在一個實施例中，使混合物906固化包括首先在成型模900固化且接著在爐中進一步固化。無論哪種方式，最終都提供了拋光墊，其中拋光墊的模制均質(zhì)拋光墊912具有拋光表面914和背面916。模制均質(zhì)拋光主體912由熱固性聚氨酯材料918和設置在熱固性聚氨酯材料918中的多個封閉單元孔920組成。多個封閉單元孔920具有多模態(tài)直徑分布，如上文例如結(jié)合圖 2A、3A、4A、5A 和 7A 所述。在一實施例中，再參照圖9B，該混合還包括向預聚物902和固化劑904添加大量致孔劑922以提供封閉單元孔920。因此，在一個實施例中，每一個封閉單元孔都具有物理殼體。在另一實施例中，再參照圖9B，該混合還包括向預聚物902和固化劑904中或向由它們形成的產(chǎn)品中注入氣體924，以提供封閉單元孔920。因此，在一個實施例中，每一個封閉單元孔都不具有物理殼體。在一組合實施例中，該混合還包括向預聚物902和固化劑904提供大量致孔劑922，以提供第一部分的封閉單元孔920，該第一部分封閉單元孔中的每一者都具有物理殼體，并且還向預聚物902和固化劑904中或向由它們形成的產(chǎn)品中注入氣體924，以提供第二部分的封閉單元孔920，該第二部分封閉單元孔中的每一者都不具有物理殼體。在又一實施例中，預聚物902是異氰酸酯且該混合還包括向預聚物902和固化劑904添加水(H2O)以提供其中每一者都不具有物理殼體的封閉單元孔920。在一實施例中，使混合物906固化包括遍及熱固性聚氨酯材料918基本上均勻地分布封閉單元孔920的多模態(tài)直徑分布。然而，在一備選實施例中，模制的均質(zhì)拋光主體918還包括第一有槽的表面和與第一表面相對的第二平坦表面，并且使混合物900固化包括遍及熱固性聚氨酯材料以從第一有槽表面至第二平坦表面的梯度使封閉單元孔920的多模態(tài)直徑分布分級。在一個這樣的實施例中，分級的多模態(tài)直徑分布是包括第一有槽表面附近的小直徑模式和第二平坦表面附近的大直徑模式的雙模態(tài)直徑分布。本文中描述的拋光墊可適合于供各種化學機械拋光設備使用。作為示例，圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的與具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊兼容的拋光設備的等軸側(cè)視圖。參照圖10，拋光設備1000包括壓板1004。壓板1004的頂面1002可用來支承具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊。壓板1004可構(gòu)造成提供主軸旋轉(zhuǎn)1006和滑塊振動/振蕩1008。樣品托架1010用來在使用拋光墊對半導體晶片進行拋光的過程中將例如半導體晶片1011保持在適當位置。樣品托架1010還由懸掛機構(gòu)1012支承。包括漿體給料1014以用于在半導體晶片的拋光前和拋光過程中向拋光墊的表面提供漿體。還可設置修整單元1090，并且在一個實施例中，該修正單元1090包括用于修正拋光墊的金剛石梢端，如結(jié)合圖6B和8B所述。因此，已公開具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊。根據(jù)本發(fā)明一實施例，用于拋光半導體襯底的拋光墊包括均質(zhì)拋光主體。該均質(zhì)拋光主體包括熱固性聚氨酯材料。該均質(zhì)拋光主體還包括設置在熱固性聚氨酯材料中并具有多模態(tài)直徑分布的多個封閉單元孔。在一個實施例中，各封閉單7Π孔由物理殼體組成。在一個實施例中，多模態(tài)直徑分布是具有第一小直徑模式和第二大直徑模式的雙模態(tài)直徑分布。在一個實施例中，均質(zhì)拋光主體是模制的均質(zhì)拋光主體。
權利要求
1.一種用于拋光半導體襯底的拋光墊，所述拋光墊包括: 均質(zhì)拋光主體，所述均質(zhì)拋光主體包括: 熱固性聚氨酯材料；以及 設置在所述熱固性聚氨酯材料中的多個封閉單元孔，所述多個封閉單元孔具有多模態(tài)直徑分布。
2.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊，其中，所述封閉單元孔中的每一者都包括物理殼體。
3.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊，其中，所述多模態(tài)直徑分布是包括小直徑模式和大直徑模式的雙模態(tài)直徑分布。
4.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的最大居群的直徑值約為所述小直徑模式的最大居群的直徑值的兩倍。
5.根據(jù)權利要求4所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的最大居群的直徑值約為40微米，且所述小直徑模式的最大居群的直徑值約為20微米。
6.根據(jù)權利要求4所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的最大居群的直徑值約為80微米，且所述小直徑模式的最大居群的直徑值約為40微米。
7.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的最大居群的直徑值約為所述小直徑模式的最大居群的直徑值的四倍。
8.根據(jù)權利要求7所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的最大居群的直徑值約為80微米，且所述小直徑模式的最大居群的直徑值約為20微米。
9.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述小直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑適于為所述拋光墊的拋光表面提供高度均勻的拋光漿體分布，并且所述大直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑適于提供用于儲存供所述小直徑模式的封閉單元孔使用的拋光衆(zhòng)體的儲器。
10.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述小直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑適于為所述拋光墊的拋光表面提供高度均勻的拋光漿體分布，并且所述大直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑適于提供用于在所述拋光墊的修整過程中接納金剛石梢端的位置。
11.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述小直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑在拋光過程中提供不充分的熱沉，所述大直徑模式的封閉單元孔的最大居群的直徑適于在拋光過程中提供過度熱沉，并且所述小直徑模式的封閉單元孔和所述大直徑模式的封閉單元孔的組合適于在所述拋光過程中提供熱穩(wěn)定。
12.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的居群與所述小直徑模式的居群重疊。
13.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的居群與所述小直徑模式的居群基本不重疊。
14.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的總布居數(shù)不等于所述小直徑模式的總布居數(shù)。
15.根據(jù)權利要求3所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的總布居數(shù)大致等于所述小直徑模式的總布居數(shù)。
16.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊，其中，所述多模態(tài)直徑分布是包括小直徑模式、中等直徑模式和大直徑模式的三模態(tài)直徑分布。
17.根據(jù)權利要求16所述的拋光墊，其中，所述大直徑模式的最大居群的直徑值是約80微米，所述中等直徑模式的最大居群的直徑值是約40微米，且所述小直徑模式的最大居群的直徑值是約20微米。
18.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊，其中，所述多模態(tài)直徑分布在整個所述熱固性聚氨酯材料中基本上均勻地分布。
19.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊,其中,所述均質(zhì)拋光主體還包括: 第一有槽表面；以及 與第一表面相對的第二平坦表面，其中，在整個所述熱固性聚氨酯材料中所述多模態(tài)直徑分布以從所述第一有槽表面至所述第二平坦表面的梯度分級。
20.根據(jù)權利要求19所述的拋光墊，其中，所述多模態(tài)直徑分布是包括所述第一有槽表面附近的小直徑模式和所述第二平坦表面附近的大直徑模式的雙模態(tài)直徑分布。
21.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊,其中,所述均質(zhì)拋光主體是模制的均質(zhì)拋光主體。
22.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊,其中,所述均質(zhì)拋光主體還包括: 在整個所述均質(zhì)拋光主體中大致均勻地分布的濁化潤滑劑。
23.根據(jù)權利要求1所述的拋光墊，還包括: 設置在所述均質(zhì)拋光主體中并與其共價結(jié)合的局部透明(LAT)區(qū)域。
24.一種制作用于拋光半導體襯底的拋光墊的方法，所述方法包括: 使預聚物與固化劑在成型模中混合以形成混合物；以及 使所述混合物固化以提供包括熱固性聚氨酯材料和設置在所述熱固性聚氨酯材料中的多個封閉單元孔的模制的均質(zhì)拋光主體，所述多個封閉單元孔具有多模態(tài)直徑分布。
25.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述混合還包括向所述預聚物和所述固化劑添加多個致孔劑以提供所述封閉單元孔，其中每一個封閉單元孔都具有物理殼體。
26.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述混合還包括向所述預聚物和所述固化劑中或向由它們形成的產(chǎn)品中注入氣體，以提供所述封閉單元孔，其中每一個封閉單元孔都不具有物理殼體。
27.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述混合還包括向所述預聚物和固化劑提供多個致孔劑，以提供所述封閉單元孔的第一部分，該第一部分中的每一個封閉單元孔都具有物理殼體，并且所述混合還包括向所述預聚物和所述固化劑中或向由它們形成的產(chǎn)品中注入氣體，以提供所述封閉單元孔的第二部分，該第二部分中的每一個封閉單元孔都不具有物理殼體。
28.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述預聚物是異氰酸酯，且所述混合還包括向所述預聚物和所述固化劑添加水以提供其中每一者都不具有物理殼體的封閉單元孔。
29.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，使所述混合物固化包括使所述多模態(tài)直徑分布在整個所述熱固性聚氨酯材料中基本上均勻地分布。
30.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述模制的均質(zhì)拋光主體還包括第一有槽的表面和與第一表面相對的第二平坦表面，并且使所述混合物固化包括在整個所述熱固性聚氨酯材料中以從所述第一有槽表面至所述第二平坦表面的梯度使所述多模態(tài)直徑分布分級。
31.根據(jù)權利要求30所述的方法,其中，所述多模態(tài)直徑分布是包括所述第一有槽表面附近的小直徑模式和所述第二平坦表面附近的大直徑模式的雙模態(tài)直徑分布。
32.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，使所述預聚物和所述固化劑混合包括分別使異氰酸酯和芳香族二胺化合物混合。
33.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述混合還包括向所述預聚物和所述固化劑添加濁化潤滑劑以提供不透明的模制均質(zhì)拋光主體。
34.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，使所述混合物固化包括首先在所述成型模中部分地固化、然后在爐 中進一步 固化。
全文摘要
本發(fā)明描述了具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊。還描述了制作具有多模態(tài)孔徑分布的拋光墊的方法。在一示例中，一種用于拋光半導體襯底的拋光墊包括均質(zhì)拋光主體。該均質(zhì)拋光主體包括熱固性聚氨酯材料和設置在熱固性聚氨酯材料中的多個封閉單元孔。多個封閉單元孔具有多模態(tài)直徑分布。
文檔編號B24B37/26GK103153540SQ201180049789
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者P·黃, D·斯科特, J·P·拉卡斯, W·C·阿里森 申請人:內(nèi)克斯普拉納公司