专利名称：用于化学机械抛光的弹性抛光垫板的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于衬底化学机械抛光的抛光垫板，且具体地，涉及弹性，叠层抛光垫板及其制造方法。
背景技术：
在集成电路和其它电子器件的制造中，需要在半导体晶片的表面上沉积或从其上除去多个导电，半导电，和电介质材料层。可以通过许多沉积技术来沉积导电，半导电，和电介质材料的薄层。在现代加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)，也称为溅射，化学气相沉积(CVD)，等离子增强化学气相沉积(PECVD)，和电化学电镀(ECP)。
当依次沉积或去除材料层时，晶片最上面的表面会变得不平坦。由于随后的半导体加工(如镀覆金属)要求该晶片具有平坦的表面，因此需要对晶片进行平坦化处理。平坦化用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团块材料，晶格损伤，划痕，和污染层或材料。
化学机械平坦化，或化学机械抛光(CMP)是用于对衬底如半导体晶片进行平坦化的常用技术。在传统的CMP中，将晶片安置在托架装置上并与CMP设备中的抛光垫板接触。该托架装置可以向晶片提供可控的压力，从而将其压在抛光垫板上。可以通过外部驱动力该垫板相对于晶片任意移动(例如旋转)。与此同时，使化学组合物或其它流体介质(“浆料”)流到抛光垫板上以及晶片和抛光垫板之间的空隙中。由此通过垫板表面和浆料的化学和机械作用将晶片表面抛光并使其平坦化。
Rutherford等人在美国专利6,007,407中公开了通过将两种不同材料叠层形成的用于进行CMP的抛光垫板。该典型的两层抛光垫板包括由材料例如聚氨酯形成的上抛光层，该上抛光层适于在抛光液(如浆料)的存在下对衬底的表面进行抛光。该上抛光层与由适于支撑该抛光层的材料形成的较低层或“下垫板”接触。该下垫板典型具有比抛光层更高的可压缩性和更低的刚度从而基本上起到该抛光层的“支撑垫”的作用。通常，这两个层是通过压敏胶粘剂(“PSA”)粘合的。然而，PSA具有相对低的粘合强度和极弱的(marginal)化学抵抗性。因此，利用PSA的叠层抛光垫板倾向于使下垫板从上抛光层上分离(“分层”)，或反过来，在抛光过程中，会造成垫板失效并阻碍抛光过程。
此外，某些用于进行CMP的抛光垫板在其中形成有窗口。这些窗口允许来自原位端点探测系统的光线到达被抛光的晶片以便监视抛光过程。需要使垫板窗口与垫板牢固地粘合，否则它们也会从下垫板和/或抛光层上脱离并损坏，从而使该垫板和窗口失效。
因此，需要可用于化学机械抛光的抛光垫板，其中包括具有窗口的抛光垫板，该垫板可抵抗分层且成本低廉(costeffective)便于制造。
发明内容
公开了用于化学机械抛光的弹性，叠层抛光垫板。该抛光垫板包括通过热熔型胶粘剂粘合的基层和抛光层。本发明的热熔型胶粘剂可以在305mm/min下提供至少大于40牛顿的抛光垫板T剥离强度，减少垫板的分层。
一方面，本发明提供了用于化学机械抛光的叠层抛光垫板，该抛光垫板包括基层；覆盖在基层上的抛光层；和介于基层和抛光层之间的热熔型胶粘剂层，该胶粘剂层可将基层粘合至抛光层，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
第二方面，本发明提供了用于化学机械抛光的叠层抛光垫板，该抛光垫板包括具有第一个开口的基层；覆盖在基层上的抛光层，该抛光层具有比第一个开口更大的第二个开口；在第二个开口中形成的窗口；和介于基层，抛光层和窗口之间的热熔型胶粘剂层，该胶粘剂层可将基层粘合至抛光层和窗口，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
第三方面，本发明提供了用于化学机械抛光的叠层抛光垫板，该抛光垫板包括具有第一个开口的聚合物浸渍毡片基层；覆盖在基层上的填充聚合物片抛光层，该抛光层具有比第一个开口更大的第二个开口；在第二个开口中形成的窗口；和介于基层，抛光层和窗口之间的热熔型胶粘剂层，该胶粘剂层可将基层粘合至抛光层和窗口，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
第四方面，本发明提供了用于化学机械抛光的叠层抛光垫板的形成方法，该方法包括提供基层；提供抛光层；在基层或抛光层上沉积热熔型胶粘剂；在该热熔型胶粘剂固化之前，将该热熔型胶粘剂置于基层和抛光层之间；和使热熔型胶粘剂固化以便将基层粘合至抛光层，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
第五方面，本发明提供了用于化学机械抛光的叠层抛光垫板的形成方法，该方法包括提供具有第一个开口的基层；提供具有第二个开口的抛光层，该第二开口比第一个开口更大；在基层上沉积热熔型胶粘剂；在该热熔型胶粘剂固化之前，将该热熔型胶粘剂置于基层和抛光层之间；在该热熔型胶粘剂固化之前，在第二个开口中以及该热熔型胶粘剂上提供窗口；和使热熔型胶粘剂固化以便将基层粘合至抛光层和窗口，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
图1显示了本发明的叠层抛光垫板的实施方案的横截面视图；图2显示了本发明的叠层抛光垫板的T剥离强度的分析；和图3显示了本发明的叠层抛光垫板的另一个实施方案的横截面视图；具体实施方式
现在参照附图，图1显示了抛光垫板10，该垫板包括具有上表面13的基层12，和具有底表面15和上抛光表面16的上抛光层14。基层12可以由例如聚合物浸渍毡片(例如Rodel，Inc.ofNewark，DE生产的Suba IVTM)或填充聚合物薄片。此外，在示例实施方案中，上抛光层14可以由聚合物浸渍毡片，微孔材料(poromerics)，填充聚合物薄片(例如Rodel，Inc.of Newark，DE生产的IC1000TM)，或未填充编织(textured)聚合物制成。
抛光垫板10同时包括将基层12粘结至抛光层14的热熔型胶粘剂层20。在示例实施方案中，热熔型胶粘剂层20是廉价且易于得到的热塑性或热固性材料。具体地，胶粘剂层20是选自下列热熔型胶粘剂的材料聚烯烃，乙烯醋酸乙烯酯，聚酰胺，聚酯，聚氨酯，聚氯乙烯和环氧树脂。在示例实施方案中，热熔型胶粘剂层20具有约2.54×10-4cm至约6.35×10-2cm(0.1mils至25mils)范围的厚度。
可以通过将热熔型胶粘剂层20施加到上表面13或底表面15来形成抛光垫板10。例如，可以将辊式涂覆机装入热熔型胶粘剂20然后使基层12或者抛光层14通过该涂覆机，由此将热熔型胶粘剂20沉积在底表面15或上表面13上。热熔型胶粘剂20的涂覆是在不会破坏基层12或抛光层14的温度下进行的。例如，在约50℃至约150℃下涂覆胶粘剂20。然后在热熔型胶粘剂20固化之前，将基层12和抛光垫板层14重叠并压在一起。优选地，该热熔型胶粘剂是可以在约10秒钟至约3分钟内凝固(固化)的胶粘剂以便获得基层12和抛光层14之间的快速粘合。将这个时间段称为胶粘剂的“晾置时间”(open time)。需要注意的是，胶粘剂的“晾置时间”可以是相当长的，例如约1小时至3天，这取决于所使用的胶粘剂。在任何情况下，胶粘剂20可提供比传统的压敏胶粘剂强的多的粘合(下面进一步进行讨论)。
现在参照图2，其中显示了具有热熔型胶粘剂的本发明的抛光垫板和具有PSA的传统抛光垫板的T剥离强度单向分析的比较，该强度是在305mm/min的速率下测得并以牛顿数表示。用于本实施例的热熔型胶粘剂是购自Rohm and Haas的Mor-MeltTMR-5003。按照ASTM D1876描述的方法进行T剥离测试。如图2所示，利用本发明的热熔型胶粘剂20的抛光垫板的T剥离强度在305mm/min下是约68牛顿至约100牛顿。相比之下，利用常规PSA的传统抛光垫板的T剥离强度在305mm/min下仅为25牛顿至40牛顿。换言之，利用本发明的热熔型胶粘剂20的抛光垫板10，其基层12和抛光层14之间的结合的T剥离强度在305mm/min至少大于40牛顿。
优选地，形成抛光垫板10时使用热熔型胶粘剂层20可提供比按常规使用压敏胶粘剂形成的现有技术的抛光垫板具有更好弹性的抛光垫板。特别地，垫板10对与抛光过程相关的化学和机械作用具有更好的弹性，并在305mm/min下具有至少大于40牛顿的基层12和抛光层14之间结合的T剥离强度。
现在参照图3，其中显示了本发明的另一个实施方案，其中包括置于抛光层14的开口24中的一个透明窗口18。该透明窗口18由透光材料制成以便当使用抛光垫板30对工件进行抛光时，允许来自已知的光学设备或仪器(未示出)的光线透过抛光垫板30。
开口24从上抛光表面16延伸至底表面15贯穿抛光层14的厚度，而透明窗口18在该厚度范围内位于开口24中。开口24与开口22同轴并位于其上，而开口22贯穿基层12的厚度。开口22相比开口24宽度较窄。开口22周边的基层12形成环形边缘26，该台阶可充当透明窗口18的基座。
基层12可以由聚合物浸渍毡片(例如Rodel，Inc.of Newark，DE生产的Suba IVTM)或填充聚合物薄片制成。此外，在示例实施方案中，上抛光层14可以由聚合物浸渍毡片，微孔材料，填充聚合物薄片(例如Rodel，Inc.of Newark，DE生产的IC1000TM)，或未填充编织聚合物制成。
抛光垫板30还包含热熔型胶粘剂层20，该胶粘剂层将抛光层14和窗口18粘结至基层12。优选地，胶粘剂20形成与窗口18的粘结密封。该粘结密封可抵抗胶粘剂20和窗口18之间的界面上的抛光介质的润湿，从而防止由于抛光介质进入开口22造成的污染。需要注意的是，窗口18和抛光层14之间所显示的间隔和空隙只是为了说明。实际上，窗口18是基本平齐嵌入于开口24中，由此限制抛光介质进入开口22造成污染。在这点上，胶粘剂20可提供额外的保护以免污染。此外，虽然是因为端点探测的目的关于透明窗口18对本发明的实施方案进行描述，抛光垫板14的整体也可以是透光的从而起到相同的作用。
热熔型胶粘剂层20是热塑性或热固性材料。特别地，胶粘剂层20是选自下列热熔型胶粘剂的材料聚烯烃，乙烯醋酸乙烯酯，聚酰胺，聚酯，聚氨酯，聚氯乙烯和环氧树脂。在示例实施方案中，热熔型胶粘剂层20具有约2.54×10-4cm至6.35×10-2cm(0.1mils至25mils)范围的厚度。
可以通过将热熔型胶粘剂层20施加到上表面13来形成抛光垫板30。热熔型胶粘剂20的涂覆是在不会破坏基层12或抛光层14的温度下进行的。例如，在约50℃至约150℃下涂覆胶粘剂20。然后在热熔型胶粘剂20固化之前，将基层12和抛光垫板层14重叠并压在一起。此外，在示例实施方案中，该热熔型胶粘剂可以在约10秒钟至约3分钟内凝固(固化)以便获得基层12和抛光层14之间的快速粘合。此外，例如将窗口18安装到抛光垫板层14的开口24中并在胶粘剂固化前将其粘着到胶粘剂20上。需要注意的是，如上所述，根据所用的具体胶粘剂，胶粘剂的“晾置时间”可以从几分钟持续到几天。尽管如此，抛光垫板30的基层12和抛光垫板层14之间的结合在305mm/min下具有至少大于40牛顿的T剥离强度。
优选地，在形成抛光垫板30时，热熔型胶粘剂层20的使用可提供比使用压敏胶粘剂按常规形成的现有技术的垫板弹性更大的抛光垫板。特别地，垫板30对与抛光过程相关的化学和机械作用具有更大的弹性，而且基层12和抛光层14之间的结合在305mm/min下具有至少大于40牛顿的T剥离强度。
权利要求
1.用于化学机械抛光的叠层抛光垫板，该抛光垫板包括基层；覆盖在基层上的抛光层；和介于基层和抛光层之间的热熔型胶粘剂层，该胶粘剂层可使基层粘合至抛光层，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
2.权利要求1的抛光垫板，其中所述粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于68牛顿。
3.权利要求1的抛光垫板，其中该基层选自聚合物浸渍毡片或填充聚合物薄片。
4.权利要求1的抛光垫板，其中该抛光层选自聚合物浸渍毡片，微孔材料，填充聚合物薄片，和未填充编织聚合物。
5.权利要求1的抛光垫板，其中该热熔型胶粘剂选自聚烯烃，乙烯醋酸乙烯酯，聚酰胺，聚酯，聚氨酯，聚氯乙烯和环氧树脂。
6.权利要求1的抛光垫板，其中该热熔型胶粘剂层具有2.54×10-4cm至6.35×10-2cm范围的厚度。
7.用于化学机械抛光的叠层抛光垫板，该抛光垫板包括具有第一个开口的基层；覆盖在基层上的抛光层，该抛光层具有比第一个开口更大的第二个开口；在第二个开口中形成的窗口；和介于基层，抛光层和窗口之间的热熔型胶粘剂层，该胶粘剂层可将基层粘合至抛光层和窗口，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
8.用于化学机械抛光的叠层抛光垫板，该抛光垫板包括具有第一个开口的聚合物浸渍毡片基层；覆盖在基层上的填充聚合物薄片抛光层，该抛光层具有比第一个开口更大的第二个开口；在第二个开口中形成的窗口；和介于基层，抛光层和窗口之间的热熔型胶粘剂层，该胶粘剂层可将基层粘合至抛光层和窗口，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
9.用于化学机械抛光的叠层抛光垫板的形成方法，该方法包括提供基层；提供抛光层；在基层或抛光层上沉积热熔型胶粘剂；在该热熔型胶粘剂固化之前，将该热熔型胶粘剂置于基层和抛光层之间；和使热熔型胶粘剂固化以便将基层粘合至抛光层，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
10.用于化学机械抛光的叠层抛光垫板的形成方法，该方法包括提供具有第一个开口的基层；提供具有第二个开口的抛光层，该第二开口比第一个开口更大；在基层上沉积热熔型胶粘剂；在该热熔型胶粘剂固化之前，将该热熔型胶粘剂置于基层和抛光层之间；在热熔型胶粘剂固化之前，在第二个开口中以及该热熔型胶粘剂上提供窗口；和使热熔型胶粘剂固化以便将基层粘合至抛光层和窗口，其中该粘合的T剥离强度在305mm/min下至少大于40牛顿。
全文摘要
公开了用于化学机械抛光的弹性，叠层抛光垫板。该抛光垫板包括通过热熔型胶粘剂粘合的基层和抛光层。本发明的热熔型胶粘剂可以在305mm/min下提供至少大于40牛顿的抛光垫板T
文档编号B24B37/04GK1606133SQ20041001182
公开日2005年4月13日 申请日期2004年9月22日 优先权日2003年9月26日
发明者J·V·H·罗伯茨, L·S·维西尔 申请人:Cmp罗姆和哈斯电子材料控股公司