包含磁性感应粒子的抛光垫及其使用方法

专利名称：包含磁性感应粒子的抛光垫及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于化学-机械抛光的抛光垫。
背景技术：
化学-机械抛光("CMP")过程用于制造微电子装置以在半导体晶片、集成 电路、场发射显示器及许多其他微电子基板上形成平坦表面。举例而言，半 导体装置的制造一般包括形成各种工艺层、对这些层的部分进行选择性移除 或图案化、及在半导体基板表面上方沉积额外的工艺层以形成集成电路。举 例来说，这些工艺层可包括绝缘层、栅极氧化层、导电层、及金属或玻璃的 层等。在该过程的某些步骤中一般要求工艺层的最上部表面为平面的，即平 坦的，以用于沉积后续的层。CMP用于工艺层的平坦化，其中诸如传导或 绝缘材料的沉积材料经抛光以使晶片平面化而用于后续的处理步骤。
在典型CMP过程中，晶片倒置安装于CMP工具的载体上。通过力，将 该载体及该晶片朝着抛光垫向下推动。将载体及晶片在位于该CMP工具的 抛光台上的旋转抛光垫上方旋转。抛光组合物(也称作抛光浆液)一般在抛光 过程期间加入至旋转晶片与旋转抛光垫之间。该抛光组合物通常含有与最上 部晶片层的部分相互作用或溶解最上部晶片层的部分的化学物质，以及物理 上移除这(或这些)层的部分的研磨材料。晶片及抛光垫可以相同方向或相 反方向旋转，为了进行特定抛光过程，无论哪一种旋转方式均是需要的。该 载体还可横跨抛光台上的抛光垫而振荡。
包括聚合物浸渍织物、微孔薄膜、多孔聚合物发泡体、无孔聚合物薄片、及 烧结热塑性粒子。含有浸渍于聚酯非编织织物中的聚氨酯树脂的衬垫为聚合 物浸渍织物抛光垫的例示。
尽管注意力已针对用于CMP的抛光垫的改良，但在CMP过程中该抛光 垫通常为固定元件。也就是说， 一旦抛光垫选定并投入使用，则在化学-机 械抛光操作过程期间抛光垫的物理特征不可改变。然而，当表面经抛光并接近于平面度时，所抛光的基板的表面特征经历改变。因此，在抛光操作期间 仍需要可控制抛光垫特征的抛光垫、抛光系统及抛光方法。
本发明提供这种抛光垫、系统及方法。由本文提供的本发明的描述，将

发明内容
本发明提供一种包含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应粒子
(magnetically sensitive particle)的抛光垫，其中当存在夕卜力口；兹场时，该抛光垫 的一种或多种性质会改变。本发明还提供一种抛光系统，其包含(a)抛光垫和 (b)强度可调整的磁场，其中，该抛光垫包含可变形抛光垫主体及分散于其中 的磁性感应粒子，其中当存在外加磁场时，该抛光垫的一种或多种性质会改 变，且该强度可调整的磁场设置在接近于该抛光垫的位置处。本发明进一步 提供一种抛光基板的方法，其包括(a)提供抛光垫，该抛光垫包含可变形抛光 垫主体及分散于其中的;兹性感应粒子，其中当存在外加》兹场时，该抛光垫的 一种或多种性质会改变，(b)将该抛光垫与基板接触，(c)向该抛光垫施加J兹场， 及(d)相对于该基板移动该抛光垫，从而抛光该基板。
具体实施例方式
本发明提供抛光垫，其包含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应 粒子，其中当存在外加磁场时，抛光垫的一种或多种性质会改变。当将磁场 施加至本发明的抛光垫时，可变形抛光垫主体内含有的》兹性感应粒子受该f兹 场排斥或吸引，并对该可变形抛光垫主体施加力。该力引起抛光垫主体变形 (例如，以一个或多个维度延伸或收缩)，其改变包含可变形抛光垫主体的抛 光垫的一种或多种性质。因此，本发明的抛光垫允许使用者在使用期间通过 施加磁场至抛光垫而定制抛光垫的性质。
在本文中，术语"外加磁场"指的是除任何天然磁场(例如，地球磁场)之 外，施加至本发明的抛光垫的^f兹场，其可存在于使用抛光垫的特定位置。在 本文中，术语"磁性感应粒子"指的是受外加磁场吸引或排斥的任何粒子。
磁性感应粒子可包含无机粒子、有机粒子，或无机与有机粒子的混合物。 无机磁性感应粒子在本领域中是公知的，且包括Fe304、 Nd-Fe-B、 Ba-Sr铁 氧体、Ni-Zn-Cu铁氧体、SmCos、 Sm2Co17、铁、钢及其混合物。依照本发明使用的有机(或金属-有机)磁性感应粒子包括编者为P. Day及A. F. Underhill (The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1999)的"Metal-Organic and Organic Molecular Magnets", 及编者为 Lahcene Ouahab及Eduard Yagubskii (KluwerAcademic Publishers , 2004)的 "Organic Conductors, Superconductors and Magnets: From Synthesis to Molecular Electronics"中所描 述的那些粒子。优选地，有机或金属-有机粒子选自V[四氰乙烯]j、 V[Cr(CN)] 。.9、 &(四氰乙烯)2、 KV[Cr(CN)6]、及C-60富勒烯，其中任何一V[Cr(CN)]~。.9'2.8H20、 KV[Cr(CN)6]'2 H20、及类似物)。
虽然磁性感应粒子无需任何特定处理即可使用，但在某些情况下，例如， 可能需要涂覆该粒子以改良可变形抛光垫的材料中磁性感应粒子的分散性 或粘着性。可使用任何合适涂层，条件是该涂层基本上不会干扰或消除粒子 的》兹感应性(magnetic sensitivity)。有用的涂层包括聚合物涂层，诸如包含聚 氨酯、尼龙、聚乙烯、或任何其他赋予粒子所需性质的聚合物的涂层。
可变形抛光垫主体可包含任何合适数量的》兹性感应粒子。i兹性感应粒子 的数量将影响可变形抛光垫主体回应外加磁场的程度。增加磁性感应粒子的 数量通常会增加可变形抛光垫主体在外加》兹场存在下变形的程度，且因此增 加抛光垫性质改变的程度。减少磁性感应粒子的数量一般具有相反的效果。 本发明的抛光垫可包含O.l重量％或更多(例如，5重量％或更多、或10重量 %或更多)的,兹性感应粒子，诸如20重量°/。或更多(例如，30重量％或更多)、 或40重量％或更多(例如，60重量％或更多)的^兹性感应粒子。通常，本发明 的抛光垫包含60重量％或更少的磁性感应粒子，且可包含40重量％或更少， 诸如20重量％或更少(例如，10重量％或更少、或5重量％或更少)的》兹性感 应粒子。
磁性感应粒子可具有任何合适的平均粒径。在本文中，术语"平均粒径" 指的是基于数字的平均直径。通常，磁性感应粒子具有5|am或更小的平均 粒径，诸如3iam或更小，或甚至lnm或更小。^磁性感应粒子的平均粒径一 般在0.1至5jam的范围内，诸如0.3至3ium，或甚至0.5至l[im。磁性感应 粒子可具有任何合适形状，包括球形、长方体、立方体、薄片、针形、及其 混合物。
包含磁性感应粒子的可变形抛光垫主体可由任何合适材料制得，条件是，相对于无^F兹场存在时的抛光垫的性质，当施加f兹场时的抛光垫的性质能 够发生改变。当然，外加磁场对抛光垫性质的影响不仅取决于抛光垫的材料， 而且取决于抛光垫中存在的磁性感应粒子的浓度及外加磁场强度。因此，所 使用特定材料的选择取决于特定衬垫构型及所需应用。
一般而言，可变形抛光垫主体包含弹性材料，诸如天然或合成弹性聚合 物。合适的聚合物包括弹性体、聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、天然及合成橡胶、苯乙烯类聚合物、聚芳烃(polyaromatics)、氟聚合物、 聚酰亚胺、交联聚氨酯、热固性聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯 酸酯、弹性聚乙烯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物与共混物。
包含可变形抛光垫主体及;兹性感应粒子的抛光垫可具有任何合适的储 能模量。当无外加磁场存在时，抛光垫的储能模量通常为100至1000MPa， 诸如400至900MPa或甚至450至800MPa(例如，500至700MPa)。抛光垫 可经构置以具有较低储能模量，其可适用于某些应用。因此，本发明的抛光 垫可具有350MPa或更少的储能模量(例如，O.lMPa至350MPa,诸如lMPa 至350MPa,或lOMPa至350MPa，或甚至lOOMPa至350MPa)。可根据ASTM D790中报道的方案(protocol)来确定抛光垫的储能模量。
包含可变形抛光垫主体及磁性感应粒子的抛光垫可具有任何合适的可 压缩性。可压缩性一般规定为在给定负载下抛光垫厚度的改变百分比(例如， 在给定负载下抛光垫的厚度与原始抛光垫厚度(无负载)的百分比)。用于确定 抛光垫的可压缩性的优选方法包含(a)确定无任何外加负载时抛光垫的厚度 (Dl)， (b)向抛光垫施加给定负载(例如，32kPa(4.7psi))—分钟以压缩抛光垫， (c)确定该经压缩的抛光垫的厚度(D2)，及(d)根据下列关系确定压缩百分比
压缩百分比(％) = [(D1 - D2)/Dl]x100。
可借助于市售仪器(例如，B.C. Ames Inc.制造的"Ames Meter"型 BG2500-l-04)来确定抛光垫的可压缩性。无外加石兹场存在时，在32kPa负载 下抛光垫的平均压缩百分比一般为2%或更高，诸如4%或更高，或甚至10% 或更高(例如15%或更高，或甚至20%或更高)。可压缩性一般在2%至50% 的范围内，诸如4%至40%、或10%至30%。
包含可变形抛光垫主体及;兹性感应粒子的抛光垫可具有任何合适的回 弹性。回弹性通常表述为回弹能力百分比。确定抛光垫的回弹能力百分比的 优选方法包括(a)确定无任何外加负载时抛光垫的厚度(Dl), (b)向抛光垫施
加给定负载(例如，32kPa(4.7psi))—分钟以压缩抛光垫，(c)确定该经压縮的 抛光垫的厚度(D2)， (d)自抛光垫移除负载及允许抛光垫回弹一分钟，(e)确定 该回弹的抛光垫的厚度(D3),及(f)根据下列关系确定抛光垫的回弹能力百分 比
回弹百分比(％) = [(D3 - D2)/(D1 - D2)]xl00。
与可压缩性相同，抛光垫的回弹百分比可借助于市售仪器来确定，诸如 前述的"Ames Meter"。对于大多数应用，需要抛光垫在无外加^兹场存在下仍 具有高回弹能力百分比。因此，当施加32kPa(4.7psi)负载之后，抛光垫优选 具有50%或更高的回弹能力百分比，诸如60%或更高、或甚至85%或更高。 当然，25%或更高的较低回弹能力百分比(例如，30%或更高、或40%或更高) 可适用于某些应用。
包含可变形抛光垫主体及磁性感应粒子的抛光垫可具有任何合适的硬 度。可根据使用硬度计的肖氏(Shore)方法，例如根据ASTM D-2240-95来量 测硬度。因此，本发明的抛光垫可具有40A至90D的肖氏硬度。 一般地， 无外加;兹场存在下，抛光垫的肖氏硬度为90D或更低，诸如70D或更低、 或甚至50D或更低(其中编号"D"表示肖氏"D"级的硬度)，且在40D至90D 的范围内，诸如50D至80D。对于需要较软抛光垫的应用，本发明的抛光垫 可经构置以具有40A或更高(例如，40A至90A)或60A或更高(例如，60A 至90A)、或甚至70A或更高(例如，70A至90A)的肖氏硬度。
包含可变形抛光垫主体及磁性感应粒子的抛光垫可通过任何合适方法 来制造。许多这类方法在本领域中是已知的。合适的方法包括铸造、切割、 反应注射成型、注射吹塑、压缩成型、烧结、热成型、或将选定材料压成所 需形状。该聚合物通常为预成型聚合物；尽管如此，该聚合物也可根据任何 合适方法原位成型，许多这类方法在本领域中是已知的(例如，参见Szycher's Handbook of Polyurethanes， CRC Press: New York, 1999，第3章)。举例而 言，热塑性聚氨酯可通过氨基甲酸酯预聚物(诸如，异氰酸酯、二异氰酸酯、 及三异氰酸酯预聚物)与含有异氰酸酯反应性部分的预聚物的反应而原位形 成。合适的异氰酸酯反应性部分包括胺类及多元醇。也可使用发泡聚合物， 诸如聚氨酯发泡聚合物，其主要包含开孔或闭孔，或开孔与闭孔的混合物。 现有技术中说明了用于发泡聚合物的技术，其包括mucell方法、相变换方法、 旋节线或双峰式分解方法、及加压气体注入方法。优选地，使用mucell方法或加压气体注入方法制造抛光垫。
包含磁性感应粒子的抛光塾及可变形抛光垫主体可具有任何合适的形 状。通常，抛光垫及可变形抛光垫主体的形状为带状、圓盘或平面多边形立 体形状(例如长方体)，其包含提供前部及后部"表面"的两个宽表面及位于抛 光垫和可变形抛光垫主体周边上的一个或多个边缘表面。当在旋转抛光垫及 可变形抛光垫主体的装置中使用时，抛光垫及可变形抛光垫主体具有垂直于 该"表面"的旋转轴。
可以任何合适方式影响^f兹性感应粒子的分布。举例而言，在将材料形成为所 需形状之前，可通过混合或共混将磁性感应粒子与可变形抛光垫的材料组 合。
感应粒子的均匀分布，或;兹性感应粒子可以非均匀方式分布。举例而言，磁 性感应粒子可集中于可变形抛光垫主体的特定厚度中，诸如在可变形抛光垫 的一个或两个表面处或附近，或在可变形抛光垫主体的厚度中心处。^磁性感 应粒子也可集中于离可变形抛光垫主体的旋转轴的一个或多个距离(distances)处，诸如在可变形抛光垫主体周边处或附近，或接近于旋转轴。 可选"t奪地，7磁性感应粒子可分布于抛光垫的选定区域中。优选地，》兹性感应 粒子以降低抛光期间边缘效应的方式(例如，降低基板边缘以不同于基板其 他部分的速率抛光的趋势)分布于抛光垫中。
当以非均匀方式分布时，磁性感应粒子可分布于独特的集中区域中，或 可沿浓度梯度分布。举例而言，^磁性感应粒子可以在可变形抛光垫主体周边 处以最高浓度存在，其具有朝向旋转轴的逐渐降低的浓度梯度，或反之亦然 (例如，垫中心处浓度最高，且朝向旋转轴浓度逐渐降低)。相同类型的梯度 也可在衬垫的整个厚度方向上建立。举例而言，磁性粒子的浓度在表面处可 最高且朝向中心厚度而降低，或反之亦然。可选择地，磁性粒子的浓度可自 一个表面到相对表面而稳定增加或减少。可变形抛光垫主体中磁性感应粒子 浓度的梯度可为线性的或非线性的。
可变形抛光垫主体中^f兹性感应粒子的非均匀分布可通过任何合适方法 完成。举例而言，不同类型或尺寸的磁性感应粒子的沉降性质可用于在成型 之前建立可变形抛光垫的材料中的浓度梯度。同样，可使用具有不同浓度磁性感应粒子的层或部分来形成可变形抛光垫主体。可选"f奪地，可将》兹性感应 粒子以任何合适图案或梯度嵌入成型的抛光垫表面中，随后在任选施加的压 力下，将可变形抛光垫主体的材料加热至其流动温度，以使粒子结合入该材 料中。对于本领域技术人员来说，用于可变形抛光垫主体中粒子的非均匀分 布的其他方法是易于了解的。
可将本发明的抛光垫构型为顶部衬垫或副衬垫。在许多抛光方法中，顶 部衬垫为实际与正被抛光的基板表面接触的抛光垫。因此，顶部衬垫包含抛 光表面。副衬垫在顶部村垫之下并支撑顶部衬垫。当构型为顶部村垫时，本 发明的抛光垫通常与副衬垫结合使用。可选择地，当构型为顶部衬垫时，本 发明的抛光垫通常与副衬垫结合使用。
顶部衬垫中的任一种或两种可包含^l性感应粒子。4艮据本发明的该方面，可 由单独聚合物薄片的不同层、或由联合或结合在一起的单独聚合物薄片提供 顶部衬垫及副村垫。当由单独聚合物薄片提供顶部衬垫及副衬垫时，期望在 无需使用粘着剂(例如，无需介入的粘着剂层)的情况下使顶部衬垫聚合物薄 片与副衬垫聚合物薄片联合。举例而言，顶部衬垫薄片及副衬垫薄片可通过 焊接(例如超声焊接)、热粘结、辐射活化粘结、层压，或共挤出而接合。可选择地，可由单层聚合物薄片的不同层或部分提供顶部衬垫及副衬垫。举例而言，单层聚合物薄片可经历改变该单层聚合物薄片的一个或两个表面的物 理性质，以提供双层聚合物薄片的过程，其中一个层用作顶部衬垫且另一层 用作副衬垫。举例而言，可使固体聚合物薄片选择性发泡，从而将孔隙度引 入该聚合物薄片的一个表面中，形成具有无需使用粘着剂即可附着至固体层 的多孔层的双层聚合物薄片(例如，双层抛光垫)。这些层中的一层提供顶部 衬垫，且其他层提供副村垫。抛光垫的一层或两层可包含》兹性感应粒子。根 据以上配置的任一种，优选由包含》兹性感应粒子的多孔层提供副村垫。
当构型为顶部衬垫/副衬垫组合、或作为单片抛光垫时，本发明的抛光垫 可进一步包含抛光表面。可由粘着或焊接至可变形抛光垫主体表面的单独材 料层提供该抛光表面，或可由可变形抛光垫主体的表面提供该抛光表面。当 由单独材料层提供抛光表面时，可通过任何合适方法，诸如通过摩擦(例如， 无介入层)、钩环型联锁织物、真空、磁力、各种粘着化合物及胶带、使用 化学物质、热量及/或压力"焊接"这些层、或其他各种方法，将该抛光表面粘 着或焊接至可变形抛光垫主体的表面上。通常，将诸如聚对苯二曱酸乙二醇 酯薄膜的中间村里层设置于抛光层与副衬垫之间。本发明的抛光垫的配置可 视需要而与副衬垫结合使用。
无论由可变形抛光垫主体的表面提供或由单独材料层提供，抛光表面可 包含任何合适材料，诸如前面在关于可变形抛光垫主体的内容中所提及的聚 合物中的任何一种或多种。该材料可相同于或不同于可变形抛光垫主体的材 料。通常，抛光表面包含无孔聚氨酯。
抛光表面可进一步包含凹槽、沟道、和/或穿孔，其有利于抛光组合物在 整个抛光垫表面上的横向输送。这种凹槽、沟道或穿孔可为任何合适图案， 且可具有任何合适的深度及宽度。抛光表面可具有两种或两种以上不同的凹
槽图案，诸如大凹槽与小凹槽的组合，如美国专利第5,489,233号中所述。 合适的凹槽图案的实例包括倾斜凹槽、同心凹槽、螺旋形或圓形凹槽、及 XY交叉影线图案(crosshatch pattern),就连通性来说，其可为连续的或不连 续的。优选地，抛光表面至少包含通过标准衬垫调节方法制造的小凹槽。
抛光表面可不含磁性感应粒子，或可包含任何合适数量的磁性感应粒 子。可用前述关于可变形抛光垫主体的相同方式来配置抛光表面中^f兹性感应 粒子的浓度及分布。在根据本发明的给定抛光垫中，抛光表面中磁性感应粒 子的浓度及分布可相同于或不同于可变形抛光垫主体中磁性感应粒子的浓 度及分布。
当抛光表面包含磁性感应粒子时，该粒子优选经涂覆以防止任何在抛光 期间暴露的粒子刮擦基板的表面。可选择地，用于抛光表面的磁性感应粒子 可由不会刮擦正被抛光的基板表面的材料制得，诸如非研磨性金属-有机或 有机粒子。必须根据正被抛光的基板的特定类型来确定给定类型的非研磨性 粒子是研磨性的还是非研磨性的。磁性感应粒子通常位于抛光垫中，使得其 在抛光期间不会自抛光垫表面凸出。然而，磁性感应粒子可位于抛光垫中， 使得其自表面凸出以便提供研磨性抛光表面。当存在磁场时，自抛光垫表面 凸出的磁性感应粒子起双重作用，即，在抛光垫中提供固定研磨剂及如本文 所述提供抛光垫性质的改变。
本发明的抛光垫可经构置以与原位抛光终点冲佥测系统结合使用。原位终 点检测一般包括，在抛光期间，通过使用光或其他形式的辐射来分析基板的 表面，以便确定抛光过程的终点。期望地，本发明的抛光垫包含开口(port)
或隙孔，其提供光或其他形式的辐射可行进而到达基板表面的路径。可由贯 穿可变形抛光垫主体、抛光表面、副衬垫及抛光垫包含的任何其他层的厚度 而形成的孔提供该开口或隙孔。可选择地，抛光垫可包含对检测技术中使用 的光或其他辐射呈半透明或透明的合适聚合物或其他材料的"窗口"。所使用 的特定类型的开口或隙孔取决于所选择的特定终点检测技术及为达成此目 的而使用的辐射的类型。通过分析自工件表面反射的光或其他辐射而4全验及
监视抛光过程的技术在本领域中是已知的。例如，美国专利第5，196，353号、 美国专利第5,433,651号、美国专利第5,609,511号、美国专利第5,643,046 号、美国专利第5，658，183号、美国专利第5,730,642号、美国专利第5,838,447 号、美国专利第5，872，633号、美国专利第5,893,796号、美国专利第5,949,927 号、及美国专利第5，964，643号中描述这类方法。
在将磁场施加至包含可变形抛光垫主体的抛光垫时，可变形抛光垫主体 (或包含可变形抛光垫主体的抛光垫)的一种或多种性质会改变，期望改变至 足以影响抛光垫的抛光性能的程度。改变的性质可为抛光垫的任何性质，包 括储能模量、可压缩性、回弹性、及硬度。抛光垫的优选配置包括含有磁性 感应粒子的可变形抛光垫主体，其中，该-兹性感应粒子的数量使得当存在1 至1000高斯(例如，5至500高斯、10至250高斯、或50至200高斯)的外 加》兹场时，与不存在外加^f兹场的抛光垫相比，这些性质中的一种或多种将改 变5%或更多(例如，10%或更多)，诸如15%或更多(例如，20%或更多)、或 甚至25%或更多(例如，30%或更多)。
本发明的抛光垫还可包含其他抛光垫元件，诸如加强层、额外的副衬垫、 粘着剂层、衬里材料(backingmaterial),及其他典型组件。
本发明进一步提供一种抛光系统，其包含(a)抛光垫，该抛光垫包含可变 形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应粒子，其中当存在外加磁场时，该抛 光垫的一种或多种性质会改变，及(b)强度可调整的磁场，该磁场设置在接近 于抛光垫的位置处。该抛光系统的抛光垫如以上关于本发明的抛光垫所描 述。
该强度可调整的磁场可由任何合适装置提供，诸如磁体或电磁体。本文 中的术语"强度可调整"涵盖强度可变的磁场(例如，在强度连续区上可变)以 及多重强度的磁场(例如，具有多重固定强度设定)。当强度可调整的磁场由 具有多重固定强度设定的磁场提供时，优选该磁场具有多于两种强度设定(例如，多于"开"及"关"设定)，以获得更大的改变抛光垫性质的适应性。例如, 可通过增加或减少供电量，或通过以较大或较小的程度使抛光垫免受^f兹场的 影响，从而调整场的强度。磁场的强度可调整的特征允许抛光系统的使用者 在使用期间改变磁场强度，从而控制抛光垫的性质。当磁场强度增加时，由 ^磁性感应粒子施加至可变形抛光垫主体上的力增加，且包含可变形抛光垫主 体的抛光垫的性质以较大程度改变。类似地，当磁场强度降低时，抛光垫的 性质以较小程度改变。
强度可调整的磁场设置在接近于抛光塾的位置处。为达成本发明的目 的，若强度可调整的磁场足够接近抛光垫而改变抛光垫的一种或多种性质， 则认为该强度可调整的磁场"接近"于抛光垫。可将强度可调整的磁场定位于 相对于抛光垫的任何合适位置。为达成本发明的目的，认为磁场具有平行于 磁场引力及斥力方向的力线。通常，磁场经定位以使得力线基本上垂直于抛 光垫的抛光表面。可选择地，磁场可经定位以使得力线与抛光垫的抛光表面 成一角度，或甚至基本上平行于抛光垫的抛光表面。同样，磁场源(例如， 磁体或电磁体)可相对于抛光垫及正被抛光的基板而定位，使得基板位于磁 场源与抛光垫之间，或，优选地，使得抛光垫位于;兹场源与基板之间。
强度可调整的磁场应能够提供足够的磁力以改变抛光垫的一种或多种 性质。为达成此目的所需的力的大小取决于给定应用中所使用的抛光垫的特定配置。 一般而言，能够产生1至1000高斯(例如，5至500高斯、10至250 高斯、或50至200高斯)或更高的强度可调整的磁场是足够的。
磁场强度可手动控制(例如，由操作员控制)。当使用手动控制时，外加 磁场通常在抛光阶段的开始或结束时或以预定时间间隔由操作员调整，以达 到或维持所需抛光参数(例如，移除速率、摩擦、粗糙度、凹陷等)。举例而 言，在抛光期间监视材料移除速率的操作员可调整磁场强度以改变或维持给 定的材料移除速率。可选择地，除手动控制之外，例如可通过使用微处理器 来自动控制磁场强度。可使用自动控制机构以根据预先程序化的指令组或回 应于抛光参数的改变而自动调整磁场强度。举例而言，可通过将反馈机构结 合入抛光系统而回应于抛光条件的改变来自动调整^兹场，藉此使监^L器^r测 到一个或多个抛光条件的改变并传递讯号至自动控制机构以适当调整》兹场。
本发明还提供一种抛光基板的方法，其包括(a)提供抛光垫，该抛光垫包 含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应粒子，其中当存在外加磁场时，抛光垫的一种或多种性质会改变，(b)将抛光垫与基板接触，(C)向抛光垫
施加强度可调整的磁场以改变抛光垫的一种或多种性质，及(d)相对于基板移
动抛光垫，从而抛光该基板。该抛光垫及强度可调整的磁场如本文关于本发 明的抛光垫及抛光系统所描述。
本发明的方法可进一步包括在抛光期间调整强度可调整的》兹场。该;兹场 可手动调整，或经由如以上关于本发明的抛光系统所论述的自动控制机构而 调整。优选地，调整^f兹场以便达成所需的抛光性质，以减少过度抛光或减少 基板的凹陷(例如，改善平面度及模内均匀性)。
本发明的抛光垫及抛光系统尤其适于与化学-机械抛光(CMP)装置结合 使用。通常，该装置包含(a)压板，其在使用时处于运动状态且具有由轨道、 线性或圓周运动产生的速度，(b)本发明的抛光垫，其与该压板接触并在处于 运动状态时与该压板一起移动，及(c)载体，其通过接触并相对于抛光垫表面 移动而固持待抛光的工件。进行该工件的抛光是通过将工件置于与抛光垫接 触处，随后抛光垫相对于工件而移动(其间通常具有抛光组合物)，以便研磨 该工件的至少 一部分而抛光该工件。该抛光组合物通常包含液体载体(例如， 含水载体)、pH调整剂、及任选的研磨剂。根据正被抛光的工件的类型，抛 光组合物视需要可进一步包含氧化剂、有机酸、络合剂、pH緩沖剂、表面 活性剂、緩蚀剂、抗泡剂、及类似物。CMP装置可为任何合适的CMP装置， 许多该装置在本领域中是已知的。本发明的抛光垫及抛光系统还可与线性抛 光工具结合使用。
本发明的抛光垫、抛光系统及抛光方法适用于多种类型工件(例如，基 板或晶片)及工件材料的抛光方法中。举例而言，抛光垫可用以抛光工件， 该工件包括记忆储存装置、玻璃基板、存储器或硬磁盘、金属(例如，贵金 属)、磁头、层间介电(ILD)层、聚合薄膜、低及高介电常数薄膜、铁电体、 微机电系统(MEMS)、半导体晶片、场发射显示器、及其他微电子基板，尤 其为包含绝缘层(例如，氧化硅、氮化硅或低介电材料)和/或含金属的层(例如， 铜、钽、鴒、铝、镍、钛、钼、钌、铑、铱，其合金及其混合物)的微电子 基板。此外，工件可包含任何合适的金属复合物，可基本上由任何合适的金 属复合物构成，或可由任何合适的金属复合物构成。合适的金属复合物包括， 例如，金属氮化物(例如，氮化钽、氮化钛及氮化钨)、金属碳化物(例如，碳 化硅及碳化鴒)、镍-磷、铝硼硅酸盐、硼硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、硅/锗合金、及硅/锗/碳合金。工件也可包含任何合 适的半导体基底材料，可基本上由任何合适的半导体基底材料构成，或可由 任何合适的半导体基底材料构成。合适的半导体基底材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、绝缘硅片(silicon-on-insulator)、及砷化镓。
实施例
下列实施例说明根据本发明的抛光垫、抛光系统及抛光方法的制备及使用。
包含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应粒子的抛光垫是通过 将聚氨酯发泡体粒子与磁铁矿(Fe304)在高于聚氨酯流动温度的温度下共混 而制造。该混合物经铸造成为圓盘形状的抛光垫。
抛光垫安装于CMP抛光机的压板上作为位于标准聚氨酯顶部衬垫下方 的副衬垫，且经图案化的基板位于该抛光机的抛光工具上并与顶部衬垫的表 面接触。功率可变的电磁体经定位以使得抛光垫位于电磁体与基板之间，且 ^磁场的力线垂直于抛光垫的表面。开始进行抛光工艺，并将抛光组合物供给 至抛光垫与基板的表面。电磁体处于"关"的位置。若干分钟之后，检测基板 表面中的凹陷，且电磁体以低功率启动。磁场的施加导致副村垫压向压板， 从而降低副衬垫的可压缩性。抛光再继续若干分钟，此段时间后基板中的凹 陷减少，但仍然明显。增加电磁体的强度，从而导致副衬垫进一步压向压板， 且抛光继续进行，其中基板的凹陷进一步减少。
权利要求
1.一种抛光垫，包含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应粒子，其中当存在外加磁场时，该抛光垫的一种或多种性质被改变。
2. 权利要求l的抛光垫，其中在存在外加^兹场的情况下被改变的该抛光 垫的一种或多种性质为选自下列的一种或多种性质该抛光垫的储能模量、 可压缩性、回弹百分比、及硬度。
3. 权利要求l的抛光垫，其中在无外加》兹场存在的情况下，该抛光垫具 有100至1 OOOMPa的储能模量。
4. 权利要求l的抛光垫，其中在无外加^兹场存在的情况下，该抛光垫在 32kPa的负载下具有2%或更高的平均压缩百分比。
5. 权利要求l的抛光垫，其中在无外加磁场存在的情况下，该抛光垫在 施加32kPa的负载后具有25。/。或更高的平均回弹百分比。
6. 权利要求l的抛光垫，其中在无外加磁场存在的情况下，该抛光垫具 有40A至90D的肖氏硬度计硬度。
7. 权利要求l的抛光塾，其中该可变形抛光垫主体包含聚合物。
8. 权利要求7的抛光垫，其中该聚合物选自弹性体、聚氨酯、聚烯烃、 聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、天然及合成橡胶、苯乙烯类聚合物、聚芳烃、 氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、热固性聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚 酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物与共混 物。
9. 权利要求8的抛光垫，其中该可变形抛光垫主体包含发泡聚合物。
10. 权利要求9的抛光垫，其中该发泡体主要包含开孔。
11. 权利要求9的抛光垫，其中该发泡体主要包含闭孔。
12. 权利要求9的抛光垫，其中该发泡体包含开孔与闭孔的混合物。
13. 权利要求l的抛光垫，其中该磁性感应粒子具有5μm或更小的平均粒径。
14. 权利要求l的抛光垫，其中该磁性感应粒子为无机粒子。
15. 权利要求14的抛光垫，其中该f兹性感应粒子选自Fe304、 Nd-Fe-B、 Ba-Sr铁氧体、Ni-Zn-Cu铁氧体、SmCo5、 Sm2Co17、铁、钢、及其混合物。
16. 权利要求14的抛光垫，其中该磁性感应粒子为经涂覆的粒子。
17. 权利要求l的抛光垫，其中该磁性感应粒子为有机粒子或金属有机粒子。
18. 权利要求17的抛光垫，其中该磁性感应粒子选自V[四氰乙烯]^、 V[Cr(CN)] 。.9、 Cr(四氰乙烯》、KV[Cr(CN)6]、及C-60富勒烯。
19. 权利要求l的抛光垫，其中该磁性感应粒子均匀分布于整个该可变形 抛光垫主体内。
20. 权利要求1的抛光垫，其中该磁性感应粒子以非均匀方式分布于整个 该可变形抛光垫主体内。
21. 权利要求l的抛光垫，其中该磁性感应粒子以梯度形式分布于整个该 可变形抛光垫主体内。
22. 权利要求l的抛光垫，其中该磁性感应粒子分布于该垫的选定区域中。
23. 权利要求l的抛光垫，其进一步包含抛光表面。
24. 权利要求23的抛光垫，其中该抛光表面由该可变形抛光垫主体的表面提供。
25. 权利要求23的抛光垫，其中该抛光表面由单独的层提供。
26. 权利要求23的抛光垫，其中该抛光表面包含磁性感应粒子。
27. 权利要求26的抛光垫，其中该磁性感应粒子为经涂覆的粒子。
28. 权利要求26的抛光垫，其中该磁性感应粒子为有机粒子或金属有机 粒子。
29. 权利要求23的抛光垫，其中该抛光表面无^兹性感应粒子。
30. 权利要求l的抛光垫，其进一步包含终点检测开口。
31. —种抛光系统，其包含(a) 抛光垫，该抛光垫包含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应粒 子，其中当存在外加磁场时，该抛光垫的一种或多种性质被改变，及(b) 强度可调整的磁场，该磁场位于接近于该抛光垫的位置处。
32. 权利要求31的抛光系统，其中该磁场的强度为手动控制。
33. 权利要求31的抛光系统，其中该磁场的强度为自动控制。
34. 权利要求33的抛光系统，其中该磁场的强度根据抛光条件的改变而 自动调整。
35. 权利要求33的抛光系统，其中该磁场的强度根据预先设定的程序而 自动调整。
36. 权利要求31的抛光系统，其中在存在外加》兹场的情况下被改变的该 抛光垫的一种或多种性质为选自下列的一种或多种性质该抛光垫的储能模 量、可压缩性、回弹百分比、及硬度。
37. —种抛光基板的方法，其包括(a) 提供抛光垫，该抛光垫包含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感 应粒子，其中当存在外加石兹场时，该抛光垫的一种或多种性质被改变，(b) 将该抛光垫与基板接触，(c) 向该抛光垫施加;兹场，以改变该抛光垫的一种或多种性质，及(d) 相对于该基纟反移动该抛光垫，^人而抛光该基斧反。
38. 权利要求37的方法，其进一步包括在抛光期间调整该磁场的强度， 从而改变该抛光垫的一种或多种性质。
39. 权利要求37的方法，其中该磁场的强度根据抛光条件的改变而调整。
40. 权利要求38的方法，其中该磁场的强度根据预先设定的程序而调整。
41. 权利要求38的方法，其中调整该^f兹场的强度，减少了该基板中的过 度抛光凹陷。
42. 权利要求37的方法，其中在存在外加磁场的情况下被改变的该抛光 垫的一种或多种性质为选自下列的 一种或多种性质该抛光垫的储能模量、 可压缩性、回弹性、及硬度。
全文摘要
本发明提供一种包含可变形抛光垫主体及分散于其中的磁性感应粒子的抛光垫，其中当存在外加磁场时，该抛光垫的一种或多种性质得以改变。本发明进一步提供包括这种抛光垫的抛光系统和抛光基板的方法。
文档编号B24B37/04GK101203355SQ200680022413
公开日2008年6月18日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年6月21日
发明者罗纳德·迈尔斯, 阿巴内什沃·普拉萨德 申请人:卡伯特微电子公司