改进抛光性能和耐久性的抛光垫片载体的制作方法

专利名称：：改进抛光性能和耐久性的抛光垫片载体的制作方法
技术领域：
：本发明涉及在诸如玻璃、半导体、电介质/金属复合材料、磁性物质储存介质和集成电路之类的物体上产生光滑、超平表面所使用的抛光垫片。更具体地，本发明涉及由热塑性泡沫基质组成的垫片，该垫片具有由凹面泡孔和涂布凹面泡孔内表面的抛光剂组成的表面。
背景技术：
：在VLSI集成电路的制造中，化学-机械抛光(CMP)广泛用作平面化技术。在IC加工中，它具有使各种材料平面化的可能性，但最广泛地用于使半导体晶片上的金属化层和层间(interlevel)电介质的平面化，和用于使浅沟槽隔离用基质的平面化。在浅沟槽隔离(STI)中，例如，必须抛光大的场氧区，以产生平面的起始晶片。使用传统的蚀刻工艺，在晶片的最大直径上实现可接受的平面化大多是不成功的。然而，使用常规的CMP，在使用机械抛光轮和化学蚀刻剂淤浆抛光晶片的情况下，可高度平面化地除去不想要的氧化物材料。类似地，多级金属化工艺，在多层结构内的各层有助于不规则的形态。随着该工艺的进行，平面化层间电介质层现常优于许多现有技术的IC制造工艺。在金属层内高水平的平面度是共同的目的，和通过使用插塞式(plug)层间连接来促进它。插塞形成的优选方法是在层间电介质上和在层间窗口内覆盖淀积含例如W、Ti、TiN的厚金属层，然后使用CMP除去过量的金属。也可使用CMP抛光氧化物层，如SiO2、Ta2O5或W2O5，或抛光氮化物层，如Si3N4、TaN、TiN。然而，常规的抛光垫片材料存在数种缺陷。各类材料如聚氨酯、聚碳酸酯、尼龙、聚脲、毡或聚酯具有差的内在抛光能力，因此在其初始状态下不可用作抛光垫片。在一些例子中，机械或化学纹理化可转变这些材料，从而使它们可用于抛光。此外，一些材料，如聚氨酯基垫片，由于聚氨酯的内在化学本性，被化学侵蚀处理淤浆分解。反过来，在聚氨酯垫片的情况下，对其本身来说，分解产生可能有损于均匀抛光的表面改性。在其它例子中，CMP抛光垫片所使用的材料的表面改性可改进应用性能。然而，这种改性可能是短暂的，因此要求经常置换或再处理CMP垫片。因此，所需要的是在CMP过程中能提供高度平面表面和具有改进耐久性，同时没有上述问题的改进CMP垫片。发明概述为了解决以上所述的缺陷，在一个实施方案中，本发明提供了一种抛光垫片，它包括热塑性泡沫基质，该基质的表面由凹面泡孔(concavecell)和涂布该凹面泡孔内表面的抛光剂组成。本发明另一实施方案涉及制备抛光垫片的方法。该方法包括步骤提供热塑性泡沫基质，暴露基质内泡孔，形成含凹面泡孔的表面，和用抛光剂涂布凹面泡孔的内表面。在又一实施方案中，本发明提供一种抛光装置。该装置包括机械驱动的承载头(carrierhead)、抛光台与抛光垫片。承载头贴着抛光台放置，以赋予对抗抛光台的抛光力。抛光垫片连接到抛光台上，和它包括抛光体。抛光体包括热塑性泡沫基质，该基质的表面由凹面泡孔和涂布该凹面泡孔内表面的抛光剂组成。前面已列出了本发明优选和可供替代的特征，以便本领域的技术人员可更好地理解随后本发明的详细说明。此后将描述本发明的额外特征，这些特征形成了本发明的主题。本领域的技术人员应当理解，他们可容易地使用所披露的概念和具体的实施方案，作为设计或改性供实施与本发明相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应当意识到这种等价的结构没有脱离本发明的范围。附图的简要说明为了更全面理解本发明，结合附图进行下述说明，其中图1用流程图说明了制备本发明抛光垫片的方法；图2说明了抛光装置，它包括根据本发明使用热塑性泡沫聚合物制造的抛光垫片；图3说明了(A)在切开到暴露的凹面泡孔之后，和(B)在用含二氧化硅的陶瓷抛光剂涂布泡孔内表面之后，本发明的热塑性泡沫基质表面的扫描电子显微图象；图4说明了在切开到暴露的凹面泡孔和用含二氧化硅的陶瓷抛光剂涂布泡孔内表面之后，本发明的热塑性泡沫基质表面的荧光显微图象；图5说明了本发明热塑性泡沫基质(未处理)和用各种有机抛光剂涂布之后的相同基质的动态机械分析，该分析显示了储能模量与温度之间的关系；图6说明了在涂布之前的本发明热塑性泡沫基质(未处理)，和用各种有机抛光剂涂布之后的相同基质的损耗模量与温度之间的关系；图7说明了在涂布之前的本发明热塑性泡沫基质(未处理)，和用各种有机抛光剂涂布之后的相同基质的tgδ与温度之间的关系；图8说明了(A)从晶片表面上除去钨的速度(RR)，和(B)使用具有含二氧化钛的陶瓷抛光剂的本发明抛光垫片进行化学机械抛光之后，抛光样品晶片表面的均匀度(后STD)；图9说明了(A)从晶片表面上除去钨的速度(RR)，和(B)使用具有含二氧化硅的陶瓷抛光剂的本发明抛光垫片进行化学机械抛光之后，抛光样品晶片表面的均匀度(后STD)；图10说明了在使用具有含二氧化硅的陶瓷抛光剂的本发明抛光垫片情况下，向下的力、工作台速度(tablespeed)和承载速度(carrierspeed)对(A)钨的除去速度(RR)和(B)晶片抛光表面的均匀度(后STD)的影响；图11说明了在使用具有含二氧化硅的抛光剂的本发明抛光垫片情况下，向下的力、工作台速度和缺陷对晶片抛光表面的影响；和图12说明了使用A)本发明的抛光垫片和(B和C)两种常规抛光垫片情况下，从晶片上除去钨的归一化除去速度的比较。发明详述本发明公开了一种抛光垫片，与常规的垫片相比，它在更长的使用期内提供优异的抛光性能。本发明利用了以前未被意识到的优点，即使用热塑性聚合物作为基质，用于在基质表面上通过切片(skiving)形成的凹面泡孔上沉积抛光剂的均匀涂层。已发现，凹面泡孔的内表面形成优良的容器，用于接收抛光剂的均匀涂层。尽管不通过理论来限制本发明的范围，但假设凹面泡孔的中心充当涂层用的优良成核点，这是因为在中心处泡孔的表面能最低。认为在该位置的起始涂布有助于用抛光剂均匀覆盖凹面泡孔内表面，从而有助于具有这种表面的垫片的抛光性能。此处所使用的术语“切片”是指切掉基质表面的薄层，以便暴露热塑性泡沫基质内的凹面泡孔的任何方法。可使用本领域技术人员已知的任何常规技术来实现切片。此处所使用的术语“泡孔”是指在基质内被空气或用作发泡剂的其它气体占据的膜所定义的任何体积，从而基本上确定了当基质切片时形成的凹面泡孔。凹面泡孔不需具有光滑或曲线的壁。相反，如在随后的实验部分中进一步所述的，凹面泡孔可具有不规则的形状和尺寸。进一步如下所述，几种因素如基质的组成和制备泡沫体基质所使用的方法可能影响凹面泡孔的形状与尺寸。本发明的一个实施方案涉及一种由热塑性泡沫基质组成的抛光垫片，该基质的表面由凹面泡孔和涂布该凹面泡孔内表面的抛光剂组成。在一些实施方案中，热塑性泡沫基质可包括交联聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯及其结合。在一些优选的实施方案中，热塑性泡沫基质由交联均聚物或共聚物的闭孔泡沫体组成。含聚乙烯(PE)的交联均聚物的闭孔泡沫体的实例包括获自Voltek(Lawrence，MA)的VolaraTM和VolextraTM；获自JMSPlasticsSupply，Inc.(Neptune，NJ)的AliplastTM；或SenflexT-CellTM(RogersCorp.，Rogers，CT)。含聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的交联共聚物的闭孔泡沫体的实例包括VolaraTM和VolextraTM(获自VoltekCorp.)；SenflexEVATM(获自RogersCorp.)；和J-foamTM(获自JMSPlasticsJMSPlasticsSupply，Inc.)。在其它优选实施方案中，闭孔泡沫体由交联的乙烯醋酸乙烯酯共聚物和低密度聚乙烯共聚物(即优选介于约0.1至约0.3gm/cc之间)的共混物组成。在又一有利的实施方案中，共混物中乙烯醋酸乙烯酯与聚乙烯的重量比为约1∶9至约9∶1。在一些优选的实施方案中，共混物包括范围为约5至约45wt％、优选约6至约25wt％、和更优选约12至约24wt％的EVA。进一步如下所述，认为这种共混物有助于所需的小尺寸的凹面泡孔的生产。在仍然更优选的实施方案中，共混物中乙烯醋酸乙烯酯与聚乙烯的重量比为约0.6∶9.4至约1.8∶8.2。在甚至更优选的实施方案中，共混物中乙烯醋酸乙烯酯与聚乙烯的重量比为约0.6∶9.4至约1.2∶8.8。在又一其它有利的实施方案中，热塑性泡沫基质的特征在于具有至少约85wt％的二甲苯不溶物。测量二甲苯不溶物的方法是本领域普通技术人员公知的。这些方法可例如包括，在120℃下，在二甲苯中蒸煮共混物24小时，接着干燥并比较残留的不溶物与预蒸煮物的重量。在一些实施方案中，热塑性泡沫基质具有在整个基质上形成的泡孔。在一些优选的实施方案中，泡孔基本上为球形。在其它优选的实施方案中，泡孔的尺寸使得当切片基质时，在基质表面处的凹面开孔泡孔的平均尺寸为约100微米至600微米。凹面泡孔的平均尺寸范围为约100至约350微米，优选约100至约250微米，和更优选约115至约200微米。可使用AmericanSocietyforTestingandMaterials(WestConshohocken，PA)研制并出版的标准方法，如ASTMD3576(在此通过参考将其引入)，测定泡孔尺寸。在一些优选的实施方案中，在泡孔形状基本上为球形的情况下，泡孔尺寸约等于平均泡孔直径。在含EVA共聚物的实施方案中，例如泡孔直径是共聚物共混物中EVA含量的函数，如Perez等的J.Appl.PolymerSci.，vol.68，1998pp1237-1244(在此通过参考将其引入)中所述。如Perez等所述，堆积密度和泡孔密度成反比关系。因此，在其它优选的实施方案中，在基质表面处凹面泡孔的密度范围为2.5至约100个泡孔/mm2，和更优选约60至约100个泡孔/mm2。可例如通过目测基质表面的显微图象来测定泡孔密度。热塑性泡沫基质可进一步包括最多约25wt％的无机填料物质。无机填料可由本领域的普通技术人员已知赋予泡沫体基质所需半透明、彩色或润滑性能的任何第I族、第II族或过渡金属组成。例如，无机填料可以选自滑石、氧化钛、硅酸钙、碳酸钙、硅酸镁和锌盐。在一些优选的实施方案中，热塑性泡沫基质由约17wt％的滑石组成。在其它实施方案中，填料包括二氧化硅(约20至约25wt％)、氧化锌(约1wt％)、硬脂酸(约1wt％)，和本领域普通技术人员已知的其它添加剂与颜料(最多约2％)。其它常规的填料物质，如在美国专利Nos.6425816和6425803(其引入本发明以供参考)中公开的那些，也在本发明的范围内。热塑性泡沫基质也理想地具有促进抛光的某些机械性能。具体地，热塑性泡沫基质必须能在抛光过程中变形到足以允许抛光剂涂布凹面泡孔内表面的程度以促进抛光。在一些实施方案中，例如热塑性泡沫基质的拉伸伸长率为约100％至约800％。在一些优选的实施方案中，拉伸伸长率为约100％至约450％。在又一实施方案中，拉伸伸长率为约600％至约800％。可使用标准方法如ASTMD3575(在此通过参考将其引入)，测定拉伸伸长率。抛光剂可包括一种或多种陶瓷化合物或一种或多种有机聚合物，该有机聚合物得自于在基质表面上第二反应物的接枝，如在ObengandYokley中所述的(在此通过参考将其引入)。陶瓷抛光剂可包括当含氧的有机金属化合物用作生产接枝表面的第二反应物时产生的无机金属氧化物。例如，第二等离子混合物可包括过渡金属，如钛、镁或钽。然而，能形成挥发性有机金属化合物的任何金属元素，如含有一个或多个氧原子且能接枝到聚合物表面上的金属酯是合适的。硅也可用作有机金属第二等离子混合物中的金属部分。在这些实施方案中，有机金属试剂的有机部分可以是酯、醋酸酯或烷氧基部分。在优选的实施方案中，抛光剂选自由氧化硅和氧化钛如二氧化硅和二氧化钛组成的陶瓷、四乙氧基硅烷聚合物、和烷氧基钛聚合物。然而，可使用许多其它的第二反应物来生产陶瓷抛光剂。第二等离子反应物可包括臭氧、烷氧基硅烷、水、氨、醇、溶剂油或过氧化氢。例如，在优选的实施方案中，第二等离子反应物可由钛酯、烷氧基钽(包括其中烷氧基部分具有1-5个碳原子的烷氧基钽)、醋酸锰在水中的溶液、溶解在溶剂油中的烷氧基锰、醋酸锰、乙酰丙酮锰、烷氧基铝、铝酸烷氧酯、氧化铝、烷氧基锆(其中烷氧基具有1-5个碳原子)、锆酸烷氧酯、醋酸镁和乙酰丙酮镁组成。也可考虑其它实施方案作为第二等离子反应物，如烷氧基硅烷和臭氧，烷氧基硅烷和氨，钛酯和水，钛酯和醇，或钛酯和臭氧。或者，当有机化合物用作第二等离子反应物时，抛光剂可包括有机聚合物。这种第二反应物的实例包括烯丙基醇；烯丙基胺；烯丙基烷基胺，其中烷基含有1-8个碳原子；烯丙基醚；仲胺，其中烷基含有1-8个碳原子；烷基肼，其中烷基含有1-8个碳原子；丙烯酸；甲基丙烯酸；含1-8个碳原子的丙烯酸酯；含1-8个碳原子的甲基丙烯酸酯；或乙烯基吡啶，和乙烯基酯，例如醋酸乙烯酯。在一些优选的实施方案中，抛光剂选自由聚醇和聚胺组成的聚合物。在一些实施方案中，涂布抛光剂可有利地改变含抛光垫片的基质的物性。在一些优选的实施方案中，例如，在用有机聚合物抛光剂涂布之后，基质的峰值tgδ比未涂布的热塑性泡沫基质低至少约40℃。在其它优选的实施方案中，有机聚合物涂布的基质的峰值损耗模量比未涂布的基质低至少约10℃。可使用本领域普通技术人员公知的技术，如动态机械分析，来测定峰值tgδ和峰值损耗模量。本发明的又一实施方案是制备抛光垫片的方法。转向图1所示的流程图，方法100包括以下步骤提供热塑性泡沫基质110，暴露基质内的泡孔120，形成含凹面泡孔的表面，和用抛光剂涂布凹面泡孔的内表面130。在一些优选的实施方案中，提供泡沫基质110包括通过发泡方法140制备在基质内包括泡孔的基质。基质内闭孔泡孔的尺寸影响在基质表面上最终形成的凹面泡孔的尺寸。几种因素影响闭孔泡孔的尺寸。如本发明其它地方所述，对于一些实施方案，可控制乙烯醋酸乙烯酯共聚物和聚乙烯的相对用量，为的是有利地调节在发泡工艺过程中产生的泡孔的尺寸。另外，所使用的发泡工艺的种类可导致不同的泡孔尺寸。在一些实施方案中，例如，提供基质110可包括通过发泡方法140制备热塑性泡沫体。可使用本领域普通技术人员公知的任何方法。该方法可例如包括，在捏合机内，共混142含基质的聚合物。方法140也可包括使用辐射或化学手段实现交联，从而交联(XL)144基质内的聚合物。该方法可进一步包括优选在压力下形成基质与发泡剂(BA)146的混合物，并经常规模头148挤出混合物，形成闭孔泡沫体的片材。提供基质所使用的方法110优选提供闭孔泡沫体，当暴露泡孔130时，它导致平均尺寸为约100微米至约600微米且泡孔密度为至少约4.5个泡孔/mm2、和更优选尺寸为100微米至约200微米且泡孔密度为至少约60个泡孔/mm2的凹面泡孔。可通过本领域普通技术人员已知的任何常规方法实现暴露泡孔120，形成含凹面泡孔的表面。例如，可通过将热塑性泡沫基质固定122在平面表面上，和从基质的表面上切割124薄层(即约1200微米至约2000微米)，来实现暴露120。在一些优选的实施方案中，可使用切片装置，如由Fecken-Kirfel(Aachen，德国)提供的那些，进行切片或切割124。可使用在美国申请09/994407(在此通过参考将其引入)中所述的接枝方法，实现内表面的涂布130。因此，在一些实施方案中，涂布可包括将内表面暴露于起始的等离子体反应物(第一等离子体反应物)133下，以在其上产生改性的表面。涂布130可进一步包括将改性表面暴露于第二等离子体反应物137下，以在改性表面上产生接枝表面，其中接枝表面包括抛光剂。在美国专利申请No.09/994407中所述的任何主要和辅助反应物或方法均可在该接枝工艺中使用，以便在本发明基质的凹面泡孔的内表面上涂布抛光剂。在一些可供替代的实施方案中，热塑性泡沫工艺基质被连接150到坚硬的衬底材料上。坚硬的衬底材料限制抛光过程中泡沫体的压缩和伸长，这反过来会降低在借助CMP进行金属抛光过程中的腐蚀和凹陷效应。在一些优选的实施方案中，坚硬的衬底材料由高密度聚乙烯(即大于约0.98gm/cc)和更优选致密的高密度聚乙烯组成。在一些实施方案中，使用常规的粘合剂如环氧或本领域公知的其它材料，借助化学粘合来实现连接。在其它优选的实施方案中，通过将熔融的衬底材料挤出涂布在泡沫体上来实现连接。在又一优选的实施方案中，将衬底热焊到泡沫体上。本发明的又一实施方案是抛光装置。如图2所示，装置200由机械驱动的承载头210、抛光台220组成，其中承载头210可相对抛光台220放置，以便赋予对抗抛光台220的抛光力。装置200进一步包括连接到抛光台220上的抛光垫片230。抛光垫片230包括热塑性泡沫基质240，其表面242由凹面泡孔244组成。抛光体230进一步包括涂布凹面泡孔244的内表面248的抛光剂246。在一些优选的实施方案中，在使用约26至约31kPa的向下的力，以约60至100rpm的工作台速度，和约65至约105rpm的承载速度的情况下，抛光垫片230能在器件基质260的表面265上以至少约40埃/秒的除去速度抛光金属250。此外，可在约2分钟的累积抛光时间内达到除去速度，并维持至少约58分钟的累积抛光时间。此处所使用的术语“累积抛光时间”是指采用抛光垫片230连续抛光多个表面如器件基质260(如在晶片上的半导体器件)的任何数量的表面265的总时间。在其它优选的实施方案中，在器件表面265的抛光过程中，金属250的除去速度保持在约±20％以内。此外，可在约2分钟的累积抛光时间内达到除去速度并维持至少约58分钟的累积抛光时间。在又一其它优选的实施方案中，金属250选自铜和钨。在特别优选的实施方案中，金属250包括钨，和在使用小于31kPa的向下的力和至少约75rpm的工作台速度情况下，器件表面265在抛光之后的缺陷密度相当于小于约125次计数/200mm晶片。装置200的额外实施方案可包括常规的承载环和粘合剂280，以将基质260牢固地连接到承载头210上。抛光体230可进一步包括例如使用常规的第二粘合剂295连接到热塑性泡沫基质240上的坚硬衬底材料290。已描述了本发明，认为通过参考下述实验，本发明将变得更显而易见。应当理解，列出实验仅仅为了说明的目的，而不应当解释为限制本发明。例如，尽管可在实验室环境下进行以下所述的实验，但本领域的技术人员可调节具体的数量、尺寸和参数到合适的值用于工业规模的装置。实验进行实验以1)检验在热塑性泡沫基质的表面上的凹面泡孔；2)表征泡沫基质的化学组成和机械性能；和3)测量在不同抛光条件下本发明抛光垫片的抛光性能并与常规垫片的抛光性能相比较。实验1使用常规仪器和方法，由本发明切片的热塑性闭孔泡沫基质，在基质表面上的凹面泡孔的内表面上涂布抛光剂之前和之后，获得扫描电子显微(SEM)图象。另外，使用常规仪器和方法，获得涂布基质的常规共焦荧光显微图象。将热塑性泡沫体成形为面积为约120cm×142cm、厚度约0.3cm的片材。牌号为“J-60”的商购热塑性泡沫基质(获自JMSPlastics，NeptuneNJ的J-泡沫体)包括约18％EVA、约16至约20％滑石、平衡量的聚乙烯以及在商业提供的基质中存在的其它添加剂。采用商业刀片(获自Fecken-Kirfel，Aachen，德国，型号D5100K1)，切割J-60片材。然后用水/异丙醇溶液人工清洗片材。为了用含二氧化硅的抛光剂涂布J-60，将已切削的基质放置在具有温度控制电极结构的常规商业射频辉光放电(RFGD)等离子反应器的反应室内(型号PE-2，AdvancedEnergySystems，Medford，NY)。取决于样品的尺寸和旋转速度，在维持约350mTorr的反应室内，通过引入主要的等离子反应物氩气开始基质的等离子处理，约30至约120秒。电极温度维持在约30℃，和取决于样品和反应室的尺寸，使用约100至约2500瓦特的RF操作功率。随后，在0.10SLM下，经10或者30分钟引入第二反应物，和它由与He或Ar气混合的二氧化硅前体，四原硅酸盐(TEOS)组成。在单体反应器温度(MRT；90±10℃)下，通过第二反应物单体的蒸气压(BP)来控制气流内的前体量。图3示出了放大40倍的SEM图象的例举性实例(A)切片之后的基质J-60，和(B)切片并用二氧化硅涂布之后的基质J-60。正如图3A和3B所示，凹面泡孔基本上为球形，但也观察到椭圆形和更不规则的形状。泡孔尺寸的测量表明平均尺寸为约100至约125微米。另外，通过目测含不同量EVA的基质的SEM图象，确定每单位面积表面的泡孔密度。泡孔密度的范围为约60至约100个泡孔/mm2。在涂布之后，凹面泡孔的形状、尺寸或密度没有明显变化。图4示出了在用二氧化硅涂布之后J-60基质的代表性荧光显微图象。概述了凹面泡孔边缘的超强烈区域(hyper-intenseregions)归因于来自抛光剂和热塑性基质本身的荧光。凹面泡孔内的强烈区域归因于涂布泡孔的抛光剂。如图所示，二氧化硅涂布剂均匀涂布泡孔的内表面。实验2比较数种商购热塑性闭孔泡沫基质的化学和机械性能。除了实验1中所述的J-60之外，还检验下述热塑性泡沫基质连接到0.040″厚的致密高密度聚乙烯(HDPE)衬底上的SV1A，它包括切片的0.0070″中密度聚乙烯(PE)泡沫体(获自Voltek，Lawrence，MA的VolextraTM)；连接到0.040″厚的致密EVA-HDPE共聚物衬底上的SSV2，它包括切片的0.0070″中密度PE泡沫体(获自Voltek的VolextraTM)；和包括切片的0.0070″EVA-PE泡沫体的SC12G(获自Voltek的VolextraTM)。在120℃下，使称取量的基质在100％二甲苯中蒸煮24小时，接着干燥，并比较剩下的残余不溶物相对于预蒸煮物质的重量百分数(二甲苯％)，从而评价化学组成。从制造商处获得与聚乙烯共混的EVA的重量百分数(EVA％)。另外，从制造商处获得或通过常规化学分析如差示扫描量热法和全部有机物燃烧之后的残渣分析法评价无机填料的重量百分数(填料％)，这些填料包括滑石、氧化钛、硅酸钙、碳酸钙、硅酸镁和锌盐。表1列出了热塑性泡沫基质的化学组成。表1n.m.测量不到以上提及的热塑性泡沫基质的机械性能的表征包括评价密度、压缩强度、硬度、拉伸强度和断裂拉伸屈服或拉伸伸长率、根据差示扫描量热法测量的熔点、和摩擦系数。在两个取向上测试拉伸伸长率沿x-轴和沿y-轴，其中x-轴与y-轴相差90度。表2概述了这些试验结果。表2本发明热塑性泡沫基质的机械性能的表征进一步包括动态机械分析(DMA)用抛光剂涂布之前(未处理)和之后的基质。使用型号DMA2980获得DMA测量，并使用UniversalV2.5H软件进行分析(这两件仪器均获自TAInstruments，NewCastle，DE)。在图5、6和7中分别示出了储能模量、损耗模量和tgδ的例举性数据。通过使用以上所述的接枝方法，暴露切片的Aliplast(JMSPlasticSupplies，Nepture，N.J.；Type6A中等的泡沫体密度和硬度34肖氏A)，用有机聚合物抛光剂涂布抛光垫片。在与试验1所讨论的条件类似的条件下，将含烯丙基醇，或烯丙基胺、四乙氧基硅烷(TEOS)或钛酸四异丙酯(TYZORTPT)单体的第二等离子反应物接枝到切片的Aliplast基质上。如图6所示，涂布的基质在约-20℃下具有损耗模量峰，而未涂布的基质在约-10℃下具有峰。因此，有机聚合物涂布的基质的峰值损耗模量比未涂布的基质低至少约10℃。类似地，如图7所示，涂布的基质在约0-3℃下具有峰值tgδ，而未涂布的基质在约50℃下具有峰值。因此，这些有机聚合物涂布的基质的峰值tgδ比未涂布的基质低至少约40℃。实验3在不同的抛光条件下检验本发明的抛光垫片的抛光性能，并与常规垫片的抛光性能相比较。为了检验在不同抛光条件下的抛光性能，通过将切片的J60热塑性泡沫基质暴露于以上所述的接枝工艺下，以产生二氧化钛和二氧化硅涂布的抛光垫片(分别表示为“J60TR”和“J60SR”)，从而制备抛光垫片。机械地布置J60TR和J60SR垫片，以提供砂浆的通道。使用商业抛光剂(产品号EP022，获自EbaraTechnologies，Sacramento，CA)，评价钨的抛光性能。除非另有说明，使用约13N/平方英寸基质(约3至约4psi)的向下的力，约100至约250rpm的工作台速度，和常规砂浆(产品号MSW2000，获自Rodel，NewarkDE)，评价钨抛光的除去速度。等离子增强的四乙基原硅酸盐(PE-TEOS)的约10000埃厚的晶片用于测试抛光，该晶片具有约8000埃淀积的钨表面和约250埃厚度在下面的钛阻挡层。使用同一抛光装置和条件，评价在晶片表面上钨的去除均匀性。通过测量在晶片上随机分布的49个点处的表面电阻，电测量使用J60TR和J60SR垫片抛光的钨表面的等高线图。根据49个测量的表面电阻，计算在晶片上除去的钨的平均后-抛光深度、所除去的深度的标准偏差和所除去的深度的标准偏差百分数(后STD％)。认为后STD％是评价金属去除均匀度的最好的通用指标。图8A和8B分别说明了使用J60TR垫片抛光的多种晶片(样品)中获得的钨除去速度(RR)和除钨均匀度(即后STD％)。重要的是，在开始实验之前，没有在垫片上进行预处理。在抛光第一批样品之后，保持高于至少约60埃/秒的除去速度，和约30％或更好的均匀度。此外，在第一批的5个样品之后，对于至少20个样品，J60TR垫片以均匀的速度(即约60至75埃/秒)除去钨。在该同一时间段内，在晶片上除钨的均匀度保持在约8至约12％之间。如图9A和9B所示，使用J60SR抛光垫片，获得类似的结果。再一次在没有预处理的情况在下，在抛光第一批样品晶片之后，钨的除去速度保持在至少约40埃/秒，和约14％或更好的均匀度。在第一批的5个样品之后，对于至少20个样品，J60SR垫片以均匀的速度(即约40至55埃/秒)除去钨。在该同一时间段内，在晶片上除钨的均匀度保持在约3至7％之间。通过检验变化向下的力(DF)、工作台速度(TF)和承载速度(CS)对除钨速度和去除均匀度的影响，来评价抛光条件的影响。结果表明，在宽范围的条件下，本发明的垫片具有可接受的抛光性能。如图10所示，在使用约26至约31kPa的向下的力、约60至100rpm的工作台速度和约65至约105rpm的承载速度下，对于J60SR垫片来说，除去速度为至少约40埃/秒。除钨的均匀度维持在约2.8至约6.5％之间。使用相对低的向下的力(即约26kPa)和高的工作台速度(即约100rpm)获得最高的均匀度。也通过检验变化向下的力(DF)、工作台速度和承载速度对砂浆氧化物抛光缺陷的影响，评价抛光条件的影响。使用阈值为0.2微米的KLAtencorSP-1，评价后抛光(post-polishing)晶片的缺陷。图11说明了使用J60SR垫片情况下，缺陷数量与抛光条件，向下的力与工作台速度之间的关系。图11中的缺陷总数是指所有光散射事件的累积计数，而与原因无关。当使用低的向下的力(即小于约32kPa)和高的工作台速度(即大于约75rpm)的组合时，观察到最小数量的缺陷。比较本发明的抛光垫片与常规垫片的抛光性能。为了与常规的垫片比较，使用由聚乙烯泡沫体(中密度VolaraTM，获自Voltek)组成、用32mil厚的高密度聚乙烯层覆盖的热塑性泡沫基质，制备标示为“SC4MS”的抛光垫片。为了用含二氧化硅的抛光剂涂布基质，在与实验1的条件类似的条件下，将含TEOS的第二等离子反应物接枝到该基质上。比较垫片的覆盖层钨(W)和两批商购的IC1000/SUBAIV垫片组(分别表示为IC1000/SUBALOT-A和IC1000/SUBALOT-B，购自Rodel，NewarkDE)的抛光性能。使用商业抛光剂(产品号IPEC-472，获自SpeedFam-IPEC，ChaandlerAZ)和含MSW2000的常规砂浆(Rodel，NewarkDE)，进行比较。等离子增强的四乙基原硅酸盐(PE-TEOS)的约5000埃晶片用于测试抛光，该晶片具有约8000埃淀积的钨表面。在图12A、12B和12C中分别说明了SC4MS、IC1000/SUBALOT-A和IC1000/SUBALOT-B垫片的钨去除速度。为了有助于比较在使用过程中除去速度的变化，对于SC4MS垫片，根据在实验期间内获得的平均除去速度，来归一化除去速度。累积抛光时间是指使用抛光垫片连续地抛光许多不同晶片表面的总时间。对于SC4MS垫片，在约2分钟的累积抛光时间之后，归一化的除去速度维持在约±20％内至少约58分钟的累积抛光时间。相反，IC1000/SUBALOT-A和IC1000/SUBALOT-B垫片的归一化除去速度从在5分钟的累积抛光时间处的归一化值1经约56分钟的累积抛光时间逐渐降低到低至0.6。基于此处给出的实验，认为两种抛光垫片具有优良的钨和铜CMP性能。这两块垫片包括连接到～32mil厚致密HDPE衬底上的热塑性泡沫体。通过将熔融的HDPE挤出涂布在泡沫体的预制辊上，来实现连接。热塑性泡沫体由～12wt％的滑石、～18wt％的EVA和平衡量的PE组成，和硬度为～30肖氏A。约9％的热塑性泡沫体体积包括泡孔。切削泡沫体，提供表面具有开孔泡孔的～64mil厚的层。钨抛光用垫片具有约500微米厚的无定形二氧化硅层，它共形涂布到切削泡孔和在其间的开孔泡孔的凹面表面上。通过等离子增强的化学蒸气沉积(CVD)，使用含四原硅酸盐的金属酯前体，淀积二氧化硅。铜抛光用垫片具有类似厚度的无定形二氧化钛层，该层是通过等离子增强的CVD，使用含四原钛酸盐的金属酯前体淀积的。尽管详细地描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解，他们可对本发明作出许多变化、替代和改变，而没有脱离本发明的精神。权利要求1.一种抛光垫片，它包括表面由凹面泡孔组成的热塑性泡沫基质；和涂布所述凹面泡孔的内表面的抛光剂。2.权利要求1的抛光垫片，其中所述热塑性泡沫基质包括交联均聚物或共聚物的闭孔泡沫体。3.权利要求2的抛光垫片，其中所述闭孔泡沫体包括交联乙烯醋酸乙烯酯共聚物和低密度或中密度聚乙烯共聚物的共混物，其中所述乙烯醋酸乙烯酯与聚乙烯之比为约0.6∶9.4至约9∶1。4.权利要求3的抛光垫片，其中所述共混物中乙烯醋酸乙烯酯共聚物与聚乙烯之比为约0.6∶9.4至约1.8∶8.2。5.权利要求4的抛光垫片，其中所述热塑性泡沫基质的二甲苯不溶物含量为至少约85wt％。6.权利要求1的抛光垫片，其中所述凹面泡孔的平均尺寸为约100微米至350微米。7.权利要求1的抛光垫片，其中所述凹面泡孔的泡孔密度为至少约4.5个泡孔/mm2。8.权利要求1的抛光垫片，其中所述抛光剂选自由氧化硅、氧化钛、四乙氧基硅烷聚合物和烷氧基钛聚合物组成的一组陶瓷。9.权利要求1的抛光垫片，其中所述抛光剂选自由聚醇和聚胺组成的一组聚合物。10.权利要求9的抛光垫片，其中所述基质在用任何一种所述聚合物涂布之后，其峰值tgδ比基质低至少约40℃。全文摘要本发明提供具有改进的抛光性能和耐久性的抛光垫片。该垫片包括热塑性泡沫基质，该热塑性泡沫基质的表面由凹面泡孔组成。用抛光剂涂布凹面泡孔的内表面。本发明包括制备抛光垫片的方法，和含抛光垫片的抛光装置。文档编号H01L21/304GK1642692SQ03805771公开日2005年7月20日申请日期2003年9月2日优先权日2002年9月11日发明者Y·S·奥本,P·A·托马斯申请人:皮斯洛奎斯特公司