专利名称：包括填充的半透明区域的抛光垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含一个至少对光为半透明区域的抛光垫，以及制备及使用该抛光垫的方法。
背景技术：
在将基材表面抛光过程中，通常希望就地监测抛光制程。就地监测抛光制程的一个方法牵涉到使用具有孔隙或窗户的抛光垫。该孔隙或窗户提供一个光可通过的门户，以允许在抛光制程过程中检查基材表面。具有孔隙及窗户的抛光垫为已知的并且已用来抛光基材，如半导体装置的表面。例如美国专利5,605,760(Roberts)提供了具有由固体均匀聚合物所形成的透明窗户的垫，其本身不具有吸收或输送淤浆的能力。美国专利5,433,651号(Lustig等人)揭示了一种抛光垫，其中该垫的一部份已被移除，以提供可透光的孔隙。美国专利5,893,796及5,964,643号(均为Birang等人)揭示移除抛光垫的一部份，以提供一个孔隙，并且将透明的聚胺基甲酸酯或石英塞置于孔隙中，以提供透明的窗户，或移除抛光垫背面的一部份，以在垫上提供半透明度。
目前仍存在一种需求，希望得到具有半透明区域的有效的抛光垫以及生产和使用它们的有效方法。本发明提供了这样的垫以及生产和使用这种垫的方法。本发明的这些及其它优点以及另外的发明特征通过阅读下列的描述，将会更清楚。
发明简述本发明提供了包含一个至少为半透明区域的一种抛光垫，其中该半透明区域包含基质聚合物及填充剂。本发明进一步提供了一种生产包含一个至少为半透明区域的抛光垫的方法，该方法包含(a)提供多孔性基质聚合物；(b)用填充剂填充该基质聚合物的至少一部分孔洞，以提供至少为半透明的区域；并(c)形成包含至少为半透明区域的抛光垫。本发明还提供了将基材，特别是半导体基材抛光的方法，包含使用本发明的抛光垫。
发明详述本发明的抛光垫包含一个至少对光为半透明的区域，其中该半透明区域包含基质聚合物及填充剂。在此所用的术语”至少为半透明”意指将与表面接触的光透过至少一部分的能力，并且可用来叙述稍微、部份、几乎及完全半透明或透明的材质。本发明抛光垫的半透明区域优选对波长为约190-3500纳米的光至少是半透明的，更优选为可见光，最优选为来自激光源的可见光，特别是被用于与抛光垫一起使用的抛光装置中的光。
一般的基质聚合物被当做抛光垫的本体，并且可包含本领域中已知的任何适当聚合物。优选的基质聚合物能够提供多孔性结构(即包含任何尺寸或形状的许多孔洞、空隙、通路、沟槽或类似物)，或通过其天然构型提供的，或通过使用本领域中已知的不同生产技术(例如发泡、吹模等)得到的。更优选，基质聚合物的结构是使得基质聚合物在无填充剂存在下，基本上为不透明的结构；然而，当与填充剂组合时，该基质聚合物至少为半透明的。适用做基质聚合物的聚合物包括聚氨基甲酸酯、丙烯酸系、尼龙类、环氧化物及本领域中已知的其它适当聚合物。优选的基质聚合物包含聚氨基甲酸酯，更优选为多孔性聚氨基甲酸酯，由它们组成或基本上由它们组成。
基质聚合物通常提供在抛光垫的抛光表面上，该表面在抛光期间接触基材的表面。因此，该基质聚合物优选包含一种表面质地，以加速运送淤浆通过该垫的抛光表面。优选地，基质聚合物包含内在表面质地(intrinsic surfacetexture)，以允许其吸收和/或运送抛光淤浆到其表面上。术语“内在表面质地”意指一种与外在制程所生产的质地相对的由组合物的性质所引起的表面质地。例如多孔性聚氨基甲酸酯垫会因为露在垫表面上的孔结构而具有内在表面质地。除了内在表面质地之外，基质聚合物可包含由外在制程所产生的表面质地(即外在表面质地)，如本领域中已知的(例如浮雕、印花、切割或磨擦等)。本发明的基质聚合物优选包含足够的内在和/或外在表面质地，以加速吸收和/或运送淤浆通过该垫的表面。
抛光垫的半透明区域包含基质聚合物及填充剂。该填充剂可以是能够与基质聚合物组合的任何材质，以增加基质聚合物的半透明度。不愿被任何特别的理论所限制，相信在基质聚合物中的空气或气体填充的孔洞或空隙(即微孔或微隙)导致光通过而散射，因此减少该基质聚合物的半透明度或使该基质聚合物不透明。进一步相信借着以具有折射指数更类似于基质聚合物的填充剂来置换至少一部分的气体或空气，而使得该填充剂减少气体填充孔洞或空隙的光散射效果。结果是与基质聚合物单独比较，经组合的基质聚合物/填充剂增加了光的传送(即增加半透明度)，减少了光学密度。因此优选，填充剂所具有的折射指数大于占据基质聚合物孔洞的气体(例如空气)的折射指数，并且因此更接近基质聚合物的折射指数。更优选，该填充剂所具有的折射指数为约等于基质聚合物的折射指数。当经组合的基质聚合物及填充剂的半透明度，部份地取决于基质聚合物的折射指数与填充剂的折射指数间比较的相对差别时，填充剂的选择会部份地取决于所用的基质聚合物。
该填充剂包含任何适当的物质，由这些适当的物质组成或基本上由它们组成。适当的填充剂包括例如有机化合物，如脂肪、油类、天然树脂等。其它适当的填充剂包括合成聚合物及树脂，如环氧树脂、热固性树脂、UV-固化树脂、光固化树脂及其混合物。与本发明结合使用的适当填充剂的更具体的实例包括聚酯、苯乙烯、丙烯酸系、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、乙基氰基丙烯酸酯及其衍生物和混合物。优选的填充剂物质包含聚酯、由聚酯组成或基本上由聚酯组成。
通常，给定区域的基质聚合物的半透明程度(即光传递的份量)随填充剂所占据的孔洞数目的增加而增加。然而，填充剂不需要占据基质聚合物的区域的所有孔洞来提供半透明区域。根据本发明的一个观点，填充剂只占据抛光垫的半透明区域的一部分孔洞。例如该填充剂占据基质聚合物区域的内部孔洞的足够部分，以提供半透明区域，留下半透明区域的表面孔洞大体上未被填充，因而允许基质聚合物的半透明区域维持其内在表面质地。根据本发明的另一个观点，填充剂占据几乎半透明区域的所有孔洞。根据此观点，例如内部及表面的孔洞都被填充，因而减少或排除基质聚合物的本质表面质地。
虽然本发明的抛光垫就整体而言为半透明的，但是该抛光垫优选在除了半透明区域之外，包含几乎不透明的区域。如前所述，在无填充剂存在下，基质聚合物优选为几乎不透明的。因此，大体上为不透明的区域通常是由基质聚合物的未填充区域所提供的，使得大体上不透明的区域及半透明区域构成连续的基质聚合物。然而，大体上不透明的区域可以无连续基质聚合物地被提供。换言之，该半透明区域包含不同于大体上不透明区域的材质的基质聚合物。例如包含基质聚合物的半透明区域能被插入或形成为包含不同材质的大致不透明抛光垫的一部分。用来形成不透明区域的适当物质通常是本领域中已知的，并且包括常用的抛光垫物质，如多孔性或无孔性聚氨基甲酸酯、尼龙、丙烯酸系及类似物。关于基质聚合物如前所讨论的，该垫的大致不透明区域优选包含本质表面质地和/或外在表面质地，以加速吸收和/或运送淤浆通过该垫的表面。
除了在此所讨论的特征之外，填充剂和/或基质聚合物可包含其它的元素、成分或添加物，如背层(backing layer)、粘着剂、研磨剂及本领域中已知的其它添加物。该填充剂和/或基质聚合物可包含例如光吸收或反射元素，如紫外线或有色吸附或反射物质，其能够使某些波长的光通过，同时延迟或排除其它波长的光通过。
本发明也提供了一种生产抛光垫的方法，该抛光垫包含一个至少为半透明的区域，该方法包含(a)提供多孔性基质聚合物；(b)用填充剂填充该基质聚合物之孔洞的至少一部份孔洞以提供至少为半透明的区域；并(c)形成包含至少为半透明区域的抛光垫。本发明方法的基质聚合物、填充剂及其它元素是如前它在本发明的抛光垫部分所描述的。该抛光垫可以任何适当的技术形成。
该抛光垫可在与填充剂组合之前或之后，以本领域中已知的任何方法由基质聚合物形成。适当的方法包括铸造、切割、射出成型或压缩基质聚合物成为所要的抛光垫形状。其它的抛光垫元素也可在基质聚合物成型之前或之后，根据需要添加到基质聚合物中。例如背层物质可被涂覆、钻孔或以本领域中通常已知的不同方法来提供表面质地。优选，宏观或微观质地被提供到抛光垫或基质聚合物的至少一部分表面上。
基质聚合物的孔洞可用填充剂以本领域中已知的任何方法填充。适当的方法包括将液态填充剂倒到基质聚合物的表面或将基质聚合物浸入液态填充剂中，并且允许该填充剂吸收到基质聚合物中。压力和/或热可被用来协助填充剂吸收到基质聚合物中。另外，该填充剂可与基质聚合物混合，并且铸造或以其它方式固化，以提供经填充的基质聚合物。还存在用填充剂填充基质聚合物的孔洞的其它方法，并且对本领域普通技术人员而言为已知的。
本发明还提供了一种包含使用本发明的抛光垫来抛光基材的方法。抛光基材的本方法可被用来抛光或平面化任何基材，例如包含玻璃、金属、金属氧化物、金属复合物、半导体基底材质或其混合物的基材。该基材可包含任何适当的金属、由这些金属组成或基本上由它们组成。适当的金属包括例如铜、铝、钽、钛、钨、金、铂、铱、钌及其组合物(例如合金或混合物)。该基材也可包含任何适当的金属氧化物、由这样的金属氧化物组成或基本上由其组成。适当的金属氧化物包括例如氧化铝、氧化硅、氧化钽、氧化铈、氧化锆、氧化锗、氧化镁及其组合物。另外，该基材可包含任何适当的金属复合物、由其组成或基本上由其组成。适当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(例如碳化硅及碳化钨)、镍-磷、硼基硅酸铝、硼基硅酸盐玻璃、磷基硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷基硅酸盐玻璃(BPSG)、硅/锗合金及硅/锗/碳合金。该基材也可包含任何适当的半导体基底材质、由其组成或基本上由其组成。适当的半导体基底材质包括单晶硅、多晶硅、无定形硅、绝缘体上的硅及半导体材质化合物，如砷化镓及磷化铟。
本发明方法被用于平面化或抛光许多经硬化的工作对象，如记忆碟(memory disk)或硬盘、金属(例如贵金属)、ILD层、微机电系统、铁电物质、磁头、聚合薄膜及低和高介电常数薄膜。术语”记忆碟或硬盘”意指用来以电磁形式留住信息的任何磁盘、硬盘(hard disk，rigid disk)或记忆碟。记忆碟或硬盘一般具有包含镍-磷的表面，但是该表面也可包含任何其它适当的物质。
本发明方法特别被用于抛光或平面化半导体装置，例如具有装置特征几何形状(device feature geometries)约0.25微米或更小(例如0.18微米或更小)的半导体装置。在此所用之术语”装置特征”意指单一功能的组件，如晶体管、电阻器、电容、集成电路或类似物。例如在制造半导体装置的期间，在以浅沟分离方法(STI抛光)形成分离结构时，本方法可用来抛光或平面化半导体装置的表面。在交互层介电(ILD抛光)形成时，本方法也可用来抛光半导体装置的介电或金属层(即金属互连)。
抛光基材的本发明方法可进一步包含例如在抛光或平面化基材的期间，将光通过抛光垫的半透明区域并且到基材的表面，以检查或监测抛光制程。用来检查或监测抛光制程的技术是本领域中已知的，是借着分析从基材表面反射的光或其它辐射而实施的。此类方法例如在美国专利5,196,353、美国专利5,433,651、美国专利5,609,511、美国专利5,643,046、美国专利5,658,183、美国专利5,730,642、美国专利5,838,447、美国专利5,872,633、美国专利5,893,796、美国专利5,949,927及美国专利5,964,643进行描述。
在此所引用的所有参考文献，包括专利、专利申请书及出版物，全文并于本文为参考。
当本发明以强调优选具体实施例来进行叙述时，本领域普通技术人员会明了可对优选的具体实施例进行变化，并且本发明意欲本发明可以不同于在此特定叙述的方式被实施。因此，本发明包括所有包含在本发明的精神、范畴以及权利要求书所定义的范围中的改变。
权利要求
1.一种抛光垫，包含至少为半透明的区域，其中该半透明区域包含基质聚合物及填充剂。
2.如权利要求1的抛光垫，其中该基质聚合物在无填充剂存在下，基本上为不透明的，并且当与填充剂组合时为至少半透明的。
3.如权利要求2的抛光垫，其中该基质聚合物在无填充剂存在下为多孔性的。
4.如权利要求3的抛光垫，其中该基质聚合物为聚氨基甲酸酯。
5.如权利要求4的抛光垫，其中该填充剂具有与基质聚合物约相同的折射指数。
6.如权利要求4的抛光垫，其中该填充剂包含有机化合物。
7.如权利要求4的抛光垫，其中该填充剂选自环氧树脂、热固性树脂、UV-固化树脂、光固化树脂及其混合物。
8.如权利要求4的抛光垫，其中该填充剂选自聚酯、苯乙烯、丙烯酸系、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、乙基氰基丙烯酸酯及其混合物。
9.如权利要求8的抛光垫，其中该填充剂是聚酯。
10.如权利要求3的抛光垫，其中该填充剂只占据半透明区域的一部分孔洞。
11.如权利要求10的抛光垫，其中该半透明区域具有内在表面质地。
12.如权利要求3的抛光垫，其中该填充剂占据基本上半透明区域的所有孔洞。
13.如权利要求2的抛光垫，进一步包含基本上不透明的区域。
14.如权利要求13的抛光垫，其中该基本上不透明的区域为多孔性的。
15.如权利要求14的抛光垫，其中该基本上不透明的区域具有内在表面质地。
16.如权利要求13的抛光垫，其中该基本上不透明的区域及半透明区域包含连续基质聚合物。
17.如权利要求16的抛光垫，其中至少一部分该垫的表面包含外在所产生的表面质地。
18.如权利要求1的抛光垫，其中该半透明区域对波长为约190-3500纳米的光为半透明的。
19.一种生产包含至少为半透明的区域的抛光垫的方法，该方法包含(a)提供多孔性基质聚合物；(b)用填充剂填充该基质聚合物区域的至少一部份孔洞以提供至少为半透明的区域；及(c)形成包含半透明区域的抛光垫。
20.如权利要求19的方法，其中该基质聚合物在无填充剂存在下，基本上为不透明的，并且当与填充剂组合时为至少半透明的。
21.如权利要求20的方法，其中该基质聚合物是聚氨基甲酸酯。
22.如权利要求21的方法，其中该填充剂具有与基质聚合物约相同的折射指数。
23.如权利要求21的方法，其中该填充剂包含有机化合物。
24.如权利要求21的方法，其中该填充剂选自环氧树脂、热固性树脂、UV-固化树脂、光固化树脂及其混合物。
25.如权利要求21的方法，其中该填充剂选自聚酯、苯乙烯、丙烯酸系、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、乙基氰基丙烯酸酯及其混合物。
26.如权利要求25的方法，其中该填充剂是聚酯。
27.如权利要求21的方法，其中该基质聚合物区域的孔洞只有一部分被填充来提供该半透明区域。
28.如权利要求27的方法，其中该半透明区域包含内在表面质地。
29.如权利要求21的方法，其中该基质聚合物区域基本上所有的孔洞都被填充，以提供该半透明区域。
30.如权利要求19的方法，其中该抛光垫包含基本上不透明的区域。
31.如权利要求30的方法，其中该基本上不透明的区域为多孔性的。
32.如权利要求31的方法，其中该基本上不透明的区域包含内在表面质地。
33.如权利要求19的方法，进一步包含在抛光垫的一部分表面上提供外在所产生的表面质地。
34.如权利要求19的方法，其中该半透明区域对波长约190-3500纳米的光为半透明的。
35.一种抛光基材的方法，包含利用如权利要求1的抛光垫。
36.如权利要求35的方法，其中该基材是一种半导体装置。
37.如权利要求36的方法，进一步包含将光通过该抛光垫的半透明区域。
38.如权利要求37的方法，其中该光为激光。
全文摘要
本发明提供了一种抛光垫，其包含一个至少为半透明的区域，其中该半透明区域包含基质聚合物及填充剂。本发明也提供了一种生产包含一个至少为半透明的区域的抛光垫的方法，该方法包含(a)提供一个多孔性基质聚合物；(b)用填充剂填充该基质聚合物的至少一部份的孔洞，以提供一个至少为半透明的区域；并(c)形成包含半透明区域的抛光垫。本发明还提供了将基材，特别是半导体基材抛光的方法，其包含使用在本发明提供的抛光垫。
文档编号B24B37/00GK1468162SQ01816948
公开日2004年1月14日 申请日期2001年9月20日 优先权日2000年10月6日
发明者凯利·J·纽厄尔, 凯利 J 纽厄尔 申请人:卡伯特微电子公司