专利名称：防剥离的抛光垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及抛光垫，该抛光垫用于在诸如玻璃、半导体、电介质/金属复合物、磁块存储介质和集成电路这样的产品上产生平滑、超平坦表面。更为具体地，本发明涉及粘合剂材料，该粘合剂材料适合于将某些抛光垫支撑体粘合到抛光器件上，以便于延长抛光垫在剥离发生之前的寿命。
背景技术：
化学机械抛光(CMP)广泛地用作VLSI集成电路制造中的平面化技术。它具有用于在IC加工中平面化各种材料的潜能，但是最为广泛地用于平面化半导体晶片上的金属化层和层间电介质以及用于平面化用于浅沟槽隔离的基质。
在浅沟槽隔离(STI)中，例如，必须抛光大面积的场氧化物以制造平坦的原始晶片。利用传统的蚀刻工艺获得横过晶片整个直径的可接受的平面化很大程度上不成功。然而，使用常规的CMP，利用机械拋光轮和化学蚀刻剂浆料抛光晶片，可以高的平面化程度除去不期望的氧化物材料。
相似地，在多层金属化工艺中，多层结构中的每一层促成不规则的形貌。随着工艺继续发展，现在平面化层间电介质层通常有利于现有技术水平的IC制造工艺。金属层中的高平面度是常见的目的，且通过利用插塞层间连接促进该目的。插塞形成的优选方法是在层间电介质上以及层间窗口中覆盖淀积一厚金属层，该金属层包括例如W、Ti、TiN，然后利用CMP除去过量的金属。CMP还用于抛光例如SiO2、Ta2O5、或W2O5的氧化物层或抛光例如Si3N4、TaN、TiN的氮化物层。
然而，在常规的抛光垫材料中存在一些缺陷。诸如聚氨酯、聚碳酸酯、尼龙、聚脲、毛毡或聚酯的多种类型的材料具有差的固有抛光能力，且因此不能在它们的原始状态下用作抛光垫。在某些情况下，机械或化学纹理化(texturing)可以改变这些材料，由此致使它们可用于抛光。对防止晶片不平坦抛光的另一考虑是对用于将抛光垫附着于抛光台压板上的背衬膜的选择和寿命。背衬膜在拋光期间缓冲晶片并补偿晶片或背衬板中的厚度变化。再一种考虑涉及到用于将抛光垫附着于压板上的粘合剂。
据认为，用于化学机械抛光中的浆料可引起抛光垫从抛光台压板上剥离。当剥离的抛光垫飞出移动的抛光台时，随之发生的问题会从在剥离初期阶段制造差质量晶片的不满意的晶片平面化发展到晶片和抛光器件的破坏。据认为，当用于将抛光垫固定到抛光台压板的粘合剂被浆料化学侵蚀时，发生剥离。这反过来可能由于粘合剂的溶解导致在粘合剂/压板界面处的粘合失败。由于剥离引起的足够高质量的半导体晶片数量减小显著地影响制造集成电路的总成本。
一种减小由于剥离引起的产量损失的方法是使用坚固地将抛光垫结合到压板上的粘合剂。该方法基于一种观念如果抛光垫紧紧地结合到压板上，则抛光浆料较不容易进入压板和垫之间以导致剥离。然而，该方法的一个问题是改变抛光垫变得非常困难。通常需要特殊的设备来促使将这种垫从压板剥落。经常在压板表面上留有残余的粘合剂，必须使用有机溶剂来将粘合剂从压板上清除掉。这些附加的除去和清除步骤增加了制造集成电路的总时间和成本。
因此，需要一种改进的CMP垫，该CMP垫能够提供高平坦的晶片表面且在CMP期间具有提高的寿命，同时不会遇到上述问题。
发明概述为了致力于解决上述缺陷，本发明在一个实施方案中提供一种用于抛光半导体晶片的化学机械抛光垫。该抛光垫包括热塑性背衬膜和结合到该热塑性背衬膜上的压敏粘合剂。设置压敏粘合剂以将抛光垫结合到抛光压板上，并提供在暴露于约4或更高的pH的抛光浆料介质中至少约4天能基本上防止化学机械抛光垫从抛光压板剥离的界面。
在另一实施方案中，本发明提供制造化学机械抛光垫的方法。该方法包括提供热塑性泡沫抛光体并将热塑性背衬膜层压到该热塑性泡沫抛光体上。该方法还包括将压敏粘合剂结合到热塑性背衬膜上。如上所述，设置压敏粘合剂以将化学机械抛光垫结合到抛光压板并提供界面。本发明的再一实施方案为由上述方法制造的用于抛光半导体晶片的化学机械抛光垫。
前述已经概括出本发明优选的和选择性特征以便于本领域技术人员更好地理解随后的本发明的详细说明。在下文中会描述本发明的附加特征，这些特征构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应该理解的是，他们可容易地使用公开构思和具体的实施方案作为基础来设计或修改用于执行与本发明相同目的的其它结构。本领域人员还应该意识到这种等同的结构不脱离本发明的范围。
为了更全面地理解本发明，参考下述说明并结合附图，其中图1示出本发明的抛光垫的横剖面图；图2A-C示出在根据本发明的原理制作抛光垫的方法中选择的步骤的剖视图；图3A至3I示出本发明的压敏粘合剂与其它粘合剂的进入测试的示例性数据；和图4示出本发明的压敏粘合剂与其它粘合剂的剥离强度测试的示例性数据。
优选实施方式本发明公开一种抛光垫背衬膜与粘合剂材料的复合体，与常规的垫和粘合剂的复合体相比，其在较长的工作寿命期间提供优良的抛光质量。特别地，发现粘合剂和塑料背衬膜的特定结合提供了对存在于浆料介质中的酸性和氧化条件有意想不到的良好抵抗性，同时保持在水平(压板)平面内良好的抗切强度和在垂直平面(垂直于压板)内的低剥离强度。特别地，发现包括具有硅酮基粘合剂的压板侧粘合剂和具有丙烯酸基粘合剂的背衬膜侧粘合剂的双面压敏粘合剂(PSA)提供了意想不到的良好抗剥离性。据认为，硅基粘合剂对CMP浆料引起的化学侵蚀的抗性赋予了抗剥离性。而且，浆料几乎不进入压板/粘合剂界面且因此仅压板/粘合剂界面周边与浆料接触。
在CMP应用中使用硅粘合剂对立于认为来自粘合剂的硅酮化合物会浸入硅晶片并不可回复地污染晶片的传统观点。特别地，长期认为聚硅氧烷的不稳定单体成分会与硅晶片表面反应并由此有害地改变晶片的半导体特性。本发明避免了这些问题，因为硅基粘合剂仅在压板侧、少量浆料进入压板/粘合剂界面、以及硅基粘合剂对CMP浆料引起的化学侵蚀的固有抵抗性。
就本发明而言，将粘合剂定义为能够通过化学或机械作用或二者将抛光垫材料特别是背衬膜粘合到抛光压板且可以由水、无水溶剂、压力、加热、冷却或其他方法活化的任意材料。术语压敏粘合剂是指一种粘合剂，该粘合剂在室温下仅通过简单地施加压力的方法粘合到表面上。
图1示出本发明的一个实施方案，用于抛光半导体晶片的化学机械抛光垫100。抛光垫100包括热塑性背衬膜105和结合到热塑性背衬膜105上的压敏粘合剂110。设置压敏粘合剂110以将化学机械拋光垫100结合到抛光压板115上。
还设置压敏粘合剂110以提供在暴露于具有约4或更高的pH的抛光浆料介质125至少约4天能够基本上防止化学机械抛光垫100从抛光压板115剥离的界面120。更为优选地，在暴露于抛光浆料介质125至少14天防止剥离。通过小于约2mm的浆料进入130进入界面120，来显示基本防止剥离，如随后实验部分进一步示出的。
抛光垫100的优选实施方案包括双面的压敏粘合剂110，该粘合剂110在可结合到所述压板115的第一面135上具有硅酮基粘合剂和在可结合到所述热塑性背衬膜105的第二面140上具有丙烯酸基粘合剂。期望仅在第一面135上具有硅酮基粘合剂，因为拋光压板115通常具有高表面能。热塑性背衬膜105通常由低表面能材料例如高密度聚乙烯组成，该材料不会以足够将抛光垫100结合到抛光压板115的强度粘合到硅酮基粘合剂上。
压敏粘合剂110具有低单体硅酮含量是有利的，因为这最小化污染要被抛光的半导体晶片的可能性。虽然没有通过原理限制本发明的范围，但假定任何这种污染的可能源来自压敏粘合剂110的第一面135上的硅酮基粘合剂。硅酮基粘合剂的单体硅酮含量理想地足够低以在抛光期间局限在第一面135上。
压敏粘合剂110的单体硅酮含量可以通过常规制造工艺减小至令人满意的程度。可以通过任意数量的本领域技术人员公知的常规萃取工序来确定在成品带结构中的单体硅酮的含量。例如，单体硅酮可以从压敏粘合剂110或第一面135上的硅酮基粘合剂被乙醇萃取出，然后在氮气氛下再次干燥。接着萃取物的剩余物可以在氮气中干燥并通过例如用红外光谱测量硅酮在804cm-1的吸收峰来分析硅酮含量。在优选的实施方案中，例如，来自硅酮基粘合剂的乙醇萃取物的干燥样品具有相应于在804cm-1每克下小于约100吸收单位的硅酮含量。更为优选地，萃取物具有在804cm-1每样品重量下小于约50且更为优选小于约20的吸收单位。
在抛光垫100的其它优选实施方案中，压敏粘合剂110还包括载带膜145，该载带膜145包括例如聚酯且位于压敏粘合剂的第一面135和第二面140之间。载带膜145还可以包括其它聚合材料，该聚合材料对于硅酮和丙烯酸基粘合剂具有足够高的表面能以比分别粘合到压板或热塑性背衬膜更坚固地粘合到载带膜上。这种材料的例子有尼龙、高密度聚乙烯(HDPE)和未塑化的聚氯乙烯(HDPE)。
在抛光垫100的另一优选实施方案中，热塑性背衬膜105为高密度聚乙烯(即，密度大于约0.96gm/cc)，更优选为缩合高密度聚乙烯。适合用作背衬膜105的高密度聚乙烯的例子有产品DGDA-2490和DGDA-2480(DowChemical Corp)、产品Paxon BA7718和Escorene HD7845(Exxon Corp.)。其它适合于背衬膜105的材料包括缩合低密度聚乙烯(LPDE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、乙基乙酸乙烯聚烯烃共聚物(EVAO)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性橡胶(TPR)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺6，6、己二酸-1，6-己二胺聚合物(PA6)和热塑性聚氨酯(TPU)。优选，背衬膜105有在约5和约50密耳之间的厚度。
界面120在平行于压板150的旋转面的平面中具有高剪切强度是非常有利的。例如，界面120在平行于抛光压板150平面的平面中的剪切强度在室温下(～72°F)等于至少约10000hrs(在1000g)，或在158°F下等于约10000hrs(在500克)。
同时，为促进抛光垫的替换，希望界面120在垂直于抛光平面155的平面中具有中等的剥离强度。例如，界面120在室温下(～72°F)72小时闭模时间后具有在约1和约200盎司/英寸之间的剥离强度，较为优选在约10和约150盎司/英寸之间，且更为优选在约10和约50盎司/英寸之间。优选，剥离强度在pH4下在例如包括高达10％体积/体积H2O2的抛光浆料介质125中在至少高至约24小时基本保持恒定。
抛光垫的又一实施方案还包括结合到热塑性背衬膜105上的热塑性泡沫抛光体160。在某些实施方案中，热塑性泡沫抛光体160可以包括交联聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯及其组合物。在某些优选实施方案中，抛光体160由交联均聚物或共聚物的闭孔泡沫体组成。含有聚乙烯(PE)的闭孔泡沫体交联均聚物的例子包括来自Voltek(Lawrence，MA)的VolaraTM和VolextraTM；来自JMS Plastics Supply，Inc.(Neptune，NJ)的AliplastTM；或Senflex T-cellTM(RogersCorp.，Rogers，CT)。含有聚乙烯和乙烯乙酸乙烯酯(EVA)的交联共聚物的闭孔泡沫体的例子包括VolaraTM和VolextraTM(来自Voltek Corp.)；SenflexEVATM(来自Rogers Corp.)；和J-foamTM(来自JMS Plastics JMS PlasticsSupply，Inc.)。
在其它优选实施方案中，热塑性泡沫抛光体160的闭孔泡沫体由交联乙烯乙酸乙烯酯共聚物和低密度聚乙烯共聚物(即，优选在约0.1和约0.3gm/cc之间)的混合物组成。在另一个有利的实施方案中，该混合物具有在约1∶9和约9∶1之间的乙烯乙酸乙烯酯聚乙烯的重量比。在某些优选实施方案中，混合物包括约5至约45wt％的EVA，优选约6至约25wt％，更为优选约12至约24wt％。认为这种混合物有助于具有小尺寸的凹形孔的理想生产，如下面进一步讨论的。在另一较为优选的实施方案中，混合物具有在约0.6∶9.4和约1.8∶8.2之间的乙烯乙酸乙烯酯聚乙烯的重量比。在更为优选的实施方案中，混合物具有在约0.6∶9.4和约1.2∶8.8之间的乙烯乙酸乙烯酯聚乙烯的重量比。
在又一有利的实施方案中，热塑性泡沫抛光体160表现的特征为具有至少约85wt％的甲苯不溶性材料。测量二甲苯不溶性材料的方法对于本领域普通技术人员是公知的。这种方法可以包括，例如，在120℃下混合物在二甲苯中消化24小时，接着进行干燥并比较剩余不溶性材料对预消化材料的重量。
热塑性泡沫抛光体160还可包括最高约25wt％的无机填料。无机填料包括本领域普通技术人员公知的I族、II族或过渡金属以赋予泡沫基质想要的半透明、颜色或润滑特性。例如，无机填料可以选自云母、氧化钛、硅酸钙、碳酸钙、硅酸镁和锌盐。在某些优选实施方案中，热塑性泡沫抛光体160包括约17wt％的云母。在其它实施方案中，填料包括硅石(约20至约25wt％)、氧化锌(约1wt％)、硬脂酸(约1wt％)和其它本领域普通技术人员公知的添加剂和颜料(最高约2％)。其它常规填料也落入本发明的范围内，例如在U.S.专利No.6,419556、6,099954、6,425,816和6,425,803公开的，将其并入本文以作参考。
在其它优选的实施方案中，抛光体160包括热传导聚合物，该热传导聚合物具有含填料颗粒的基质。含有II族盐的填料颗粒混合进基质内。例如，II族盐可以是结合有任意相容阴离子(优选氧化物)的包含在周期表的II族中的元素的任意阳离子形式，优选镁(II)。因为这种抛光体160比常规的抛光垫具有更高的热传导性，所以改善了由摩擦和抛光工艺中固有的发热化学事件产生的热的分散。而且，选择性地引入某些类型、数量、形状和尺寸的填料颗粒可以用于在抛光期间控制热管理。
在本发明的某些实施方案中，II族盐包括包含硫酸根、硬脂酸根或碳酸根中的一种阴离子。在某些优选实施方案中，II族盐包括包含氧化物的阴离子，例如氧化镁或氧化钙。其它优选的实施方案中，II族盐包括包含氢氧根的阴离子，例如氢氧化镁。在阴离子为氢氧根的实施方案中，认为氢氧化物吸热分解成氧化物和水在热管理中和在CMP工艺期间改善湿性能方面起着有益作用。
在某些优选实施方案中，热传导聚合物具有大于约1Wm-1K-1的热传导率，优选大于约5Wm-1K-1，最为优选大于约15Wm-1K-1至约20Wm-1K-1。除具有高热传导性外，为了避免对位于要抛光的半导体晶片上的晶体管或其他电子元件功能的有害影响，例如短路，抛光体160还优选为电中性或不导电。例如，热传导聚合物在25℃下应该具有大于约1×1015Ωcm-3的体积电阻率，优选在25℃下为大于约5×1015Ωcm-3。此外，在某些优选实施方案中，热传导聚合物在约2至约12的pH范围内稳定。这里采用的术语稳定意味着当热传导聚合物引入到抛光器件中时其在CMP浆料中不显示分解的可见迹象，在使用期间没有磨损或断裂。另外，热传导聚合物不经历压电铬效应(piezochromiceffect)。这样，与CMP相关的压力负载基本上不影响聚合物的热传导特性。例如，这种压力负载可为约0.1psi至约50psi，优选约0.5psi至约10psi，更为优选约1psi至约8psi。
上述基质可以为用于CMP应用的抛光垫中且与遍及其中引入的填料颗粒相容的任意聚合物。例如，在某些实施方案中，基质由聚氨酯、聚烯烃或聚乙烯酯组成。基质的替代性实施方案包括聚脲、聚碳酸酯、酯族聚酮、聚砜、芳香族聚酮、6，6尼龙、6，12尼龙或聚酰胺。在其它实施方案中，基质为热塑性橡胶或可熔体加工的橡胶。然而，基质由闭孔聚丙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯或聚乙酸乙烯酯组成的实施方案也落入本发明的范围内。
对于第一近似，对于给定填料颗粒的组成、尺寸和形状，热传导率与存在的填料的数量成比例增加。例如，在某些优选实施方案中，填料颗粒包括至少约20％且更为优选包括约40至约70％重量的热传导聚合物。填料颗粒的尺寸和形状还影响热传导聚合物的热传导程度。例如，在某些优选实施方案中，填料颗粒具有球形形状。在其它优选的实施方案中，填料颗粒具有约50μm至约1μm的平均直径，且更为优选约5μm至约1μm。在某些有利的实施方案中，填料颗粒基本上遍及基质引入以在基质中提供均匀的颗粒分布。
热塑性泡沫抛光体160通过粘合剂162(例如用于将背衬膜105结合到抛光压板115的压敏粘合剂110)结合到热塑性背衬膜105上。或者，通过热焊接或通过在热塑性泡沫体160片上挤压涂覆熔融的背衬膜105来结合热塑性泡沫抛光体160。还可以利用化学结合方法来实现结合。在某些有利实施方案中，热塑性泡沫抛光体160具有由凹形孔(concave cells)170和涂覆凹形孔170内表面180的抛光剂175细成的表面。
在某些实施方案中，热塑性泡沫抛光体160具有遍及抛光体形成的孔165。在某些优选实施方案中，孔165基本类似球体。在其它优选的实施方案中，孔165的尺寸使得在将基体切成薄片时，在基体表面的敞开的凹形孔170具有在约100微米和600微米之间的平均尺寸。凹形孔165的平均尺寸范围为约100至约350微米，优选为约100至约250微米，且更为优选为约115至约200微米。利用由American Society for Testing and Materials(WestConshohocken，PA)开发和公布的标准规程例如ASTM D3576来确定孔尺寸165，其引入本文以作参考。在某些优选实施方案中，其中孔165的形状基本上为球形，孔尺寸近似等于平均孔直径。例如，在包括EVA共聚物的实施方案中，孔直径是共聚物混合物中EVA含量的函数，如Perez等人在J.Appl.Polymer Sci，vol.68，1998 pp 1237-1244公开的，其引入本文以作参考。如Perez等人披露的，体密度与孔密度成反比关系。这样，在其它优选的实施方案中，基体表面的凹形孔170的密度范围在2.5和约100孔/mm2之间，更为优选在约60和100孔/mm2之间。例如可以由基体表面的显微镜图像的视觉检查确定孔密度。
抛光剂175可以包括一种或多种陶瓷化合物或一种或多种有机聚合物，由次级反应物结合在抛光体表面上产生，如由Yaw S.Obeng和Edward M.Yokley的题目为“A METHOD OF ALTERING AND PRESERVING THESURFACE PROPERTIES OF A POLISHING PAD AND SPECIFICAPPLICATIONS THEREFOR”的U.S.专利申请09/994,407公开的，其引入本文以作参考。陶瓷抛光剂175可以包括当含氧有机金属化合物用作次级反应物来制造结合表面时产生的无机金属氧化物。例如，在某些实施方案中，抛光剂175为无定形硅石或氧化钛。在该实施方案中，次级等离子体混合物包括钛。其他例子包括包含例如锰或钽的过渡金属的次级等离子体混合物。然而，能够形成例如含有一个或多个氧原子的金属酯的挥发性有机金属化合物且能够结合于聚合物表面的任何金属元素是适合的。
硅可以用作有机金属次级等离子体混合物的金属部分。在这些实施方案中，有机金属反应物的有机部分为酯、乙酸根或烷氧基碎片。在优选的实施方案中，抛光剂175选自陶瓷、四乙氧基硅烷聚合物和烷氧基钛聚合物，其中所述陶瓷由氧化硅和氧化钛组成，例如由二氧化硅和二氧化钛组成。
然而，大量其它的次级反应物可以用于制造陶瓷抛光剂175。次级等离子反应物可以包括臭氧、烷氧基硅烷、水、氨、醇、矿物油精或过氧化氢。例如，在优选的实施方案中，次级等离子体反应物可以包括钛酯、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)、乙酸锰的水溶液、溶解在矿物油精中的烷氧基锰、乙酸锰、乙酰丙酮锰、烷氧基铝、烷氧基铝酸盐、氧化铝、其中烷氧基具有1-5个碳原子的烷氧基锆、烷氧基锆酸盐、乙酸镁和乙酰丙酮镁。其它实施方案还考虑例如烷氧基硅烷和臭氧、烷氧基硅烷和氨、钛酯水、钛酯和醇、或钛酯和臭氧作为次级等离子体反应物。
或者，当有机化合物用作次级等离子反应物时，抛光剂175可包括有机聚合物。这种次级反应物的例子包括烯丙基醇、烯丙基胺、其中烷基含有1-8个碳原子的烯丙基烷基胺、烯丙基醚、其中烷基含有1-8个碳的仲胺、其中烷基含有1-8个碳原子的烷基肼、丙烯酸、甲基丙烯酸、含有1-8个碳原子的丙烯酸酯、含有1-8个碳原子的甲基丙烯酸酯、或乙烯基嘧啶和乙烯基酯，例如乙酸乙烯酯。在某些优选实施方案中，抛光剂175选自由多元醇和多元胺组成的聚合物。
在图1中描绘出在优选环境抛光设备180中的抛光垫100。设备180包括机械驱动承载头185和用于固定半导体晶片195的承载环190。承载头185正对着抛光压板115设置以正对着抛光压板115赋予抛光力。
图2A-2C示出在本发明的另一实施方案制造化学机械抛光垫200的方法中的选择步骤的剖面图。如图2A中所示，该方法包括提供热塑性泡沫抛光体205。如图2B中所示，该方法还包括将热塑性背衬膜210层压至热塑性泡沫抛光体205上。利用本领域普通技术人员公知的常规粘合剂如环氧树脂或其它材料，或者压敏粘合剂例如两面都是丙烯酸基粘合剂的双面材料，通过化学结合实现层压。在其它优选实施方案中，通过在泡沫体上挤压涂覆熔融背衬膜材料实现层压，而在另一实施方案中，背衬膜210被热焊至热塑性泡沫抛光体205上。
该方法还包括将压敏粘合剂215结合到热塑性背衬膜210上(图2C)。如上所述，设置压敏粘合剂215以将化学机械抛光垫200结合到抛光压板220上并提供在暴露于具有约4或更高的pH的抛光浆料介质中至少约4天能够基本上防止抛光垫200从抛光压板220剥离的界面225。
优选，压敏粘合剂215包括双面带，该双面带具有包括硅酮基粘合剂的第一面230和包括夹在载带膜240之间的丙烯酸基粘合剂的第二面235。使丙烯酸基粘合剂结合到热塑性背衬膜210上且设置硅酮基粘合剂以结合到拋光压板220上。
本发明的另一实施方案，用于抛光半导体晶片的由上述工艺制造的化学机械抛光垫在图2C中示出。抛光体205的上述实施方案的任意一个、背衬膜210和压敏粘合剂215可用于制造化学机械拋光垫200的方法中。
例如，提供热塑性泡沫抛光体205包括暴露泡沫抛光体205内的孔245以形成包括凹形孔255的表面250和用抛光剂260涂覆凹形孔内表面。泡沫抛光体205内的闭合孔245的尺寸影响最终形成在表面250上的凹形孔255的尺寸。几个因素影响闭合孔245的尺寸。可以控制乙烯乙酸乙烯酯共聚物和聚乙烯的相对量，以便于有利地调节在发泡工艺期间生产的孔的尺寸。另外，采用的发泡工艺的类型可导致不同的孔尺寸。凹形孔255优选具有在约100微米和约600微米之间的平均尺寸以及至少约4.5孔/mm2的孔密度，更为优选具有在约100微米和约200微米之间的尺寸以及至少约60孔/mm2的孔密度。
本领域普通技术人员公知的常规发泡工艺可以用于提供泡沫抛光体205。例如，发泡工艺可包括在混合器中混合包含泡沫抛光体205的聚合物。发泡工艺还可包括利用辐射或实现交联的化学方法交联(XL)泡沫抛光体205中的聚合物。发泡工艺还可包括优选在压力下形成泡沫体205和发泡剂的混合物并通过常规模具挤压混合物以形成闭孔泡沫体的片材。
通过本领域普通技术人员公知的常规方法可以实现暴露孔245以形成包括凹形孔255的表面。例如，通过将泡沫抛光体205固定在平坦表面上并从泡沫抛光体205的表面切削一薄层(即，在约1200微米和约2000微米之间)来实现暴露。在某些优选实施方案中，利用例如由Fecken-Kirfel，(Aachen，Germany)提供的那些切片设备来进行切割或切削。
利用在U.S.申请09/994,407中公开的结合方法来实现使用抛光剂260涂覆内表面，该文献引入本文以作参考。这样，在某些实施方案中，涂覆包括将凹形孔内表面255暴露于初始的等离子体反应物(第一等离子体反应物)以在其上产生改性的表面。涂覆还可包括将改性的表面暴露于次级等离子体反应物(第二等离子体反应物)以在改性的表面上产生结合的表面，该接板表面包括抛光剂260。U.S.专利申请No.09/994,407中公开的主要反应物和次级反应物的任何一种或工艺可以用于该结合工艺中以在泡沫抛光体205的凹形孔245的内表面上涂覆抛光剂260。
已经描述了本发明，相信通过参考下面的试验，其将会变得显而易见。应该意识到，提供实验仅为了说明的目的而不应该解释为限制本发明。例如，虽然下述实验在实验室环境下执行，本领域技术人员可调节具体的型号、尺寸和数量以达到用于完全的工厂环境的适合值。
实验检验几种商用PSA以表征在不同类型介质中的浆料进入动力学和剥离强度。来自3M Company Inc.(St.Paul，MN)的产品9731为双面PSA聚酯载带膜，该双面PSA一面具有硅酮粘合剂和另一面具有丙烯酸粘合剂。测试几种其它的3M产品丙烯酸酯聚合物和聚氯乙烯的混合物9425、701DL、9430、9495LSE和NPE-201。此外，测试来自Adhesive Research Inc.(Glenrock，PA)的产品DEV8906、DEV804928和EL8917。还测试来自Avery Dennison Inc.(Painesville，OH)的产品号为FT8300的聚酯载带膜上的丙烯酸粘合剂。
实验1对PSA和背衬膜的各种组合研究具有不同pH的溶液的进入。PSA和背衬膜彼此结合且结合到已粘结到商用工作台顶部的抛光器的抛光压板的垫上。细件由pH为4至10的商用缓冲剂(Fisher Scientific，Pittsburgh，PA)的连续流冲淹以模拟化学机械抛光期间的浆料流。通过测量流体侵入的前缘经过的距离来确定PSA和背衬膜之间的界面内的溶液进入。为了方便测量，将由聚碳酸酯或高密度聚乙烯组成的透明热塑性片材用于模拟抛光垫的背衬膜。
在图3A-3I中示出示例性的结果，该结果表明进入(单位mm)作为浸液时间平方根的函数。如果进入是扩散限制的，绘制进入数据作为时间平方根的函数。直线表示扩散限制的机理。产品9731比其它PSA具有明显慢的进入速率。例如，在pH4溶液中，在(80分钟)1/2(约4.4天)后进入小于约2mm，在中性或碱性pH下(约14天)具有更缓慢的进入速率。
实验2研究氧化溶液对各种粘合剂背衬膜组合的剥离强度的影响。在调节至约pH4的存在或不存在1-10％H2O2的溶液中浸透0至约24小时的时间之后，对夹在不锈钢板与铝条之间的各种PSA进行实验。利用模型AR-1000Adhesion/Release Tester(Cheminstruments，Mentor，OH)利用90°测试角测量剥离强度。利用由制造商提供的EZ STATS Analysis软件进行数据分析。
在图4中示出示例性结果，单位是盎司/英寸。来自这些研究的结果表明，产品9731的剥离强度，与其它粘合剂相比较，对由于由H2O2产生的自由基和氧化物质引起的改变具有更强的抵抗性。与其它粘合剂不同，产品9731的剥离强度在长达至少24小时的保压时间理想地保持恒定且保持在有助于方便使用的中间值。
虽然已经详细描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，他们可以在不脱离本发明的范围内作出各种变化、替换和改变。
权利要求
1.一种用于抛光半导体晶片的化学机械抛光垫，包括热塑性背衬膜；和结合到所述热塑性背衬膜上的压敏粘合剂，设置所述压敏粘合剂以将化学机械抛光垫结合到抛光压板上并提供在暴露于具有4或更高的pH的抛光浆料介质中至少4天能够基本上防止所述化学机械抛光垫从所述抛光压板剥离的界面。
2.如权利要求1中所述的化学机械抛光垫，其中所述压敏粘合剂是双面的，在可结合到所述压板的第一面上具有硅酮基粘合剂而在可结合到所述热塑性背衬膜的第二面上具有丙烯酸基粘合剂。
3.如权利要求2中所述的化学机械抛光垫，其中所述硅酮基粘合剂的萃取物具有相应于在804cm-1每克被提取的所述硅酮基粘合剂下小于100个吸收单位的单体硅酮含量。
4.如权利要求2中所述的化学机械抛光垫，其中所述压敏粘合剂还包括载带膜，该载带膜包括聚酯且位于所述硅酮基粘合剂和所述丙烯酸基粘合剂之间。
5.如权利要求1中所述的化学机械抛光垫，其中所述热塑性背衬膜为高密度聚乙烯。
6.如权利要求1中所述的化学机械抛光垫，还包括结合到所述热塑性背衬膜上的热塑性泡沫抛光体，其中所述热塑性泡沫抛光体为由交联乙烯乙酸乙烯酯共聚物和低或中等密度聚乙烯共聚物的混合物组成的闭孔泡沫体，其中该混合物具有在1∶9和9∶1之间的乙烯乙酸乙烯酯∶聚乙烯的比。
7.如权利要求6中所述的化学机械抛光垫，其中所述混合物具有在0.6∶9.4和1.8∶8.2之间的乙烯乙酸乙烯酯共聚物∶聚乙烯的比。
8.如权利要求7中所述的化学机械抛光垫，其中所述热塑性泡沫抛光体具有由凹形孔和涂覆所述凹形孔内表面的抛光剂组成的表面。
9.如权利要求8中所述的化学机械抛光垫，其中所述抛光剂为无定形硅石或氧化钛。
10.一种由下述方法制造的用于抛光半导体晶片的化学机械抛光垫，所述方法包括以下步骤提供热塑性泡沫抛光体；将热塑性背衬膜层压到所述热塑性泡沫抛光体上；和将压敏粘合剂结合到所述热塑性背衬膜上，设置所述压敏粘合剂以将化学机械抛光垫结合到抛光压板上并提供在暴露于具有约4或更高的pH的抛光浆料介质中至少4天能够基本上防止所述化学机械抛光垫从所述抛光压板剥离的界面。
全文摘要
本发明提供具有改善的抛光特性和寿命的用于抛光半导体晶片的化学机械抛光垫。该抛光垫包括热塑性背衬膜和结合到该热塑性背衬膜上的压敏粘合剂。设置压敏粘合剂以将化学机械抛光垫结合到抛光压板上。还设置压敏粘合剂以提供在暴露于具有约4或更高的pH的抛光浆料介质中至少约4天能够基本上防止抛光垫从抛光压板剥离的界面。
文档编号B24B37/04GK1684233SQ20041006316
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月14日 优先权日2004年4月14日
发明者Y·S·奥本格 申请人:皮斯洛奎斯特公司