清洁CMP抛光垫的方法与流程

在制造用于化学机械平坦化的抛光垫中，发泡或多孔聚合物(如聚氨基甲酸酯)的模制和固化一般将后接脱模，并且接着例如通过将最终表面设计(如凹槽)磨削(grinding)、铣切(routing)或压花(embossing)到抛光垫的顶表面中或沿着平行于模具顶表面的方向切削(skiving)经过固化的聚合物来切割和成形以形成具有所需厚度的层。这些方法总是在抛光垫表面上和表面中形成细粉状碎片和松散颗粒。碎片和颗粒变为截留在CMP抛光垫的孔隙中。因此，当CMP抛光垫在使用中时，那些碎片和颗粒可能在用所述CMP抛光垫抛光的衬底(如半导体的一层或多层)中引起缺陷，由此毁坏那些衬底。此类垫颗粒和碎片可以例如通过在使所述垫磨合(break in)的湿式工艺中通过研磨修整对所述垫进行预修整来加以去除。此预修整工艺可以去除碎片和颗粒；然而，此工艺是费时的，并且期望其减到最少。

Benedict的美国专利公开第US 2008/0032609 A1号公开一种用于减少来自化学机械抛光垫的污染物的设备和使用方法。所述设备包含用于固持垫的旋转真空工作台和沿着其长度配备有污染物收集喷嘴的横穿臂，所述污染物收集喷嘴具有空气喷射喷嘴和环绕所述喷嘴的环形真空。在使用方法中，使固持于工作台上的竖直安置的CMP抛光垫旋转，同时横穿臂在垫的外围边缘与中心轴线之间移动。所述方法和设备适用于清洁出CMP抛光垫的凹槽或凹进区域；然而，所述方法和设备未能去除位于所述CMP抛光垫的表面上和表面中的细粉状碎片和颗粒。

本发明人已经致力于解决以下问题：提供具有表面(包括那些表面内的可见孔隙)的CMP抛光垫，以使得所述垫在使用之前和在极少或不对所述垫进行预修整的情况下不含颗粒和其它松散碎片。

技术实现要素：

1.根据本发明，用于清洁CMP抛光垫表面的方法包含：在170kPa(24.66psig)到600kPa(87psig)或优选地276kPa(40psig)到500kPa(72.52psig)的压力下将强制空气或气体物流或帘幕从来源朝向真空源吹到(优选地直到CMP抛光垫表面得到清洁为止连续地吹到)CMP抛光垫衬底表面上，所述强制空气或气体以距竖直平面6°到15°或优选地8°到12.5°的角度吹出，所述竖直平面垂直于所述衬底表面，横穿所述衬底表面的整个宽度并且穿过所述强制空气或气体来源，而同时：沿着水平面输送水平地安置于平坦工作台上的所述CMP抛光垫衬底，以使得所述CMP抛光垫表面的整个表面暴露于所述强制空气或气体中至少一次，优选地两次；并且在所述表面上处于所述强制空气或气体物流帘幕接触所述CMP抛光垫表面的位置下游的位置处真空抽吸所述CMP抛光垫表面；以及任选地，在处于对所述CMP抛光垫进行真空抽吸的位置下游的位置处刷拭所述CMP抛光垫表面。

2.根据上文条目1的本发明方法，其中在使所述衬底输送穿过所述强制空气或气体来源时，所述强制空气或气体来源位于距所述衬底表面30mm或更小，或优选地20mm或更小处，并且其中在所述CMP抛光垫衬底被输送穿过所述强制空气或气体帘幕或物流时，所述强制空气或气体物流或帘幕包含横穿所述衬底表面的整个宽度的帘幕。

3.根据上文条目1或2中任一个的本发明方法，其中所述强制空气或气体来源是线性空气或气体来源，如空气棒或空气刮刀。

4.根据上文条目1、2或3中任一个的本发明方法，其中所述CMP抛光垫衬底沿着水平面的输送包含沿着轨道或输送带移动安置于平坦工作台上的所述CMP抛光垫，以使得在所述强制空气或气体物流或帘幕的吹出期间，所述CMP抛光垫衬底的整个表面暴露于所述强制空气或气体中至少一次，优选地以来回方式暴露两次。

5.根据上文条目1、2、3或4中任一个的本发明方法，其中所述平坦工作台包含将所述CMP抛光垫固持在适当位置处的真空工作台。

6.根据上文条目1、2、3、4或5中任一个的本发明方法，其中所述真空抽吸包含施加来自平行于所述强制空气或气体帘幕安置的真空源，优选地真空罩盖的真空，所述真空源横穿所述CMP抛光垫衬底表面的整个宽度并且在将所述衬底表面输送穿过所述真空源时，位于距所述衬底表面小于30mm或优选地小于20mm处。

7.根据上文条目1、2、3、4、5或6中任一个的本发明方法，其中所述真空抽吸包含在所述强制空气或气体物流的吹出期间连续地施加真空。

8.据上文条目1、2、3、4、5、6或7中任一个的本发明方法，所述方法进一步包含在处于对所述CMP抛光垫进行真空抽吸的位置下游的位置处刷拭所述CMP抛光垫表面，而同时将所述强制空气或气体物流或帘幕吹到所述衬底上并且真空抽吸，其中所述刷拭包含使刷状元件(如包含一排刷状刚毛的刷状元件)在所述输送、所述吹出和所述真空抽吸期间与所述CMP抛光垫表面连续地接触。

9.根据上文条目8的本发明方法，其中所述刷状元件横穿所述CMP抛光垫衬底表面的整个宽度，平行于所述强制空气或气体帘幕和所述真空源中的每一个安置，并且接触处于所述真空源下游的所述CMP抛光垫衬底。

10.根据上文条目8或9中任一个的本发明方法，其中所述刷子包含横穿所述CMP抛光垫衬底表面的整个宽度的连续刷状元件，例如在刷状元件中沿着其宽度不具有断裂的连续刷状元件。

11.据上文条目1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任一个的本发明方法，所述方法进一步包含从所述CMP抛光垫衬底去除静电荷，如通过使所述CMP抛光垫衬底暴露于静电耗散棒中来去除，所述静电耗散棒在距所述CMP抛光垫表面小于20mm或优选地小于10mm的距离处安置并且作用于位于所述刷状元件下游的所述CMP抛光垫衬底上。

12.根据上文条目11的本发明方法，其中所述去除静电荷包含使所述CMP抛光垫衬底暴露于静电耗散棒中，所述静电耗散棒横穿所述CMP抛光垫衬底表面的整个宽度并且平行于所述强制空气或气体帘幕、所述真空源和所述刷状元件中的每一个安置。

13.据上文条目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中任一个的本发明方法，其中在所述沿着水平面输送中，所述CMP抛光垫衬底表面侧面向上或表面侧面向下安置，并且进一步其中，当所述CMP抛光垫衬底表面侧面向下安置时，将所述强制空气或气体吹出、所述真空抽吸源、所述刷拭和所述任选的静电耗散基座全部引导到所述CMP抛光垫衬底以使得所述刷状元件接触所述CMP抛光垫衬底表面并且所述强制空气或气体来源、所述真空源和所述任选的静电耗散棒中的每一个都在所述CMP抛光垫衬底表面下方小于20mm或优选地小于10mm距离处安置。

14.根据上文条目1到13中任一个的本发明方法，其中在输送所述CMP抛光垫衬底期间，所述平坦工作台不旋转、振动或摇晃，并且刷子在所述输送期间保持静止(不移动)。

15.根据上文条目1到14中任一个的本发明方法，其中所述平坦工作台的输送以0.1到2m/min或优选地0.4到1.3m/min的速率移动所述平板式工作台。

除非另外指示，否则温度和压力的条件是环境温度和标准压力。所叙述的全部范围都具有包括性和可组合性。

除非另外指示，否则含有圆括号的任何术语都可替代地指全部术语，就如同圆括号不存在以及术语没有圆括号一般，以及每个替代方案的组合。因此，术语“(多)异氰酸酯”是指异氰酸酯、多异氰酸酯或其混合物。

全部范围都具有包括性和可组合性。举例来说，术语“50到3000cp或100cp或更大的范围”将包括50cp到100cp、50cp到3000cp以及100cp到3000cp中的每一个。

如本文中所使用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯ASTM国际性组织(ASTM International,West Conshohocken,PA)的出版物。

如本文中所使用，术语“可压缩性”是指如由ASTM F36-99程序(“垫圈材料可压缩性和恢复的标准测试方法(Standard Test Method for Compressibility and Recovery of Gasket Materials)”,1999)所测定，并且通过将其最初厚度(Tf1)与压缩之后厚度(Tf2)由力f2所致的差异除以其初始厚度(Tf1)，或(Tf1-Tf2)/Tf1来确定的可压缩性百分比。在本发明中，f1是5.964kPa(0.865psi)，并且f2是40.817kPa(5.920psi)。

如本文中所使用，术语“重量密度”是指通过将给定材料或垫的重量除以其体积来确定的结果，所述体积如通过将其厚度乘以其总表面积来确定，如对于圆形垫，其总表面积为π×r²，其中r是所述圆形垫的半径。

如本文中所使用，术语“wt.％”表示重量百分比。

附图说明

图1描绘一种根据本发明方法用于CMP抛光层或垫的设备，并且展示适用于本发明方法中的平板式工作台或平坦工作台、轨道或输送带以及强制空气、真空、刷状元件和静电耗散棒的实例。

图2描绘适用于本发明方法中的强制空气棒、真空罩盖、刷状元件和静电耗散棒的剖视图。

根据本发明，清洁CMP抛光层或垫的方法使得能够在制造CMP抛光层或垫之后并且在对其进行修整以用于抛光之前从其表面去除污染物。本发明人已经出乎意料地发现，在至少276kPa或优选地至少360kPa的高压下将强制空气或气体物流或帘幕从30mm或更小的短距离吹到CMP抛光层或垫表面上并且针对刷状元件(其充当截留已经从所述垫表面释放的碎片和颗粒的障壁)吹出将去除在制造之后于此类垫上发现的此类碎片和颗粒的多达百分之八十(80％)。安置于强制空气或气体物流或帘幕与刷状元件之间的真空源有效地去除所截留的碎片和颗粒。此外，在将强制空气或气体吹到CMP抛光层衬底上之前用静电耗散元件处理所述衬底使得能够实现此类高碎片和颗粒去除速率。

由于强制空气或气体物流或帘幕、真空源、刷状元件和/或静电耗散棒中的任一个的尺寸都可以变化，故本发明的方法可按比例调节以配合具有各种尺寸的CMP抛光层。根据本发明的方法，平坦工作台应大于CMP抛光层，或优选地，所述平坦工作台的尺寸半径等于CMP抛光层半径或其尺寸半径比CMP抛光层半径长10cm内。所述方法因此可按比例调节以处理半径为100mm到610mm的CMP抛光层。

本发明的方法在干燥环境中进行，并且可以在气密或气候受控的腔室中进行，其中除位于CMP抛光层表面中或表面上的碎片和颗粒以外不存在额外污染物。

本发明的方法使得能够提供适用于后端CMP抛光的CMP抛光层或垫。合适的垫如上文所定义的可压缩性为10％到30％。

根据本发明方法使用的合适的CMP抛光层优选地包含多孔聚合物或含有多孔聚合物材料的填充剂，所述多孔聚合物材料如多孔聚氨基甲酸酯。如本文中所使用，术语“多孔聚合物”是指其中具有孔隙的聚合物；如本文中所使用，术语“多孔性”是指聚合物基质在聚合物内具有孔隙。

本发明的方法可以对任何垫进行，包括由软质聚合物(如聚氨基甲酸酯)制成的那些垫，并且尤其用于处理可压缩性为10％到30％的软质垫。孔隙可以由垫聚合物基质中的空隙提供。

本发明的方法可以对单个层或单独垫进行，以及对具有子垫层的堆叠垫进行。

如图1中所示，本发明的方法对具有真空孔口(未图示)的平坦工作台(10)的表面进行。在图1中，平坦工作台(10)运载CMP抛光层衬底在静电耗散棒(12)、刷状元件(14)、真空罩盖(16)和空气棒(20)下从左到右移动。各种物品被布置成使得空气棒(20)以略微角度将强制空气向下吹到CMP抛光层衬底上，其中略微角度朝向真空罩盖(16)和刷状元件(14)倾斜。在图1中，随着运载CMP抛光层衬底的平坦工作台(10)沿着轨道(18)输送，静电耗散棒在所述衬底到达任何强制空气或气体帘幕之前作用于所述衬底上。

如图2中所示，在本发明的方法中，CMP抛光层衬底随着其从左到右移动而按顺序受到以下作用：静电耗散棒(12)、刷状元件(14)、真空罩盖(16)和空气棒(20)。

在本发明的设备中，强制空气或气体来源、真空源、刷状元件和静电耗散棒中的每一个都安装在同一托架上并且可以一致地升高和降低，如经由以机械方式连接到使托架升高和降低的齿轮上的机械致动器(如滚珠螺杆)或电伺服电动机。优选地，刷状元件具有额外的精细螺纹滚珠螺杆以使得其可以是独立地升高和降低至少30mm总距离。

优选地，在本发明的方法中，将CMP抛光层衬底输送穿过所有静电耗散棒、刷状元件、真空源和强制空气或气体来源一次以使得全部表面得到处理。在图1中，此输送由从左到右移动工作台上的CMP抛光层衬底以使得全部衬底在强制空气或气体来源下穿过组成。

更优选地，在本发明的方法中，将CMP抛光层衬底输送穿过所有静电耗散棒、刷状元件、真空源和强制空气或气体来源两次以使得全部表面在两次中的每一次得到处理。在图1中，此输送由从左到右移动工作台上的CMP抛光层衬底全部穿过强制空气或气体来源，并且接着将其从右到左移动返回其起始点组成。

适用于本发明方法中的合适的设备是Neutro-Vac^TM工具(宾夕法尼亚州哈特菲尔德的依工斯诺科恩公司(Simco-Ion,Hatfield,PA))，其可以定制宽度出现。

在本发明的方法中，除了必须是惰性的之外，强制空气或气体的组成不受限制。合适的气体包括空气、二氧化碳或氦气。

根据本发明德强制空气或气体物流或帘幕可以包含从多个强制空气或气体出口开口都沿着其长度安置的空气棒或其它线性空气来源流动出的帘幕。优选地，强制空气或气体物流或帘幕从来源流动出，其中在沿着所述来源的每个点处，强制空气或气体在到达衬底之前具有同一长度的路径中行进。此类强制空气或气体来源可以是平行于CMP抛光层衬底表面安置并且以至少CMP抛光层或垫宽度运作的来源。

强制空气或气体物流或帘幕可以从单个点扇出以形成与CMP抛光层衬底同样宽的风扇；然而，此类风扇将提供与衬底距风扇源的距离成比例的较小力。本发明的设备中的平板式工作台含有多个小孔，例如直径为0.5到5mm的小孔，这些小孔经由工作台连接到真空。所述孔可以任何合适的方式布置以在磨削期间将CMP抛光层衬底固持在适当位置处，如沿着从平坦工作台的中心点向外延伸的一系列轮辐布置或以一系列同心环形式布置。

在本发明方法中所用的真空源连接到真空泵，由此可以从CMP抛光层衬底去除碎片和颗粒。

可以在0.01巴(1kPa)到0.5巴(50.5kPa)或优选地0.03巴(3kPa)到0.2巴(20.2kPa)的压力下提供来自真空源的真空。

由平坦工作台提供的真空可以在与来自真空源的真空相同的压力下提供。

在本发明方法中所用的刷状元件可以是任何惰性塑料，例如聚酰胺、硬质橡胶或例如天然马鬃刷材料，其有效地阻断由强制空气或气体物流或帘幕松散化的碎片和颗粒的流动。在本发明的方法中，刷状元件至少与CMP抛光层衬底表面接触。

在本发明方法中所用的静电耗散棒可以包含被引导朝向CMP抛光层衬底处的电驱动的离子化颗粒或电荷来源，如钨发射器。静电耗散棒安置于距CMP抛光垫表面小于20mm或优选地小于10mm距离处。

在本发明方法中所用的静电耗散棒可以在本发明的方法中触碰CMP抛光层衬底表面。在此类情况下，静电耗散棒可以包含抗静电材料，例如导电的带正电聚合物，如聚苯胺或聚乙烯亚胺；导电材料，如碳黑；经过抗静电材料涂布的材料，如经过氧化铟锡涂布的陶瓷或无机氧化物材料。抗静电材料可以呈纤维形式、片材形式，或其可以是以棒或条带形式模制的颗粒复合物。

实例：在以下实例中，除非另外陈述，否则所有压力单位都是标准压力(约101kPa)并且所有温度单位都是室温(21℃-23℃)。

在以下实例中使用以下测试方法：

颗粒计数：在给定垫衬底的7.62cm×7.62cm(3"×3")区域中使用单色灯光对颗粒进行计数。选择具有最高和最低颗粒计数的区域，并且在清洁所述垫之前和在清洁所述垫之后计算平均值以确定所去除颗粒的百分比。

实例1：使用重量密度为0.286g/cm³并且可压缩性为15％的50.8cm(20")直径和1.524mm(60密耳)厚Politex^TM多孔聚氨基甲酸酯软质垫(密歇根州米德兰的陶氏化学公司(The Dow Chemical Co.,Midland,MI)(陶氏))来进行实验。在实例的方法中，使用静电棒来中和材料电荷，并且辅助从垫表面移走颗粒。空气刮刀用于将压缩空气吹到CMP抛光层衬底表面上以移走颗粒。空气刮刀设定为处于距竖直平面约6°的角度，所述竖直平面垂直于衬底表面并且穿过所述空气刮刀中的强制空气来源。对于比较性垫1-4、9-12和17-20，(压缩)空气压力设定在48.26kPA(7psi)下；并且对于本发明垫5-8、13-16和21-26，空气压力设定在413.69kPA(60psi)下。不使用刷子。输送垫以使得其以约1.1m/min的速率在强制空气来源和真空源下穿过两次，一次向前并且一次向后。

真空源设定为以19.8m/s(3902fpm)的平均速度从指定垫衬底抽取碎片和颗粒。真空源设定为距平坦工作台的距离在0.508到1.016cm(0.2"到0.4")之间变化。结果展示于下表1中。

实例1b：使用重量密度为0.286g/cm³并且可压缩性为15％的50.8cm(20")直径和1.524mm(60密耳)厚Politex^TM多孔聚氨基甲酸酯软质垫(密歇根州米德兰的陶氏化学公司(陶氏))来进行实验。在实例的方法中，使用静电棒来中和材料电荷，并且辅助从垫表面移走颗粒。空气刮刀用于对垫1(比较性)、4(比较性)、5、8、9、10、11和12以172.37kPa(25psig)的力，并且对于比较性垫2、3、6和7以34.37kPa(5psig)的力将压缩空气吹到CMP抛光层衬底表面上以移走颗粒。

空气刮刀设定为处于距竖直平面约5°到30°的给定角度，所述竖直平面垂直于衬底表面并且穿过所述空气刮刀中的强制空气来源；对于比较性垫1-2，所述空气刮刀设定为处于距竖直平面约25°的角度；对于比较性垫3-4，所述空气刮刀设定为处于距竖直平面约20°的角度；对于垫5-6，所述空气刮刀设定为处于距竖直平面约10°的角度；并且对于垫7-12，距竖直平面6°的角度。使用设定为以19.8m/s(3902fpm)的平均速度从指定垫衬底抽取碎片和颗粒的真空源来捕获移走的颗粒。不使用刷子。输送垫以使得其以约1.1m/min的速率在强制空气来源和真空源下穿过两次，一次向前并且一次向后。

真空源设定为以19.8m/s(3902fpm)的平均速度从指定垫衬底抽取碎片和颗粒。距平坦工作台的真空喷嘴距离是9.5mm。结果展示于下表1b中。

表1：真空喷嘴距离试验

*-表示比较性实例。

如表1中所示，在使用处于本发明范围内的强制空气压力清洁的垫上产生明显较好的颗粒去除。仅有的例外是在实例21中，其中垫自身开始就具有极低的颗粒或杂质数。此外，不存在刷子损害对方法的控制，所以结果比使用刷子的情况变化大。比较下表2。

表1b：空气刮刀角度测试

如上表1b中所示，在无刷状元件存在下，本发明的垫清洁方法远不如在其具有刷子的情况下有效。比较下表2。这是出乎意料的，因为刷子自身仅截留用于真空去除的颗粒，而自身不从所述垫去除颗粒。本发明实例10展示，尽管实例10的垫具有极低初始平均计数；但本发明的方法在不使用刷子的情况下缺乏优选的一致性。比较实例8、9、11和12。

实例2：除了与处于空气刮刀下游的真空喷嘴相邻安装刷子之外，重复实例1，所述空气刮刀用于以413.7kPA(60psig)的压力将压缩空气吹到CMP抛光层衬底表面上以移走颗粒。空气刮刀设定为处于距竖直平面约10°的角度，所述竖直平面垂直于衬底表面并且穿过所述空气刮刀中的强制空气来源。刷状刚毛轻轻接触垫。输送垫以使得其以约1.1m/min的速率在强制空气来源和真空源下穿过两次，一次向前并且一次向后。刷子从垫表面移走颗粒，并且引导其朝向真空喷嘴。

表2：刷子安装测试

在下表2中，垫1-1到1-4全部在同一天测试，而垫1-2到10-2在同一天测试。

如上表2中所示，在其中空气刮刀设定为处于距竖直平面(其垂直于衬底表面并且穿过空气来源)本发明角度，以本发明方式使用静电刷状元件，并且以本发明压力吹出强制空气的本发明方法中，平均颗粒去除量是82％。这是始终极佳的结果。