改进的化学机械抛光垫以及制造和使用这种抛光垫方法

专利名称：改进的化学机械抛光垫以及制造和使用这种抛光垫方法
技术领域：
本发明基本上涉及用于化学机械抛光的抛光垫领域。特别地，本发明涉及 一种形状记忆化学机械抛光垫，该抛光垫具有处于致密状态的抛光层并且用于
磁、光学及半导^科寸底的化学机W6光。
背景技术：
在集成电路和其它电子器件的制造中，多层导体、半导体和绝缘材料层被 沉积于半导体晶片的表面上或从该表面上去除掉。可以通过多种沉积技术沉积 导体、半导体和绝缘材料的薄层。在现代晶片处理工艺中常用的沉积技术包括
物理气相沉积(PVD)，也称为观划寸法，化学气相沉积(CVD)、等离子体增强 化学气相沉积(PECVD)以及电化学电镀等。常用的去除技术中包括湿式和千 式的各向同性和各向同性蚀亥岐等等。
随着材料层相继地沉积和去除，晶片的最上表面变得不平坦。由于随后的 半导体工艺(例如，金属喷镀)要求晶片具有平坦表面，因此晶片需要进行平 整。平整可有效地去除不希望的表面形态和表面缺陷，如粗糙表面、粘结的材 料、晶粉员伤、划痕和污染的层或材料。
化学机械平整，或者化学机MI旭光(CMP)，是用于平整或抛光工件如半导 体晶片的常用技术。在传统的CMP中，晶片托架或抛光头安装在托架组件上。 抛光头夹持晶片-并将晶片置于与抛光垫的抛光层相接触，该抛光垫安装在CMP 设备内部的工作台或台板上。托架组件在晶片和抛光垫间提供可控压力。同时， 抛光介质(例如，浆料)被分配到抛光垫上以及弓l入到晶片与抛光垫间的缝隙 中。为了完成抛光，抛光垫和晶片通常相对彼此转动。随着抛光垫在晶片下方 转动，晶片扫过基本上环形的抛光轨迹，或抛光区域，其中晶片的表面直接面 对抛光层。晶片表面通过抛光层和表面上的抛光介质的化学和机械作用被抛光 和平整。
对于传统的抛光垫，为了保持一致的抛光表面从而获得稳定的抛光性能， 垫表面的"调理"或"修整'是很重要的。抛光垫的抛光表面会随时间而磨损，抛光
5表面的微观纹理变平滑~~这一现象称作"釉化，。釉化的起因是由于抛光垫与 工件之间接触点的摩擦热和剪切力而引起的聚合材料的塑性流动。另外，CMP 加工过程中的抛光碎片会阻塞表面气孔和微通道，抛光介质通过该微通道流过 抛光表面。当这发生时，CMP加工过程的抛光速率会降低并且导致晶片之间或
晶片内部的不均匀抛光。调理在抛光表面上构造新的纹理，有利于在CMP加工
过程种保持需要的抛 率和一致性。
传统抛光垫调理通常用调理盘机械地研磨抛光表面来达到。调理盘具有粗
糙的调理表面，通常包括嵌入的金刚石粒。调理盘在抛光暂停时、CMP加工过 程中的间断期间(外部操作)或者CMP加工过程正在进行期间(内部操作)与 抛光表面发生接触。调理盘通常在相对于抛光垫旋转轴线固定的位置上旋转， 并且当抛光垫旋转时扫过环形的调理区域。所述调理加工过程在抛光垫表面刻 入货 沟1曹，研磨和研磨垫材料和重新生成抛光纹理。
传统调理盘上的金刚石由于使用会变钝，因而在一段时间后必须更换调理 盘。同时，在它们使用寿命期间，调理盘的效果不断变化。
传统调理过，MX寸CMP抛光垫的磨损速率有很大贡献。通常来说大约垫大约 95%的磨损是由于金刚石调理器的研磨所导致而只有大约5%的磨损来自与工 件(例如，半导体晶片)实际的接触。
一种提高CMP加工效率的方法在佐職Sato)发明的美国专利No.US5736463
中被公开。佐滕公开了一种化学机械抛光方法，该方法包括使用一种包含由形 状记忆材料制成的结构的抛光垫，其中该结构在用于抛光前具有相对于所述抛 光垫的垂直状态，以及用于抛光之后的疲乏状态，其中当抛光停止时，所述由 形状记忆材料希喊的结构还原到BM垂直状态。
尽管如此，仍不断寻求一种具有能够用最小化的研磨调理就可以重新生成 的抛光表面的抛光垫，从而延长J旭光垫的使用寿命。

发明内容
本发明的一方面，掛共一种糊犬记fc化学机術旭光垫，用于抛光从磁衬底、
光学衬底和半导体衬底中选择的至少一种衬底；该抛光垫包括致密状态下的 抛光层;其中抛光层包括可在初始形状和可程式化(programmed)形状之间转变的
形状记忆基体材料；其中当形状记忆基体材料处于初始形状时，抛光层呈现出 初始厚度OT;其中当形状记忆基^^才料处于可程式化形状时，抛光层呈现出致密厚度DT;其中DTOT的80y。；其中当形状记忆基^t才料的温度从(Tg-20:rC 上升到(Tg+20)。C时，形状记忆基##料的储能模量降低了^70%;并且，其中抛
光层具有适于抛光衬底的抛光表面。
本发明的另一方面，提供一种制造形状记忆化学机械抛光垫的方法，该方
法,括提供可在初始形状和可程式化形状之间转变的形状记忆基体材料；制 备在初始状态下呈现出初始厚度OT的抛光层，该抛光层包括处于初始形状的 形状记忆基体材料；对抛光层施加外力；将形状记忆基体材料设置为可程式化 形状用于提供致密状态下的抛光层，其中抛光层呈现出致密厚度DT;去除外力；
其中DTOT的80%;其中当形状记忆基体材料的温度从(Tg-20)"C上升到 (Tg+20)。C时，制犬记忆基#^料的储能模量斷氏了^70%;并且，其中抛光层具 有适于抛光从磁衬底、光学衬底和半导^M底中选择的至少一种衬底的抛光表面。
本发明的另一方面，提供一种抛光衬底的方法，该方法包括提供从磁衬 底、光学衬底和半导体衬底中选择的至少一种衬底；提供形状记忆化学机械抛
光垫，其中抛光垫包括处于致密状态的抛光层，其中抛光层包括可从初始形状
转变到可程式化形状的形状记忆基体材料；其中当形状记忆基体材料处于初始 形状时，处于初始状态的抛光层呈现出初始厚度OT;其中当开别犬记忆基体材料 处于可程式化幵刻犬时，处于致密状态的抛光层呈现出致密厚度DT;其中DT<OT 的80%;其中当糊犬记忆基1材才料的MJt从(Tg-20)。C上升到(Tg+20)。C时，制犬 记^乙基4材才料的储能模量降低了"0%;并且，在抛光层的抛光表面和衬底之间 产生动态接触来抛光衬底的表面。
本发明的又一方面，提供一种抛光衬底的方法，该方法包括提供从磁衬 底、光学衬底和半导体衬底中选择的至少一种衬底；提供形状记忆化学机械抛 光垫，其中抛光垫包括致密状态下的抛光层，其中抛光层包括可从初始形状转 变到可程式化形状的形状记忆基体材料；其中当形状记忆基体材料处于初始形 状时，处于初始状态的抛光层呈现出初始厚度OT;其中当形状记忆基体材料处 于可程式化形状时，处于致密状态的抛光层呈现出致密厚度DT;其中DTOT 的80%;其中当照犬记忆基4材才料的纟鹏从(Tg-20)。C上升到(Tg+20)t:时，形状 记〖乙基{材才料的储能模量斷氐了"0%;在抛光层抛光表面和衬底间产生动态接 触来抛光衬底表面，以及通过使靠近抛光表面的至少一部分抛光层暴露于活化朿,来调理抛光层的抛光表面，其中暴露于活化刺激的、靠近抛光表面的抛光
层部分从致密状态转变为回复状叙recovered state)。


图1为本发明的抛光层在初始状态和致密状态的正视图的比较显示。 图2为本发明的抛光层在初始状态，致密状态和部分回复状态的正视图的 比较显示。
图3为本发明的一个实施例中形状记忆化学机械抛光垫的正视图。
图4为本发明的一个实施例中形状记f乙化学机術旭光垫侧面透视图。
图5为本发明的一个实施例中形状记忆化学机嫩旭光垫的俯视图，显示了 抛光表面中的槽图案。
图6为本发明的一个实施例中形状记忆化学机械抛光垫的俯视图，显示了 抛光表面中的槽图案。
图7为本发明的一个实施例中形状记忆化学机械抛光垫的俯视图，显示了 抛光表面中的槽图案。
图8为本发明的一个实施例中形状记忆化学机嫩旭光垫的俯视图，显示了 抛光表面中的通孔和槽图案的组合。
图9为本发明的一个实施例中形状记忆化学机l淑旭光垫的俯视图，显示了 抛光表面中的多个通孔。
图IO为本发明的一个实施例中形状记[乙化学机械抛光垫的俯视图，该抛光 垫的抛光表面中具有槽图案。
图11为本发明的一个实施例中开沐记忆化学机MM光垫的俯视图，该抛光 垫的抛光表面中具有槽图案，其中抛光垫呈现出24英寸的垫外半径Ro和10英 寸的基判5Rb;禾口8个弧形槽。
图12为本发明的一个实施例中形状记忆化学机MM光垫的俯视图，该抛光 垫的抛光表面中具有槽图案，其中抛光垫呈现出24英寸的垫外半径Ro;和6 英寸的基半径Rb;禾口8个弧形槽。
图13为本发明的一个实施例中开别犬记忆化学机MM光垫的俯视图，该抛光 垫的抛光表面中具有槽图案，其中抛光垫呈现出24英寸的垫外半径Ro;和2 英寸的基半径Rb。
图14为图10中的槽404的槽段的鄉巨离视图。图15为使用本发明的形状记忆化学机械抛光垫来抛光半导体晶片的抛光设 备的示意图。
图16为使用本发明的形状记忆化学机 光垫和抛光液来抛光半导体晶片 的抛光设备的示意图。
图17为商用IC100(T抛光垫所用的合成物的储能模量相对于温度的曲线图。
图18为显示了两种形状记r乙基体材料的储能模量相对于温度的曲线图。
图19为使用初始状态下的商用IC1000，抛光垫时去除率相对于抛光晶片 数量的图示表达，该抛光垫使用金刚石盘调理。
图20为使用致密状态下的商用IC1000，抛光垫时去除率相对于抛光晶片 数量的图示表达，该抛光垫使用热调理。
图21为显示了另一种形状记r乙基4材才料的储能模量相对于温度的曲线图。
具体实施例方式
在这里所使用的和附加权利要求中的名词"丝状形态"指的是--种相形态， 其中相范围具有三维形状，其中一维尺寸远远大于其余两维尺寸。
在这里所使用的和附加权利要求中的名词"抛光介质"包括包含颗粒的抛光 液和不包含颗粒的抛光液，比如不含磨料抛光液和活性液1^旭光液。
在这里所使用的和附加权利要求中的名词"充分松弛"指的是抛光层中的形 状记忆基体材料的充分松弛，从而引起使用花岗岩基座比长仪(例如芝加哥标 度盘指示器CAT# 6066-10)所测量的抛光层平均厚度&2%的增加。
在这里所使用的和附加权利要求中关于抛光表面的名词"基本圆形橫截面" 指的是从抛光表面中心轴线到外部圆周的横截面半纟5 r相对于横截面的变化 $20% (图4所示)。
在这里所使用的和附加权利要求中的名词玻璃化转变温度("Tg")通过使 用动态机械分析(DMA)所测量，将储能模量相对于^it的曲线中的弯曲点作 为Tg的值。
在这里所使用的和附加权利要求中的、关于本发明中形状记忆化学机械抛 光垫的抛光层的名词"初始状态"指的是抛光层经受外力以"锁紫'可逆形状改变 从而将抛光层设定为致密状态之前的制成状态。
在这里所使用的和在附加权利要求中的关于抛光表面的名词"微观纹理'指的是抛光表面加工后固有的微观大小纹理。 一些影响抛光表面的静态组织或微 观大小纹理的因素为自然因素和单个f寺征或人工制品的尺寸、形状和分布、频 率或间距，纹理包括波纹，？L褶铍，脊，裂缝，凹陷，凸起和缺口。微纹理 通常随机的、并且是抛光层加工过程中固有因素的结果。
在这里所使用的和附加权禾腰求中关于抛光表面的名词"宏观纹理，指的是 大尺寸纹理的人工制品，该人工制品通过抛光表面的压纹、磨、穿孔、和或机 械加工而产生。
在这里所使用和附加权利要求中的名词"开槽的圆周百分率"或"CF"如下
式
(在给定的半径R处跨过任何槽的周长部分)) (在给定半径处的全周长)
注意:如果CF作为给定形状记忆化学机械垫的抛光表面半径的函数并且是 常数，则抛光表面的分段部分(在给定半径上开槽或不开槽)也将作为半径的 函数并且是常数。
在这里所使用的和附加权利要求中的名词"形状记忆基体材料"指的是具有 呈现出形状记忆效果能力的材料。就是指任何呈现出下述性质的材料或组合材 料(1)当被施加以外力时能够在至少一个空间范围内发生变形，(2)当去除 外力后能够在至少一个空间范围内锁定和保持一定程度的变形，以及(3)当经 受活化束職时能够在至少一个空间范围内还原。形状记忆基体材料为一类智能 材料，该智能材料设计和制造成可以依照环境的变化而以预定方式反应。形状 记忆基体材料能从初始形状变形并固定到暂时(可程式化)形状，并可在暴露 于活化刺激之后发生反应而还原到接近初始形状的回复糊犬。
形状记忆效果包括形状记忆基体材料中的"可程式化形状"的设计，以及随 后当形状记忆基体材料暴露于活化刺激之后形状记忆基体材料恢复到回复形状 (其接近初始形状)。形状记忆基体材料可用传统方法加工成初始形状，随后通 过经受外力而发生变形并固定到一个想要的可程式化形状。后面的过程这里称 为设计。
本发明的形状记忆基体材料的储能模量指的是形状记忆基体材料内存储的 弹性能量的度量。储能模量代表同相应力(具有应变)相对于应用应变的比率，
并且使用TA Q800动态机械分析^*测量，该分析仪使用单悬臂夹紧机构和仪
10表的"多频应变'测试模式。
本发明的一些实施例中， 一种抛光从磁衬底、光学衬底和半导体衬底中选 择的至少一种衬底的糊犬记卜乙化学机械抛光垫，包括处于致密状态的抛光层;
其中抛光层中包括在初始形状和可程式化形状之间转变的形状记忆基体材料；
其中当形伏记l乙基4材才料处于初始形沃时，抛光层呈现出初始厚度OT;其中当 形状记忆基体材料处于可程式化形状时，抛光层呈现出致密厚度DT;其中
DTOT的80%;其中当形状记忆基W^料的^it从(Tg-20)。C上升到(Tg+20)。C 时，形状记忆割材才料的储能模量斷氐了270%;并且，其中抛光层具有适于抛 光衬底的抛光表面。在这些实施例的一些方面，当形状记忆基体材料的温度从 (Tg-20)。C上升至lJ(Tg+20)。C;从(Tg-10)。C上升到(Tg+10)。C;从(Tg-5)。C上升到 (Tg+5)。C时，形状记^乙基体材料的储能模量降低了^75%;降低了280%;降低了 285%;降低了295%。在这些实施例的一些方面，储能模量的降低的量值 2800MPA; ^900MPA; 21,000 MPA; $800 MPA化10,000 MPA; ^800MPA且 $5,000 MPA;壶800 MPA 5^2,500 MPA。在这些实施例的一些方面，当形状 记fc基4材才料的^Jt从(Tg-10:rC上升到(Tg+10)。C时，形状"i己忆基W^料的储能 模量降低了^90%，其中储能模量的降低的量J1^800MPA。
本发明的-一些实施例中，形状记忆基体材料被选择成展现出在一定温度范 围储能模量的转变。通常来说，储能模量的量值转变越高，以及发生转变的温 度范围越窄，那么形状记忆基体材料的开刻犬记忆效果越好。
本发明的一些实施例中，形状记忆基体材料包括至少一种聚合体。在这些 实施例的一些方面，形状记忆基体材料包括至少一种聚合体，该聚合体选自包 括至少一种硬质链段和至少一种软质链段的链段嵌段共聚物。在这些实施例的 一些方面，形状记忆基体材料包括至少一种聚合体，该聚合体选自聚酯基热塑 性聚氨酯；聚酯基聚氨酯；聚环氧乙烷；聚(醚酯)嵌段共聚物；聚翻安；聚 (酉划安酯)；聚(醚翻安)共聚物；聚乙烯醇；聚乙烯吡咯烷酮；聚乙烯吡啶； 聚丙烯酸；聚甲基丙烯酸；聚天冬氨酸；马来酸酐甲基乙烯醚共聚物；聚丙烯 酸和聚丙烯酸酯的聚乙烯基甲基醚共聚物；苯乙烯聚合物；环氧基聚合物；聚 tU尿酸酯；和它们的组合物(例如，共聚物和混合物)。在这些实施例的一些方 面，形状记忆基体材料包括链段嵌段共聚物，所述链段嵌段共聚物包括至少一 种硬质链段和至少一种软质链段，其中软质链段或硬脂链段或两者共同包含官能团或受体部位称作'刺激响应"，即当暴露于活化刺激时能够获得一个理想的 形状恢复量。
在本发明的一些实施例中，形状记忆基体材料包括链段嵌段共聚物。在这 些实施例的一些方面，链段嵌段共聚物选自聚氨酯弹性体，聚醚弹性体，聚(醚 氨酯)弹性体，聚醚聚酯弹性体，聚,安基弹性体，热塑性聚氨酯，(醚-肖划安) 共聚物，热塑性橡胶(例如，非交联聚烯烃)，苯乙烯-丁二烯共聚物，硅橡胶， 合/^t胶(例如，腈橡胶和丁對象胶)，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，苯乙烯-异戊 二烯共聚物，苯乙烯-乙烯-丁烯共聚物和它们的组合物。在这些实施例的一些方 面，形状记忆基体材料还包括非弹性聚合物。在这些实施例的一些方面，非弹 性聚合物从聚环氧乙烷，聚乳酸共聚物和它们的组合。
在本发明的一些实施例中，形状记忆基体材料包括聚氨酯。在这些实施例 的一些方面，聚氨酉驢自聚酯基芳香族聚氨酯；聚酯基脂族聚氨酯；聚酯基脂 族和芳香族聚氨酯；和它们的组合物。
本发明的一些实施例中，形状记忆基体材料包括反应的混合产物，该混合 产物包括聚醚基物质、甲苯二异氰酸酯封端的液体氨基甲酸酯预聚物；和4，4'-亚甲基-双(2-氯苯胺)。
本发明的一些实施例中，形状记忆基体材料包括反应的混合产物，该混合 产物包括甘油丙M化物；聚碳化二亚胺-改性的二苯甲烷二异氰酸酯；和聚四 氢呋喃和聚己酸内酯的至少一种混合的反应物。在这些实施例的一些方面，形 状记忆基体材料包括反应的混合产物，该混合产物包括甘油丙氧基化物；聚碳 化二亚胺-改性的二苯甲烷二异氰酸酯；和聚四氢呋喃。在这些实施例的一些方 面，形状记忆基f材才料包括反应的混合产物，该混合产物包括甘油丙竊化物; 聚碳化二亚胺-改性的二苯甲烷二异氰酸酯；和聚己酸内酯。
本发明的一些实施例中，形状记忆基4材才料被选择能够呈现出T^45'C且 S(TC。在这些实施例的一些方面，形状记忆基体材料被选择能够呈现出 T妙。C化75。C; T^50。C^75。C; T紗。C化75。C; T紗。C^70。C;或
本发明的一些实施例中，抛光层进一步包括多个微型元件。在这些实施例 的一些方面，多个微型元件均匀地分散在抛光层内。在这些实施例的一些方面， 多个微型元件选择带入的气泡，空心聚合材料，充满液体的空心聚合材料，水溶性材料和不溶相材料(例如，矿物油)。在这些实施例的一些方面，包括空心 具傳才才料的多个微型元件均匀地分布在旨抛光层。
本发明的一些实施例中，抛光层进一步包括多个微型元件，其中多个微型 元件包括充满气体的空心聚合体颗粒。在这些实施例的一些方面，至少一部分 空心聚合体颗粒为基本弹性的。
本发明的一些实施例中，抛光层进一步包括多个微型元件，其中多个微型 元件包括充满液体的空心聚合体颗粒。在这些实施例的一些方面，当抛光垫在 抛光过程中使用时，微型元件被抛光液体所充满，所述抛光液体在微型元件磨 损破裂时分散。
本发明的一些实施例中，抛光层进一步包括多个微型元件，其中多个微型 元件包括在抛光过程中溶于水的水溶性材料。在这些实施例的一些方面，多个 微型元件选自水溶性无机盐，水溶性糖和水溶性颗粒。在这些实施例的一些方 面，多个微型元件选自聚乙烯醇，果胶，聚乙烯吡咯烷酮，羟乙基纤维素，甲 基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羧甲基纤维素，羟丙基纤维素，聚丙烯酸，聚
丙烯酰胺，聚乙二醇，聚羟基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheraciylites)，淀粉，马 来酸共聚物，聚环氧乙垸，聚氨酯，环糊精及它们的组合物。在这些实施例的 --些方面，多个微型元件的重均粒度为10到100微米。在这些实施例的一些方 風多个微型元件的重均粒度为15到90微米。在这些实施例的一些方面，多 个微型元件的重均粒度为15到50 。在这些实施例的一些方面，多个微型 元件可以通过支化、封闭和交I^人而化学地改变其可溶性，膨胀性和其他性质。 在这些实施例的一些方面，多个微型元件包括聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的空心 共聚物(例如，来自瑞典AkzoNobelofSundsvall公司的Expancel )。在这些 实施例的一些方面，多个微型元件包括环糊精。
本发明的一些实施例中，抛光层包括形成网格结构的形状记忆基体材料。 在这些实施例的一些方面，当抛光层处于初始状态时，抛光层包括"O体积％ 的形状记忆基体材料。在这些实施例的一些方面，抛光层包括至少两层重复的 网格结构。
本发明的一些实施例中，抛光层的形状记忆基体材料形成网状网络。在这 些实施例的一些方面，网状网络呈现出螺旋形态。在这些实施例的一些方面， 网状网络呈现出纤丝形态。在这些实施例的一些方面，网状网络包括结构元素的互连网络。在这些实施例的一些方面，结构元素的互连网络理解为单个元素 位于从完全水平到完全垂直地所有角度的开放式互连网络。在这些实施例的一 些方面，互连网络包括互连细长元素的完全随机排列，其中的中空空间没有任 何明显重复的尺寸和形状。在这些实施例的一些方面，抛光层包括形成互连的 细长元素完全随机排列的形状记忆基体材料，其中的中空空间没有任何明显重 复的尺寸或形状，或者很多元素被高度地弯曲，分支，或打乱。在这些实施例 的一些方面，互连网络类似于桥梁桁架，大分子的固定模型，以及互连的人体 神经元。
本发明的一些实施例中，当抛光层处于初始状态时，抛光层具有0.2到80 体积％的组合孔隙度和/或微型元件的浓度。在这些实施例的一些方面，当抛光 层处于初始状态时，抛光层具有0.3到80体积。/。的组合 L隙度和/或微型元件的 浓度。在这些实施例的一些方面，当抛光层处于初始状态时，抛光层具有0.55 到70体积％的组合孔隙度禾口/或微型元件的浓度。在这些实施例的一些方面，当 抛光层处于初始状态时，抛光层具有0.6到60体积％的组合孔隙度和/或微型元 件的浓度。
本发明的一些实施例中，抛光从磁衬底、光学衬底和半导体衬底中选择的 至少 种衬底的形状记忆化学机械抛光垫，包括致密状态下的抛光层；其中 抛光层包括可在初始形状(也就是，制造形状)和可程式化开刻犬之间转变的形 状记忆基体材料；其中当形状记忆基体材料处于初始形状时，抛光层呈现出初 始厚度OT;其中当形状记忆基体材料处于可程式化形状时，抛光层呈现出致密 状态下的致密厚度DT;其中DT^)T的80。/。；并且，其中抛光层具有适应抛光 衬底的抛光表面。在这些实施例的一些方面，致密厚度DT^初始厚度OT的70Q/Q。 在这些实施例的一些方面，致密厚度DT在初始厚度OT的70%和40%之间。 在这些实施例的一些方面，衬底为半导懒寸底。在这些实施例的一些方面，衬 底为半导体晶片。
本发明的一些实施例中，抛光层具有20到150密耳的致密厚度。在这些实 施例的一些方面，抛光层具有30到125密耳的致密厚度。在这些实施例的一些 方面，抛光层具有40到120密耳的致密厚度。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫适合与抛光设备的压板 相连接。在这些实施例的一些方面，形状记忆化学机械抛光垫适合于固定到压板上。在这些实施例的一些方面，形状记忆化学机械抛光垫适合于固定到使用
压敏粘结齐诉口真空^S中至少一种的压IO:。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫具有中心轴线并且适合
于绕中心轴线旋转。(如图4所示)。在这些实施例的一些方面，形状记忆化学 机械抛光垫的抛光层210位于基本上垂直于中心轴线212的平面上。在这些实 施例的一些方面，抛光层210适合在与中心轴线212成80°到100°y角的平面内 旋转。在这些实施例的一些方面，抛光层210适合在与中心轴线212成85°到 95。y角的平面内旋转。在这些实施例的一些方面，抛光层210适合在与中心轴 线212成89°到91、角的平面内旋转。在这些实施例的-一些方面，抛光层210 具有与中心轴线212垂直的基本圆形横截面的抛光表面214。在这些实施例的一 些方面，垂直于中心轴线212的抛光表面214的横截面半径r相对横截面变化 $20%。在这些实施例的一些方面，垂直于中心轴线212的抛光表面214的横截 面半径r相对横截面变4^10%。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫包括与基层相互连接的 抛光层。在这些实施例的一些方面，使用粘结齐U将抛光层固定到基层。在这些 实施例的一些方面，粘结剂从压敏粘结剂，热融粘结剂，接触粘结剂及它们的 组合物中选择。在这些实施例的一些方面，粘结剂为热融粘结剂。在这些实施 例的一些方面，粘结齐伪压敏粘结剂。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫包括抛光层，基层和至 少一个介A^层和抛光层之间的附加层。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫抛光表面，该抛光表面 呈现出宏观纹理和微观纹理中的至少一种，以便于抛光衬底。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫具有呈现出宏观纹理的 抛光表面。在这些实施例的一些方面，宏观纹理被设计成减轻至少一种打滑； 影响抛光介质流动；改变抛光层的刚性；减少边际效应；和利于将抛光碎片从 抛光表面与衬底之间的区i鹏移。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫具有呈现出宏观纹理的 抛光表面，该宏观纹理选自穿孔和槽的至少一种。在这些实施例的一些方面， 穿孔可从抛光表面部分地或完全地延伸穿过抛光层的实际厚度。在这些实施例 的一些方面，槽设置在抛光表面，因此在抛光期间垫旋转时，至少一个槽扫过衬底。在这些实施例的一些方面，槽从弯槽，直槽及它们的组合中选择。
本发明的一些实施例中，抛光层具有包括槽图案的宏观纹理。在这些实施 例的一些方面，槽图案包括至少一个槽。在这些实施例的一些方面，槽图案包 括多个槽。在这些实施例的一些方面，至少一个槽从弯槽，直槽及它们的组合 中选择。在这些实施例的一些方面，槽图案选自包括同心槽(其可为圆形或螺 旋形)，弯槽，交叉槽(例如，垫表面的X-Y栅格排列)，其他规则设计(例如， 六边形，三角形)，轮胎胎面图案，不规则设计(例如，不规则图案)，及它们 的组合的槽结构。在这些实施例的一些方面，槽图織自随机的、同心、螺旋、
交叉、X-Y栅格、六角形、三角形、不规则形以及它们的组合。在这些实施例
的一些方面，槽轮廓选自具有直侧壁的矩形或可为v形，u形，三角形，齿形
及它们组合的槽横截面。在这些实施例的一些方面，槽图案可为在抛光表面上 变化的槽图案。在这些实施例的一些方面，根据特定应用设计制造槽结构。在 这些实施例的一些方面，特别结构中的槽尺寸在抛光垫表面上发生变化来产生 不同的槽密度区域。
本发明的一些实施例中，形状记忆化学机械抛光垫具有包括槽图案的宏观
纹理，该槽图案包括至少一个槽，其中CF保持在其平均值25n/。以内，4雄10% 以内，更^^5%以内，CF是一区域的抛光垫判5R的函数，该区域从抛光表 面大多类妙巨离的外部半径Ro延伸到抛光表面中心处的原点O。在这些实施例的 一些方面，CF保持在平均值25。/。以内，4雌10%以内，到腿5。/。以内,CF是 一区域的抛光垫半径R的函数，该区i或从基半径Re延伸到外部半径Ro。(参见 图IO)
本发明的一些实施例，形状记忆化学机MM光垫具有包括至少一个槽的宏 观纹理。在这些实施例的一些方面，至少一个槽具fe20密耳的深度。在这些实 施例的一些方面，至少一个槽具有20密耳到100密耳的深度。在这些实施例的 一些方面，至少一个槽具有20密耳到60密耳的深度。在这些实施例的一些方 面，至少一个槽具有20密耳到50密耳的深度。
本发明的一些实施例，皿记忆化学机MI旭光垫具有包括包含至少2个深 fel5密耳；宽felO密耳；间足^50密耳的槽的槽图案的宏观纹理。在这些实 施例的一些方面，槽图案包括至少2个深fe20密耳；宽fel5密耳；间S&70 密耳的槽。在这些实施例的一些方面，槽图案包括至少2个深fe20密耳；宽度
16215密耳；间足^90密耳的槽。
本发明的一些实施例，形状记忆化学机l^旭光垫具有呈现微观纹理的抛光表面。
本发明的一些实施例，制造形状记忆化学机械抛光垫的方法，包括提供 可在初始形状和可程式化形状之间转变的形状记忆基体材料；制备初始状态下 的呈现出初始厚度OT的抛光层，该抛光层包括初始形状的形状记忆基体材料; 使抛光层经受外力；将形状记忆基体材料设置为可程式化形状以提供致密状态 下的抛光层，其中抛光层呈现出致密厚度DT;去除外力；其中DT^OT的80n/。;
其中当糊犬记忆基^^料的a^从(Tg-20)。C上升到(Tg+20)r时，形状记卜乙基体 桐料的储能模量降低了^70%;并且，其中抛光层具有适应于抛光从磁衬底、光 学衬底和半导体衬底中选择的至少一种衬底的抛光表面。在这些实施例的一些 方面，致密厚度DT^70。/o的初始厚度OT。在这些实施例的一些方面，致密厚度 DT为初始厚度OT的70。/。到40。/o之间。在这些实施例的一些方面，随着形状记 忆基体材料的温度从(Tg-20)。C上升到(Tg+20yC;从(Tg-10)。C上升到(Tg+10)。C; 从(Tg-5)。C上升到(Tg+5)。C时，糊犬记忆基j材才料的储能模量斷氐了275。/o;斷氐 了^80%;降低了^85%;或者降低了^90%。在这些实施例的一些方面，储能模 量的降低的量(l^800MPa; ^900MPa; ^1,000MPa; 2800 MPa化l0,000 MPa; $800 MPa化5，000 MPa; #800 MPa i^2,500 MPa。在这些实施例的一些方面， 当形状记忆基1材才料的翻芰从(Tg-lO:rC上升到(Tg+lO)"C时，开别犬记忆基体材料 的储能模量降低了^90%，其中储能模量的降低的量fl^800MPa。在这些实施例 的一些方面，衬底为半导j科t底。在这些实施例的一些方面，衬底为半导体晶 片。
本发明的一些实施例中，制造形状记忆化学机械抛光垫的方法进一步包括 将抛光层与基层相连接。在这些实施例的一些方面，使用粘结剂将抛光层与基 层相连接。在这些实施例的一些方面，粘结剂从压敏粘结剂，热融粘结剂，接 触粘结齐吸它们的组合物中选择。
本发明的一些实施例，制造形状记忆化学机械抛光垫的方法，包括提供 可在初始形状和可程式化形状之间转变的形状记忆基体材料；制备初始状态下 呈现出初始厚度OT的抛光层，包括初始糊犬的微记十堪##料；力鹏抛光 层至ik(Tg+ioyc的温度；对抛光层施加外力，其中夕卜力为轴向压縮抛光层的轴向力；将微记忆基#^料设置为可程式化形状用于提供致密状态下的抛光层，
其中抛光层呈现出致密厚度DT;将抛光层冷却到〈(Tg-10)"C的^^同时保持轴 向力从而将抛光层设置在致密状态；以及，移开外力；其中Tg为形状记忆基体 材料的玻璃化转变^it;其中DT^OT的80%;并且，其中抛光层具有适合于 抛光从磁衬底、光学衬底和半导懒寸底中选择的至少一种衬底的抛光表面。在 这些实施例的一些方面，抛光层被加热到《Tg+10)'C的温度，但是低于形状记 忆基体材料的分角軒显度。在这些实施例的一些方面，衬底为半导体衬底。在这 些实施例的一些方面，衬底为半导体晶片。在这些实施例的一些方面，该方法 进一步包括使抛光层与基层相连接。在这些实施例的一些方面，抛光层被加热 和沿着厚度方向压縮以便使形状记忆基体材料程式化和将抛光层从初始状态转 变到致密状态。
本发明的一些实施例中，用于加工形状记忆化学机械抛光垫的方法还包括 将宏观纹理结合到抛光层。这些实施例的一些方面，宏观纹理包括至少一个槽。 这些实施例的一些方面，宏观纹理包括多种穿孔。这些实施例的一些方面，宏 观纹理包括至少一个槽和多种穿孔的组合。这些实施例的一些方面，当抛光层 处于致密状态时，宏观纹理结合到抛光层。这些实施例的一些方面，当抛光层 处于初始状态时，宏观纹理结合到抛光层。这些实施例的一些方面，宏观纹理 当抛光层处于初始状态时结合到抛光层，以及一些宏观纹理当抛光层处于致密 状态时结合到抛光层。
本发明的一些实施例中，当抛光层处于致密状态时宏观纹理被结合到抛光 层中。在这些实施例的一些方面，宏观纹理用截齿(cuttingbit)结合到抛光层。在 这些实施例的一些方面，最好在宏观纹理结合过程中冷却截齿或抛光层、或者 冷却两者，从而使形状记忆基体材料从可程式化形状向恢复形状转变的量减为 最小。在这些实施例的一些方面，将宏观纹理结合到抛光层的过程包括7賴口截 齿，冷却抛光层上接近截齿的区域或它们的组合。在这些实施例的一些方面， 冷却可以通过多种技术实现，例如，在截齿上吹动压縮空气以便于对流，在截 齿上吹冷空气，向截齿上喷水或向截齿吹冷却气体。在这些实施例的一些方面， 冷却可以通过将冷却的、液化的或低温的气体(例如氩气，二氧化碳，氮气) 直接吹到截齿，抛光层上接近截齿的区域或它们的组合而得以实现。在这些实 施例的一些方面，冷却的，液化的或低温气体通过特殊的喷嘴喷出，其中气体快速膨胀，冷却，并形成固态晶体或液体来利于热传导。在这些实施例的一些 方面，这些冷却技术的使用包括材料(例如，气体，液体或晶体)流动的产生 并导向上述流动用以冲击截齿，抛光层上接近截齿的区域或冲击二者。在这些 实施例的一些方面，在抛光垫上靠近截齿区域上弓l导的材料流动具有协助碎片 去除的附加功能，所述碎片在宏观纹理结合过程中形成。移除这些碎片的好处 在于减少碎片通过熔融，熔合或焊接而再次粘结到抛光层上的潜在可能性。如 果在宏观纹理结合过程中移除随便以减少再次粘结到抛光层上的碎片的数量， 那么可以避免在随后使用抛光层的抛光操作中产生缺陷。在这些实施例的一些 方面，整个抛光层被低温冷却。在这些实施例的一些方面，^抛光层和用来 驱动截齿的加工夹具被低温7賴卩。
本发明的一些实施例中，施加到抛光层从而将形状记忆基体材料设置为可 程式化照犬的夕卜力为向抛光层施力[^150Psi公称压强的公称轴向力。在这些实施 例的一些方面，向抛光层施加的公称压3^300Psi。在这些实施例的一些方面， 向抛光层施加的公称压强为150Psi到10，000Psi。在这些实施例的一些方面，向 抛光层施加的公称压强为300Psi到5，000Psi。在这些实施例的一些方面，向抛 光层施加的公称压强为300Psi到2,500Psi。
本发明的一些实施例，制造形状记忆化学机械抛光垫的方法，包括提供 可在初始形状和可程式化形状之间转变的形状记忆基体材料；提供多个微型元 件；将多个微型元件分散在形状记忆基体材料中；制备初始状态下呈现初始厚 度OT的抛光层，该抛光层包括初始形状下的形状记忆基^t才料；将抛光层加 热到超过形状记忆基体材料的玻璃化转銜鹏Tg的Mit;施加轴向力以轴向地 压縮抛光层到致密厚度DT，同时保持抛光层的温度在糊犬记忆基体材料的Tg 以上；通过榭旭光层的纟鹏^4卩到低于开娥记忆基4材才料的Tg从而将糊犬记忆 基体材料设置为可程式化形状，同时维持轴向力；以及，去除轴向力；其中 DT^OT的80%;其中当形状记忆基体材料的^it从(Tg-20)。C上升到(Tg+20:rC， 形状记^乙基#^才料的储能模量陶氐了^0%;并且，其中抛光层具有适应抛光衬 底的抛光表面，其中衬底从磁衬底，光学衬底和半导術寸底中的至少一种选择 出来。在这些实施例的一些方面，当形状记忆基体材料的^it从(Tg-20)"上升 到(Tg+20)。C;从(Tg-10)。C上升到(Tg+10)。C;从(Tg-5)。C上升到(Tg+S)。C时，形 状记忆基体材料的储能模量降低了275%;降低了30%;降低了35%;或者降低了290%。在这些实施例的一些方面，储能模量的降低的量1^800MPA; 2900 MPA; ^1，000MPA; S800MPA 5^10,000 MPA; 2800 MPA化5，000 MPA;或 ^800MPA^2,500MPA。在这些实施例的一些方面，当形状记忆基体材料的温 度从(Tg-10)。C上升到(Tg+10)。C时，形状记忆基体材料的储能模量降低了^90%， 其中储能模量的降低的量il^800MPA。在这些实施例的一些方面，方法进一步 包括将抛光层与抛光设备的压板相连接。在这些实施例的一些方面，方法进一 步包括使用压敏粘结剂和真空装置中至少一种将抛光层与压板相连接。在这些 实施例的一些方面，方法进一步包括将抛光层与基层相连接。在这些实施例的 一些方面，方法进一步包括使用粘结剂将抛光层固定到基层和使用压敏粘结剂 和真空装置中至少一种将基层与抛光设备的压板相连接。在这些实施例的一些 方面，致密厚度DT^初始厚度OT的70%。在这些实施例的一些方面，致密厚 度DT在初始厚度OT的70。/。和40。/。之间。在这些实施例的一些方面，衬底为 半导体衬底。在这些实施例的一些方面，衬底为半导体晶片。
本发明的一些实施例中，包括初始形状下形状记忆基体材料的抛光层以任 何已知的方式制成，用于提^^刀始状态下呈现出初始厚度OT的抛光层。在这 些实施例的-一些方面，抛光层M选自铸造，注模(包括反应注模)，冲压，巻 桐餘敷，光聚合，烧结，印刷(包括喷墨印刷和丝网印刷)，旋涂，织^t，切片， 及它们的组合的加丄过程而制成。在这些实施例的一些力面，抛光层通过铸造 和切片的组合而制成。
本发明的一些实施例中，M在形沃记忆基^^r料的玻璃化转换^jt Tg附
近或之上的^^施加力用于压縮抛光层；冷却抛光层到低于Tg的^it来锁定到 致密厚度DT;以及去除施加用于压縮抛光层的力，从而使抛光层从具有初始厚 度OT的初始状态转变为具有致密厚度DT的致密状态。
当处于可程式化形状的抛光层中的形状记忆基体材料经受活化刺激时，它 通过转换到初始形状而进行反应。在这些实施例的一些方面，在使用中当抛光 衬底时对形状记忆化学机械抛光垫进行周期性地调理，从而重新生成抛光表面。 在这些实施例的一些方面，调理过程包括将活化刺激施加到至少一部分抛光层。 在这些实施例的一些方面，活《棉lj激选自暴露于热，光，电场，磁场，超声波， 水及它们的组合。在暴露于活《擅U激下，受至喇激的抛光层部分的厚度增长到 回复厚度RT。理想地，当齡致密厚度暴露于活d^微时，抛光层的完全回复厚度TRT (下文中盼'最大完全回复厚度，MTOT')将与抛光层的初始厚度舰。 然而实际上，最大完全回复厚度不能严格的等于初始厚度。在这些实施例的一 些方面，最大完全回复厚度MTRI^初始厚度OT的80。/。。在这些实施例的一些 方面，最大完全回复厚度MTR&初始厚度OT的85M。在这些实施例的一些方 面，最大完全回复厚度MTRT^初始厚度OT的90%。
本发明的一些实施例中，在使用中通过将接近抛光表面的至少一部分抛光 层加热到形状记忆基体材料的玻璃化转换^^ Tg或Tg之上，形状记忆化学机 械抛光垫的抛光层被周期性地调理。这种加热的结果是，靠近抛光表面的抛光 层中的一些形状记忆基体材料转变为回复形状，从而改变和再次调理抛光表面。 在这些实施例的一些方面，抛光表面经受传统调理加工。尽管如此，靠近抛光 表面的抛光层中的至少一部分形状记忆基体材料转换到回复形状的反应可使用 类似的抛光特征抛光多个衬底并减少使用传统调理加工周期性地修整和调理垫 的需要。这种传统调理的减少帮助延长形状记忆化学机械抛光垫的使用期限并 降低使用成本。
本发明的一些实施例中，穿过垫的穿孔，导电连接槽的引入或导体比如导 电纤维，导电网络，金属栅格或金属导线的结合，可将形状记忆化学机械抛光 垫转换为eCMP ("电化学机械平坦化")抛光垫。
本发明的- -些实施例中，形状记忆基体材料的转变温度被选择成标准抛光 割牛不会导致抛光层从它的致密状态充分松弛。
本发明的一些实施例中，形状记忆基体材料的转变温度被选择成有利于使 得抛光加工中由当前调理所导致的靠近抛光表面的抛光层中的部分形状记忆基 体材料从可程式化形状转变到回复形状。在这些实施例的一些方面，通过加热 浆料而导致这种转变。在这些实施例的一些方面，由抛光过程的严格条件而在 抛光表面产生的热导致这种转变。
本发明的一些实施例中，抛光衬底的方法，包括提供从磁衬底、光学衬 底和半导術寸底中选择的至少一种衬底；提供形状记忆化学机械抛光垫，其中 抛光垫包括处于致密状态的抛光层，其中抛光层中包括可在初始形状和可程式 化形状之间转变的形状记忆基体材料；其中当形状记忆基体材料处于初始形状 时，抛光层呈现出初始厚度OT;其中当开娥记忆基#^才料处于可程式化开沐时， 抛光层呈现出致密状态下的致密厚度DT;以及其中DT^OT的80%;其中当形状记fc基^t才料的^it从(Tg-20:rC上升至lJ(Tg+20)T:时，形状记忆基^^才料的储
能模量降低了^70%;并且，在抛光层的抛光表面和衬底间产生动态接触来抛光
衬底的表面。在这些实施例的一些方面，方法进一步包括在内部操作或内部操 作中，通过使靠近抛光表面的抛光层的至少一部分暴露于活化刺激来重新生成 抛光表面，其中活化刺激引起M抛光表面的抛光层部分转换到回复状态。在
这些实施例的一些方面，致密厚度DT^初始厚度OT的70%。在这些实施例的 一些方面，致密厚度DT在初始厚度OT的70。/。和40。/。之间。在这些实施例的 一些方面，方法进一步包括将形状记忆化学机械抛光垫与抛光设备的压板相连 接。在这些实施例的一些方面，方法进一步包括使用压敏粘结剂和真空装置中 至少一种将形状记忆化学机械抛光垫与抛光设备的压板相连接。在这些实施例 的一些方面，衬底包括半导体衬底。在这些实施例的一些方面，衬底包括半导 体晶片。在这些实施例的一些方面，衬底包括一系列图案的半导体晶片。
本发明的一些实施例中，抛光衬底的方法进一步包括在抛光表面和衬底 之间的交界面掛對旭光介质。
本发明的一些实施例中，抛光衬底的方法进一步包括调理抛光层的抛光
表面。在这些实施例的一些方面，调理过程包括使接近抛光表面的抛光层的至 少一部分暴露于活化刺激，其中暴露于活化刺激的M抛光表面的抛光层部分
从致密状态转换到回复状态。在这些实施例的一些方面，活化刺激从暴露于热，
光，电场，磁场，超声波，7jC及它们的组合中选择。在这些实施例的一些方面，
活化刺激为暴露于热。在这些实施例的一些方面，活化刺激为暴露于热并且抛
光层的抛光表面的调理包括使靠近抛光表面的抛光层部分的温度上升至^Tg，其 中Tg为形状记忆基体材料的玻璃化转变^it。在这些实施例的一些方面，接近 抛光表面的抛光层部分被加热至'k(Tg+10)"的温度。在这些实施例的一些方面， 接近抛光表面的抛光层部分被加热到《Tg+20)r的温度。在这些实施例的一些 方面，抛光层的调理包括将小于等于lffi抛光表面的抛光层的实际厚度5%的抛 光层部分加热到大于等于形状记忆基^^料的玻璃化转换Mit Tg的温度。在这
些实施例的一些方面，抛光层的调理包括将小于等于靠近抛光表面的抛光层的 实际厚度2%的抛光层部分加热到大于等于形状记忆基体材料的玻璃化转换》显 度Tg的温度。在这些实施例的一些方面，抛光层的调理包括将大于等于M抛 光表面的抛光层的试剂厚度1%的抛光层部分加热到大于等于形状记忆基体材料的玻璃化转换温度Tg的温度。在这些实施例的一些方面，抛光层的调理包括 将Hifi抛光表面的抛光层0.1%到5%实际厚度的抛光层部分加热到大于等于形 状记忆基体材料的玻璃化转换^^ Tg的温度。加热应用仅对于 抛光表面的 一部分抛光层是足够的，可以将这部分抛光层中的部分形状记忆基体材料转变 为恢复形状，而抛光层其余部分的形状记忆基^t才料仍保持在可程式化皿。
本发明的一些实施例中，抛光层的抛光表面的调理包括传统调理方法。在 这些实施例的一些方面，抛光表面的调理包括用调鹏例如金刚石盘来研磨。
本发明的一些实施例中，抛光层的抛光表面的调理包括传统调理方法和暴 露于活t顿lj激的结合。
在这里参照附图所描述的特别实施例中，活化刺激为暴露于热。尽管如此， 考虑到这里提供的教导，本领域普通技术人员应该知道如何使用其他活f棉U激 比如暴露于光，磁场，电场，和/或水。
图1提供了本发明的一个实施例中抛光层的正视图的比较显示。特别地，
图1提供了处于具有初始厚度OT的初始状态10的抛光层与处于具有致密厚度 DT的致密状态20的同一抛光层的比较。
图2提供了本发明的一个实施例中抛光层的正视图的比较显示。特别地， 图2提供了处于具有初始厚度OT的初始状态30的抛光层与处于具有致密厚度 DT的致密状态40的抛光层，与处于部分回复状态50的同一抛光层的比较，所 述处于部分回复状态50的抛光层具有完全还原厚度TRT以及接近抛光表面32 并且具有还原厚度TR的还原部分。图2中所示的抛光层包括多个散步在形状记 忆基体材料36中的微型元件34。
图3提供了本发明的一个实施例中糊犬记忆化学机械抛光垫的正视图。特 别地，图3中的开别犬记忆化学机械抛光垫60包括具有抛光表面72的抛光层70， 其中抛光层包括多个均匀地分散在，幵m记忆基体材料74中的微型元件76。 图3中的形状记忆化学机l^旭光垫60进一步包括与抛光层70相互连接的基层 90。特别地，基层90通过粘结层80粘结到抛光层70。
图4掛共了本发明的一个实施例中制犬记忆化学机櫥旭光垫的侧面透视图。 特别地，图4显示了处于致密状态具有致密厚度DT的单层形状记忆化学机械 抛光垫210。形状记忆化学机MJ旭光垫210具有抛光表面214和中心轴线212。 抛光表面214具有在与中心轴线212成角度y的平面内、从中心轴线212到抛光表面215的外圆周的半径为r的基本圆形横截面。
图5提供了本发明的一个实施例中形状记忆化学机械抛光垫的顶视图。特 别地，图5显示了具有抛光表面302的形状记忆化学机械抛光垫300，该抛光表 面302具有多个弯曲槽305的槽图案。
图6提供了本发明的一个实施例中形状记忆化学机械抛光垫的顶视图。特 别地，图6显示了具有抛光表面312的微记B化学机M光垫310，该抛光表 面312具有多个同心圆形槽315的槽图案。
图7提供了本发明的一个实施例中开沐记忆化学机櫥旭光垫的顶视图。特 别地，图7显示了具有抛光表面322的制犬记忆化学机櫥旭光垫320，该抛光表 面322具有多个X-Y栅格图案的缘性槽325的槽图案。
图8提供了本发明的一个实施例中糊犬记忆化学机械抛光垫的顶视图。特 别地，图8显示了具有抛光表面332的形状记忆化学机M^旭光垫330，该抛光表 面332具有多个穿孔338和多个同心圆形槽335的组合。
图9提供了本发明的一个实施例中舰犬记忆化学机械抛光垫的顶视图。特 别地，图9显示了具有抛光表面342的制犬记忆化学机械抛光垫340，该抛光表 面342具有多个穿孔348。
图10提供了本发明一些实施例的形状记忆化学机ttM光垫400的顶视图， 其中抛光垫400具有包括槽图案的宏观纹理，所i&槽图案包括至少一个槽404。 抛光垫400具有外部半径Ro和拋光表面402，至少一个槽404形成于战抛光 表面402。尽管图10只显示了一个槽404，但是槽图案可以包括两个或更多个 槽404。(参见例如图11-13)。抛光垫判5R从抛光表面402中心的原点O开始 测量。图10中还显示出在具有周长2兀R的R处画出的圆圈Q (虚线)。抛光垫 400的外部半径为Ro。槽404从基半径Rb向确定了抛光表面402的外部圆周 406的外部半径Ro延伸。在这些实施例的一些方面，槽404从基半径Rb延伸到 外部圆周406 (如图10-13所示)。在这些实施例的一些方面，槽404从原点O 和基半径Rb间的点延伸到外部圆周406。在这些实施例的一些方面，槽404从 原点0延伸到外部圆周406。图14显示了图10中槽404的一段槽的鄉巨离视 图，显示槽404的微小差别的段410。在给定半径R处，槽404具有给定宽度 W和中心轴线A，该中心轴线A与径向直线L形成角度e ("槽角")，该径向直 线L使原点O连接到给定半径R。在这些实施例的一些方面，制犬记忆化学机
24fi^旭光垫具有包括槽图案的宏观纹理，其中CF保持在它平均值25。/。以内，优
选10%以内，更1^5%以内，该CF是一区域内抛光垫半径R的函数，该区域 从抛光表面大多数距寓的外部半径Ro延伸至順点0。在这些实施例的一些方面， 形状记忆化学机械抛光垫具有包括槽图案的宏观纹理，其中CF保持在它平均值 25%以内，优选10%以内，更优选5%以内，该CF是一区域内抛光垫半径R的 函数，该区域从基判5Re延伸到外部判5R。
图15提供了j柳本发明的一个实施例的开邻记忆化学机嫩旭光垫来抛光半 导体晶片的抛光机器的表示。特别地，图15显示了具有形状记忆化学机| 光 垫110的抛光设备100，该抛光垫110具有中心轴线112、具有抛光表面118的 抛光层116和基层114。图15进一步显示了抛光压板120，基层114固定到该 抛光压板120。抛光压板120具有对应于抛光垫110的中心轴线112的中心轴线 125。抛光设备100进一步包括具有中心轴线135的晶片托架130。晶片托架130 承载半导体晶片150。晶片托架130安装在移动臂140用于使晶片托架相对抛光 垫110横向移动。晶片托架130和压板120 (固定有抛光垫)被设计-成绕着它们 各自的中心轴线以旋转方式转动以及利于抛光表面118和半导体晶片150之间 的动态接触。监测器115相对抛光表面定位(随意地以可移动方式)以利于至 少一个抛光垫属性的测量，所述抛光垫属性选自抛光垫厚度和槽深度。源160 可移动地定位在抛光表面118附近以便使抛光层选择性地暴露与活化刺激，这 样抛光层的暴露部分从致密状态转换为回复状态。调理设备165提供对抛光表 面118的研磨调理。控制器170与监测器155，源160和调理设备165互通；并 且被设计成保持一致的抛光垫厚度和/謝敷罙度。
图16提供了使用本发明的一个实施例的，记忆化学机MJ旭光垫与抛光介 质(例如，抛光料桨)的组合的设备的示意图。特别地，图16显示了包括具有 抛光表面214和外部圆周215的单层形状记忆化学机l^旭光垫210的设备200。 抛光垫210与压板220相互连接。抛光垫210具有与压板220的中心轴线225 相己知的中心轴线212。设备200进一步包括具有中心轴线235的晶片托架230。 晶片托架230夹持半导体晶片250。设备220进一步包括抛光介质260和料浆分 送器270用来将料桨分散到抛光表面214上。在半导体晶片250的抛光期间， 压板220和抛光垫210绕它们各自的中心轴线旋转并且晶片托架绕它的中心轴 线旋转。在抛光期间，抛光垫和晶片设置成彼此动态接触并且抛光介质被引导到系统中，这样抛光介质可以在半导体晶片和抛光垫的抛光表面之间通过。监 测器280相对抛光表面定位(随意地可移动方式定位)以利于至少一个抛光垫
属性的测量，所述抛光垫属性选自抛光垫厚度和槽深度。源285可移动地定位 在抛光表面214附近，以便于使抛光层选择性地暴露于活4棉臓，这样抛光层 的暴露部分从致密状态转换为回复状态。调理设备290提供对抛光表面214的 研磨调理。控制器298与监测器280，信号源285和调节设备290互通；并且被 设计成保持一致的抛光垫厚度和/或槽深度。
现在将在下面的例子中具体介绍本发明的一些实施例。
实施例l:形状记忆抛光垫
观赋试样选自商业可供填充聚氨酯的抛光垫(由罗门和哈斯电子材料CMP 公司提供的IC100(T)制备得到。测试试样包括直径约为12.7mm的圆盘，圆盘 是从抛光垫冲压而成。
实施例2:形状记忆抛光垫材料的制备
形状记忆聚合材料在大约5(TC和大气压下将227G甘油丙氧基化物(数均分 子量266); 279G聚四氢呋喃(数均^T量775)和469G聚碳化二亚胺-改性的二 苯甲烷二异氰酸酯(陶氏化学公司的IsonatA43L)混合制备。{顿非接触行星式 高剪切变混合机以2000ipm的,将18g空心弹性聚合^ti[球(从Akzo Nobel 公司的Expancef551DE)混合到上述混合物中，从而使微球均匀分散在形状记 忆基体材料中。最终混合物被灌注在相距为2.54mm的两块平板玻璃表面之间， 并且形成的直径约254mm的灌注板在大约10 ^H巾轴称为胶状。
2.54mm厚的灌注板与玻璃表面一起放入温度大约为105"C固化炉固化大约 16-18小时。然后固化板在室温下冷却大约8小时直到板的温度大约为25°C。
实施例3:形状记忆抛光垫材料的制备
形状记忆聚合材料由在大约5(TC和大气压下将216g甘油丙 化物(数均 分子量266); 315g聚四氢呋喃(数均分子量"》和4的g聚碳化二亚胺-改性的二 苯甲烷二异氰酸酉欧从陶氏化学公司得到，如13011她@1431^混^恪。然后j顿 非接触行星式高剪切变混合机以2000ipm的转速与18g空心弹性聚合体微球 (Akzo Nobel公司的Expancel⑧551DE)混合到上述混合物中，从而使微球均匀 分散在糊犬记r堪^t才料中。最终混合物被灌注在相距为2.54mm两块平板玻 璃表面之间，直径约254mm灌注板在大约10 ^H中后皿状。板如实施例2中方式被固化。
实施例4:储能模量X^显度测量
通过使用动态机械分析仪(DMA,TA Instrments Q800型)绘制出使用在商 用lC1000，抛光垫中的形状记t乙基^^料的储能模量(MPa)与纟驢CC)的 曲线图，戶诚抛光垫来自于CMP罗姆和哈斯电子材料控股公司(但是没有添加 Expance膨材料)。乡魏啲曲线图在图17中提供。
实施例5:储能模量对温度测量
通过{顿动态机械分析仪(DMA，TA Instrments Q800型)纟魏咄在实施例2 和3中(没有添加Expance腺材料)制备的形状记忆基体材料的储能模量(Mpa) 与i鹏(。C)的曲线图。纟飾啲曲线图在图18中提供。
实施例6:致密状态下的抛光垫的制备
将根据实施例1制备的形状记忆化学机繊旭光垫样品放置于英斯特朗测定 器的2"直径上下压板之间。4顿内娜射变可以控制的傲，空将跨过压板和样品 垫的空间封闭。将样品垫加热至12(TC达20分钟以及使用压板将轴向力应用到 样品垫。上述轴向力在样品垫上施加一个公称压力，其足够将样品垫压縮到到 它们初始厚度的大约50%。上述施加在样品垫上的公称压力大约为 1000-5000psi。当维持压力时，样品垫冷却至室温，样品垫中的形状记忆基体材 料设置成可程式化糊犬并且提供了致密状态的样品垫。
实施例7:提供致密状态下的抛光垫
12.5mm直径样品垫由根据实施例2和3生成的板冲压制成。样品垫随后放 置于英其M寺朗测定器的2"直^1:下压板之间。使用内漸鹏可以控制的保温腔 将跨过压板和样本垫的空间封闭。将样本垫加热至90。C达20么H中且使用压板将 轴向力应用到样品垫。上述轴向力在样品垫上施加一个公称压力，其足够将样 品垫压縮至咜们初始厚度的大约50%。上述施加在样品垫上公称压力大约为 1000-5000psi。在维持压力时，样品垫冷却至室温，样品垫中的形状记忆基体材 料设置成可程式化形状并且提供了致密状态的样品垫。
实施例8:抛光垫到恢复状态的恢复
根据实施例6制备的、处于致密状态的抛光垫样品在120°C的炉中加热10-20 分钟。然后测量每个抛光垫样品的厚度。每个抛光垫样品被观测到已经转变到 恢复状态，抛光垫样品的最大完全咴复厚度大于抛光垫样品初始厚度的99%。
27实施例9:抛光垫到恢复状态的恢复
根据实施例7制备的、处于致密状态的抛光垫样品在9(TC的炉中加热10-20
分钟。然后测量每个抛光垫样品的厚度。每个抛光垫样品被观测到己经转变到
恢复状态，抛光垫样品的最大完全咴复厚度大于抛光垫样品初始厚度的99%。
实施例10:致密状态下的皿记忆抛光垫的制备
直径为203mm的形状记忆抛光垫从商4Jdl的IC1000，抛光垫冲压得到。 接着将形状记忆抛光垫置于两块直径为254mm厚度为12.7mm的平硬化钢板之 间，并且放在150吨Hannifin的下压板之上，37"x36"向下作用，4-级液压。上 下压板被电加热超过60min直到形状记忆抛光垫温度到达120°C 。然后通过对形 状记忆抛光垫施加1000-5000psi轴向的力，将形状记忆抛光垫压縮至大约初始 厚度的50%。在保持外加压力的同时，开邻记忆 旭光垫被冷却至室温，由此将 形状记忆材料变为可程式化开娥并^M状记忆抛光垫处于致密状态。
实施例11:使用热调理的形状记忆化学机嫩旭光垫抛光
下述实验是在来自Tribdogy公司中心的化学机械台顶部抛光机上实施的。 将抛光机设置为下压力2.4psi，抛光液、舰为50cc/min，压盘繊为160RPM， 载盘转-速为160RPM。所使用的抛光介质是用于铜金属CMP的EPL2362，该抛 光介质可从罗门和哈斯电气材料CMP公司获得。实验中使用的晶片为100MM 的硅衬底晶片，具有15000埃厚度的电沉积铜层，户皿晶片可由SilyB公司获得。 上述晶片被抛光以去除铜层。在这里所述的铜层移除的速率(埃/^H中)是在上 述^f牛下抛光2分钟后用精度为毫克的分析天节AINSWORTH型，CC-204) 使用晶片失重纟妹观糧的。
抛光实^1过4OT直径为203mm的控制垫而完成，该控制垫是从商^i:的 IC1000^抛光垫冲压而成。控制垫是在初始状态下使用(例如，没有转变为致密 状态)。注意到在抛光过13个晶片后，控制垫的表面使用金刚石盘调理而被更新。 图19中显示了使用初始状态下的控制垫所完成的抛光试验中去除斜目对于晶片 #数据，其中抛光垫4糊金冈U石盘调理。
接着使用转变到致密状态的商用IC100(T抛光垫材料而完成抛光试验，其 中使用实施例10中所描述的方法将抛光垫材料转化为致密状态。通过将处于致 密状态的抛光垫材料的抛光表面与直径为254mm厚度为6.4mm的黄铜板保持 接触大约一辦中来使致密状态的抛光垫的抛光表面被加热到120°C 。超过一併中后，黄铜板被电控加热敏Comin^PC-220)继续加热，并皿测与抛光面保J雜 触的黄铜板的表面的温度。实验垫的抛光面的加热导致靠近抛光面的部分抛光 垫转变为回复状态，其它部分抛光层的实际厚度仍然保持在致密状态。然后使 用抛光垫抛光13个晶片。接着抛光垫的表面通过JOT上述的方法被再次加热从 而使其它,抛光表面的抛光垫的部分转变为回复状态。然后将垫用于抛光晶 片14。在这里移除速對目对在初始状态用热调理的^顿控制垫的抛光i微的晶 片#数如图20所示。
实施例12:形状记忆基i材才料的制备
形状记忆基体材料衝i(在大约5(TC，大气压下)混合175g甘油丙氧基化物 (数均分子量266); 349g聚已酸内酯(数均分子量530-b-530);和476g聚碳化二 亚胺-改性的二苯甲烷二异氰酸酯(从陶氏化学公司获得如Isonate 143L)来制备。
实施例13:储能模量相对、温度测量
对于如实施例12中制备的糊犬记[乙基i材才料的储能模量(MPA)对MCC) 的曲线i顿动态机繊则量仪pMA, TA仪表Q800型)^fij。 *魏啲曲线如图21所示。
权利要求
1. 一种形状记忆化学机械抛光垫，用于抛光从磁衬底、光学衬底和半导体衬底中选择的至少一种衬底；所述抛光垫包括致密状态的抛光层；其中抛光层包括在原始形状和可程式化形状之间转变的形状记忆基体材料；其中当形状记忆基体材料处于初始形状时，抛光层呈现出初始厚度OT；其中当形状记忆基体材料处于可程式化形状时，抛光层呈现出致密状态下的致密厚度DT；其中DT≤OT的80％；其中当形状记忆基体材料的温度从(Tg-20)℃上升到(Tg+20)℃时，形状记忆基体材料的储能模量降低了≥70％；其中抛光层具有适应于抛光衬底的抛光表面。
2. 如权利要求1所述的形状记忆化学机械抛光垫，其中储能模量的降低有 2800MP的量级。
3. 如权利要求1所述的形状记忆化学机杉魁旭光垫，其中形状记忆衬底材料呈 现出T^45。C且〈8(TC。
4. 如权禾腰求1戶腿的糊犬记忆化学机繊旭光垫，其中形状记忆衬底材料的 存储模量在形状记忆衬底材料的温度从(Tg-10) 。C上升到(Tg+10) 。C时降低 了290%;并且储能模量的降低fe800MP的量级。
5. 如权利要求1所述的形状记忆化学机械抛光垫，其中形状记忆衬底材料包 括以下混合物的反应产物，该混合物包括甘油丙氧基化物、聚碳化二亚胺-改性 的二苯甲'烷二异氰酸酯、以及聚四氢呋喃和聚己酸内酯中的至少一种。
6. 如权利要求1所述的形状记忆化学机fiM光垫，其中形状记忆衬底材料包括以下混合物的反应产物，该混合物包括聚醚基物质、甲苯二异氰酸酯封端的 液体氨基甲酸酉舒页聚物和4,4'-亚甲基-双(2-氯苯胺)。
7. —种制造形状记忆化学机嫩旭光垫的方法，戶;M方^a括提供可在初始形状和可程式化形状间变换的形状记忆基^W才料； 制备在初始状态下呈现初始厚度OT的抛光层，该抛光层包括初始形状的形状记忆基体材料；使抛光层经受外力；将形状记忆基体材料设置为可程式化形状，从而提供致密状态下的抛光层，其中抛光层呈现出致密厚度DT;移开外力；其中DT《OT的80%;当形状记忆基体材料的温度从(Tg-20)。C上升到(Tg+20:TC时，形状记忆基体 材料的储能模量降低了30%;并且，其中抛光层具有适于抛光从磁衬底、光学衬底和半导m寸底中选择的至少一 种衬底的抛光表面。
8. 如权利要求7所述的方法，进一步包括 提供多个微型元件；将多个微型元件分散在形状记忆基##料中；加热抛光层至lJ^it T，该^it T高于幵沐记忆基〈材射斗的玻璃化转换^itTg;其中所述外力是当抛光层^Jt保持在形状记忆基^+才料的Tg之上时、轴向 地压缩抛光层使其达到致密厚度DT的轴向力；以及在保持轴向力的同时，通 过将抛光层冷却到形状记忆基体材料的Tg之下而将形状记忆基体材料设置成 可程式化形状。
9. 一种抛光衬底的方法，包括-提供从磁衬底、光学衬底和半导術寸底中选择的至少一种衬底； 提供形状记忆化学机械抛光垫，其中抛光垫包括致密状态下的抛光层，其中 抛光层包括可从初始形状转变到可程式化形状的形状记忆基体材料；其中当形 状记忆基体材料处于初始形状时，处于初始状态的抛光层呈现出初始厚度OT; 其中当形状记忆基体材料处于可程式化形状时，抛光层呈现出致密状态下的致 密厚度DT;其中DTSOT的80y。；其中当形状记fc基^t才料的^t从(Tg-20yC 上升到(Tg+20)。C时，形状记忆基#^才料的储能模量斷氐了^70%;并且， 在抛光层的抛光表面和衬底之间产生动 触来抛光衬底的表面。
10. 如权利要求9戶诚的方法，进一步包括通过使至少一部分接近抛光表面的,旭光层暴露于活化刺^敫从而调理抛光层 的抛光表面；其中暴露于活化刺激的抛光表面附近的抛光层部分从致密状态转变为回复 状态。
全文摘要
提供了一种形状记忆化学机械抛光垫，其中形状记忆化学机械抛光垫包括致密状态下的抛光层。同样提供了制造形状记忆化学机械抛光垫的方法和使用它们来抛光衬底的方法。
文档编号H01L21/02GK101428403SQ20081018879
公开日2009年5月13日 申请日期2008年8月15日 优先权日2007年8月15日
发明者B·J·维宁, R·V·帕拉帕思, R·赫里哈 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司