專利名稱：防剝離的拋光墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拋光墊，該拋光墊用于在諸如玻璃、半導(dǎo)體、電介質(zhì)/金屬?gòu)?fù)合物、磁塊存儲(chǔ)介質(zhì)和集成電路這樣的產(chǎn)品上產(chǎn)生平滑、超平坦表面。更為具體地，本發(fā)明涉及粘合劑材料，該粘合劑材料適合于將某些拋光墊支撐體粘合到拋光器件上，以便于延長(zhǎng)拋光墊在剝離發(fā)生之前的壽命。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)廣泛地用作VLSI集成電路制造中的平面化技術(shù)。它具有用于在IC加工中平面化各種材料的潛能，但是最為廣泛地用于平面化半導(dǎo)體晶片上的金屬化層和層間電介質(zhì)以及用于平面化用于淺溝槽隔離的基質(zhì)。
在淺溝槽隔離(STI)中，例如，必須拋光大面積的場(chǎng)氧化物以制造平坦的原始晶片。利用傳統(tǒng)的蝕刻工藝獲得橫過晶片整個(gè)直徑的可接受的平面化很大程度上不成功。然而，使用常規(guī)的CMP，利用機(jī)械拋光輪和化學(xué)蝕刻劑漿料拋光晶片，可以高的平面化程度除去不期望的氧化物材料。
相似地，在多層金屬化工藝中，多層結(jié)構(gòu)中的每一層促成不規(guī)則的形貌。隨著工藝?yán)^續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在平面化層間電介質(zhì)層通常有利于現(xiàn)有技術(shù)水平的IC制造工藝。金屬層中的高平面度是常見的目的，且通過利用插塞層間連接促進(jìn)該目的。插塞形成的優(yōu)選方法是在層間電介質(zhì)上以及層間窗口中覆蓋淀積一厚金屬層，該金屬層包括例如W、Ti、TiN，然后利用CMP除去過量的金屬。CMP還用于拋光例如SiO2、Ta2O5、或W2O5的氧化物層或拋光例如Si3N4、TaN、TiN的氮化物層。
然而，在常規(guī)的拋光墊材料中存在一些缺陷。諸如聚氨酯、聚碳酸酯、尼龍、聚脲、毛氈或聚酯的多種類型的材料具有差的固有拋光能力，且因此不能在它們的原始狀態(tài)下用作拋光墊。在某些情況下，機(jī)械或化學(xué)紋理化(texturing)可以改變這些材料，由此致使它們可用于拋光。對(duì)防止晶片不平坦拋光的另一考慮是對(duì)用于將拋光墊附著于拋光臺(tái)壓板上的背襯膜的選擇和壽命。背襯膜在拋光期間緩沖晶片并補(bǔ)償晶片或背襯板中的厚度變化。再一種考慮涉及到用于將拋光墊附著于壓板上的粘合劑。
據(jù)認(rèn)為，用于化學(xué)機(jī)械拋光中的漿料可引起拋光墊從拋光臺(tái)壓板上剝離。當(dāng)剝離的拋光墊飛出移動(dòng)的拋光臺(tái)時(shí)，隨之發(fā)生的問題會(huì)從在剝離初期階段制造差質(zhì)量晶片的不滿意的晶片平面化發(fā)展到晶片和拋光器件的破壞。據(jù)認(rèn)為，當(dāng)用于將拋光墊固定到拋光臺(tái)壓板的粘合劑被漿料化學(xué)侵蝕時(shí)，發(fā)生剝離。這反過來(lái)可能由于粘合劑的溶解導(dǎo)致在粘合劑/壓板界面處的粘合失敗。由于剝離引起的足夠高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶片數(shù)量減小顯著地影響制造集成電路的總成本。
一種減小由于剝離引起的產(chǎn)量損失的方法是使用堅(jiān)固地將拋光墊結(jié)合到壓板上的粘合劑。該方法基于一種觀念如果拋光墊緊緊地結(jié)合到壓板上，則拋光漿料較不容易進(jìn)入壓板和墊之間以導(dǎo)致剝離。然而，該方法的一個(gè)問題是改變拋光墊變得非常困難。通常需要特殊的設(shè)備來(lái)促使將這種墊從壓板剝落。經(jīng)常在壓板表面上留有殘余的粘合劑，必須使用有機(jī)溶劑來(lái)將粘合劑從壓板上清除掉。這些附加的除去和清除步驟增加了制造集成電路的總時(shí)間和成本。
因此，需要一種改進(jìn)的CMP墊，該CMP墊能夠提供高平坦的晶片表面且在CMP期間具有提高的壽命，同時(shí)不會(huì)遇到上述問題。
發(fā)明概述為了致力于解決上述缺陷，本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施方案中提供一種用于拋光半導(dǎo)體晶片的化學(xué)機(jī)械拋光墊。該拋光墊包括熱塑性背襯膜和結(jié)合到該熱塑性背襯膜上的壓敏粘合劑。設(shè)置壓敏粘合劑以將拋光墊結(jié)合到拋光壓板上，并提供在暴露于約4或更高的pH的拋光漿料介質(zhì)中至少約4天能基本上防止化學(xué)機(jī)械拋光墊從拋光壓板剝離的界面。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法。該方法包括提供熱塑性泡沫拋光體并將熱塑性背襯膜層壓到該熱塑性泡沫拋光體上。該方法還包括將壓敏粘合劑結(jié)合到熱塑性背襯膜上。如上所述，設(shè)置壓敏粘合劑以將化學(xué)機(jī)械拋光墊結(jié)合到拋光壓板并提供界面。本發(fā)明的再一實(shí)施方案為由上述方法制造的用于拋光半導(dǎo)體晶片的化學(xué)機(jī)械拋光墊。
前述已經(jīng)概括出本發(fā)明優(yōu)選的和選擇性特征以便于本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細(xì)說明。在下文中會(huì)描述本發(fā)明的附加特征，這些特征構(gòu)成本發(fā)明權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，他們可容易地使用公開構(gòu)思和具體的實(shí)施方案作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改用于執(zhí)行與本發(fā)明相同目的的其它結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域人員還應(yīng)該意識(shí)到這種等同的結(jié)構(gòu)不脫離本發(fā)明的范圍。


為了更全面地理解本發(fā)明，參考下述說明并結(jié)合附圖，其中圖1示出本發(fā)明的拋光墊的橫剖面圖；圖2A-C示出在根據(jù)本發(fā)明的原理制作拋光墊的方法中選擇的步驟的剖視圖；圖3A至3I示出本發(fā)明的壓敏粘合劑與其它粘合劑的進(jìn)入測(cè)試的示例性數(shù)據(jù)；和圖4示出本發(fā)明的壓敏粘合劑與其它粘合劑的剝離強(qiáng)度測(cè)試的示例性數(shù)據(jù)。
優(yōu)選實(shí)施方式本發(fā)明公開一種拋光墊背襯膜與粘合劑材料的復(fù)合體，與常規(guī)的墊和粘合劑的復(fù)合體相比，其在較長(zhǎng)的工作壽命期間提供優(yōu)良的拋光質(zhì)量。特別地，發(fā)現(xiàn)粘合劑和塑料背襯膜的特定結(jié)合提供了對(duì)存在于漿料介質(zhì)中的酸性和氧化條件有意想不到的良好抵抗性，同時(shí)保持在水平(壓板)平面內(nèi)良好的抗切強(qiáng)度和在垂直平面(垂直于壓板)內(nèi)的低剝離強(qiáng)度。特別地，發(fā)現(xiàn)包括具有硅酮基粘合劑的壓板側(cè)粘合劑和具有丙烯酸基粘合劑的背襯膜側(cè)粘合劑的雙面壓敏粘合劑(PSA)提供了意想不到的良好抗剝離性。據(jù)認(rèn)為，硅基粘合劑對(duì)CMP漿料引起的化學(xué)侵蝕的抗性賦予了抗剝離性。而且，漿料幾乎不進(jìn)入壓板/粘合劑界面且因此僅壓板/粘合劑界面周邊與漿料接觸。
在CMP應(yīng)用中使用硅粘合劑對(duì)立于認(rèn)為來(lái)自粘合劑的硅酮化合物會(huì)浸入硅晶片并不可回復(fù)地污染晶片的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。特別地，長(zhǎng)期認(rèn)為聚硅氧烷的不穩(wěn)定單體成分會(huì)與硅晶片表面反應(yīng)并由此有害地改變晶片的半導(dǎo)體特性。本發(fā)明避免了這些問題，因?yàn)楣杌澈蟿﹥H在壓板側(cè)、少量漿料進(jìn)入壓板/粘合劑界面、以及硅基粘合劑對(duì)CMP漿料引起的化學(xué)侵蝕的固有抵抗性。
就本發(fā)明而言，將粘合劑定義為能夠通過化學(xué)或機(jī)械作用或二者將拋光墊材料特別是背襯膜粘合到拋光壓板且可以由水、無(wú)水溶劑、壓力、加熱、冷卻或其他方法活化的任意材料。術(shù)語(yǔ)壓敏粘合劑是指一種粘合劑，該粘合劑在室溫下僅通過簡(jiǎn)單地施加壓力的方法粘合到表面上。
圖1示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于拋光半導(dǎo)體晶片的化學(xué)機(jī)械拋光墊100。拋光墊100包括熱塑性背襯膜105和結(jié)合到熱塑性背襯膜105上的壓敏粘合劑110。設(shè)置壓敏粘合劑110以將化學(xué)機(jī)械拋光墊100結(jié)合到拋光壓板115上。
還設(shè)置壓敏粘合劑110以提供在暴露于具有約4或更高的pH的拋光漿料介質(zhì)125至少約4天能夠基本上防止化學(xué)機(jī)械拋光墊100從拋光壓板115剝離的界面120。更為優(yōu)選地，在暴露于拋光漿料介質(zhì)125至少14天防止剝離。通過小于約2mm的漿料進(jìn)入130進(jìn)入界面120，來(lái)顯示基本防止剝離，如隨后實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)一步示出的。
拋光墊100的優(yōu)選實(shí)施方案包括雙面的壓敏粘合劑110，該粘合劑110在可結(jié)合到所述壓板115的第一面135上具有硅酮基粘合劑和在可結(jié)合到所述熱塑性背襯膜105的第二面140上具有丙烯酸基粘合劑。期望僅在第一面135上具有硅酮基粘合劑，因?yàn)閽伖鈮喊?15通常具有高表面能。熱塑性背襯膜105通常由低表面能材料例如高密度聚乙烯組成，該材料不會(huì)以足夠?qū)伖鈮|100結(jié)合到拋光壓板115的強(qiáng)度粘合到硅酮基粘合劑上。
壓敏粘合劑110具有低單體硅酮含量是有利的，因?yàn)檫@最小化污染要被拋光的半導(dǎo)體晶片的可能性。雖然沒有通過原理限制本發(fā)明的范圍，但假定任何這種污染的可能源來(lái)自壓敏粘合劑110的第一面135上的硅酮基粘合劑。硅酮基粘合劑的單體硅酮含量理想地足夠低以在拋光期間局限在第一面135上。
壓敏粘合劑110的單體硅酮含量可以通過常規(guī)制造工藝減小至令人滿意的程度?？梢酝ㄟ^任意數(shù)量的本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)萃取工序來(lái)確定在成品帶結(jié)構(gòu)中的單體硅酮的含量。例如，單體硅酮可以從壓敏粘合劑110或第一面135上的硅酮基粘合劑被乙醇萃取出，然后在氮?dú)夥障略俅胃稍?。接著萃取物的剩余物可以在氮?dú)庵懈稍锊⑼ㄟ^例如用紅外光譜測(cè)量硅酮在804cm-1的吸收峰來(lái)分析硅酮含量。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，例如，來(lái)自硅酮基粘合劑的乙醇萃取物的干燥樣品具有相應(yīng)于在804cm-1每克下小于約100吸收單位的硅酮含量。更為優(yōu)選地，萃取物具有在804cm-1每樣品重量下小于約50且更為優(yōu)選小于約20的吸收單位。
在拋光墊100的其它優(yōu)選實(shí)施方案中，壓敏粘合劑110還包括載帶膜145，該載帶膜145包括例如聚酯且位于壓敏粘合劑的第一面135和第二面140之間。載帶膜145還可以包括其它聚合材料，該聚合材料對(duì)于硅酮和丙烯酸基粘合劑具有足夠高的表面能以比分別粘合到壓板或熱塑性背襯膜更堅(jiān)固地粘合到載帶膜上。這種材料的例子有尼龍、高密度聚乙烯(HDPE)和未塑化的聚氯乙烯(HDPE)。
在拋光墊100的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，熱塑性背襯膜105為高密度聚乙烯(即，密度大于約0.96gm/cc)，更優(yōu)選為縮合高密度聚乙烯。適合用作背襯膜105的高密度聚乙烯的例子有產(chǎn)品DGDA-2490和DGDA-2480(DowChemical Corp)、產(chǎn)品Paxon BA7718和Escorene HD7845(Exxon Corp.)。其它適合于背襯膜105的材料包括縮合低密度聚乙烯(LPDE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、乙基乙酸乙烯聚烯烴共聚物(EVAO)、熱塑性彈性體(TPE)、熱塑性橡膠(TPR)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺6，6、己二酸-1，6-己二胺聚合物(PA6)和熱塑性聚氨酯(TPU)。優(yōu)選，背襯膜105有在約5和約50密耳之間的厚度。
界面120在平行于壓板150的旋轉(zhuǎn)面的平面中具有高剪切強(qiáng)度是非常有利的。例如，界面120在平行于拋光壓板150平面的平面中的剪切強(qiáng)度在室溫下(～72°F)等于至少約10000hrs(在1000g)，或在158°F下等于約10000hrs(在500克)。
同時(shí)，為促進(jìn)拋光墊的替換，希望界面120在垂直于拋光平面155的平面中具有中等的剝離強(qiáng)度。例如，界面120在室溫下(～72°F)72小時(shí)閉模時(shí)間后具有在約1和約200盎司/英寸之間的剝離強(qiáng)度，較為優(yōu)選在約10和約150盎司/英寸之間，且更為優(yōu)選在約10和約50盎司/英寸之間。優(yōu)選，剝離強(qiáng)度在pH4下在例如包括高達(dá)10％體積/體積H2O2的拋光漿料介質(zhì)125中在至少高至約24小時(shí)基本保持恒定。
拋光墊的又一實(shí)施方案還包括結(jié)合到熱塑性背襯膜105上的熱塑性泡沫拋光體160。在某些實(shí)施方案中，熱塑性泡沫拋光體160可以包括交聯(lián)聚烯烴，例如聚乙烯、聚丙烯及其組合物。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，拋光體160由交聯(lián)均聚物或共聚物的閉孔泡沫體組成。含有聚乙烯(PE)的閉孔泡沫體交聯(lián)均聚物的例子包括來(lái)自Voltek(Lawrence，MA)的VolaraTM和VolextraTM；來(lái)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)的交聯(lián)共聚物的閉孔泡沫體的例子包括VolaraTM和VolextraTM(來(lái)自Voltek Corp.)；SenflexEVATM(來(lái)自Rogers Corp.)；和J-foamTM(來(lái)自JMS Plastics JMS PlasticsSupply，Inc.)。
在其它優(yōu)選實(shí)施方案中，熱塑性泡沫拋光體160的閉孔泡沫體由交聯(lián)乙烯乙酸乙烯酯共聚物和低密度聚乙烯共聚物(即，優(yōu)選在約0.1和約0.3gm/cc之間)的混合物組成。在另一個(gè)有利的實(shí)施方案中，該混合物具有在約1∶9和約9∶1之間的乙烯乙酸乙烯酯聚乙烯的重量比。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，混合物包括約5至約45wt％的EVA，優(yōu)選約6至約25wt％，更為優(yōu)選約12至約24wt％。認(rèn)為這種混合物有助于具有小尺寸的凹形孔的理想生產(chǎn)，如下面進(jìn)一步討論的。在另一較為優(yōu)選的實(shí)施方案中，混合物具有在約0.6∶9.4和約1.8∶8.2之間的乙烯乙酸乙烯酯聚乙烯的重量比。在更為優(yōu)選的實(shí)施方案中，混合物具有在約0.6∶9.4和約1.2∶8.8之間的乙烯乙酸乙烯酯聚乙烯的重量比。
在又一有利的實(shí)施方案中，熱塑性泡沫拋光體160表現(xiàn)的特征為具有至少約85wt％的甲苯不溶性材料。測(cè)量二甲苯不溶性材料的方法對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是公知的。這種方法可以包括，例如，在120℃下混合物在二甲苯中消化24小時(shí)，接著進(jìn)行干燥并比較剩余不溶性材料對(duì)預(yù)消化材料的重量。
熱塑性泡沫拋光體160還可包括最高約25wt％的無(wú)機(jī)填料。無(wú)機(jī)填料包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的I族、II族或過渡金屬以賦予泡沫基質(zhì)想要的半透明、顏色或潤(rùn)滑特性。例如，無(wú)機(jī)填料可以選自云母、氧化鈦、硅酸鈣、碳酸鈣、硅酸鎂和鋅鹽。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，熱塑性泡沫拋光體160包括約17wt％的云母。在其它實(shí)施方案中，填料包括硅石(約20至約25wt％)、氧化鋅(約1wt％)、硬脂酸(約1wt％)和其它本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的添加劑和顏料(最高約2％)。其它常規(guī)填料也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如在U.S.專利No.6,419556、6,099954、6,425,816和6,425,803公開的，將其并入本文以作參考。
在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，拋光體160包括熱傳導(dǎo)聚合物，該熱傳導(dǎo)聚合物具有含填料顆粒的基質(zhì)。含有II族鹽的填料顆粒混合進(jìn)基質(zhì)內(nèi)。例如，II族鹽可以是結(jié)合有任意相容陰離子(優(yōu)選氧化物)的包含在周期表的II族中的元素的任意陽(yáng)離子形式，優(yōu)選鎂(II)。因?yàn)檫@種拋光體160比常規(guī)的拋光墊具有更高的熱傳導(dǎo)性，所以改善了由摩擦和拋光工藝中固有的發(fā)熱化學(xué)事件產(chǎn)生的熱的分散。而且，選擇性地引入某些類型、數(shù)量、形狀和尺寸的填料顆粒可以用于在拋光期間控制熱管理。
在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，II族鹽包括包含硫酸根、硬脂酸根或碳酸根中的一種陰離子。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，II族鹽包括包含氧化物的陰離子，例如氧化鎂或氧化鈣。其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，II族鹽包括包含氫氧根的陰離子，例如氫氧化鎂。在陰離子為氫氧根的實(shí)施方案中，認(rèn)為氫氧化物吸熱分解成氧化物和水在熱管理中和在CMP工藝期間改善濕性能方面起著有益作用。
在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，熱傳導(dǎo)聚合物具有大于約1Wm-1K-1的熱傳導(dǎo)率，優(yōu)選大于約5Wm-1K-1，最為優(yōu)選大于約15Wm-1K-1至約20Wm-1K-1。除具有高熱傳導(dǎo)性外，為了避免對(duì)位于要拋光的半導(dǎo)體晶片上的晶體管或其他電子元件功能的有害影響，例如短路，拋光體160還優(yōu)選為電中性或不導(dǎo)電。例如，熱傳導(dǎo)聚合物在25℃下應(yīng)該具有大于約1×1015Ωcm-3的體積電阻率，優(yōu)選在25℃下為大于約5×1015Ωcm-3。此外，在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，熱傳導(dǎo)聚合物在約2至約12的pH范圍內(nèi)穩(wěn)定。這里采用的術(shù)語(yǔ)穩(wěn)定意味著當(dāng)熱傳導(dǎo)聚合物引入到拋光器件中時(shí)其在CMP漿料中不顯示分解的可見跡象，在使用期間沒有磨損或斷裂。另外，熱傳導(dǎo)聚合物不經(jīng)歷壓電鉻效應(yīng)(piezochromiceffect)。這樣，與CMP相關(guān)的壓力負(fù)載基本上不影響聚合物的熱傳導(dǎo)特性。例如，這種壓力負(fù)載可為約0.1psi至約50psi，優(yōu)選約0.5psi至約10psi，更為優(yōu)選約1psi至約8psi。
上述基質(zhì)可以為用于CMP應(yīng)用的拋光墊中且與遍及其中引入的填料顆粒相容的任意聚合物。例如，在某些實(shí)施方案中，基質(zhì)由聚氨酯、聚烯烴或聚乙烯酯組成?；|(zhì)的替代性實(shí)施方案包括聚脲、聚碳酸酯、酯族聚酮、聚砜、芳香族聚酮、6，6尼龍、6，12尼龍或聚酰胺。在其它實(shí)施方案中，基質(zhì)為熱塑性橡膠或可熔體加工的橡膠。然而，基質(zhì)由閉孔聚丙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯或聚乙酸乙烯酯組成的實(shí)施方案也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
對(duì)于第一近似，對(duì)于給定填料顆粒的組成、尺寸和形狀，熱傳導(dǎo)率與存在的填料的數(shù)量成比例增加。例如，在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，填料顆粒包括至少約20％且更為優(yōu)選包括約40至約70％重量的熱傳導(dǎo)聚合物。填料顆粒的尺寸和形狀還影響熱傳導(dǎo)聚合物的熱傳導(dǎo)程度。例如，在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，填料顆粒具有球形形狀。在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，填料顆粒具有約50μm至約1μm的平均直徑，且更為優(yōu)選約5μm至約1μm。在某些有利的實(shí)施方案中，填料顆?；旧媳榧盎|(zhì)引入以在基質(zhì)中提供均勻的顆粒分布。
熱塑性泡沫拋光體160通過粘合劑162(例如用于將背襯膜105結(jié)合到拋光壓板115的壓敏粘合劑110)結(jié)合到熱塑性背襯膜105上?；蛘撸ㄟ^熱焊接或通過在熱塑性泡沫體160片上擠壓涂覆熔融的背襯膜105來(lái)結(jié)合熱塑性泡沫拋光體160。還可以利用化學(xué)結(jié)合方法來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)合。在某些有利實(shí)施方案中，熱塑性泡沫拋光體160具有由凹形孔(concave cells)170和涂覆凹形孔170內(nèi)表面180的拋光劑175細(xì)成的表面。
在某些實(shí)施方案中，熱塑性泡沫拋光體160具有遍及拋光體形成的孔165。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，孔165基本類似球體。在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，孔165的尺寸使得在將基體切成薄片時(shí)，在基體表面的敞開的凹形孔170具有在約100微米和600微米之間的平均尺寸。凹形孔165的平均尺寸范圍為約100至約350微米，優(yōu)選為約100至約250微米，且更為優(yōu)選為約115至約200微米。利用由American Society for Testing and Materials(WestConshohocken，PA)開發(fā)和公布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程例如ASTM D3576來(lái)確定孔尺寸165，其引入本文以作參考。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，其中孔165的形狀基本上為球形，孔尺寸近似等于平均孔直徑。例如，在包括EVA共聚物的實(shí)施方案中，孔直徑是共聚物混合物中EVA含量的函數(shù)，如Perez等人在J.Appl.Polymer Sci，vol.68，1998 pp 1237-1244公開的，其引入本文以作參考。如Perez等人披露的，體密度與孔密度成反比關(guān)系。這樣，在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，基體表面的凹形孔170的密度范圍在2.5和約100孔/mm2之間，更為優(yōu)選在約60和100孔/mm2之間。例如可以由基體表面的顯微鏡圖像的視覺檢查確定孔密度。
拋光劑175可以包括一種或多種陶瓷化合物或一種或多種有機(jī)聚合物，由次級(jí)反應(yīng)物結(jié)合在拋光體表面上產(chǎn)生，如由Yaw S.Obeng和Edward M.Yokley的題目為“A METHOD OF ALTERING AND PRESERVING THESURFACE PROPERTIES OF A POLISHING PAD AND SPECIFICAPPLICATIONS THEREFOR”的U.S.專利申請(qǐng)09/994,407公開的，其引入本文以作參考。陶瓷拋光劑175可以包括當(dāng)含氧有機(jī)金屬化合物用作次級(jí)反應(yīng)物來(lái)制造結(jié)合表面時(shí)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)金屬氧化物。例如，在某些實(shí)施方案中，拋光劑175為無(wú)定形硅石或氧化鈦。在該實(shí)施方案中，次級(jí)等離子體混合物包括鈦。其他例子包括包含例如錳或鉭的過渡金屬的次級(jí)等離子體混合物。然而，能夠形成例如含有一個(gè)或多個(gè)氧原子的金屬酯的揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物且能夠結(jié)合于聚合物表面的任何金屬元素是適合的。
硅可以用作有機(jī)金屬次級(jí)等離子體混合物的金屬部分。在這些實(shí)施方案中，有機(jī)金屬反應(yīng)物的有機(jī)部分為酯、乙酸根或烷氧基碎片。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，拋光劑175選自陶瓷、四乙氧基硅烷聚合物和烷氧基鈦聚合物，其中所述陶瓷由氧化硅和氧化鈦組成，例如由二氧化硅和二氧化鈦組成。
然而，大量其它的次級(jí)反應(yīng)物可以用于制造陶瓷拋光劑175。次級(jí)等離子反應(yīng)物可以包括臭氧、烷氧基硅烷、水、氨、醇、礦物油精或過氧化氫。例如，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，次級(jí)等離子體反應(yīng)物可以包括鈦酯、烷氧基鉭(包括其中烷氧基部分具有1-5個(gè)碳原子的烷氧基鉭)、乙酸錳的水溶液、溶解在礦物油精中的烷氧基錳、乙酸錳、乙酰丙酮錳、烷氧基鋁、烷氧基鋁酸鹽、氧化鋁、其中烷氧基具有1-5個(gè)碳原子的烷氧基鋯、烷氧基鋯酸鹽、乙酸鎂和乙酰丙酮鎂。其它實(shí)施方案還考慮例如烷氧基硅烷和臭氧、烷氧基硅烷和氨、鈦酯水、鈦酯和醇、或鈦酯和臭氧作為次級(jí)等離子體反應(yīng)物。
或者，當(dāng)有機(jī)化合物用作次級(jí)等離子反應(yīng)物時(shí)，拋光劑175可包括有機(jī)聚合物。這種次級(jí)反應(yīng)物的例子包括烯丙基醇、烯丙基胺、其中烷基含有1-8個(gè)碳原子的烯丙基烷基胺、烯丙基醚、其中烷基含有1-8個(gè)碳的仲胺、其中烷基含有1-8個(gè)碳原子的烷基肼、丙烯酸、甲基丙烯酸、含有1-8個(gè)碳原子的丙烯酸酯、含有1-8個(gè)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。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，拋光劑175選自由多元醇和多元胺組成的聚合物。
在圖1中描繪出在優(yōu)選環(huán)境拋光設(shè)備180中的拋光墊100。設(shè)備180包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)承載頭185和用于固定半導(dǎo)體晶片195的承載環(huán)190。承載頭185正對(duì)著拋光壓板115設(shè)置以正對(duì)著拋光壓板115賦予拋光力。
圖2A-2C示出在本發(fā)明的另一實(shí)施方案制造化學(xué)機(jī)械拋光墊200的方法中的選擇步驟的剖面圖。如圖2A中所示，該方法包括提供熱塑性泡沫拋光體205。如圖2B中所示，該方法還包括將熱塑性背襯膜210層壓至熱塑性泡沫拋光體205上。利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的常規(guī)粘合劑如環(huán)氧樹脂或其它材料，或者壓敏粘合劑例如兩面都是丙烯酸基粘合劑的雙面材料，通過化學(xué)結(jié)合實(shí)現(xiàn)層壓。在其它優(yōu)選實(shí)施方案中，通過在泡沫體上擠壓涂覆熔融背襯膜材料實(shí)現(xiàn)層壓，而在另一實(shí)施方案中，背襯膜210被熱焊至熱塑性泡沫拋光體205上。
該方法還包括將壓敏粘合劑215結(jié)合到熱塑性背襯膜210上(圖2C)。如上所述，設(shè)置壓敏粘合劑215以將化學(xué)機(jī)械拋光墊200結(jié)合到拋光壓板220上并提供在暴露于具有約4或更高的pH的拋光漿料介質(zhì)中至少約4天能夠基本上防止拋光墊200從拋光壓板220剝離的界面225。
優(yōu)選，壓敏粘合劑215包括雙面帶，該雙面帶具有包括硅酮基粘合劑的第一面230和包括夾在載帶膜240之間的丙烯酸基粘合劑的第二面235。使丙烯酸基粘合劑結(jié)合到熱塑性背襯膜210上且設(shè)置硅酮基粘合劑以結(jié)合到拋光壓板220上。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案，用于拋光半導(dǎo)體晶片的由上述工藝制造的化學(xué)機(jī)械拋光墊在圖2C中示出。拋光體205的上述實(shí)施方案的任意一個(gè)、背襯膜210和壓敏粘合劑215可用于制造化學(xué)機(jī)械拋光墊200的方法中。
例如，提供熱塑性泡沫拋光體205包括暴露泡沫拋光體205內(nèi)的孔245以形成包括凹形孔255的表面250和用拋光劑260涂覆凹形孔內(nèi)表面。泡沫拋光體205內(nèi)的閉合孔245的尺寸影響最終形成在表面250上的凹形孔255的尺寸。幾個(gè)因素影響閉合孔245的尺寸。可以控制乙烯乙酸乙烯酯共聚物和聚乙烯的相對(duì)量，以便于有利地調(diào)節(jié)在發(fā)泡工藝期間生產(chǎn)的孔的尺寸。另外，采用的發(fā)泡工藝的類型可導(dǎo)致不同的孔尺寸。凹形孔255優(yōu)選具有在約100微米和約600微米之間的平均尺寸以及至少約4.5孔/mm2的孔密度，更為優(yōu)選具有在約100微米和約200微米之間的尺寸以及至少約60孔/mm2的孔密度。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的常規(guī)發(fā)泡工藝可以用于提供泡沫拋光體205。例如，發(fā)泡工藝可包括在混合器中混合包含泡沫拋光體205的聚合物。發(fā)泡工藝還可包括利用輻射或?qū)崿F(xiàn)交聯(lián)的化學(xué)方法交聯(lián)(XL)泡沫拋光體205中的聚合物。發(fā)泡工藝還可包括優(yōu)選在壓力下形成泡沫體205和發(fā)泡劑的混合物并通過常規(guī)模具擠壓混合物以形成閉孔泡沫體的片材。
通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的常規(guī)方法可以實(shí)現(xiàn)暴露孔245以形成包括凹形孔255的表面。例如，通過將泡沫拋光體205固定在平坦表面上并從泡沫拋光體205的表面切削一薄層(即，在約1200微米和約2000微米之間)來(lái)實(shí)現(xiàn)暴露。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，利用例如由Fecken-Kirfel，(Aachen，Germany)提供的那些切片設(shè)備來(lái)進(jìn)行切割或切削。
利用在U.S.申請(qǐng)09/994,407中公開的結(jié)合方法來(lái)實(shí)現(xiàn)使用拋光劑260涂覆內(nèi)表面，該文獻(xiàn)引入本文以作參考。這樣，在某些實(shí)施方案中，涂覆包括將凹形孔內(nèi)表面255暴露于初始的等離子體反應(yīng)物(第一等離子體反應(yīng)物)以在其上產(chǎn)生改性的表面。涂覆還可包括將改性的表面暴露于次級(jí)等離子體反應(yīng)物(第二等離子體反應(yīng)物)以在改性的表面上產(chǎn)生結(jié)合的表面，該接板表面包括拋光劑260。U.S.專利申請(qǐng)No.09/994,407中公開的主要反應(yīng)物和次級(jí)反應(yīng)物的任何一種或工藝可以用于該結(jié)合工藝中以在泡沫拋光體205的凹形孔245的內(nèi)表面上涂覆拋光劑260。
已經(jīng)描述了本發(fā)明，相信通過參考下面的試驗(yàn)，其將會(huì)變得顯而易見。應(yīng)該意識(shí)到，提供實(shí)驗(yàn)僅為了說明的目的而不應(yīng)該解釋為限制本發(fā)明。例如，雖然下述實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下執(zhí)行，本領(lǐng)域技術(shù)人員可調(diào)節(jié)具體的型號(hào)、尺寸和數(shù)量以達(dá)到用于完全的工廠環(huán)境的適合值。
實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)幾種商用PSA以表征在不同類型介質(zhì)中的漿料進(jìn)入動(dòng)力學(xué)和剝離強(qiáng)度。來(lái)自3M Company Inc.(St.Paul，MN)的產(chǎn)品9731為雙面PSA聚酯載帶膜，該雙面PSA一面具有硅酮粘合劑和另一面具有丙烯酸粘合劑。測(cè)試幾種其它的3M產(chǎn)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，測(cè)試來(lái)自Adhesive Research Inc.(Glenrock，PA)的產(chǎn)品DEV8906、DEV804928和EL8917。還測(cè)試來(lái)自Avery Dennison Inc.(Painesville，OH)的產(chǎn)品號(hào)為FT8300的聚酯載帶膜上的丙烯酸粘合劑。
實(shí)驗(yàn)1對(duì)PSA和背襯膜的各種組合研究具有不同pH的溶液的進(jìn)入。PSA和背襯膜彼此結(jié)合且結(jié)合到已粘結(jié)到商用工作臺(tái)頂部的拋光器的拋光壓板的墊上。細(xì)件由pH為4至10的商用緩沖劑(Fisher Scientific，Pittsburgh，PA)的連續(xù)流沖淹以模擬化學(xué)機(jī)械拋光期間的漿料流。通過測(cè)量流體侵入的前緣經(jīng)過的距離來(lái)確定PSA和背襯膜之間的界面內(nèi)的溶液進(jìn)入。為了方便測(cè)量，將由聚碳酸酯或高密度聚乙烯組成的透明熱塑性片材用于模擬拋光墊的背襯膜。
在圖3A-3I中示出示例性的結(jié)果，該結(jié)果表明進(jìn)入(單位mm)作為浸液時(shí)間平方根的函數(shù)。如果進(jìn)入是擴(kuò)散限制的，繪制進(jìn)入數(shù)據(jù)作為時(shí)間平方根的函數(shù)。直線表示擴(kuò)散限制的機(jī)理。產(chǎn)品9731比其它PSA具有明顯慢的進(jìn)入速率。例如，在pH4溶液中，在(80分鐘)1/2(約4.4天)后進(jìn)入小于約2mm，在中性或堿性pH下(約14天)具有更緩慢的進(jìn)入速率。
實(shí)驗(yàn)2研究氧化溶液對(duì)各種粘合劑背襯膜組合的剝離強(qiáng)度的影響。在調(diào)節(jié)至約pH4的存在或不存在1-10％H2O2的溶液中浸透0至約24小時(shí)的時(shí)間之后，對(duì)夾在不銹鋼板與鋁條之間的各種PSA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用模型AR-1000Adhesion/Release Tester(Cheminstruments，Mentor，OH)利用90°測(cè)試角測(cè)量剝離強(qiáng)度。利用由制造商提供的EZ STATS Analysis軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
在圖4中示出示例性結(jié)果，單位是盎司/英寸。來(lái)自這些研究的結(jié)果表明，產(chǎn)品9731的剝離強(qiáng)度，與其它粘合劑相比較，對(duì)由于由H2O2產(chǎn)生的自由基和氧化物質(zhì)引起的改變具有更強(qiáng)的抵抗性。與其它粘合劑不同，產(chǎn)品9731的剝離強(qiáng)度在長(zhǎng)達(dá)至少24小時(shí)的保壓時(shí)間理想地保持恒定且保持在有助于方便使用的中間值。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)作出各種變化、替換和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于拋光半導(dǎo)體晶片的化學(xué)機(jī)械拋光墊，包括熱塑性背襯膜；和結(jié)合到所述熱塑性背襯膜上的壓敏粘合劑，設(shè)置所述壓敏粘合劑以將化學(xué)機(jī)械拋光墊結(jié)合到拋光壓板上并提供在暴露于具有4或更高的pH的拋光漿料介質(zhì)中至少4天能夠基本上防止所述化學(xué)機(jī)械拋光墊從所述拋光壓板剝離的界面。
2.如權(quán)利要求1中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中所述壓敏粘合劑是雙面的，在可結(jié)合到所述壓板的第一面上具有硅酮基粘合劑而在可結(jié)合到所述熱塑性背襯膜的第二面上具有丙烯酸基粘合劑。
3.如權(quán)利要求2中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中所述硅酮基粘合劑的萃取物具有相應(yīng)于在804cm-1每克被提取的所述硅酮基粘合劑下小于100個(gè)吸收單位的單體硅酮含量。
4.如權(quán)利要求2中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中所述壓敏粘合劑還包括載帶膜，該載帶膜包括聚酯且位于所述硅酮基粘合劑和所述丙烯酸基粘合劑之間。
5.如權(quán)利要求1中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中所述熱塑性背襯膜為高密度聚乙烯。
6.如權(quán)利要求1中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，還包括結(jié)合到所述熱塑性背襯膜上的熱塑性泡沫拋光體，其中所述熱塑性泡沫拋光體為由交聯(lián)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組成的閉孔泡沫體，其中該混合物具有在1∶9和9∶1之間的乙烯乙酸乙烯酯∶聚乙烯的比。
7.如權(quán)利要求6中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中所述混合物具有在0.6∶9.4和1.8∶8.2之間的乙烯乙酸乙烯酯共聚物∶聚乙烯的比。
8.如權(quán)利要求7中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中所述熱塑性泡沫拋光體具有由凹形孔和涂覆所述凹形孔內(nèi)表面的拋光劑組成的表面。
9.如權(quán)利要求8中所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中所述拋光劑為無(wú)定形硅石或氧化鈦。
10.一種由下述方法制造的用于拋光半導(dǎo)體晶片的化學(xué)機(jī)械拋光墊，所述方法包括以下步驟提供熱塑性泡沫拋光體；將熱塑性背襯膜層壓到所述熱塑性泡沫拋光體上；和將壓敏粘合劑結(jié)合到所述熱塑性背襯膜上，設(shè)置所述壓敏粘合劑以將化學(xué)機(jī)械拋光墊結(jié)合到拋光壓板上并提供在暴露于具有約4或更高的pH的拋光漿料介質(zhì)中至少4天能夠基本上防止所述化學(xué)機(jī)械拋光墊從所述拋光壓板剝離的界面。
全文摘要
本發(fā)明提供具有改善的拋光特性和壽命的用于拋光半導(dǎo)體晶片的化學(xué)機(jī)械拋光墊。該拋光墊包括熱塑性背襯膜和結(jié)合到該熱塑性背襯膜上的壓敏粘合劑。設(shè)置壓敏粘合劑以將化學(xué)機(jī)械拋光墊結(jié)合到拋光壓板上。還設(shè)置壓敏粘合劑以提供在暴露于具有約4或更高的pH的拋光漿料介質(zhì)中至少約4天能夠基本上防止拋光墊從拋光壓板剝離的界面。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1684233SQ20041006316
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者Y·S·奧本格 申請(qǐng)人:皮斯洛奎斯特公司