用于化学机械抛光的多层抛光垫制造技术

本发明专利技术涉及用于化学机械抛光的多层抛光垫，其包含顶层、中间层及底层，其中，该顶层与该底层通过该中间层而接合在一起，且没有使用粘合剂。本发明专利技术还涉及包含光学透射区域的多层抛光垫，其中，该多层抛光垫的各层接合在一起而没有使用粘合剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利申请主张于2014年7月10日提交的第62/022,770号美国临时专利申请以及于2014年5月7日提交的第61/989,669号美国临时专利申请的优先权，它们以引用方式全文并入本文中。
技术介绍
化学机械抛光(CMP)工艺用于微电子器件的制造中，用以在半导体晶片、场发射显示器、以及很多其他微电子基板上形成平整表面。举例而言，半导体器件的制造通常涉及在半导电基板的表面上方形成各种工艺层、选择性地移除或图案化这些层的部分、以及沉积额外的工艺层，以形成半导体晶片。举例而言，这些工艺层可包含绝缘层、栅极氧化物层、导电层、及金属或玻璃层等。在晶片工艺的某些步骤中，为了后续层的沉积，通常期望各工艺层的最上方的表面是平坦的，即平整的。CMP用来平坦化工艺层，其中抛光所沉积的材料(诸如导电材料或绝缘材料)以对晶片进行平坦化而供后续工艺步骤使用。在典型的CMP工艺中，将晶片倒置安装于CMP工具中的载体上，施加力以将载体及晶片向下推向抛光垫，使载体及晶片在CMP工具的抛光台上的旋转抛光垫上方旋转。在抛光工艺期间，通常在旋转的晶片与旋转的抛光垫之间引入抛光组合物(也称为抛光浆料)。该抛光组合物通常含有：用于与最上面的晶片层部分相互作用或使其溶解的化学品；以及研磨材料，用于物理性地移除层的部分。晶片与抛光垫可沿相同方向或沿相反方向旋转，视对于所执行的特定抛光工艺以何者为宜而定。载体也可在抛光台上的抛光垫上振动。CMP抛光垫常包含两个或更多个层，例如，抛光层及底层(例如，子垫层(subpadlayer))，这些层经由使用粘合剂(例如热熔粘合剂或压敏粘合剂)而接合在一起。这样的多层抛光垫公开于例如美国专利第5,257,478号。依赖于粘合剂来将各抛光垫层接合在一起或将窗口固定于抛光垫内的现有技术抛光垫具有很多缺点。举例而言，粘合剂常常具有与其相关联的令人难受的气味，且通常需要超过24小时或更长时间的固化。此外，粘合剂可能受到来自抛光组合物的组分的化学侵蚀，且因此在接合各垫层或将窗口附装至垫时所使用的粘合剂类型必须基于将使用何种类型的抛光系统来加以选择。此外，各垫层的结合或窗口与抛光垫的结合有时是不完善的或会随时间而劣化。这可使得各垫层发生分层及弯曲及/或使得抛光组合物在垫与窗口之间渗漏。在某些情况下，该窗口可能随时间而自抛光垫移出。用于形成整体模制抛光垫窗口的方法可成功地避免这些问题中的至少一些，但这样的方法常常成本高且在可使用的垫材料类型及可生产的垫构造类型方面受到限制。因此，仍需要可使用高效且廉价的方法而不依赖于使用粘合剂来生产的高效多层抛光垫及包含半透明区域(例如，窗口)的抛光垫。本专利技术提供了这样的抛光垫及其使用方法。依据本文所提供的对本专利技术的说明，本专利技术的这些及其他优点、以及其他创造性特征将变得明晰。
技术实现思路
本专利技术提供一种供在化学机械抛光时使用的多层抛光垫。该抛光垫包含顶层、中间层及底层，其中该顶层与该底层通过该中间层而结合在一起，且其中这些层的结合没有使用粘合剂。本专利技术还提供一种包含光学透射区域的多层抛光垫，该垫包含顶层、中间层及底层，且这些层接合在一起而没有使用粘合剂。本专利技术进一步提供用于生产本专利技术的抛光垫的方法。第一方法包括：(i)将多层聚合材料接合在一起，其中该多层包含顶层、中间层及底层，其中该中间层包含聚合物树脂，该聚合物树脂具有较该顶层及该底层为低的维卡软化温度；(ii)使该多层聚合物片材经受高于该中间层的维卡软化温度、但低于该顶层及该底层的维卡软化温度的温度；以及(iii)形成该中间层与该顶层之间的结合、以及该中间层与该底层之间的结合。第二方法包括：(i)将多层聚合材料接合在一起，其中该多层包含顶层、中间层及底层，且其中该中间层为热塑性聚氨酯，该热塑性聚氨酯具有较该顶层或该底层为低的维卡软化温度；(ii)使该多层聚合物片材经受高于该中间层的维卡软化温度、但低于该顶层及该底层的维卡软化温度的温度；以及(iii)形成该中间层与该顶层之间的结合、及该中间层与该底层之间的结合。本专利技术进一步提供用于抛光工件的方法，包括：(a)提供本专利技术的抛光垫；(b)使工件接触该抛光垫；以及(c)相对于该工件移动该抛光垫，从而研磨该工件并由此抛光该工件。附图说明图1示意性地绘示一种用于生产本专利技术的垫的层压工艺。图2a及图2b示意性地绘示一种用于生产本专利技术的垫的二步骤层压工艺。图3绘示本专利技术的垫的SEM横截面视图。图4绘示由本专利技术的方法制成的垫材料相比于通过以粘合剂将层结合在一起而制成的垫材料的T剥离测试(T-peeltest)的结果。具体实施方式本专利技术涉及一种抛光垫，包含顶层、中间层及底层，其中该顶层与该底层通过该中间层而结合在一起，且其中这些层的结合没有使用粘合剂。在第一实施方案中，使用所述多层抛光垫材料来作为多层抛光垫。在第二实施方案中，使用所述多层抛光垫材料来作为抛光垫内的光学透射区域。该抛光垫材料的各层在这些层之间不含有任何粘合剂。粘合剂是指本领域中已知的任何常见粘合剂材料，例如，热熔粘合剂、压敏粘合剂、胶等。而是，该抛光垫的顶层与底层通过中间层而接合在一起。合乎期望地，这些层是基本上共延伸的。这样的多层抛光垫材料的优点为，各层可具有不同的物理或化学性质。举例而言，在某些应用中，可合乎期望的是，使各层具有相同的聚合物组成、但具有不同的物理性质，例如，硬度、密度、孔隙率、可压缩性、刚度、拉伸模量、本体模量(bulkmodulus)、流变性(rheology)、蠕变性(creep)、玻璃化转变温度、熔融温度、粘度、或透明度。当然，所述抛光垫层可具有不同的化学性质以及不同的物理性质。优选地，抛光垫材料的各层将具有至少一种不同的化学或物理性质。本专利技术的多层抛光垫的另一优点为，经由中间层来结合顶层与底层能够达成较使用粘合剂所达成的结合强劲得多的结合。相较于各层使用粘合剂结合在一起的垫而言，本专利技术的垫更能抵抗由高温引起的破坏(故障，failure)。合乎期望地，抛光垫材料的顶层包含聚合物树脂。该聚合物树脂可为任何适宜的聚合物树脂。通常，该聚合物树脂选自：热塑性弹性体、热固性聚合物、聚氨酯(例如，热塑性聚氨酯)、聚烯烃(例如，热塑性聚烯烃)、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚亚芳基(polyarylene)，聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、它们的共聚物、及它们的混合物。优选地，供顶层使用的聚合物树脂包含热塑性聚氨酯。该抛光垫的顶层可为亲水性的、疏水性的、或其组合。顶层的亲水性/疏水性很大程度上取决于制作该层所使用的聚合物树脂类型。临界表面张力为约34毫牛顿/米(mN/m)或更大的聚合物树脂通常被视为具有亲水性，而临界表面张力为约33毫牛顿/米或更小的聚合物树脂通常被视为具有疏水性。某些常见聚合物树脂的临界表面张力如下(括弧中所示的值)：聚四氟乙烯(19)、聚二甲基硅氧烷(24)、有机硅橡胶(24)，聚丁二烯(31)、聚乙烯(31)、聚苯乙烯(33)、聚丙烯(34)、聚酯(39-42)、聚丙烯酰胺(35-40)、聚乙烯醇(37)、聚甲基丙烯酸甲酯(39)、聚氯乙烯(39)、聚砜(41)、尼龙6(42)、聚氨酯(本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于化学机械抛光的多层抛光垫，其包含顶层、中间层及底层，其中该顶层与该底层通过该中间层而结合在一起，且其中所述层在没有使用粘合剂的情况下进行结合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.07 US 61/989,669;2014.07.10 US 62/022,7701.用于化学机械抛光的多层抛光垫，其包含顶层、中间层及底层，其中该顶层与该底层通过该中间层而结合在一起，且其中所述层在没有使用粘合剂的情况下进行结合。2.权利要求1所述的抛光垫，其中该顶层包含抛光表面。3.权利要求1或2所述的抛光垫，其中该底层包含聚碳酸酯材料。4.权利要求1-3中任一项所述的抛光垫，其中该中间层包含这样的聚合物树脂，所述聚合物树脂的维卡软化温度与该顶层及该底层相比更低。5.权利要求4所述的抛光垫，其中该中间层包含热塑性聚氨酯。6.权利要求5所述的抛光垫，其中该中间层的该热塑性聚氨酯的维卡软化温度与该顶层或该底层相比更低。7.权利要求6所述的抛光垫，其中该中间层具有介于约260°F与约300°F之间的维卡软化温度。8.权利要求1-7中任一项所述的抛光垫，其中该顶层包含选自以下的聚合物树脂：热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、尼龙、聚烯烃、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚亚芳基、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、它们的共聚物、及它们的混合物。9.权利要求8所述的抛光垫，其中该聚合物树脂为热塑性聚氨酯。10.权利要求1-9中任一项所述的抛光垫，其中该中间层的厚度为约3密耳至约5密耳。11.权利要求1-10中任一项所述的方法，其中该顶层及该底层是多孔的。12.生产多层抛光垫的方法，包括以下步骤：(i)将包含顶层、中间层及底层的多层聚合物片材接合在一起，其中该中间层包含这样的聚合物树脂，该聚合物树脂的维卡软化温度与该顶层及该底层相比更低；(ii)使该多层聚合物片材经受高于该中间层的维卡...

【专利技术属性】
技术研发人员：B姆尔齐格洛德，J奈尔，G布莱克，
申请(专利权)人：卡伯特微电子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US