制造具有改进均匀性的化学机械抛光层的方法技术

本发明专利技术提供了制造用于抛光衬底如半导体晶片的化学机械抛光(CMP抛光)层的方法，包含提供具有聚合物壳的多个充液微元件的组合物；通过离心空气分级对所述组合物分级以除去细粒和粗颗粒并产生密度为800克/升到1500克/升的充液微元件；以及，通过以下方式形成所述CMP抛光层：(i)将所述分级的充液微元件通过加热转化成充气微元件，然后将它们与液态聚合物基质形成材料混合并浇注或模制所得混合物以形成聚合物垫基质或(ii)将所述分级的充液微元件直接与所述液体聚合物基质形成材料组合，并浇注或模制。

【技术实现步骤摘要】
制造具有改进均匀性的化学机械抛光层的方法
本专利技术係关于制造具有复数个微元件(较佳微球)的化学机械抛光(CMP抛光)垫之方法，其中聚合物壳分散在聚合基质中，所述方法包括经由离心空气分级将复数个充液微元件分级以除去细粒及粗颗粒并产生密度为800公克/公升至1500公克/公升或较佳950公克/公升至1300公克/公升的充液微球，接着藉由(i)或(ii)中之任一种形成CMP抛光垫：(i)将所述分级的充液微元件藉由加热至70℃至270℃持续1分钟至30分钟之时间转化成密度为10公克/公升至100公克/公升的充气微元件；并且将所述充气微元件与液体聚合物基质形成材料组合以形成垫形成混合物，并浇注或模制所述垫形成混合物以形成聚合物垫基质；或，(ii)将所述分级的充液微元件与胶凝时间为1分钟至30分钟的液体聚合物基质形成材料在25℃至125℃的浇注或模制温度下组合以形成垫形成混合物，并在所述浇注或模制温度下浇注或模制所述垫形成混合物以形成聚合物垫基质，并且使反应放热将所述充液微元件转化为充气微元件。
技术介绍
其上制造有积体电路的半导体晶圆必须被抛光以提供必须在给定平面内变化小于几分之一微米的超光滑且平坦的表面。此种抛光通常在化学机械抛光(CMP抛光)中完成。在CMP抛光中，晶圆载具或抛光头安装在载具总成上。抛光头固持半导体晶圆并将晶圆定位以与安装在CMP装置内部的桌或台板上的抛光垫之抛光层接触。载具总成提供晶圆与抛光垫之间的可控压力，同时抛光介质(例如浆料)分配至抛光垫上并吸入至晶圆与抛光层之间的间隙中。为了实现抛光，抛光垫及晶圆典型地相对于彼此旋转。随着抛光垫在晶圆下方旋转，晶圆扫出典型的环形抛光轨道或抛光区域，其中利用抛光层及抛光介质在晶圆表面上之化学及机械作用，对晶圆表面进行抛光，使其平整化。与CMP抛光相关之一个问题係由CMP抛光垫中之杂质及抛光层不一致引起的晶圆划伤。CMP抛光垫中之抛光层通常包括含有杂质的微球并且在其内部具有不一致的原材料微球尺寸分布。微球之膨胀及分级可以帮助改善抛光层之一致性。离心空气分级机已用于对膨胀微球分级。然而，使用离心空气分级机之膨胀微球之分级主要係基于惯性进行的；若微球中存在致密区或杂质，则分级效果较差。在制造微球时，在聚合过程中使用无机颗粒诸如胶态二氧化硅及氢氧化镁作为稳定剂。此等无机颗粒係微球中致密区及杂质的主要来源。此外，市售之聚合物膨胀微球制成符合不考虑杂质的密度规格。许多此类杂质导致晶圆之刨削或划伤，并且可能导致金属膜诸如铜及钨以及介电材料(诸如氧硅酸四乙酯(TEOS)介电质)中的颤动擦痕。对金属膜及介电膜的此种损害可能导致晶圆缺陷并降低晶圆产率。更进一步，膨胀微球之分级不能防止在固化或浇注用于制造CMP抛光垫之聚合物材料期间的二次膨胀。Wank等人的美国专利号8,894,732B2揭示了具有包括嵌入碱土金属氧化物的充气聚合物微元件之抛光层之CMP抛光垫。聚合物微元件被空气分级为充气微元件。所得到之聚合物微元件之直径为5μm至200μm，其中嵌入有小于0.1wt.％的粒度大于5μm的碱土金属氧化物，并且没有平均粒度大于120μm的附聚物。本专利技术人试图解决提供更一致地制造具有抛光层之CMP抛光垫之方法的问题，所述抛光层在整个体积中具有改善的均匀性。
技术实现思路
1.根据本专利技术，用于抛光选自磁性衬底、光学衬底和半导体衬底中的至少一种衬底的化学机械抛光(CMP抛光)层的制造方法包含：提供多个充液微元件的组合物，所述微元件优选微球，其具有聚合物壳；通过离心空气分级对组合物分级，以除去细粒和粗颗粒，并产生密度为800克/升到1500克/升或优选950克/升到1300克/升的充液微元件的所得组合物；以及通过以下方式中的任何一种形成CMP抛光层：(i)通过将分级的充液微元件加热到70℃到270℃，或优选地100℃到200℃持续1分钟到30分钟的时间转化成密度为10克/升到100克/升的充气微元件；并且将充气微元件与液体聚合物基质形成材料组合以形成垫形成混合物，并浇注或模制垫形成混合物以形成聚合物垫基质；或(ii)在25℃到125℃或优选45℃到85℃的浇注或模制温度下，将分级的充液微元件与可具有例如1分钟到30分钟，或优选2分钟到10分钟的胶凝时间的液体聚合物基质形成材料组合以形成垫形成混合物，并在浇注或模制温度下浇注或模制垫形成混合物以形成聚合物垫基质，并使反应放热将充液微元件转化为充气微元件。2.根据上述第1项所述的本专利技术的方法，所述分级包含使多个充液微元件的组合物通过康达(Coanda)块，由此离心空气分级通过惯性、气体或空气流阻力和康达效应的组合运行。3.根据上述第1项或第2项中任一项所述的本专利技术方法，其中所述分级从所述组合物中除去组合物2wt.％到20wt.％，或优选2wt.％到12wt.％的所述多个充液微元件，所述多个充液微元件包含组合物1wt.％到10wt.％，或优选1wt.％到6wt.％的细粒和组合物1wt.％到10wt.％，或优选1wt.％到6wt.％的粗颗粒。如本文所使用，术语“细粒”是指平均颗粒尺寸比空气分级和纯化前充液微元件的平均粒度小至少50％的颗粒或充液微元件，“粗颗粒”是指在空气分级和纯化之前具有比充液微元件的平均粒度大至少50％的平均粒度的颗粒和/或聚集体。4.根据上述第1项、第2项或第3项中任一项所述的本专利技术方法，其中所述所得充液微元件组合物基本上不含二氧化硅、氧化镁和其它碱土金属氧化物。5.根据上述第1项、第2项、第3项或第4项中任一项所述的本专利技术方法，其中所述充液微元件的聚合物壳包含选自以下的聚合物：聚(甲基)丙烯腈、聚(偏二氯乙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(丙烯酸异冰片酯)、聚苯乙烯、其与彼此的共聚物、其与乙烯基卤化物单体如氯乙烯的共聚物，其与(甲基)丙烯酸C1到C4烷基酯如选自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸丁酯的那些的共聚物，其与(甲基)丙烯酸C2到C4羟烷基酯如甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物或丙烯腈-甲基丙烯腈的共聚物。除非另有指示，否则温度和压力的条件是环境温度和标准压力。所有所述的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以替代地指全部术语，如同圆括号不存在和术语没有圆括号一样，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。所有范围都具有包括性和可组合性。例如，术语“50cP到3000cP或100cP或更大的范围”将包括50cP到100cP、50cP到3000cP和100cP到3000cP中的每一个。如本文所使用，术语“平均粒度”或“平均粒径”是指使用来自MalvernInstruments(英国莫尔文(Malvern，UnitedKingdom))的Mastersizer2000的光散射法测定的重均粒度。如本文所使用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯的ASTM国际标准组织(ASTMInternational,WestConshohocken,PA)的出版物。如本文所使用，术语“胶凝时间”是指通过将给定的反应混合物在所需加工温度下，例如在设定为1000rpm的VM-2500涡流实验室混合器(加拿大温尼伯(Winnipeg,Canada)的Sta本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造用于抛光选自磁性衬底、光学衬底和半导体衬底中的至少一种的衬底的化学机械抛光(CMP抛光)层的方法，包含：提供具有聚合物壳的多个充液微元件的组合物；通过离心空气分级对所述组合物分级以除去细粒和粗颗粒并产生密度为800克/升到1500克/升的充液微元件；以及，通过(i)或(ii)中的任一种形成所述CMP抛光层：(i)将所述分级的充液微元件通过加热到70℃到270℃持续1分钟到30分钟的时间转化成密度为10克/升到100克/升的充气微元件；并且将所述充气微元件与液体聚合物基质形成材料组合以形成垫形成混合物，并浇注或模制所述垫形成混合物以形成聚合物垫基质；或，(ii)将所述分级的充液微元件与胶凝时间为1分钟到30分钟的液体聚合物基质形成材料在25℃到125℃的浇注或模制温度下组合以形成垫形成混合物，并在所述浇注或模制温度下浇注或模制所述垫形成混合物以形成聚合物垫基质，并且使反应放热将所述充液微元件转化为充气微元件。

【技术特征摘要】
2017.05.01 US 15/5830371.一种制造用于抛光选自磁性衬底、光学衬底和半导体衬底中的至少一种的衬底的化学机械抛光(CMP抛光)层的方法，包含：提供具有聚合物壳的多个充液微元件的组合物；通过离心空气分级对所述组合物分级以除去细粒和粗颗粒并产生密度为800克/升到1500克/升的充液微元件；以及，通过(i)或(ii)中的任一种形成所述CMP抛光层：(i)将所述分级的充液微元件通过加热到70℃到270℃持续1分钟到30分钟的时间转化成密度为10克/升到100克/升的充气微元件；并且将所述充气微元件与液体聚合物基质形成材料组合以形成垫形成混合物，并浇注或模制所述垫形成混合物以形成聚合物垫基质；或，(ii)将所述分级的充液微元件与胶凝时间为1分钟到30分钟的液体聚合物基质形成材料在25℃到125℃的浇注或模制温度下组合以形成垫形成混合物，并在所述浇注或模制温度下浇注或模制所述垫形成混合物以形成聚合物垫基质，并且使反应放热将所述充液微元件转化为充气微元件。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分级除去细粒和粗颗粒并产生密度为950克/升到1300克/升的充液微元件。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述分级包含使所述多个充液微元件的所述组合物通过康达块，由此所述离心空气分级通过惯性、气体或空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·钱，G·C·雅各布，A·旺克，D·士德那，KA·K·雷迪，D·M·奥尔登，M·W·格鲁特，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US