结构化磨料制品、其制备方法、及其在晶片平面化中的用途技术

本发明专利技术公开了结构化磨料制品，所述结构化磨料制品包括至少半透明的薄膜背衬和设置在所述背衬上的磨料层。所述磨料层包括多种成形复合磨料。所述成形复合磨料包含分散在粘结剂中的磨粒。所述磨粒基本由平均原生粒度小于１００纳米的二氧化铈粒子组成。所述粘结剂包含聚醚酸以及含有羧酸（甲基）丙烯酸酯和聚（甲基）丙烯酸酯的组分的反应产物，并且基于该磨料层的总重量，所述磨粒以至少７０重量％的量存在。本发明专利技术也公开了制备和使用所述结构化磨料制品的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广义地涉及磨料制品、其制备方法、及其在晶片平面化中的用途。
技术介绍
磨料制品很多情况下用于精密磨削应用，例如半导体晶片抛光、微电机(MEMS)设 备制造、硬盘驱动器基底的精修、光学纤维和连接器的抛光等等。例如，在集成电路制造过 程中，半导体晶片通常经受许多加工步骤，包括金属和介质层的沉积、介质层的图案化、以 及蚀刻。在每一个加工步骤中，可能必要的或理想的是修改或精修晶片的暴露表面，以将其 准备用于后继的制造或制备步骤。表面改性工艺通常用于修改沉积导体(例如金属、半导 体和/或电介质材料)。表面改性工艺也通常用于在具有导电材料、电介质材料、或组合的 暴露区域的晶片上形成平坦的外暴露表面。修改或精修结构化晶片的暴露表面的一种方法用固定的磨料制品处理晶片表面。 在应用中，通常在存在工作流体的情况下，通常使固定的磨料制品以适于修改晶片上的材 料层并提供平坦的、均勻的晶片表面的运动方式接触半导体晶片表面。可以将工作流体施 加到晶片表面上，以在磨料制品的作用下化学改性或以其它方式方便从晶片表面上移除材 料。一般来讲，固定的磨料制品具有通过粘结剂粘合在一起并固定到背衬上的磨粒的 磨料层。在一种类型的固定的磨料制品中，磨料层由称为成形的磨料复合物的离散的凸起 结构元件(例如柱、脊、棱锥或截棱锥)构成。这种类型的固定的磨料制品在本领域中以不 同的术语“纹理的、固定的磨料制品”或“结构化磨料制品”表示(下文中使用后一种术语)。为了在平面化过程中评估进展，常见的做法是采用多种检测方法。光学检测法 (例如激光干涉测量法)是其中最广泛采用的方法。在此类技术中，通常引导激光穿过台板 和与结构化磨料制品接触的子衬垫中的窗口。结构化磨料制品的孔洞或透明(未涂布磨料 层)部分与光束对齐。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供结构化磨料制品，结构化磨料制品包括至少半透明的薄膜背衬；和磨料层，磨料层设置在至少半透明的薄膜背衬上并且包含多种成形的磨料复合 物，其中成形的磨料复合物包含分散在粘结剂中的磨粒，其中磨粒基本由平均初级粒度小 于100纳米的二氧化铈粒子组成，其中粘结剂包含聚醚酸以及含有羧酸(甲基)丙烯酸酯 和聚(甲基)丙烯酸酯的组分的反应产物，并且其中基于磨料层的总重量，磨粒以至少70 重量％的量存在。通常，通过光散射技术测量的平均粒度(按体积计)也小于100纳米。在某些实施例中，如果垂直于磨料层观察，结构化磨料制品在633纳米至660纳米 (例如633纳米)的波长范围内的光学透射率为至少3. 5%。在某些实施例中，成形的磨料复合物基本由垂直于至少半透明的薄膜背衬的纵向取向的柱组成。在另一方面，本专利技术提供制备结构化磨料制品的方法，方法包括混合二氧化铈粒子、聚醚酸、羧酸(甲基)丙烯酸酯、和溶剂以形成分散体，其中二 氧化铈粒子的平均初级粒度为小于100纳米；将分散体与含有聚(甲基)丙烯酸酯的组分混合以形成粘结剂前体；在至少半透明的薄膜背衬上形成粘结剂前体的层；使粘结剂前体与具有多个精确成形腔的生产工具接触；固化粘结剂前体以形成设置在至少半透明的薄膜背衬上的磨料层；使磨料层与生产工具分离，从而得到结构化磨料制品，其中基于磨料层的总重量， 二氧化铈粒子以至少70重量％的量存在。在某些实施例中，羧酸(甲基)丙烯酸酯包含丙烯酸β-羧乙酯。在某些实施例 中，组分还包含单(甲基)丙烯酸酯。在某些实施例中，组分还包含自由基光引发剂，并通 过辐射固化实现粘结剂前体的固化。在某些实施例中，组分还包含自由基热引发剂。在某 些实施例中，制备结构化磨料制品的方法还包括热后固化磨料层。在另一方面，本专利技术提供调理晶片的氧化物表面的方法，方法包括提供结构化磨料制品，结构化磨料制品包括至少半透明的薄膜背衬；和磨料层，磨料层设置在至少半透明的薄膜背衬上并包含多种成形的磨料复合物， 其中成形的磨料复合物包含分散在粘结剂中的磨粒，其中磨粒基本由平均初级粒度小于 100纳米的二氧化铈粒子组成，其中粘结剂包含聚醚酸以及含有羧酸(甲基)丙烯酸酯和 聚(甲基)丙烯酸酯的组分的反应产物，并且其中基于磨料层的总重量，磨粒以至少70重 量％的量存在；调理磨料层；使至少半透明的薄膜背衬与子衬垫接触，子衬垫具有延伸穿过子衬垫的第一窗 Π ；将子衬垫固定到台板上，台板具有延伸穿过台板并与第一窗口邻接的第二窗口 ；使磨料层与晶片的氧化物表面摩擦接触；和在与工作流体接触时移动磨料层或晶片中的至少一个以研磨晶片的表面；和用引导穿过第一窗口、第二窗口、和结构化磨料制品的可见光束监测晶片的表面 特征。在某些实施例中，可见光束包括激光束。由于随着二氧化铈含量增加，浆料的剪切粘度显著提高，因此，向现有的结构化磨 料制品的制造中使用的浆料加入二氧化铈通常受到限制。此外，在此类浆料中通常有必要 包括表面活性剂，以便分散二氧化铈。此类表面活性剂在化学-机械平面化(即CMP)过程 中会有害于结构化磨料制品的性能。有利的是，根据本专利技术的方法制备的结构化磨料制品通常显示具有低的剪切粘度 增加，从而允许结合高含量的二氧化铈。此外，通常不需要表面活性剂以实现优质的二氧化 铈分散体。另外，通过在混入涂料浆料之前使二氧化铈与羧酸丙烯酸酯接触，申请人已经发 现，基本或完全减缓了在某些现有技术配方的缩短的适用寿命下遇到的问题(例如被二氧化铈矿物过早引发聚(甲基)丙烯酸酯的聚合)。更有利的是，根据本专利技术的结构化磨料制品可加工成在结构化磨料制品的整个表 面上具有足够的光学透射率和透明度，以致可以在晶片平面化过程中使用光学端值检测 (例如激光干涉测量法端值检测)而无需在结构化磨料制品中提供允许激光束穿过结构化 磨料制品的窗口或穿孔。如本文所用术语“磨粒”是指硬度等于或大于二氧化铈的硬度的任何粒子；术语“至少半透明的”意指半透明的或透明的；术语“羧酸(甲基)丙烯酸酯”意指具有共价地连接到羧基(-CO2H)或羧酸根 (-CO2-)基团上的(甲基)丙烯酸酯基团的化合物；术语“可见光”是指波长在400纳米至700纳米(包括400纳米和700纳米)范 围内的光；术语“(甲基)丙烯酰基”包括丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基；术语“光学透射率”意指穿透目标的入射光的分数；术语“聚(甲基)丙烯酸酯”意指具有至少两个(甲基)丙烯酸酯基团的化合物；术语“透明”意指能够透过可见光以使得基本可看到目标或图像，如同没有居间材 料那样；和术语“铈氧化物”和“二氧化铈”是指Ce (IV) O2 ； 附图说明图1为根据本专利技术的一个实施例的示例性结构化磨料制品的透视图；图2为根据本专利技术调理晶片表面的示例性方法的示意性侧视图；图3-5示出本专利技术的示例性结构化磨料的硅片抛光性能；和图6-8为示出与其上具有标记的一张纸接触的各种结构化磨料制品的照片。具体实施例方式现在参见图1，结构化磨料制品100包括至少半透明的薄膜背衬110。磨料层120 设置在至少半透明的薄膜背衬110上，并包括多种成形的磨料复合物130。成形的磨料复 合物130包含分散在粘结剂(未示出)中的磨粒(未示出)。磨粒基本由平均初级粒度小 于100纳米的二氧化铈粒子组成。粘结剂包含聚醚酸以及含有羧酸(甲基)丙烯酸酯和聚 (甲基)丙烯酸酯的组分的反应产物，并且其中基于磨料层的总重量，磨粒以至少70本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种结构化磨料制品，其包括：至少半透明的薄膜背衬；和磨料层，所述磨料层设置在所述至少半透明的薄膜背衬上并且包括多种成形的磨料复合物，其中该成形的磨料复合物包含分散在粘结剂中的磨粒，其中所述磨粒基本由平均初级粒度小于１００纳米的二氧化铈粒子组成，其中所述粘结剂包含聚醚酸以及含有羧酸（甲基）丙烯酸酯和聚（甲基）丙烯酸酯的组分的反应产物，并且其中基于所述磨料层的总重量，所述磨粒以至少７０重量％的量存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·D·约瑟夫，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US