抛光垫及其制造方法技术

本发明专利技术提供用于改变工件表面的制品或抛光垫，其包括通过反应注射成型方法生成的聚合物基质，在聚氨酯基质内有尺寸可控的气泡。首先将推荐的液体氨基甲酸乙酯前体注入到已开动的模具中并固化。从模型中取出已成型的产品，且进行双面的磨平或研磨，以形成具有单层均质材料的薄抛光垫。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及用于在多种物品上，如玻璃、半导体、塑料及聚合物、金属、电介体和磁性材料上，产生光滑、平整表面的抛光垫。更具体而言，本专利技术涉及这种抛光垫的整体结构以及制造和使用的方法。本专利技术还涉及尤其适用于抛光或平坦化如在制造集成电路和MEM设备中使用的表面的制品。另外，本专利技术对于抛光或平坦化金属及电介质材料特别有用，如用于集成电路设备的互连结构(如含有铜镶嵌和双重镶嵌功能部件的半导体晶片)中的材料。
技术介绍
在制造光盘、磁盘、微电机，特别是半导体集成电路器件时，需要进行化学机械平坦化(CMP)操作。具体地说，集成电路是在半导体晶片基底上以多层结构的形式制造的。在基底层上，形成具有扩散区的晶体管器件。在后继的各层中，图案化互连的金属化线，并与晶体管器件电连接以限定所需的功能器件。众所周知，图案化的导电层通过诸如二氧化硅之类的电介质材料与其他导电层绝缘。传统地，合适的金属薄膜包括铝及其合金以及钨，以及用于每个薄膜的阻挡层和衬膜。近来，已经出现铜金属化以及与其相关的阻挡层，衬及钝化薄膜，而且正快速地成为用于先进器件制造的导体选择。类似地，绝缘材料也有所进步，传统的二氧化硅已经让位于具有更低介电常数的、更先进的材料。这种技术进步带来的极有优势的趋势是，越来越小的晶体管功能部件，以及需要更大量的多层金属化层堆叠与更密集堆积的晶体管平面相连接。由于器件尺寸的缩小，光刻技术要求以及其他工艺步骤的要求也变得更-->为严格。要具有能够产生更多金属化层及相关介电层的能力，就愈加需要更平整的表面。没有平坦化，由于表面形貌的变化，进一步的金属化层制造就会明显变得更加困难。CMP已发展为一种用于先进微电子领域的极有优势的平坦化工艺，并且用于金属和介电层的平坦化。此外，金属波纹镶嵌方法在很大程度上由于CMP工艺而得以实现，并且已成为形成互连结构所采用的主要方法，而且这种方法能改善电路性能、装配线制造能力和生产流水线和设备产率。CMP具有能在多种数量级的长度级范围内实现显著平坦化效果的能力。大多数的先进晶片级技术中，将直径为300mm的晶片抛光。实现这种长度级的平坦化通常称为“晶片内不均匀”或“整个晶片不均匀”。在光谱的另一端，CMP必须具有原子级或埃米长度级的平坦化能力，且通常称为“表面粗糙度”。也需要能中间长度级的性能。由此，必须能在多个数量级的长度级下能够实现平坦化，并且在这方面CMP已经发展为极有优势的技术。化学机械平坦化(CMP)系统典型地用于抛光如上所述的晶片。CMP系统典型地包括用于处理和抛光晶片表面的系统组件。更先进的系统还包括对CMP后的晶片表面进行清洁的模块。在CMP工艺中，典型地将晶片压在有抛光液稳定供给的抛光表面上(抛光垫)，并且抛光表面相对于晶片表面的横向运动可传递机械能，其与抛光液的化学性质相结合，用于达到表面清除。CMP设备结构将转动、轨道运动以及线性系统运动相结合。实现其他运动的机器构造也是可行的。一个很好地设计的CMP工艺控制在一个特定平台上的消耗品(抛光垫，抛光剂等)及工艺配方，以实现全部的CMP工艺。这种工艺的应用能优先去除突出的表面形貌，以及优先保留凹陷形貌，且以这种方式可以实现表面平滑和平坦化。去除突出和凹陷形貌的相对程度决定了平坦化的效率。上面提到的抛光液典型地装有研磨剂，且在这种情况下称为抛光剂。如果没有任何研磨剂，抛光液可简单地称为反应液或无研磨剂的抛光剂。通常，-->抛光剂可以看作是装有大量研磨剂的化学混合物的抛光液。该化学混合物可以包括许多化学组分，包括但不限于，化学配位体、螯合剂及络合剂、腐蚀抑制剂、pH调整酸和碱、pH缓冲剂和表面活性剂。研磨剂可用多种材料制造，用各种工艺过程形成，并含有多种添加物，包括但不限于，有机物颗粒和无机物颗粒，比如通过蒸发或溶液生长而形成的SiO2、TiO2和Al2O3，，重量百分比从刚好低于0.1％到高于40％。通常，需要将研磨剂保持为一种胶体悬浮状态，以改善缺陷率并使抛光剂用量最少。抛光制品通常称为抛光垫。这种部件例如可以是轨道抛光垫或线性带抛光垫。抛光垫本身的材料通常基于聚氨酯；但各种其他抛光垫材料也是可用的。开口和封闭微腔抛光垫、无腔抛光垫、具有编织物和非织物结构的纤维抛光垫、加入研磨剂的填充抛光垫以及具有陶瓷表面层的涂层抛光垫，都已应用于半导体CMP处理中。能影响CMP性能的重要的抛光垫特性包括但不限于，材料成分和显微结构，表面宏观、微观和毫微的纹理，抛光垫层堆叠，抛光垫材料性能(包括硬度、弹性、无弹性和滞弹性行为，以及表面张力等机械性能)。由于所使用的抛光垫和抛光剂消耗品和使用于CMP工艺的工艺参数，会发生已知的称为“上光”的现象，由于该工艺固有的不稳定性，工艺性能会有偏差。典型地，材料去除速率及相关的整个晶片速率不均匀度会偏出想要的范围。抛光剂和抛光剂副产品嵌入抛光垫内，而抛光垫材料本身由于机械和化学影响也会发生改变。对于某些纤维抛光垫，抛光垫的napth需要更新。对于其他抛光垫，实际的抛光垫材料会经历塑性变形。为了获得一致的表面质量，就需要表面修整。这典型地称为“调理”，而且通常可通过用惰性塑料刷提高表面、或用粘附硬质颗粒的盘片经研磨去除表面材料来实现。在一些情况下，没有机械修整时，就使用化学处理。特定的方法通常取决于问题的来源和抛光垫的种类。图1所示为介电层的横截面，其正在进行普通的构建镶嵌和双重镶嵌互连的制造过程。该介电层具有扩散阻挡层/粘着促进层(典型地是TiN层、-->Ta层或TaN层)，该层沉积在介电层的蚀刻图案化表面上。一旦扩散阻挡层沉积到想要的厚度，就以填充介电层中蚀刻形貌的方式，在扩散隔板层上形成铜层。一些多余的扩散层和金属化材料也不可避免地被沉积在该表面区域上。为了去除这些多余的材料并确定出想要的互连金属化线以及相关的通路(未示出)，就要进行化学机械抛光化操作。如上面所提到的，将金属CMP操作设计为，从介电层上去除顶部金属化材料。例如，如图2所示，铜层和扩散阻挡层多余的部分已被去除。如在CMP操作中常见的做法，CMP操作必须连续进行，直到在所有多余金属化材料和扩散阻挡层材料从介电层上去除。金属CMP平坦化处理效率越大，需要沉积的金属越少，而且越能有效率地获得完全平整的表面。根据所使用的抛光剂，可以用一种抛光剂、以一个或更多的工序进行铜层和阻挡层薄膜去除，或者针对每个层使用抛光剂、以多个步骤来进行去除。由于固有的横跨晶片以及在与沉积处理有关的、取决于模图案的厚度变化范围内，晶片上一个给定区域应首先清除，而其他区域可以最后清除。由于目标是去除横跨整个晶片表面区域的所有金属(尽管在沟道区去除最少)，与最后清除的晶片部分相比，要首先去除的晶片部分应进行相对多的过抛光。这称为过抛光。更有效率的平坦化过程可以使在模的另一个部分清除前要清除的部分范围最小。类似地，在这种过抛光期间，减少诱发形貌的CMP工艺的处理能力越大，并且同时使其他尺度的大排列中保持合适的性能，整个工艺的性能就越好。很清楚，CMP工艺的优化是受到多重影响的。必须满足处理能力，稳定性和可制造性的要求。在能力范围内，形貌和缺陷率极为重要。拥有更好的抛光垫可以通过改善平坦化效率来增加余量，以及在过抛光期间降低形貌产生的敏感性。抛光垫的稳定性与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有均匀微腔尺寸的无筛孔抛光垫，通过向装在加压罐内的聚合物树脂中引入气体，用泵输送所述聚合物树脂和气体混合物使其经过微孔石质混合器，将所述聚合物树脂和气体混合物与异氰酸酯混合以形成最终混合物，并将所述最终混合物注入到模具中，来制造所述抛光垫。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-4-5 10/818,6271.一种具有均匀微腔尺寸的无筛孔抛光垫，通过向装在加压罐内的聚合物树脂中引入气体，用泵输送所述聚合物树脂和气体混合物使其经过微孔石质混合器，将所述聚合物树脂和气体混合物与异氰酸酯混合以形成最终混合物，并将所述最终混合物注入到模具中，来制造所述抛光垫。2.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂和气体混合物在用泵输送经过微孔石质混合器后，用泵输送经过乳化器。3.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂和气体混合物在用泵输送经过微孔石质混合器后，经过均化混合器。4.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述气体通过装在所述加压罐内的喷管引入到所述聚合物树脂中。5.如权利要求4所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂和气体混合物在用泵输送经过微孔石质混合器后，用泵输送经过乳化器。6.如权利要求4所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂和气体混合物在用泵输送经过微孔石质混合器后，经过均化混合器。7.如权利要求1所述的抛光垫，其中，在将所述聚合物树脂和气体混合物与所述异氰酸酯混合之前，所述聚合物树脂和气体混合物经过包含混合器的加压罐以及所述微孔石质混合器进行再循环。8.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述均匀微腔结构包括闭腔膜，其平均腔直径在约0.05至100微米范围内。9.如权利要求8所述的抛光垫，其中所述平均腔直径在约0.05至30微米范围内。10.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述抛光垫的表面材料具有低的摩擦系数。11.如权利要求1所述的抛光垫，其中由最终混合物形成的聚合物基质包括聚氨酯、聚酯、聚砜以及聚乙酸乙烯酯其中至少一种。12.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂包含乙二醇作为催化剂。13.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂包括聚氨酯、聚乙二醇、聚醚多元醇、聚合物多醇、脂肪族聚酯多元醇、芳香族聚酯多元醇、PTMEG、PTHF、蓖麻油基多元醇、聚己内酯多元醇、端羟基聚丁二烯、丙烯酸多元醇以及聚胺其中的至少一种。14.如权利要求1所述的抛光垫，进一步包括在抛光垫成型后加到所述抛光垫上的多孔透明部分或多孔半透明部分。15.如权利要求1所述的抛光垫，进一步包括在所述抛光垫表面形成的沟痕。16.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述气体包括惰性气体、活性气体和还原性气体其中的至少一种。17.如权利要求16所述的抛光垫，其中所述气体包括干燥空气、氩气、干燥氮气及干燥氧气其中的至少一种。18.如权利要求1所述的抛光垫，进一步包括表面活性剂和紫外稳定剂中的至少一种。19.一种具有均匀微腔尺寸的无筛孔抛光垫，通过循环泵向聚合物树脂中引入气体，该循环泵将该聚合物树脂和气体混合物输送使其经过微孔石质混合器，将该聚合物树脂和气体混合物与异氰酸酯混合以形成最终混合物，并将该最终混合物注入到模具中，来制造所述抛光垫。20.如权利要求19所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂和气体混合物在用泵输送使其经过微孔石质混合器后，用泵输送经过乳化器。21.如权利要求19所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂和气体混合物在用泵输送使其经过微孔石质混合器后，经过均化混合器。22.如权利要求19所述的抛光垫，其中，在将所述聚合物树脂和气体混合物与所述异氰酸酯混合之前，所述聚合物树脂和气体混合物经过具有混合器的加压罐以及所述微孔石质混合器进行再循环。23.如权利要求19所述的抛光垫，其中所述均匀微腔结构包括闭腔膜，其平均腔直径在约0.05至100微米范围内。24.如权利要求23所述的抛光垫，其中所述平均腔直径在约0.05至30微米范围内。25.如权利要求19所述的抛光垫，其中所述抛光垫的表面材料具有低的摩擦系数。26.如权利要求19所述的抛光垫，其中由最终混合物形成的聚合物基质包括聚氨酯、聚酯、聚砜以及聚乙酸乙烯酯其中至少一种。27.如权利要求19所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂包含乙二醇作为催化剂。28.如权利要求19所述的抛光垫，其中所述聚合物树脂包括聚氨酯、聚乙二醇、聚醚多元醇、聚合物多醇、脂肪族聚酯多元醇、芳香族聚酯多元醇、PTMEG、PTHF、蓖麻油基多元醇、聚己内酯多元醇、端羟基聚丁二烯、丙烯酸多元醇以及聚胺其中的至少一种。29.如权利要求19所述的抛光垫，进一步包括在抛光垫成型后加到所述抛光垫上的多孔透明部分或多孔半透明部分。30.如权利要求19所述的抛光垫，进一步包括在所述抛光垫表面形成的沟痕。31.如权利要求19所述的抛光垫，其中所述气体包括惰性气体、活性气体及还原性气体其中的至少一种。32.如权利要求31所述的抛光垫，其中所述气体包括干燥空气、氩气、干燥氮气及干燥氧气其中的至少一种。33.如权利要求19所述的抛光垫，进一步包括表面活性剂和紫外稳定剂中的至少一种。34.一种制造具有均匀微腔尺寸的无筛孔抛光垫的方法，包括步骤：提供装在具有混合器的加压罐中的聚合物树脂；将气体引入到该聚合物树脂中；用泵输送所述聚合物树脂和气体混合物使其经过微孔石质混合器；将异氰酸酯与所述聚合物树脂和气体混合物混合，以形...

【专利技术属性】
技术研发人员：思朋斯普雷斯顿，道哈钦斯，史蒂夫海曼斯，
申请(专利权)人：瑞派技术有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]