專利名稱：多孔聚氨基甲酸乙酯拋光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拋光半導(dǎo)體基片的多孔聚氨基甲酸乙酯拋光片與使用這種拋光片的方法。本發(fā)明還涉及制作這種多孔拋光片的方法。
背景技術(shù)：
近些年來，集成電路制造的要求和電路集成密度越來越高的趨勢(shì)使得對(duì)集成電路基片(例如，硅晶片)和磁盤基片(例如，用于存儲(chǔ)的鍍鎳盤)的表面拋光提高光滑度變得非常重要。獲得取光滑的表面的現(xiàn)狀是使用拋光溶劑和拋光片拋光。
有一種使用多孔拋光片與拋光漿或作用液相結(jié)合的高光滑度拋光方法。這種多孔拋光片必須硬得足以發(fā)揮必要的拋光作用而孔又多得足以保持水漿或作用液。
多孔拋光片最廣泛采用的材料取自一種叫做多孔物的材料。多孔物是具有許多孔或小室的類似紡織材料的東西。孔一般是用尿烷為基礎(chǔ)浸泡或多孔涂層制得的。有一種包括溶劑或非溶劑凝結(jié)過程的制造多孔物拋光片材料的方法。授予赫爾斯蘭德等人的3,284,274號(hào)美國專利說明了這種方法的一例。
圖1是用現(xiàn)有方法制造的典型多孔拋光片6的細(xì)部橫斷面示意圖。拋光片6有帶上表面15的頂層10。頂層10包含許多直徑大致從幾微米到幾百微米的小室20。
小室20的壁30可以是硬的，但更為一般的是由微孔海綿制成。經(jīng)過處理的多孔物拋光片中的大部分小室20向表面15開口，在表面上形成許多孔35。
因?yàn)槎嗫孜镯攲?0容易受機(jī)械損壞，所以一般在基片40上固定塑料薄膜(例如，商標(biāo)為Mylar的聚乙烯對(duì)鈦酸鹽薄膜)、重磅紙、或織物或非織造物(例如，毛氈)，有時(shí)用粘合劑。
制造圖1的拋光片6的多孔物層10，一般在基片上涂聚合物溶劑，然后把涂過聚合物溶劑的基片浸入一個(gè)池子內(nèi)使聚合物凝結(jié)。一當(dāng)聚合物充分凝結(jié)，把剩余的溶液漏出并使產(chǎn)品干燥。
由于凝結(jié)過程的特性，小室20的越深入材料內(nèi)部其直徑越大。在頂層10的上表面15上還形成一個(gè)薄表層(未示出)。在表面15或靠近表面15處的孔35的直徑與下面的小室的直徑相比比較小，在拋光期間材料從表面15磨去時(shí)孔的直徑變大。在原上表面或靠近(原)上表面15的孔的數(shù)量多于拋光片磨損后形成的新的上表面的孔。
一般認(rèn)為孔的數(shù)量在每平方厘米100與325個(gè)孔之間對(duì)于拋光過程是重要的。具體地說，一般認(rèn)為孔的這一數(shù)量可以使拋光片(通過小室20)為晶片(工件)提供大量的漿。為此，傳統(tǒng)的多孔物拋光片拋光操作規(guī)程是避免拋光面具有多孔性。稱為“孔數(shù)”的單位面積內(nèi)的孔的數(shù)量一般用來表示拋光面的空隙率。為了這一具體目的，孔的數(shù)量指的是光放大倍數(shù)為50的情況下在拋光面上可發(fā)現(xiàn)的每平方厘米的孔數(shù)的平均值。有一個(gè)計(jì)算并處理孔數(shù)據(jù)的專用計(jì)算機(jī)軟件為Image-Pro Plus軟件4.1.0.1版?？椎臄?shù)量與孔的平均直徑成反比，即，孔的數(shù)量越多，孔的直徑越小。
保持孔有足夠的大小還可以消除若干其它有害副作用。例如，孔小可以使拋光片的壽命短因?yàn)樵液蛷U漿灰堵塞孔或附著于下面的小室內(nèi)。而且孔小還可能難以保持漿流進(jìn)流出小室暢通。渣滓會(huì)塞入小室，最終使之不能帶有漿。而且，與孔小相聯(lián)系的是組成小室壁的拋光片表面積的百分比比較高。這會(huì)導(dǎo)致滑觸摩擦高，同時(shí)減少工件上的新鮮漿液。此外，在拋光周期結(jié)束時(shí)，通常的做法是在工件仍在拋光的情況下就用純水沖洗片基。小室的開口小，把漿液沖出小室以純水取而代之的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。
因此，為了形成理想的拋光面，通常作為制造多孔材料拋光片過程的一部分要把頂層磨去4到6密耳的厚度D1。這種研磨在拋光片制成后立即進(jìn)行。其結(jié)果是拋光面50(虛線)與沒有磨的表面15相比，孔大得多，密度小得多。例如，拋光面50每平方毫米平均孔數(shù)在100與325之間，而原表面則沒有多孔性。
模式半導(dǎo)體晶片兩步拋光過程的第二步在大量研磨拋光步驟之后一般形成平面化的表面。減少拋光模式晶片第二步中和其它計(jì)算機(jī)步驟中拋光片引起的缺點(diǎn)的要求與日俱增。而且現(xiàn)在也有與傳統(tǒng)的多孔聚氨基甲酸乙酯拋光片相比減少生產(chǎn)拋光片過程中的缺點(diǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種多孔拋光片，用于拋光半導(dǎo)體基片，所述多孔拋光片有用凝結(jié)聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基體和非纖維拋光層，所述非纖維拋光層有每平方毫米至少500孔的拋光面，所述孔數(shù)隨著拋光層的減薄而減少，所述拋光面的粗糙度Ra在0.01與3微米之間。
本發(fā)明還提供了一種用凝結(jié)的聚氨基甲酸乙酯制造多孔拋光片的方法，所述多孔拋光片用于對(duì)半導(dǎo)體基片拋光，這種方法包括用型板支承多孔拋光片，所述多孔拋光片有上表面，在上表面之下每平方毫米的孔數(shù)減少；把切削工具放到多孔頂層；用所述切削工具除去多孔頂層的上表面，露出拋光層的拋光面，所述拋光面的粗糙度Ra在0.01與3微米之間，所述拋光層是非纖維的，所述拋光面的孔數(shù)為每平方毫米至少500孔，所述孔數(shù)隨著拋光層的減薄而減少。
而且，本發(fā)明還提供了一種一種拋光半導(dǎo)體基片的方法，包括用多孔拋光片拋光半導(dǎo)體基片這一步驟。所述多孔拋光片有用凝結(jié)聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基體和非纖維拋光層，所述非纖維拋光層有每平方毫米至少500孔的拋光面，所述拋光面的粗糙度Ra在0.01與3微米之間。


圖1是一種多孔材料拋光片的橫斷面示意圖，說明原有拋光片磨去D1厚度的頂層以保證拋光片的拋光面上有比較大的孔；圖2也是一種多孔材料拋光片的橫斷面示意圖，所述多孔材料拋光片安裝于拋光裝置型板上并有切削工具與拋光片表面接觸；圖3是圖2的多孔材料拋光片的橫斷面示意圖，用于說明本發(fā)明的方法，使用本發(fā)明的方法時(shí)，在拋光基片前拋光片的頂層從原表面除去D2的厚度；
圖4是說明使用本發(fā)明的拋光片在表面粗糙度上獲得改進(jìn)的條線圖。
具體實(shí)施例方式
看來凝結(jié)的聚氨基甲酸乙酯拋光片在減少由拋光片引起的電子業(yè)基片缺點(diǎn)方面有特殊的功效，所述電子業(yè)基片包括半導(dǎo)體晶片、帶圖案的半導(dǎo)體晶片、硅晶片、玻璃和金屬盤。具體地說，這種拋光片用于模式硅晶片，例如，層間電介質(zhì)、阻擋層清除、淺溝隔離、低電介常數(shù)銅、超低電介常數(shù)銅片、鎢和其它用于制造集成電路的材料拋光的第二步或結(jié)束步驟。這種拋光片有一種結(jié)構(gòu)，看來在對(duì)諸如低電介常數(shù)和超低電介常數(shù)電介質(zhì)之類的難以拋光的基片拋光和兩步拋光過程的第二步有長(zhǎng)壽缺陷少的很大優(yōu)越性。
所述多孔拋光片有用凝結(jié)聚氨基甲酸乙酯聚合物制造的多孔基體。優(yōu)選地，這種聚合物包含聚氨基甲酸乙酯。更優(yōu)選地，是這種多孔拋光片有凝結(jié)的聚氨基甲乙酯基體。更優(yōu)選地，這種凝結(jié)的基體是用以聚氯乙烯凝結(jié)聚醚氨基甲酸乙酯的聚合物制造的。可以把凝結(jié)的基體附著于毛氈式的或諸如Mylar商標(biāo)的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的薄膜基的基體上。所述多孔基體有非纖維拋光層。為了達(dá)到這一規(guī)格的目的，拋光層應(yīng)是在拋光期間能與基片接觸的拋光片的那一部分；非纖維拋光層應(yīng)是不含諸如織造結(jié)構(gòu)或毛氈結(jié)構(gòu)之類的纖維的拋光層。這個(gè)非纖維結(jié)構(gòu)有每平方毫米的孔數(shù)通常在上表面之下是減少的鄰接結(jié)構(gòu)。雖然封閉的小室或非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是可以接受的，但優(yōu)選地這種結(jié)構(gòu)是開放的網(wǎng)狀小室結(jié)構(gòu)，包含連接各小室的微孔道。這種微孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以讓氣體流經(jīng)小孔，卻限制漿滲進(jìn)拋光片以保持拋光期間拋光片厚度一致。
與以前的拋光片的孔數(shù)不同，這種拋光片的拋光面每平方毫米至少有500個(gè)孔。這種孔數(shù)多導(dǎo)致孔小，可以在不降低拋光速率的情況下改善性能。孔數(shù)多對(duì)于沒有磨料的溶液，例如，磨料含量不占重要地位的反應(yīng)液和漿特別有效。有利的是每平方毫米拋光面的孔數(shù)為500到10,000。最有利的是每平方毫米拋光面的孔數(shù)為500到2,500。
拋光層單位面積的孔數(shù)隨著拋光層的磨損而減少?？讛?shù)減少或孔增大可以提高與凝結(jié)過程的一致性并限制了對(duì)拋光性能的影響。例如，從拋光面向內(nèi)5密耳(0.13毫米)以上距離，孔數(shù)可能減少至少百分之五十，對(duì)拋光片的拋光性能都沒有重大影響。再者，拋光片的彈性和耐久可以延長(zhǎng)拋光壽命，而由孔增大引起的有害影響很小。為了使帶圖案晶片平面化和修整，可以使用在拋光期間保持在限定的孔數(shù)范圍內(nèi)的拋光片。
除了控制拋光面的多孔性之外，優(yōu)選地，拋光面的粗糙度Ra保持在0.01與3微米之間。最優(yōu)選地拋光面的粗糙度Ra在0.1與2微米之間。一般地說表面粗糙度提高拋光速率也提高，但增加缺陷；表面粗糙度降低使缺陷減少，拋光速率降低。
制造拋光半導(dǎo)體基片用的拋光片的方法首先包括用型板支承多孔拋光片這一步。為了達(dá)到規(guī)格，型板必須是具有平頂表面的板結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選地，型板構(gòu)成的支承將其固定于旋轉(zhuǎn)式裝置，對(duì)盤形拋光片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平面化。這有提供高度平整的表面及在制出修整表面后立即拋光的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的軟磨或硬磨的拋光片，這種方法可以提高拋光片的整體平整度。對(duì)于帶形或盤式設(shè)計(jì)，型板可以包括一金屬板，例如，只支承所述拋光片的一部分的一塊不銹鋼板。然后，把切削工具靠到多孔頂層的上表面斷續(xù)地制出修整的拋光面。
用切削工具除去上表面，露出具有所需表面粗糙度與多孔性的拋光層。對(duì)于盤形拋光片用一塊型板支承整個(gè)拋光片，可以只用一個(gè)去除步驟。但是，對(duì)于帶形拋光片，優(yōu)選地這種方法包括在型板上定期移動(dòng)所述拋光片，從整個(gè)拋光片上除去上表面。
參看圖2，多孔拋光片100安裝于裝置115的型板110上。在一個(gè)實(shí)施例里，拋光裝置115是化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)裝置。型板110具有上表面116。裝置115還包括可操作以與拋光片100接合的切削工具118。
參看圖2和圖3，拋光片100具有頂拋光層120，此拋光層120又有表面130。所述拋光層120包含小室140，每平方毫米至少有500孔。小室140的壁150可以是硬的，但最為有利的是所述壁制成微孔海綿狀。大部分小室140向表面130開口并在其內(nèi)形成孔155。在一個(gè)實(shí)施例里，拋光層120用粘合劑固定于諸如塑料薄膜(例如，Mylar商標(biāo)的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯薄膜)重磅紙或者編織或非編織物之類的基片160。目前使用最普遍的基片160是添加了填料或粘結(jié)料賦予其強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、和所需的緩沖度或硬度的非織造毛氈。
拋光層是用下述方法制造的在基片160上涂一層聚合物溶液；然后把涂過聚合物溶液的基片浸入一個(gè)槽內(nèi)使聚合物凝結(jié)。聚合物充分凝結(jié)后，把剩余的溶液濾出并使產(chǎn)品干燥。
拋光片100有拋光層120。所述拋光層120在固定到拋光裝置115的型板110之前沒有軟磨或硬磨去4到6密耳(0.1到0.15毫米)的厚度D1。而是把拋光片100放到型板110上，其表面不除去，即，不作預(yù)處理。然后使諸如金剛石磨頭之類的切削工具118與表面130接觸。再啟動(dòng)切削工具118(即，在與表面130接觸的情況下對(duì)該表面作相對(duì)移動(dòng))，從頂層120上去掉少量表面材料。在一個(gè)實(shí)施例中，頂層120從其原表面130磨去不足4密耳(0.1毫米)的厚度D2。最優(yōu)選地，厚度D2在0.5與1.5密耳(0.012到0.038毫米)之間。這種現(xiàn)場(chǎng)去除可以使拋光面230有較多的孔數(shù)，每平方毫米的孔數(shù)在500與2,500之間。
實(shí)例比較實(shí)例A、B和C是用凝結(jié)聚氨基甲酸乙酯制造并以帶式砂布裝置磨頂層的方法生產(chǎn)多孔拋光片—這種拋光片是Rodel公司出售的POLITEX商標(biāo)的高質(zhì)、正規(guī)、低細(xì)毛高度的拋光片。POLITEX商標(biāo)的拋光片和本實(shí)例的拋光片都是用凝結(jié)聚氨基甲酸乙酯生產(chǎn)的多孔非纖維拋光片，特別是用聚氯乙烯凝結(jié)的聚醚氨基甲酸乙酯聚合物生產(chǎn)的拋光片。
下面的實(shí)例1體現(xiàn)用比較實(shí)例的非砂磨的拋光材料制造拋光片的過程，以便有孔數(shù)多與表面粗糙度極高形成獨(dú)特的結(jié)合。首先用異丙基乙醇擦拭型板，為所述拋光型板作準(zhǔn)備。然后以最少的截留空氣把拋光片安裝于干凈的拋光型板上，為加工準(zhǔn)備坯片。再用去離子水和金剛石切削工具切削型板上的拋光片，除去拋光片的頂層，剩下拋光層。切削條件如下型板速度，每分鐘100轉(zhuǎn)；金剛石切削盤尺寸為外直徑100毫米或4英寸(對(duì)于高速切削型屬于中等)；金剛石切削工具速度，每分鐘100轉(zhuǎn)，向下壓力14磅(96千帕斯卡)。具體使用的金剛石切削盤是Kinik Part第AD3CG 181060號(hào)，包含正六面體—八面體金剛石，金剛石尺寸180微米，金剛石突出100微米，對(duì)AMAT工具型，金剛石間隔500微米。
這種方法根據(jù)所需孔的大小需要雙向掃刮次數(shù)在50到300之間。每次雙向掃刮都要以秒/每次掃刮計(jì)算斷開，分成以下20部分(1)1.6秒；(2)1.1秒；(3-18)0.6秒；(19)1.1秒；(20)1.6秒用去離子水沖洗。下面的表用比較實(shí)例比較所取得的結(jié)果。

以上數(shù)據(jù)表明孔的密度高表面粗糙度改善。而且，圖4示出的是實(shí)例1拋光片獲得的表面粗糙度Ra低。特別是拋光面230比傳統(tǒng)的多孔片更適于把基片拋光到高平整度。特別是拋光面230的孔更小孔和密度更高便于拋光基片(例如，晶片)，并且減少缺陷，表面粗糙度低，平面化程度高。這對(duì)于拋光模式半導(dǎo)體基片，例如，集成電路制造中制造薄的格柵氧化物和拋光介電常數(shù)小的絕緣材料/銅的霧狀花紋結(jié)構(gòu)很重要。而且，這種拋光片與傳統(tǒng)的多孔聚氨基甲酸乙酯片相比可以減少拋光片引起的缺陷。
優(yōu)選地，這種多孔拋光片的單位面積(平方毫米)內(nèi)的孔數(shù)在拋光層下減少。盡管孔數(shù)減少，可是拋光片的壽命卻延長(zhǎng)了，至少拋光50張帶圖案晶片仍能把拋光面的孔數(shù)保持于每平方毫米至少500孔。因?yàn)閽伖馄膲勖貏e長(zhǎng)，為了延長(zhǎng)其壽命而清潔拋光片的重要性提高。有鑒于此，增加用聚合物刷或聚合物片修整多孔拋光片清潔了拋光片可以進(jìn)一步延長(zhǎng)拋光片的壽命。用聚合物片或刷修整便于清除碎片而不發(fā)生金剛石修整器引起的孔的大小過度增加。
這種拋光片在減少由拋光片引起的半導(dǎo)體基片、硅晶片、玻璃與金屬盤缺陷上看來有特別的功效。這種拋光片對(duì)于帶圖案半導(dǎo)體晶片特別有用，例如，兩步拋光法的第二步或其他去除最后的多余材料或平面化到接近平整或最終平整的修整拋光步驟。
權(quán)利要求
1.一種多孔拋光片用于拋光半導(dǎo)體基片，所述的拋光片有用凝結(jié)聚氨基甲酸乙酯制造的基體和非纖維拋光層，所述非纖維拋光層有孔數(shù)為每平方毫米至少500孔的拋光面，所述孔數(shù)隨所述拋光層的磨薄而減少，所述拋光面的粗糙度Ra在0.01和3微米之間。
2.按照權(quán)利要求1的多孔拋光片，其特征為所述孔數(shù)在每平方毫米500到10,000。
3.按照權(quán)利要求2的多孔拋光片，其特征為所述表面粗糙度Ra在0.1與2微米之間。
4.按照權(quán)利要求1的多孔拋光片，其特征為所述多孔結(jié)構(gòu)是用聚氯乙烯凝結(jié)的聚醚氨基甲酸乙酯聚合物。
5.一種用凝結(jié)的聚氨基甲酸乙酯制造多孔拋光片的方法，所述多孔拋光片用于拋光半導(dǎo)體基片，所述方法包括用型板支承所述多孔拋光片，所述多孔拋光片有上表面，每平方毫米的孔數(shù)在所述上表面之下減少；把切削工具放到多孔頂層的所述上表面上；用所述切削工具除去所述上表面，露出非纖維拋光層的拋光面，所述拋光面的粗糙度Ra在0.01與3微米之間，所述拋光面的孔數(shù)隨拋光層的磨損而減少但每平方毫米至少500孔。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征為所述把切削工具放到多孔頂層的所述上表面上這一步驟包括把金剛石修整頭壓在所述上表面上以切削出表面粗糙度Ra在0.1與2微米之間的拋光層。
7.權(quán)利要求5的方法，其特征為所述除去所述上表面露出的拋光層具有每平方毫米500到10,000孔的拋光面。
8.拋光模式半導(dǎo)體基片的方法，包括用多孔拋光片拋光半導(dǎo)體基片這一步驟，所述多孔拋光片有用凝結(jié)的聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基體和非纖維拋光層，所述非纖維拋光層具有每平方毫米至少500孔表面粗糙度Ra在0.01與3微米之間的拋光面。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征為所述多孔拋光片每平方毫米的孔數(shù)在拋光層下減少并包括在對(duì)至少50個(gè)帶圖案晶片，保持拋光面每平方毫米至少500孔的步驟。
10.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于還包括用聚合物刷或聚合物片修整多孔拋光片的附加步驟。
全文摘要
拋光半導(dǎo)體基片的一種多孔拋光片。所述拋光片有用凝結(jié)的聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基體和非纖維拋光層。所述非纖維拋光層有孔數(shù)為每平方毫米至少500孔的拋光面，所述孔數(shù)隨所述拋光層的磨薄而減少，所述拋光面的粗糙度Ra在0.01和3微米之間。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1583842SQ20041005866
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者克萊德·A·福西特, T·托德·克爾克維納斯, 肯尼思·A·普萊貢, 伯納德·福斯特 申請(qǐng)人:Cmp羅姆和哈斯電子材料控股公司