CN1583842A - 多孔聚氨基甲酸乙酯抛光片 - Google Patents

Abstract

抛光半导体基片的一种多孔抛光片。所述抛光片有用凝结的聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基体和非纤维抛光层。所述非纤维抛光层有孔数为每平方毫米至少500孔的抛光面，所述孔数随所述抛光层的磨薄而减少，所述抛光面的粗糙度Ra在0.01和3微米之间。

Description

多孔聚氨基甲酸乙酯抛光片

技术领域

本发明涉及抛光半导体基片的多孔聚氨基甲酸乙酯抛光片与使用这种抛光片的方法。本发明还涉及制作这种多孔抛光片的方法。

背景技术

近些年来，集成电路制造的要求和电路集成密度越来越高的趋势使得对集成电路基片(例如，硅晶片)和磁盘基片(例如，用于存储的镀镍盘)的表面抛光提高光滑度变得非常重要。获得取光滑的表面的现状是使用抛光溶剂和抛光片抛光。

有一种使用多孔抛光片与抛光浆或作用液相结合的高光滑度抛光方法。这种多孔抛光片必须硬得足以发挥必要的抛光作用而孔又多得足以保持水浆或作用液。

多孔抛光片最广泛采用的材料取自一种叫做多孔物的材料。多孔物是具有许多孔或小室的类似纺织材料的东西。孔一般是用尿烷为基础浸泡或多孔涂层制得的。有一种包括溶剂或非溶剂凝结过程的制造多孔物抛光片材料的方法。授予赫尔斯兰德等人的3,284,274号美国专利说明了这种方法的一例。

图1是用现有方法制造的典型多孔抛光片6的细部横断面示意图。抛光片6有带上表面15的顶层10。顶层10包含许多直径大致从几微米到几百微米的小室20。

小室20的壁30可以是硬的，但更为一般的是由微孔海绵制成。经过处理的多孔物抛光片中的大部分小室20向表面15开口，在表面上形成许多孔35。

因为多孔物顶层10容易受机械损坏，所以一般在基片40上固定塑料薄膜(例如，商标为Mylar的聚乙烯对钛酸盐薄膜)、重磅纸、或织物或非织造物(例如，毛毡)，有时用粘合剂。

制造图1的抛光片6的多孔物层10，一般在基片上涂聚合物溶剂，然后把涂过聚合物溶剂的基片浸入一个池子内使聚合物凝结。一当聚合物充分凝结，把剩余的溶液漏出并使产品干燥。

由于凝结过程的特性，小室20的越深入材料内部其直径越大。在顶层10的上表面15上还形成一个薄表层(未示出)。在表面15或靠近表面15处的孔35的直径与下面的小室的直径相比比较小，在抛光期间材料从表面15磨去时孔的直径变大。在原上表面或靠近(原)上表面15的孔的数量多于抛光片磨损后形成的新的上表面的孔。

一般认为孔的数量在每平方厘米100与325个孔之间对于抛光过程是重要的。具体地说，一般认为孔的这一数量可以使抛光片(通过小室20)为晶片(工件)提供大量的浆。为此，传统的多孔物抛光片抛光操作规程是避免抛光面具有多孔性。称为“孔数”的单位面积内的孔的数量一般用来表示抛光面的空隙率。为了这一具体目的，孔的数量指的是光放大倍数为50的情况下在抛光面上可发现的每平方厘米的孔数的平均值。有一个计算并处理孔数据的专用计算机软件为Image-Pro Plus软件4.1.0.1版。孔的数量与孔的平均直径成反比，即，孔的数量越多，孔的直径越小。

保持孔有足够的大小还可以消除若干其它有害副作用。例如，孔小可以使抛光片的寿命短因为渣滓和废浆灰堵塞孔或附着于下面的小室内。而且孔小还可能难以保持浆流进流出小室畅通。渣滓会塞入小室，最终使之不能带有浆。而且，与孔小相联系的是组成小室壁的抛光片表面积的百分比比较高。这会导致滑触摩擦高，同时减少工件上的新鲜浆液。此外，在抛光周期结束时，通常的做法是在工件仍在抛光的情况下就用纯水冲洗片基。小室的开口小，把浆液冲出小室以纯水取而代之的时间会更长。

因此，为了形成理想的抛光面，通常作为制造多孔材料抛光片过程的一部分要把顶层磨去4到6密耳的厚度D1。这种研磨在抛光片制成后立即进行。其结果是抛光面50(虚线)与没有磨的表面15相比，孔大得多，密度小得多。例如，抛光面50每平方毫米平均孔数在100与325之间，而原表面则没有多孔性。

模式半导体晶片两步抛光过程的第二步在大量研磨抛光步骤之后一般形成平面化的表面。减少抛光模式晶片第二步中和其它计算机步骤中抛光片引起的缺点的要求与日俱增。而且现在也有与传统的多孔聚氨基甲酸乙酯抛光片相比减少生产抛光片过程中的缺点的要求。

发明内容

本发明提供了一种多孔抛光片，用于抛光半导体基片，所述多孔抛光片有用凝结聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基体和非纤维抛光层，所述非纤维抛光层有每平方毫米至少500孔的抛光面，所述孔数随着抛光层的减薄而减少，所述抛光面的粗糙度Ra在0.01与3微米之间。

本发明还提供了一种用凝结的聚氨基甲酸乙酯制造多孔抛光片的方法，所述多孔抛光片用于对半导体基片抛光，这种方法包括：用型板支承多孔抛光片，所述多孔抛光片有上表面，在上表面之下每平方毫米的孔数减少；把切削工具放到多孔顶层；用所述切削工具除去多孔顶层的上表面，露出抛光层的抛光面，所述抛光面的粗糙度Ra在0.01与3微米之间，所述抛光层是非纤维的，所述抛光面的孔数为每平方毫米至少500孔，所述孔数随着抛光层的减薄而减少。

而且，本发明还提供了一种一种抛光半导体基片的方法，包括用多孔抛光片抛光半导体基片这一步骤。所述多孔抛光片有用凝结聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基体和非纤维抛光层，所述非纤维抛光层有每平方毫米至少500孔的抛光面，所述抛光面的粗糙度Ra在0.01与3微米之间。

附图说明

图1是一种多孔材料抛光片的横断面示意图，说明原有抛光片磨去D1厚度的顶层以保证抛光片的抛光面上有比较大的孔；

图2也是一种多孔材料抛光片的横断面示意图，所述多孔材料抛光片安装于抛光装置型板上并有切削工具与抛光片表面接触；

图3是图2的多孔材料抛光片的横断面示意图，用于说明本发明的方法，使用本发明的方法时，在抛光基片前抛光片的顶层从原表面除去D2的厚度；

图4是说明使用本发明的抛光片在表面粗糙度上获得改进的条线图。

具体实施方式

看来凝结的聚氨基甲酸乙酯抛光片在减少由抛光片引起的电子业基片缺点方面有特殊的功效，所述电子业基片包括半导体晶片、带图案的半导体晶片、硅晶片、玻璃和金属盘。具体地说，这种抛光片用于模式硅晶片，例如，层间电介质、阻挡层清除、浅沟隔离、低电介常数铜、超低电介常数铜片、钨和其它用于制造集成电路的材料抛光的第二步或结束步骤。这种抛光片有一种结构，看来在对诸如低电介常数和超低电介常数电介质之类的难以抛光的基片抛光和两步抛光过程的第二步有长寿缺陷少的很大优越性。

所述多孔抛光片有用凝结聚氨基甲酸乙酯聚合物制造的多孔基体。优选地，这种聚合物包含聚氨基甲酸乙酯。更优选地，是这种多孔抛光片有凝结的聚氨基甲乙酯基体。更优选地，这种凝结的基体是用以聚氯乙烯凝结聚醚氨基甲酸乙酯的聚合物制造的。可以把凝结的基体附着于毛毡式的或诸如Mylar商标的聚对苯二甲酸乙二酯的薄膜基的基体上。所述多孔基体有非纤维抛光层。为了达到这一规格的目的，抛光层应是在抛光期间能与基片接触的抛光片的那一部分；非纤维抛光层应是不含诸如织造结构或毛毡结构之类的纤维的抛光层。这个非纤维结构有每平方毫米的孔数通常在上表面之下是减少的邻接结构。虽然封闭的小室或非网状结构是可以接受的，但优选地这种结构是开放的网状小室结构，包含连接各小室的微孔道。这种微孔网状结构可以让气体流经小孔，却限制浆渗进抛光片以保持抛光期间抛光片厚度一致。

与以前的抛光片的孔数不同，这种抛光片的抛光面每平方毫米至少有500个孔。这种孔数多导致孔小，可以在不降低抛光速率的情况下改善性能。孔数多对于没有磨料的溶液，例如，磨料含量不占重要地位的反应液和浆特别有效。有利的是每平方毫米抛光面的孔数为500到10,000。最有利的是每平方毫米抛光面的孔数为500到2,500。

抛光层单位面积的孔数随着抛光层的磨损而减少。孔数减少或孔增大可以提高与凝结过程的一致性并限制了对抛光性能的影响。例如，从抛光面向内5密耳(0.13毫米)以上距离，孔数可能减少至少百分之五十，对抛光片的抛光性能都没有重大影响。再者，抛光片的弹性和耐久可以延长抛光寿命，而由孔增大引起的有害影响很小。为了使带图案晶片平面化和修整，可以使用在抛光期间保持在限定的孔数范围内的抛光片。

除了控制抛光面的多孔性之外，优选地，抛光面的粗糙度Ra保持在0.01与3微米之间。最优选地抛光面的粗糙度Ra在0.1与2微米之间。一般地说表面粗糙度提高抛光速率也提高，但增加缺陷；表面粗糙度降低使缺陷减少，抛光速率降低。

制造抛光半导体基片用的抛光片的方法首先包括用型板支承多孔抛光片这一步。为了达到规格，型板必须是具有平顶表面的板结构。更优选地，型板构成的支承将其固定于旋转式装置，对盘形抛光片进行化学机械平面化。这有提供高度平整的表面及在制出修整表面后立即抛光的优点。相对于传统的软磨或硬磨的抛光片，这种方法可以提高抛光片的整体平整度。对于带形或盘式设计，型板可以包括一金属板，例如，只支承所述抛光片的一部分的一块不锈钢板。然后，把切削工具靠到多孔顶层的上表面断续地制出修整的抛光面。

用切削工具除去上表面，露出具有所需表面粗糙度与多孔性的抛光层。对于盘形抛光片用一块型板支承整个抛光片，可以只用一个去除步骤。但是，对于带形抛光片，优选地这种方法包括在型板上定期移动所述抛光片，从整个抛光片上除去上表面。

参看图2，多孔抛光片100安装于装置115的型板110上。在一个实施例里，抛光装置115是化学机械平面化(CMP)装置。型板110具有上表面116。装置115还包括可操作以与抛光片100接合的切削工具118。

参看图2和图3，抛光片100具有顶抛光层120，此抛光层120又有表面130。所述抛光层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，但最为有利的是所述壁制成微孔海绵状。大部分小室140向表面130开口并在其内形成孔155。在一个实施例里，抛光层120用粘合剂固定于诸如塑料薄膜(例如，Mylar商标的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜)重磅纸或者编织或非编织物之类的基片160。目前使用最普遍的基片160是添加了填料或粘结料赋予其强度、尺寸稳定性、和所需的缓冲度或硬度的非织造毛毡。

抛光层是用下述方法制造的：在基片160上涂一层聚合物溶液；然后把涂过聚合物溶液的基片浸入一个槽内使聚合物凝结。聚合物充分凝结后，把剩余的溶液滤出并使产品干燥。

抛光片100有抛光层120。所述抛光层120在固定到抛光装置115的型板110之前没有软磨或硬磨去4到6密耳(0.1到0.15毫米)的厚度D1。而是把抛光片100放到型板110上，其表面不除去，即，不作预处理。然后使诸如金刚石磨头之类的切削工具118与表面130接触。再启动切削工具118(即，在与表面130接触的情况下对该表面作相对移动)，从顶层120上去掉少量表面材料。在一个实施例中，顶层120从其原表面130磨去不足4密耳(0.1毫米)的厚度D2。最优选地，厚度D2在0.5与1.5密耳(0.012到0.038毫米)之间。这种现场去除可以使抛光面230有较多的孔数，每平方毫米的孔数在500与2,500之间。

实例

比较实例A、B和C是用凝结聚氨基甲酸乙酯制造并以带式砂布装置磨顶层的方法生产多孔抛光片—这种抛光片是Rodel公司出售的POLITEX商标的高质、正规、低细毛高度的抛光片。POLITEX商标的抛光片和本实例的抛光片都是用凝结聚氨基甲酸乙酯生产的多孔非纤维抛光片，特别是用聚氯乙烯凝结的聚醚氨基甲酸乙酯聚合物生产的抛光片。

下面的实例1体现用比较实例的非砂磨的抛光材料制造抛光片的过程，以便有孔数多与表面粗糙度极高形成独特的结合。首先用异丙基乙醇擦拭型板，为所述抛光型板作准备。然后以最少的截留空气把抛光片安装于干净的抛光型板上，为加工准备坯片。再用去离子水和金刚石切削工具切削型板上的抛光片，除去抛光片的顶层，剩下抛光层。切削条件如下：型板速度，每分钟100转；金刚石切削盘尺寸为外直径100毫米或4英寸(对于高速切削型属于中等)；金刚石切削工具速度，每分钟100转，向下压力14磅(96千帕斯卡)。具体使用的金刚石切削盘是Kinik Part第AD3CG 181060号，包含正六面体—八面体金刚石，金刚石尺寸180微米，金刚石突出100微米，对AMAT工具型，金刚石间隔500微米。

这种方法根据所需孔的大小需要双向扫刮次数在50到300之间。每次双向扫刮都要以秒/每次扫刮计算断开，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秒用去离子水冲洗。下面的表用比较实例比较所取得的结果。

性能	实例1	比较实例A	比较实例B	比较实例C
					孔数/1平方毫米	1,500	305	223	136
片厚(毫米)	0.86	0.86	0.86	0.86
					垂直孔高(毫米)	0.23	0.23	0.25	0.23
粗糙度Ra(微米)	0.69	6.70	8.30	11.78
					粗糙度Rq(微米)	1.02	8.56	10.69	14.87

以上数据表明孔的密度高表面粗糙度改善。而且，图4示出的是实例1抛光片获得的表面粗糙度Ra低。特别是抛光面230比传统的多孔片更适于把基片抛光到高平整度。特别是抛光面230的孔更小孔和密度更高便于抛光基片(例如，晶片)，并且减少缺陷，表面粗糙度低，平面化程度高。这对于抛光模式半导体基片，例如，集成电路制造中制造薄的格栅氧化物和抛光介电常数小的绝缘材料/铜的雾状花纹结构很重要。而且，这种抛光片与传统的多孔聚氨基甲酸乙酯片相比可以减少抛光片引起的缺陷。

优选地，这种多孔抛光片的单位面积(平方毫米)内的孔数在抛光层下减少。尽管孔数减少，可是抛光片的寿命却延长了，至少抛光50张带图案晶片仍能把抛光面的孔数保持于每平方毫米至少500孔。因为抛光片的寿命特别长，为了延长其寿命而清洁抛光片的重要性提高。有鉴于此，增加用聚合物刷或聚合物片修整多孔抛光片清洁了抛光片可以进一步延长抛光片的寿命。用聚合物片或刷修整便于清除碎片而不发生金刚石修整器引起的孔的大小过度增加。

这种抛光片在减少由抛光片引起的半导体基片、硅晶片、玻璃与金属盘缺陷上看来有特别的功效。这种抛光片对于带图案半导体晶片特别有用，例如，两步抛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终平整的修整抛光步骤。

Claims (10)

1.一种多孔抛光片用于抛光半导体基片，所述的抛光片有用凝结聚氨基甲酸乙酯制造的基体和非纤维抛光层，所述非纤维抛光层有孔数为每平方毫米至少500孔的抛光面，所述孔数随所述抛光层的磨薄而减少，所述抛光面的粗糙度Ra在0.01和3微米之间。

2.按照权利要求1的多孔抛光片，其特征为所述孔数在每平方毫米500到10,000。

3.按照权利要求2的多孔抛光片，其特征为所述表面粗糙度Ra在0.1与2微米之间。

4.按照权利要求1的多孔抛光片，其特征为所述多孔结构是用聚氯乙烯凝结的聚醚氨基甲酸乙酯聚合物。

5.一种用凝结的聚氨基甲酸乙酯制造多孔抛光片的方法，所述多孔抛光片用于抛光半导体基片，所述方法包括：

用型板支承所述多孔抛光片，所述多孔抛光片有上表面，每平方毫米的孔数在所述上表面之下减少；

把切削工具放到多孔顶层的所述上表面上；

用所述切削工具除去所述上表面，露出非纤维抛光层的抛光面，所述抛光面的粗糙度Ra在0.01与3微米之间，所述抛光面的孔数随抛光层的磨损而减少但每平方毫米至少500孔。

6.权利要求5的方法，其特征为所述把切削工具放到多孔顶层的所述上表面上这一步骤包括把金刚石修整头压在所述上表面上以切削出表面粗糙度Ra在0.1与2微米之间的抛光层。

7.权利要求5的方法，其特征为所述除去所述上表面露出的抛光层具有每平方毫米500到10,000孔的抛光面。

8.抛光模式半导体基片的方法，包括用多孔抛光片抛光半导体基片这一步骤，所述多孔抛光片有用凝结的聚氨基甲酸乙酯制造的多孔基体和非纤维抛光层，所述非纤维抛光层具有每平方毫米至少500孔表面粗糙度Ra在0.01与3微米之间的抛光面。

9.按照权利要求8的方法，其特征为所述多孔抛光片每平方毫米的孔数在抛光层下减少并包括在对至少50个带图案晶片，保持抛光面每平方毫米至少500孔的步骤。

10.按照权利要求8的方法，其特征在于还包括用聚合物刷或聚合物片修整多孔抛光片的附加步骤。

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