[发明专利]用于高温应用的层叠抛光垫

说明书

背景技术

化学-机械抛光(“CMP”)过程用于制造微电子器件以在半导体晶片、场发 射显示器及许多其他微电子工件上形成平坦表面。例如，半导体器件的制造 一般包括形成各种处理层、对这些层的部分进行选择性移除或图案化、以及 在半导体工件表面上方沉积额外的处理层以形成半导体晶片。举例来说，这 些处理层可包括绝缘层、栅极氧化层、导电层、及金属或玻璃的层等。在该 晶片制造过程的一些步骤中一般期望处理层的最上部表面为平面的(即平坦 的)以用于沉积后续的层。CMP用于平面化各处理层，其中对沉积的材料(例 如导电或绝缘材料)进行抛光以使晶片平面化来用于后续的工艺步骤。

在典型CMP过程中，晶片倒置安装于CMP工具的载体上。通过力，将 该载体及该晶片朝着抛光垫向下推。使载体及晶片在位于该CMP工具的抛 光台上的旋转抛光垫上方旋转。抛光组合物(也称作抛光浆料)一般在抛光过 程期间加入至旋转晶片与旋转抛光垫之间。该抛光组合物通常含有与部分最 上部晶片层相互作用或溶解部分最上部晶片层的化学物质，以及物理移除所 述层的部分的研磨材料。晶片及抛光垫可以相同方向或相反方向旋转，为了 进行特定抛光过程，无论哪一种旋转方式均是合意的。该载体还可在抛光台 上的整个抛光垫上振荡。该过程从晶片上移除所需量的材料且理想地获得平 坦表面。

CMP抛光垫通常包括两层或更多层，例如抛光层和底层(如副垫层)。多 层抛光垫通常通过对两个或更多个不同材料层进行层压而形成。例如，常规 的双层抛光垫包括刚性抛光层以及可压缩性更高且更软的副垫层两者以改 善经抛光晶片的平坦性及均匀性。可通过以粘合剂层压抛光垫的各层来获得 所述各层之间的粘结。在例如美国专利第5,257,478号中公开了这种多层抛 光垫。

通常，通过压敏粘合剂(PSA)或热熔性粘合剂(HMA)将多个抛光垫层粘 结在一起。压敏粘合剂具有相对差的耐化学性且在抛光期间能够容易地被高 pH值的浆料弱化。粘合剂失效可引起在抛光期间各抛光垫层分离(即分层)， 导致抛光垫无法用于抛光。虽然热熔性粘合剂通常具有较好的耐化学性，但 热熔性粘合剂通常具有低的耐热性，导致在较高的抛光温度下分层。许多 CMP抛光应用涉及高达70℃的温度，因而，对于用于抛光垫的粘合剂来说， 相对高的耐热性是重要的。

热熔性粘合剂材料通常包括选自聚烯烃、乙烯-乙酸乙烯酯、聚酰胺、 聚酯、聚氨酯及聚氯乙烯的热塑性或热固性材料(参见例如美国专利第 6,422,921及6,905,402号)。

热熔性粘合剂的粘结强度可以术语“T-剥离”强度来表征(参见例如美国 专利第4,788,798号)。可根据美国试验与材料学会(ASTM)所制定的测试 (ASTM D1876(2001))来进行T-剥离测试。该测试测定该粘合剂的剥离粘附 力。剥离粘附力为以规定的角度及速度从标准测试板上移除试样时每单位宽 度所需的力。界面破裂为不可逆的熵产生过程，其涉及大量的能量消散。标 准T-剥离测试以恒定速率增加施加在样品上的力，直至从测试板上移除样 品，从而测定剥离样品所需的力。

授权给位于特拉华州威尔明顿的Rohm & Haas Electronic Materials CMP Holdings公司的美国专利7,101,275号(在下文中称为“′275专利”)要求保护 一种利用在305mm/min的抛光速度下呈现至少大于40牛顿(N)的T-剥离强 度的众多已知热熔性粘合剂中的任一种的抛光垫(第6栏第1-3行)。虽然′275 专利宣称：由于热熔性粘合剂的性质，所公开的抛光垫为“比现有技术抛光 垫更具回弹性的抛光垫”(第4栏第12-13行)，但′275专利所提及的热熔性 粘合剂与现有技术中所用热熔性粘合剂属于同一大类，其并未提供优于现有 技术所用热熔性粘合剂的优点，且因此未提供具有改善的耐分层性的抛光 垫。例如，美国专利第6,422,921号(在下文中称为“′921专利”)公开了适合 用于抛光垫的相同大类的热熔性粘合剂(比较′921专利的第3栏第22-24行和 ′275专利的第3栏第33-36行)。虽然当将这种热熔性粘合剂根据′275专利的 公开内容施加至抛光垫且进行测试时，这种热熔性粘合剂呈现出远高于′275 专利中所述最小T-剥离强度的平均T-剥离强度，但使用这种粘合剂的抛光垫 在使用期间(尤其是在高温抛光应用中)可发生分层。