[发明专利]用于使化学机械抛光垫表面成形的装置

说明书

本发明涉及一种用于向抛光垫(如聚合物垫)提供垫表面微纹理结构的装置，所述抛光垫用于衬底(如半导体衬底、磁性衬底和光学衬底)的化学机械平坦化(CMP)；以及使用所述装置的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于研磨CMP抛光层表面的装置，所述装置包含：旋转式研磨机，所述研磨机具有多孔研磨材料的研磨表面以形成CMP抛光层表面与多孔研磨材料表面的界面；以及用于固持CMP抛光层就位的平台式压板。

化学机械平坦化所用的抛光垫的制造已知包括使泡沫或多孔聚合物在具有最终抛光垫(如聚氨基甲酸酯)的期望直径的模具中成型和固化、随后使固化聚合物脱模且在平行于模具顶表面的方向上切割(例如通过切削)固化聚合物以形成具有期望厚度的层，以及然后使所得层成形，例如通过研磨、选路或将最终表面设计压印入抛光垫顶部。此前，使这类层成形为抛光垫的已知方法包括层注塑成型、层挤出、用固定研磨带对层进行磨光和/或将层端面车削成期望的厚度和平坦度。这些方法实现一致的垫表面微纹理结构的能力有限，所述一致的垫表面微纹理结构是降低抛光衬底中的缺陷度和从衬底均匀去除材料所必需的。事实上，所述方法通常创建了可见设计，如具有指定宽度和深度的凹槽和可见但不一致的纹理。举例来说，由于模具刚度随着模具厚度而变且切削刀片连续磨损，因此切削工艺对于垫表面成形来说是不可靠的。由于连续的工具磨损和车床定位精度，因此单点端面车削技术已经不能够产生一致的垫表面微纹理结构。注塑成型工艺所制得的垫由于穿过模具的材料流动不一致而缺乏均匀性；另外，由于具有固化性的成型材料和成型材料的剩余部分在注射到围束区域中期间、尤其在高温下可以按不同的速率流动，因此当垫固定且固化时，成型物倾向于变形。

还已经使用磨光方法使具有较硬表面的化学机械抛光垫光滑。在磨光方法的一个实例中，West等人的美国专利第7,118,461号公开了用于化学机械平坦化的光滑垫和所述垫的制造方法，所述方法包含用研磨带磨光或抛光垫表面以从垫表面去除材料。在一个实例中，磨光之后使用较小研磨带进行后续磨光步骤。所述方法的产品相较于未经修光的相同垫产品展现改善的平坦化能力。遗憾的是，虽然West等人的方法可以使垫光滑，但是其未能提供一致的垫表面微纹理结构且无法用于处理较软的垫(垫或垫聚合物基质的根据ASTM D2240-15(2015)的肖氏D硬度为40或更小)。另外，West等人的方法去除的材料如此得多，以致所得抛光垫的使用寿命可能受到不利的影响。仍期望提供一种具有一致的表面微纹理结构而不限制垫使用寿命的化学机械抛光垫。

化学机械抛光垫的调理类似于磨光，其中所述垫在使用时通常用具有类似于细砂纸的表面的旋转式磨轮进行调理。进行‘磨合’期(在此期间，不使用垫进行抛光)之后，这类调理使得平坦化效率提高。仍期望消除磨合期且提供可以立即用于抛光的预调理垫。

本发明人已经致力于发现制造预调理型CMP垫的装置，所述预调理型CMP垫具有一致的垫表面微纹理结构，同时保持其原始表面构形。

发明内容

1.根据本发明，提供具有有效用于抛光的垫表面微纹理结构的预调理型聚合物(优选多孔聚合物)聚氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯泡沫化学机械(CMP)抛光垫或层的装置包含：具有转轮或转子的旋转式研磨机总成，所述转轮或转子具有多孔研磨材料的研磨表面；和用于将CMP抛光层固持就位(如通过压敏粘合剂或优选真空)的平台式压板，所述旋转式研磨机的研磨表面安置于平台式压板的表面上方且平行于或基本上平行于平台式压板的表面以形成CMP抛光层表面与多孔研磨材料表面的界面。

2.根据如上文第1项所述的本发明装置，其中所述CMP抛光层具有从其中心点延伸到其外周缘的半径且所述旋转式研磨机总成的转轮或转子的研磨表面的直径等于或大于CMP抛光层的半径，优选的是等于CMP抛光层的半径。

3.根据如上文第2项所述的本发明装置，其中所述旋转式研磨机总成的转轮或转子的定位使得在研磨期间，其研磨表面的外周缘直接搁置在CMP抛光层的中心上。

4.根据如上文第1、2或3项中任一项所述的本发明装置，其中所述旋转式研磨机总成的转轮或转子以及CMP抛光层和平台式压板各自在CMP抛光层研磨期间旋转。优选的是，平台式压板的旋转方向与旋转式研磨机总成相反。

5.根据如上文第4项中所述的本发明装置，其中所述旋转式研磨机总成的转轮或转子是以50到500rpm或优选150到300rpm的速率旋转，且所述平台式压板是以6到45rpm或优选8到20rpm的速率旋转。