本发明关于一种包含交连组件与聚合物填料材料的化学机械平坦化抛光垫，其中该交连组件包含交连接点，该交连接点是以1交连接点/立方厘米至1000交连接点/立方厘米的密度存在，且该交连组件具有0.1微米至20厘米的交连接点间长度。
1.一种化学机械平坦化抛光垫，其特征在于，包含：交连组件的一第一网状结构与一第二网状结构及聚合物填料材料，其中该交连组件包含交连接点，该交连接点是以密度为1交连接点/立方厘米至1000交连接点/立方厘米的密度存在，且该交连组件具有0.1微米至20厘米的交连接点间长度；
该第二网状结构包含相对不可溶性交连组件；以及该可溶性交连组件经配置以溶解于该液体浆料中，在垫表面上及内部留下孔隙空间，产生微米尺寸的通道及渠道，以将浆料分布到整个垫片。
2.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该交连组件是以1.0%至75%的重量比等级存在于该垫中。
3.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该交连组件间的交角是5度至175度。
4.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该交连组件是存在并界定10密耳至6000密耳的厚度。
该交连组件包含发泡体、海绵体、滤材、格网及筛材中的至少一种。
6.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该垫包含：一层或多层的该交连组件与聚合物填料材料的层，其中在该等层的至少一者中的该交连组件可溶于该液体浆料中;以及在该等层的另一者中的交连组件不可溶于该液体浆料中。
7.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该垫的储存模数值是100百万帕至2500百万帕。
8.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该垫的储存模数是400百万帕至1000百万帕。
9.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该交连接点是以1交连接点/立方厘米至250交连接点/立方厘米的密度存在。
10.如权利要求1所述的垫，其特征在于，该交连接点间长度是0.5微米至5厘米。
11.一种产生化学机械平坦化抛光垫的方法，其特征在于，包含：提供交连组件的一第一网状结构与一第二网状结构与聚合物填料材料并形成垫，其中该交连组件包含交连接点，该交连接点是以1交连接点/立方厘米至1000交连接点/立方厘米的密度存在，且该交连组件具有0.1微米至20厘米的交连接点间长度；
置放该垫于抛光装置上并导入浆料，接着抛光半导体芯片；
该第二网状结构包含相对不可溶性交连组件；以及该可溶性交连组件经配置以溶解于该液体浆料中，在垫表面上及内部留下孔隙空间，产生微米尺寸的通道及渠道，以将浆料分布到整个垫片。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该交连组件以1.0%至75%重量比等级存在于该垫中。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该交连组件间的交角是5度至175度。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该交连组件是存在并界定10密耳至6000密耳的厚度。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：该交连组件包含发泡体、海绵体、滤材、格网及筛材中的至少一种。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该垫包含：一层或多层的该交连组件与聚合物填料材料的层，其中在该等层的至少一层中的该交连组件可溶于该液体浆料中；以及在该等层的另一层中的交连组件不可溶于该液体浆料中。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该垫的储存模数值是100百万帕至2500百万帕。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该垫的储存模数是400百万帕至1000百万帕。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该交连接点是以1交连接点/立方厘米至
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该交连接点间长度是0.5微米至5厘米。
CMP垫中的三维网状结构
[0001] 相关申请的相互参照
[0002] 本申请要求于2007年10月26日提交的美国临时申请No.60/983,042的权益，其全文结合在此作为参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及可化学机械平坦化(CMP)半导体芯片的抛光垫。
背景技术
[0004] 传统的CMP抛光垫包含第一孔隙性或实心的聚合物物质，其中可内分散有第二填料物质。举例而言，一般所用的传统垫包含内分散有中空微球体的实心聚氨酯基体。然而，当用于抛光环境时，需要能提供经抛光半导体芯片较好的全局均匀性、局部平坦性以及增进的机械特性的垫。
发明内容
[0005] 在第一例示性实施方式中，本揭露是关于一种包含交连组件及聚合物填料材料的化学机械平坦化抛光垫，其中该交连组件包含交连接点，该交连接点是以1交连接点/立方厘米至1000交连接点/立方厘米的密度存在，且该交连组件具有0.1微米至20厘米的交连接点间长度。
[0006] 在方法方面，本揭露是关于一种抛光半导体芯片的方法，包括提供交连组件与聚合物填料材料及形成垫，其中该交连组件包含交连接点，该交连接点是以1交连接点/立方厘米至1000交连接点/立方厘米的密度存在，且该交连组件具有0.1微米至20厘米的交连接点间长度。接着可将此种垫结构置于抛光装置中，随后导入浆料并抛光半导体芯片。
附图说明
[0007] 通过结合附图阅读以下的具体描述，可以更好地理解本发明的这些及其它特点。图1为一特定垫中的三维结构的部分视图。
具体实施方式
[0008] 图1所示为一特定垫中的部分三维结构。从图中可看出，该三维结构可包含交连组件10及多个接点12。交连组件可为聚合物材料。该三维结构(即间隙)中可有特定的聚合物填料材料14，当其与三维的交连组件10结合时能提供抛光垫基材。此外，虽然网状结构是呈现相对立方或长方的几何结构，然而应当明了的是亦可包含其他种结构，包含椭圆形、圆形、多边形等，但不以此为限。
[0009] 因此，聚合物填料材料与交连组件可取自各种特定的聚合物树脂，但不以此为限。举例而言，聚合物树脂可包含聚(乙烯醇)、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、羟基乙基纤维素、羟基甲基纤维素、甲基纤维素、羧基甲基纤维素、聚乙二醇、淀粉、马来酸共聚物、多醣体、果胶、海藻胶、聚氨酯、聚环氧乙烷、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚烯烃、以及前述树脂的任何共聚物及衍生物。
[0010] 此外，本发明另一目的在于使用多个三维结构性网状结构以在同一个垫中实现不同的物理及化学特性区域，因此，可调整上述针对组件10的调整化学(聚合物)组成及/或三维网状结构的物理特征。此物理特征可包含网状结构中的间隙及/或网状结构的整体形状，如以下更完整的描述。
[0011] 值得一提的是，先进半导体科技需于半导体芯片上集结大量较微型装置。较大的装置密度会因影像平版印刷的景深因素，相应地需要在芯片上具有较高程度的局部平坦性及全局均匀性。较于传统、非网状结构基CMP垫结构，本发明的三维结构网状结构可因此增强CMP垫的机械及尺寸稳定性。在本文中的三维结构网状结构亦可较佳地承受抛光动作中的压缩性及黏性剪切应力，因此当垫的表面形变下降时，会形成所期望程度的局部平坦性及全局均匀性，以及低的芯片磨损缺陷。
[0012] 如前所述，可经由改变聚合物材料的种类、交连组件的维度及网状结构的尺寸及形状，来针对特定的CMP应用客制实际的三维结构网状结构。此外，可在网状结构中的交连组件的表面或内部添加多种化学药剂，包含但不限于表面活性剂、稳定剂、抑制剂、pH缓冲剂、抗凝结剂、螯合剂、加速剂及分散剂，从而能以受控制或不受控制的方式将这些化学药剂释于磨料浆料或抛光流体中，以增强CMP功效及稳定性。
[0013] 可作为三维结构网状结构及聚合交连组件的商用可得材料包含织造、针织与非织造的纤维垫材、高蓬松的非织造物，但不以此为限。可理解的是，此种网状结构是以纤维为o基质。然而，交连组件亦可含开孔性(pen-cell)的聚合物发泡体与海绵体、聚合物滤材、格网及筛材。于制造非织造物、发泡体、海绵体、滤材及筛材领域中的技艺人士可便利地设计并制造出非商业的结构性网状结构，以符合本揭露CMP垫所用的网状结构的设计意涵与特性需求，如本文中所述。
[0014] 本发明一例示性实施方法包含一分散并部分或完全填充于三维网状结构中的间隙的聚氨酯物质，该三维网状结构是由水溶性聚丙烯酸酯交连组件所构成。在该网状结构中的交连组件可为直径从小于1微米至约1000微米的圆柱状，且其等可描述为0.1微米及更高的相邻交连接点间的水平长度(即，接点间带有0.1微米至20厘米的水平长度，包含其中的所有数值及增量)。此交连接点间的长度如图1中的A所示。此外，其亦可描述为交连接点间的垂直长度，如图1中的B所示，此可亦从0.1微米依所期望地变化成更高(即，接点间带有0.1微米至20厘米的垂直长度，包含其中的所有数值及增量)。最后，其亦可解释为接点间的深度距离，如图1中的C所示，此亦可从0.1微米依所期望地变化成更高(即，接点间具有0.1微米至20厘米的深度距离，包含其中的所有数值及增量)。较佳地，如图1中A、B或C的接点间长度可为0.5微米至5厘米。
[0015] 因此，可了解本文中所述的三维网状结构为可在接点经交连的交连组件(聚合物纤维)，其中经交连的组件占据一特定量的体积。交连接点可以1交连接点/立方厘米至1000交连接点/立方厘米的密度存在，包含其中的所有数值及增量，以1交连接点/立方厘米为变化量。举例而言，抛光垫可具有1至100交连接点/立方厘米、或10至110交连接点/立方厘米、或15至150交连接点/立方厘米等。较佳地，交连组件可以50至250交连接点/立方厘米存在。此交连本身可由如热键结及/或化学键结所构成，其中化学键结可经由聚合物填料材料所构成(再次参阅图1的14)，其可用来涂覆聚合物组件10并在交连或接点12黏接聚合物组件10。
[0016] 此外，交连组件可以1至75％的重量比等级存在于垫中，包含其中的所有数值及增量，以1.0重量比为间隔。举例而言，交连组件可以1至50重量比、或10至50重量比、或20至40重量比或20至30重量比等存在于特定的垫中。
[0017] 亦可理解的是，可能形成于任两个聚合物组件间的接点的角度是可被变化配置的，因此，再次参阅图1，其中可看到纤维可在接点交连出一特定的角度16。这种在任两个纤维间的交连接点上的角度可为5度至175度，包含其中的所有数值及增量，以1度为增量。举例而言，在任两个纤维间的交连接点的角度可为10度至170度、或20度至160度、或30度至150度等。较佳地，该角度可为30度至130度。
[0018] 交连聚合物组件的三维网状结构可为厚度为10密耳(mils)至6000密耳，较佳为60至130密耳的薄的方形板或薄圆形板，其中1密耳为0.001英吋。三维网状结构同时会定义一20至4000平方英吋，较佳的是100至1600平方英寸的面积，包含其中的所有数值及增量。可使用混有固化剂的聚氨酯前聚合物来填充该网状结构的间隙，并在一炉中将该组成物固化，以完成聚氨酯前聚合物的固化反应。典型的固化温度为室温至800℉，而典型的固化时间为低至小于1小时至超过24小时。随后使用传统的垫转化处理，例如擦光(buffing)、切削(skiving)、层合、凹槽化及穿孔，将所得的组成物转化成CMP垫。
[0019] 在前述的实施方式中亦可获得呈圆柱状或长方块体状的网状结构。即随后亦可将包含此网状结构的组成物(其中填入混有固化剂的聚氨酯前聚合物)固化成圆柱状或长方块体状。在此情况下，可在转化前先对经固化的组成物圆柱体或块体进行切削以产生个别的垫。
[0020] 本发明另一实施方式含两个或多个具不同厚度的网状结构，这些网状结构更因其中所含的交连聚合物材料而彼此不同。举例而言，第一网状结构的厚度可为1至20厘米而第二网状结构的厚度可为1至20厘米，均包含其中的所有数值及增量。在同一CMP垫中的网状结构随后会界定出具不同物理及化学特性的不同结构区域。于一实例中则包含一CMP垫，其具有一第一网状结构(厚度为20密耳)，该第一网状结构包含呈直径为10微米、彼此分开达50至150微米的相对小的圆柱形的可溶性聚丙烯酸酯交连组件；该第一网状结构迭合至一第二网状结构上，第二网状结构包含与第一聚丙烯酸酯网状结构中者具有相同的圆柱形且具有相同尺寸的相对不可溶性聚酯交连组件。随后可使用混有固化剂的聚氨酯来填充经迭合的网状结构的间隙，且如上所述地固化整体组成物。随后使用传统的垫转化处理，如擦光、切削、层合、凹槽化及穿孔，将所得的组成物转化成CMP垫。藉此，以此方式所制造的CMP垫将具有两种截然不同但却彼此迭合黏结的结构层。在CMP中，含可溶性聚丙烯酸酯组件的结构层可用作为抛光层。可溶性聚丙烯酸酯组件会溶解于含研磨颗粒的水性浆料中，在垫表面上及内部留下孔隙空间，产生微米尺寸的通道及渠道，以将浆料均匀分布到整个垫上。另一方面，含相对不可溶性聚酯组件则可作为支撑层，以在CMP中维持机械稳定性及块体垫的特性。
[0021] 对此，可了解本揭露亦关于一种CMP垫，包含一或多层交连组件与聚合物填料材料的层，其中该交连组件可溶于液体浆料中；以及一或多层交连组件与聚合物填料材料的层，其中该交连组件不可溶于液体浆料中。此外，本文中的CMP垫可含一或多层，其中这些层本身可包含部分的可溶性交连组件与部分的不可溶性交连组件。举例而言，在一特定的CMP垫的层中，其可具有1至99％重量比的可溶性交连组件与99％至1％重量比的不可溶性交连组件。
[0022] 随后，更具体地考虑本文的垫设计的有利机械特征，对本文中所描述的三维网状结构的抛光垫进行动态机械分析(dynamic mechanical analysis，DMA)，以与未包含如此强化的抛光垫作比较。采用TA Instrument Q800动态机械分析仪作为DMA测试仪器，频率为10赫兹且升温速率为1.0℃/分钟。此测试的结果示于以下表1中：
[0023] 表1
[0024]
[0025] 从表1中可看出，当抛光垫结构中存有20重量百分比至30重量百分比的非织造物(该非织造物包含如本文中所描述的交连组件)时，所示出的储存模数(E’)值为1666百万帕。相比较下，当利用同样的聚氨酯本身作为抛光垫结构的聚合基材时，所示出的E’值仅有约862百万帕。藉此可明了，现可制得储存模数(或E’)值为100百万帕至2500百万帕的抛光垫，包含其中的所有数值及增量，以10百万帕为增量。举例而言，现可制得E’值为110百万帕至2500百万帕、或120百万帕至2500百万帕等的抛光垫。较佳地，E’值可为400至1000百万帕。在表1中，交连组件为聚丙烯酸酯纤维，其被制成针刺非织造物，其中该纤维的平均直径为20微米且该纤维在液体浆料的存在下会溶解。聚氨酯起初是以液体前聚合物前体的形态存在，并在均匀配置至整个交连组件之前与固化剂混合，随后固化，即凝固形成抛光垫。
[0026] 接着参照表2，其显示本文中的垫的其他有利特征。具体而言，是通过评量萧氏o(shre)D硬度，来比较并有交连聚合物组件的组成物与仅含聚合物填料的组成物。
[0027] 表2
[0028]
[0029] 从表2中可看出，相较于不含此种强化的组成物，在聚氨酯填料基材中导入非织造织物会使萧氏硬度增加。可了解的是，此种硬度增加可在抛光操作期间提供众多的优点，例如抵抗抛光动作中的压缩性及黏性的剪切应力，如前所述。举例而言，硬度增加可维护如常于CMP型垫中所提供的通道或凹槽，经由这些通道或凹槽来输送浆料。更具体而言，机械特性的增加(即先前所述的E’值增进)现可供在抛光期间维护通道或凹槽的维度，藉此可确保浆料输送在整体的特定抛光操作期间能维持在所期望的程度下。在表2中可注意到，非织造织物为聚丙烯酸酯纤维的针刺非织造物，其中纤维的平均直径为20微米且在液体浆料的存在下会溶解。聚氨酯则为液体前聚合物前体的型态，且在均匀配置至整个交连组件之前与固化剂混合，接着固化，即凝固形成抛光垫。
[0030] 虽然本发明已例示有前述的实施方式，但在此确认，在CMP垫设计、制造及应用领域中的技艺人士可轻易地明了在CMP垫中并入结构性网状结构时所带来的不可预期的功效，并可基于本发明来轻易地实现多种使用相同概念但在垫中具有不同网状结构材料、结构及聚合物物质的垫设计，以达到特定CMP应用的需求。
[0031] 虽然本文已对本发明的发明原理进行说明，本领域中的技艺人士当知此说明仅作为例示用途，并非用以限制本发明范围。除本文所示及述及的例示性实施方式外，亦可考虑其他于本发明范围内的实施方式。本领域中具有通常技艺者可进行的改良及替换将视为于本发明范围内，其不受后附的权利要求书外的限制。
