包含表面处理过的纳米二氧化铈填料的结构化固定磨具及其制备和使用方法

摘要

本发明提供了结构化的固定磨具，其包括多个固定至所述磨具的三维研磨复合物，所述研磨复合物还包含多个在基质材料中的体积平均直径为100纳米至500纳米(nm)的二氧化铈磨粒，所述基质材料还包含聚合物粘结剂和多个体积平均直径小于100nm的表面处理过的二氧化铈填料粒子。本发明还提供了制备和使用根据本发明的结构化固定磨具的方法。

权利要求

1.一种结构化固定磨具，所述结构化固定磨具包括：

多个固定至所述磨具的三维研磨复合物，其中所述研磨复合物包括在基质材料中的多个二氧化铈磨粒，所述磨粒的体积平均直径为100纳米至500纳米(nm)，所述基质材料包含聚合物粘结剂和多个体积平均直径小于100nm的表面处理过的二氧化铈填料粒子。

2.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，其中所述二氧化铈磨粒的体积平均直径为

100nm至200nm。

3.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，其中所述表面处理过的二氧化铈填料粒子的体积平均直径不大于25nm。

4.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，其中所述聚合物粘结剂包含一种或多种(甲基)丙烯酸类单体的反应产物。

5.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，其中所述表面处理过的二氧化铈填料粒子具有选自如下的表面处理：硅烷、钛酸酯或盐、锆酸酯或盐、有机磷酸酯或盐、有机磺酸酯或盐、聚醚酸、含有羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐和聚(甲基)丙烯酸酯或盐的组分的反应产物，以及它们的组合。

6.根据权利要求5所述的结构化固定磨具，其中所述表面处理和所述聚合物粘结剂中的一者或两者包含丙烯酸β-羧乙酯的反应产物，任选其中所述表面处理和所述聚合物粘结剂中的一者或两者还包含单(甲基)丙烯酸酯或盐的反应产物。

7.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，其中，基于所述研磨复合物的总重量，所述二氧化铈磨粒的存在量为至多50重量％。

8.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，其中，基于所述研磨复合物的总重量，所述表面处理过的二氧化铈填料粒子的存在量为至少10重量％。

9.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，其中所述成形的研磨复合物基本上由大致垂直于所述结构化固定磨具的主表面纵向取向的柱子组成。

10.根据权利要求1所述的结构化固定磨具，所述制品还包括背衬、粘合剂和子垫中的一者或多者。

11.一种制备根据权利要求1所述的结构化固定磨具的方法，所述方法包括：将所述多个体积平均直径小于100纳米(nm)的表面处理过的二氧化铈填料粒子分散在所述聚合物粘结剂的前体中；

将所述多个体积平均直径为100nm至500nm的二氧化铈磨粒分散在所述聚合物粘结剂的前体中；

由在所述聚合物粘结剂的前体中的所述表面处理过的二氧化铈填料粒子和所述二氧化铈磨粒的混合物形成所述多个三维研磨复合物；以及固化所述多个三维研磨复合物，从而形成所述聚合物粘结剂，其包含所述结构化固定磨具的所述基质材料。

12.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述多个三维研磨复合物还包括：在背衬上形成所述混合物的层；以及

将所述层与具有多个精确成形的腔的生产工具接触，从而形成所述多个三维研磨复合物。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述表面处理过的二氧化铈填料粒子具有选自如下的表面处理：硅烷、钛酸酯或盐、锆酸酯或盐、有机磷酸酯或盐、有机磺酸酯或盐、聚醚酸、含有羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐和聚(甲基)丙烯酸酯或盐的组分的反应产物，以及它们的组合。

14.根据权利要求13所述的结构化固定磨具，其中所述表面处理和所述聚合物粘结剂中的一者或两者包含丙烯酸β-羧乙酯的反应产物，任选其中所述表面处理和所述聚合物粘结剂中的一者或两者还包含单(甲基)丙烯酸酯或盐的反应产物。

15.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括自由基光引发剂，并且其中所述固化所述多个三维研磨复合物包括辐射固化所述聚合物粘结剂的前体。

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括自由基热引发剂，其中所述固化所述多个三维研磨复合物包括加热后固化所述基质材料。

17.根据权利要求15所述的方法，其中将所述多个表面处理过的二氧化铈填料粒子分散在所述聚合物粘结剂的前体中是在将所述多个二氧化铈磨粒分散在所述聚合物粘结剂的前体中之前进行的。

18.一种使用根据权利要求1所述的结构化固定磨具的方法，所述方法包括：提供结构化固定磨具，所述制品包括多个固定至所述磨具的三维研磨复合物，其中所述研磨复合物包含多个在基质材料中的体积平均直径为100纳米至500纳米(nm)的二氧化铈磨粒，所述基质材料包含聚合物粘结剂和多个体积平均直径小于100nm的表面处理过的二氧化铈填料粒子；

通过至少部分地研磨所述基质材料以暴露至少一部分的所述二氧化铈磨粒来整理所述多个三维研磨复合物，从而制备所述结构化固定磨具的整理过的表面；

使工件与所述结构化固定磨具的整理过的表面接触；以及

任选在存在液体介质的情况下，相对移动所述工件和所述结构化固定磨具。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述工件包括硅晶片。

20.根据权利要求18所述的方法，其中至少部分地研磨所述基质材料以暴露至少一部分的所述二氧化铈磨粒还包括：使所述多个三维研磨复合物与包含金刚石颗粒或化学气相沉积金刚石中的至少一者的垫整理器的表面接触；以及相对移动所述结构化固定磨具和所述垫整理器。

说明书

包含表面处理过的纳米二氧化铈填料的结构化固定磨具及

其制备和使用方法

[0001] 相关专利申请的交叉引用

[0002] 本专利申请是提交于2007年2月5日、如美国专利No.7,497,885所公布的美国专利申请No.11/671,037的部分继续申请，美国专利No.7,497,885要求提交于2006年12月22日的美国临时专利申请No.60/871,720的优先权，这些专利的公开内容全文以引用方式并入本文中。

技术领域

[0003] 本发明涉及包含亚微米二氧化铈磨粒和表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子的结构化固定磨具以及制备和使用这些制品的方法。本发明还涉及所述结构化固定磨具在基底的化学机械平面化(CMP)加工中的用途。

背景技术

[0004] 磨具常常用于精密磨削用途，如半导体晶片抛光、微电机(MEM)设备制造、硬盘驱动器基底的精修、光学纤维和连接器的抛光等等。例如，在集成电路制造过程中，半导体晶片通常经受许多加工步骤，包括金属和介电层的沉积，层的图案化，以及蚀刻。在各加工步骤中，可能必须或最好修整或精制该晶片的暴露表面以备其用于后继的制造或制备步骤。该表面修整工艺通常可用于修整沉积的导体，例如，金属、半导体和/或电介质材料。该表面修整工艺还可用于在具有导电材料、电介质材料或组合的暴露区域的晶片上形成平坦的外暴露表面。

[0005] 修整或精修结构化晶片的暴露表面的一种最近的方法是用固定磨具处理晶片表面。在使用中，通常在存在工作液的情况下，使该固定磨具以适于修整晶片上的材料层并提供平坦的、均匀的晶片表面的运动接触半导体晶片表面。可将工作液施加至晶片表面上，以在磨具的作用下化学修整或以其他方式促进从晶片表面上去除材料。

发明内容

[0006] 在化学机械平面化(CMP)过程中形成于基底中的缺陷是电子工业中关注的主要问题。减小CMP中所使用的磨粒的粒度是可有效减少缺陷的一种方法。然而，由于基底移除速率与磨粒粒度成比例，磨粒粒度的减小将通常预期导致基底材料的降低的移除速率。本发明的发明人已惊奇地发现，将小部分的较大亚微米二氧化铈磨粒与较小的表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子在粘结剂基质材料中共混而形成的结构化固定磨具，可用于CMP中以保持用较大的磨粒所获得的所需高移除速率，同时实现与使用纳米尺寸的磨粒相关的缺陷减少。

[0007] 在一些示例性实施例中，混合100-500纳米(nm)的二氧化铈磨粒与表面处理过的体积平均直径小于100nm的二氧化铈填料粒子提供了高移除速率和减少的硅晶片CMP中的缺陷的协同增强效应。相比之下，仅包含纳米尺寸的二氧化铈粒子的固定磨具获得太低以至于实际不可用的材料移除速率。

[0008] 因此，在一个方面，本发明涉及结构化固定磨具，所述制品包括多个固定至磨具的三维研磨复合物，其中该研磨复合物包含多个在基质材料中的体积平均直径为100nm至500nm的二氧化铈磨粒，该基质材料包含聚合物粘结剂和多个表面处理过的体积平均直径小于100nm的二氧化铈填料粒子。在其他示例性实施例中，成形的研磨复合物包括精确成形的研磨复合物。在某些示例性实施例中，精确成形的研磨复合物可基本上由大致垂直于结构化固定磨具的主表面纵向取向的柱子组成。在某些示例性实施例中，结构化固定磨具还包括背衬、粘合剂和子垫中的一者或多者。

[0009] 在一些示例性实施例中，二氧化铈磨粒的体积平均直径为100nm至200nm。在其他示例性实施例中，表面处理过的二氧化铈填料粒子的体积平均直径不大于25nm。在另外的示例性实施例中，基于研磨复合物的总重量，二氧化铈磨粒的存在量为至多50重量％。在另外的示例性实施例中，基于研磨复合物的总重量，表面处理过的二氧化铈填料粒子的存在量为至少10重量％。

[0010] 在某些示例性实施例中，聚合物粘结剂包含一种或多种(甲基)丙烯酸类单体的反应产物。在一些示例性实施例中，表面处理过的二氧化铈填料粒子具有选自如下的表面处理：硅烷、钛酸酯或盐、锆酸酯或盐、有机磷酸酯或盐、有机磺酸酯或盐、聚醚酸、含有羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐和聚(甲基)丙烯酸酯或盐的组分的反应产物，以及它们的组合。在另外的示例性实施例中，表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者包含丙烯酸β-羧乙酯的反应产物。任选地，表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者还可包含单(甲基)丙烯酸酯或盐的反应产物。

[0011] 在另一方面，本发明涉及制备结构化固定磨具的方法，该方法包括：

[0012] 将多个体积平均直径小于100纳米(nm)的表面处理过的二氧化铈填料粒子分散在聚合物粘结剂的前体中；

[0013] 将多个体积平均直径为100nm至500nm的二氧化铈磨粒分散在聚合物粘结剂的前体中；

[0014] 由在聚合物粘结剂的前体中的表面处理过的二氧化铈填料粒子和二氧化铈磨粒的混合物形成多个三维研磨复合物；以及

[0015] 固化该多个三维研磨复合物，从而形成包含结构化固定磨具的基质材料的聚合物粘结剂。

[0016] 在一些目前优选的实施例中，形成所述多个三维研磨复合物还包括在背衬上形成所述混合物的层，以及将所述层与具有多个精确成形的腔的生产工具接触，从而形成所述多个三维研磨复合物。

[0017] 在一些示例性实施例中，表面处理过的二氧化铈填料粒子具有选自如下的表面处理：硅烷、钛酸酯或盐、锆酸酯或盐、有机磷酸酯或盐、有机磺酸酯或盐、聚醚酸、含有羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐和聚(甲基)丙烯酸酯或盐的组分的反应产物，以及它们的组合。在某些示例性实施例中，表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者包含丙烯酸β-羧乙酯的反应产物，任选其中表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者还包含单(甲基)丙烯酸酯或盐的反应产物。

[0018] 在某些示例性实施例中，聚合物粘结剂的前体还包含自由基光引发剂，并且固化多个三维研磨复合物包括辐射固化聚合物粘结剂的前体。在一些另外的示例性实施例中，聚合物粘结剂的前体还包含自由基热引发剂，并且固化多个三维研磨复合物包括通过加热来后固化基质材料。在另外的示例性实施例中，将多个表面处理过的二氧化铈填料粒子分散在聚合物粘结剂的前体中在将多个二氧化铈磨粒分散在聚合物粘结剂的前体中之前进行。

[0019] 另外，本发明的发明人已发现，在一些示例性实施例中，在抛光基底之前或抛光基底的过程中将整理技术应用到如上所述的结构化固定磨具的表面，可提供改善移除速率和晶片内不均匀性(WIWNU)的有效方法。

[0020] 因此，在另一方面，本发明涉及使用结构化固定磨具的方法，所述方法包括：

[0021] 提供结构化固定磨具，所述制品包含多个固定至磨具的三维研磨复合物，其中研磨复合物包含多个在基质材料中的体积平均直径为100纳米至500纳米(nm)的二氧化铈磨粒，所述基质材料包含聚合物粘结剂和多个体积平均直径小于100nm的表面处理过的二氧化铈填料粒子；

[0022] 通过至少部分地研磨所述基质材料以暴露至少一部分的二氧化铈磨粒来整理所述多个三维研磨复合物，从而制备所述结构化固定磨具的整理过的表面；

[0023] 使工件与所述结构化固定磨具的整理过的表面接触；以及

[0024] 任选在存在液体介质的情况下，相对移动工件和结构化固定磨具。

[0025] 在某些示例性实施例中，至少部分地研磨所述基质材料以暴露至少一部分的二氧化铈磨粒还包括使所述多个三维研磨复合物与包含金刚石粒子或化学气相沉积金刚石中的至少一者的垫整理器的表面接触；以及相对移动所述结构化固定磨具和所述垫整理器。在一些示例性实施例中，工件包括硅晶片。

[0026] 本发明的一个或多个实施例的优点的是制备改善的固定磨具以用于CMP工艺。在一些示例性实施例中，固定磨具可用于研磨电介质材料。在其他示例性实施例中，固定磨具可用于抛光沉积在晶片上的金属层，例如铜、铝或钨层。在某些示例性实施例中，这类固定磨具可为耐用的，例如，磨具能够处理至少5-20，并且甚至30或更多的晶片。在一些实施例中，磨具还可提供良好的电介质材料移除速率。另外，在某些实施例中，磨具能够产生具有合格的平面度、表面光洁度和最小凹陷的半导体晶片。

[0027] 已对本发明的示例性实施例的多种方面和优点进行了概述。以上概述并非旨在描述本发明的每个图示实施例或每项具体实施。随后的附图和具体实施方式将更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施例。

附图说明

[0028] 图1是根据本发明的一个示例性实施例的结构化固定磨具的透视图。

[0029] 图2是根据本发明的一个示例性实施例整理晶片的表面的方法的示意性侧视图。

[0030] 图3是示出了使用根据本发明的一个示例性实施例的示例性结构化固定磨具的硅晶片抛光性能的图。

[0031] 图4是示出了使用根据本发明的一个示例性实施例的示例性结构化固定磨具的硅晶片抛光性能的另一个图。

[0032] 图5是示出了使用根据比较例的包含表面处理过的纳米二氧化铈填料的结构化固定磨具的硅晶片抛光性能的图。

具体实施方式

[0033] 术语表

[0034] 下列定义适用于本公开全文：

[0035] “固定磨具”是除了在研磨工艺过程中可释放不连接的磨粒外基本上不含不连接的磨粒的一体化磨具。

[0036] “三维磨具”是这样的磨具，其具有贯穿其厚度的至少一部分而延伸的大量磨粒，使得在研磨过程中移除一些颗粒会使能够执行研磨功能的另外磨粒暴露出来。

[0037] “纹理化磨具”是具有凸起部分和凹陷部分的磨具，其中至少凸起部分包含磨粒和聚合物粘结剂。

[0038] “可蚀磨具”是会在使用条件下以可控方式毁掉的磨具。

[0039] “研磨复合物”是指全体一起提供纹理化的三维磨具的多种成形团粒中的一种，所述磨具包括磨粒和聚合物粘结剂。

[0040] “精确成形的研磨复合物”是指有模制形状的研磨复合物，该模制形状基本上是从模具中移除复合物后可保留下来的模具腔体的反相。在某些实施例中，在磨具被使用之前，复合物可基本上不含凸出超过该形状的暴露表面的磨粒，例如，如美国专利No.5,152,917(Pieper等人)中所述。

[0041] “结构化固定磨具”是指包括多个研磨复合物的纹理化的固定研磨三维磨具，所述研磨复合物可为精确成形的研磨复合物。

[0042] 术语“氧化铈”和“二氧化铈”可互换地指Ce(IV)O2；

[0043] 术语“二氧化铈磨粒”是指任何包含氧化铈和具有等于或大于二氧化铈的硬度的粒子。

[0044] 术语“表面处理过的二氧化铈填料粒子”是指任何包含氧化铈且具有包含表面处理(例如，化学或物理表面处理)的表面的粒子。

[0045] 术语“表面处理过的纳米二氧化铈填料”、“表面处理过的纳米二氧化铈粒子”和“表面处理过的纳米二氧化铈颗粒”可互换地指多个具有小于100纳米的体积平均直径的表面处理过的二氧化铈填料粒子。

[0046] “基质材料”是指二氧化铈磨粒分散在其中的材料。如本文所用，基质材料包含聚合物粘结剂和分散在聚合物粘结剂内的多个表面处理过的纳米二氧化铈无机填料粒子。

[0047] “溶胶”是指分散在液体介质中的非聚集的胶粒的总称。

[0048] “胶质金属氧化物颗粒”是指优选形状为球形的、体积平均直径不大于1,000纳米的金属氧化物颗粒。

[0049] “陶瓷聚合物”是指包含分散在聚合物粘结剂前体中的基本上非聚集的胶质金属氧化物颗粒的组合物。

[0050] 术语“羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐”是指具有共价连接到羧基(-CO2H)或羧酸根(-CO2-)基团上的(甲基)丙烯酸酯或盐基团的化合物。

[0051] 术语“(甲基)丙烯酰基”包括丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基。

[0052] 术语“聚(甲基)丙烯酸酯或盐”是指具有至少两个(甲基)丙烯酸酯或盐基团的化合物。

[0053] 术语“可见光”是指波长在400纳米至700纳米(包括两个端点)范围内的光。

[0054] 术语“透明的”是指能够透过可见光以使得基本上可以看到目标或图像，如同没有插入材料那样。

[0055] 术语“半透明的”是指至少部分地透明。

[0056] 术语“至少半透明”是指半透明或透明。

[0057] 术语“透光率”是指穿透目标的入射光的分数。

[0058] 在本发明中，除非另外指明，否则所有的粒度参考旨在指例如使用激光散射所确定的体积平均粒径。

[0059] 通常，本发明涉及用于在化学机械平面化(CMP)处理中抛光诸如晶片之类的工件的固定磨具。本发明的发明人发现需要当用于CMP处理中时显示具有更长的寿命和其他性能增强的改善的固定磨具。为了描述本发明，将描述适用于加工在电子器件制造中使用的半导体晶片形式的工件的磨具的非限制性实例。本领域技术人员将理解可以使用其他工件。例如，MEMS设备、用于硬盘驱动的基底等可以通过本发明的制品来研磨。在一些实施例中，本发明的磨具和方法特别适用于精密磨削应用。

[0060] 在本领域中已描述了在制造半导体器件过程中用于精修操作的固定磨具。它们提供了所获得的结果方面(例如平面性)和诸如废磨料浆液之类的加工材料的处理方面的有益效果。另外，它们通常用于导致在晶片表面上剩余较少的碎屑的工艺中。这些碎屑可能需要广泛的清洁操作并且可以导致较低的器件产率，尤其是当特征尺寸减小时。

[0061] 相对于用于CMP的固定磨具的上述讨论，申请人已发现使用等体积量的纳米颗粒无机填料粒子代替磨粒的一部分可以基本上保持本领域所述的固定磨具的研磨性能，同时增加制品的总寿命。这种替代与本领域的教导相反，其教导优化磨粒与聚合物粘结剂的比率以具有所需的模压速率，然后任选引入增塑剂、微颗粒填料(即体积平均粒径大于一微米或1,000纳米的填料)和其他试剂以修改研磨复合物的可侵蚀性。

[0062] 本领域教导磨具的很大程度的可侵蚀性对于置换磨具表面处的磨损的磨粒以防止当暴露的磨粒变钝时晶片电介质材料移除速率降低而言是必要的。本领域还教导增加可侵蚀性的程度会引起磨具的使用寿命的相应降低。因此，努力增加固定磨具的耐久性会导致当磨粒钝化时材料移除速率的相应降低。或者，努力增加固定磨具的材料移除速率不可避免地导致不期望的制品使用寿命的降低。

[0063] 尽管不希望受任何具体理论的束缚，申请人已发现使用分散在形成固定磨具的研磨复合物的基质材料内的纳米颗粒无机填料粒子来替代磨粒基本上可保持研磨复合物的材料移除速率，同时增加固定磨具的耐久性和寿命。因此在某些实施例中，以纳米颗粒无机填料替代磨粒的一部分可以导致磨具总寿命的意想不到的增加，同时保持比期望的材料移除速率更高的速率，该速率与仅包含相当体积分数的磨粒的磨具的材料移除速率类似并且在一些情况下更大。

[0064] 在化学机械平面化(CMP)过程中形成于基底中的缺陷是电子工业中关注的主要问题。减小CMP中所使用的磨粒的粒度是可有效减少缺陷的一种方法。然而，由于基底移除速率与磨粒粒度成比例，磨粒粒度的减小将通常预期导致基底材料的降低的移除速率。本发明的发明人已惊奇地发现，将小部分的较大亚微米二氧化铈磨粒与较小的表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子在粘结剂基质材料中共混而形成的结构化固定磨具，可用于CMP中以保持用较大的磨粒所获得的所需高移除速率，同时实现与使用纳米尺寸的磨粒相关的缺陷减少。

[0065] 在一些示例性实施例中，混合100-500纳米(nm)的二氧化铈磨粒与表面处理过的体积平均直径小于100nm的二氧化铈填料粒子提供了高移除速率和减少的硅晶片CMP中的缺陷的协同增强效应。相比之下，仅包含纳米尺寸的二氧化铈颗粒的固定磨具获得太低以至于实际不可用的材料移除速率。尽管不希望受任何具体理论的束缚，但我们相信通过使用较大的亚微米磨粒实现了较高的移除速率，而通过使用较小纳米尺寸的填料粒子减少了缺陷。

[0066] 另外，本发明的发明人已发现，在一些示例性实施例中，在抛光基底之前或抛光基底的过程中将整理技术应用到如上所述的结构化固定磨具的表面，可提供改善移除速率和晶片内不均匀性(WIWNU)的有效方法。尽管不希望受任何具体理论的束缚，但我们相信这可能是有益的，因为纳米粒子是如此小，使得它们嵌入粘结剂材料中，在使用之前或之中进行整理移除至少一部分的粘结剂或其他基质材料，从而在固定磨具的表面暴露更多的磨粒和/或磨粒表面。

[0067] 现在将具体参照附图描述本发明的各种示例性实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的示例性实施例进行各种修改和更改。因此，应当理解，本发明的实施例并不限于以下所述的示例性实施例，而是受权利要求书及其任何等同物中提出的限制约束。

[0068] 固定磨具

[0069] 在根据本发明的一些示例性实施例中，制备了包括多个三维研磨复合物的固定磨具。在制备固定磨具的一个示例性方法中，形成多个三维研磨复合物。研磨复合物包含多个分散在基质材料中的体积平均直径小于500纳米的磨粒。基质材料还包括聚合物粘结剂和多个体积平均直径不大于约200纳米的分散的无机填料粒子。

[0070] 在一个方面，本发明涉及结构化的固定磨具，所述制品包括多个固定至磨具的三维研磨复合物，其中该研磨复合物包含多个在基质材料中的体积平均直径为100至500纳米(nm)的二氧化铈磨粒，该基质材料包含聚合物粘结剂和多个表面处理过的体积平均直径小于100nm的二氧化铈填料粒子。

[0071] 在一些示例性实施例中，成形的研磨复合物包括精确成形的研磨复合物。在某些示例性实施例中，精确成形的研磨复合物可基本上由大致垂直于结构化固定磨具的主表面纵向取向的柱子组成。在本文所述结构化固定磨具的一些实施例中，研磨复合物为“三维的”，使得存在大量穿过磨具的厚度的至少一部分的磨粒。磨具还可伴随具有“纹理”，即，其为“纹理化的”磨具。这可以参照Culler等人(美国专利No.5,942,015)的图3中示出的磨具看出，其中锥形复合物为凸起部分，并且其中在棱锥之间的谷为凹陷部分。

[0072] 凹陷部分可以充当有助于在整个晶片表面分布工作液的通道。凹陷部分还可以充当有助于移除来自晶片和磨具界面的磨损磨粒和其他碎片以最小化不良刮擦的通道。凹陷部分还可以最小化本领域已知的称为“粘滞”的现象。如果研磨表面太平滑而不是纹理化的，则磨具往往会粘着至晶片表面或变为嵌到晶片表面。最后，凹陷部分可使得在磨具的凸起部分上具有较高单位压力和剪切力，从而有助于从研磨表面排出钝的磨粒，而暴露新的磨粒。

[0073] 在某些示例性实施例中，结构化固定磨具还包括背衬、粘合剂和子垫中的一者或多者。在某些示例性实施例中，结构化磨具可以为包含具有第一主表面和第二主表面的背衬(如以下进一步描述的)和多个分布在背衬的第一主表面的研磨复合物的三维固定磨具。在一些实施例中，该背衬可为基本上不透明的。在其他示例性实施例中，该背衬可为透明或半透明的。

[0074] 可将粘合剂，例如压敏粘合剂，施用至背衬的相对表面(未示出)。可用粘合剂将背衬的背表面附接到子垫从而将结构化磨具固定到子垫。合适的子垫描述于例如美国专利No.5,692,950和No.6,007,407中。

[0075] 另外，在某些实施例中，结构化磨具可为固定到子垫的磨料层形式。磨料层可以通过涂布、挤出或任何本领域的技术人员已知的方法形成。子垫可以具有前表面和背表面，并且研磨层可存在于子垫的前表面和/或背表面上。可将磨料层施加至背衬的前表面，如图1所示。

[0076] 因此，特别参考图1，在一些实施例中，结构化固定磨具100可以包括膜背衬110、设置在至少背衬110上并包括多个成形的研磨复合物130的磨料层120。成形的研磨复合物130包括多个在基质材料中的体积平均直径为100nm至500nm的二氧化铈磨粒，该基质材料包含聚合物粘结剂和多个表面处理过的体积平均直径小于100nm的二氧化铈填料粒子。

[0077] 在一些实施例中，本发明的结构化磨具通常可为圆形形状，例如研磨盘的形式。圆形研磨盘的外边缘优选为平滑的，或者可以为有圆齿的(scalloped)。该结构化磨具还可以为椭圆形的形式或为任何多边形形状，如三角形、正方形、矩形等等。或者，在另一个实施例中磨具可为束带的形式。该磨具可以以辊的形式提供，通常在磨料领域称为磨料带辊(tape rolls)。通常，该磨料带辊可以在CMP处理中连续标记或移动。可将磨具打孔以提供穿过研磨涂层和/或背衬的开口，以允许在使用液体介质之前、之中和/或之后使其通过。

[0078] 在某些示例性实施例中，磨具可为耐用的，例如磨具能够加工至少两个、优选至少5个、更优选至少20个，并且最优选至少30个晶片。在一些示例性实施例中，固定磨具可用于研磨和/或抛光沉积在晶片上的金属层，例如铜、铝或钨层。在一些实施例中，磨具可提供良好的电介质材料移除速率。另外，在某些实施例中，磨具能够产生具有合格的平面度、表面光洁度和最小凹陷的半导体晶片。在一些实施例中，晶片的材料组成、结构和特征尺寸可以影响磨具的组成和结构的选择。用于制备磨具的材料、所需纹理和/或工艺可影响是否能达到这些标准。

[0079] 二氧化铈磨粒

[0080] 如上文所述，根据本发明的研磨复合物包含分散在基质材料中的直径为100-500nm(如亚微米)的二氧化铈磨粒，所述基质材料包括聚合物粘结剂和体积平均直径小于100纳米的表面处理过的二氧化铈填料粒子。

[0081] 二氧化铈磨粒在研磨复合物中的占有量可以有差别。在一些示例性实施例中，基于研磨复合物的总重量，所述二氧化铈磨粒的存在量为至多50重量％，至多40重量％，至多30重量％，至多20重量％，或至多10重量％。在某些示例性实施例中，基于研磨复合物的总重量，所述二氧化铈磨粒的存在量为至少5重量％，至少10重量％，至少20重量％，至少30重量％，或至少40重量％。

[0082] 所述磨粒包含二氧化铈(即氧化铈)。鉴于本发明的目的，二氧化铈磨粒还可包含其他材料，所述材料相对于由二氧化铈磨粒产生的磨蚀，不研磨晶片表面至任何明显的程度。因此，包含二氧化铈和其他材料的颗粒物质是否将充当二氧化铈磨粒在一定程度上取决于该材料的化学组成、构成磨具的磨料的组成和尺寸、被研磨的基底的组成(例如晶片的组成)以及任选的工作液的组成。例如，可能该材料会在一种晶片表面的情况下充当无机填料粒子，而在不同的晶片表面的情况下充当磨粒。

[0083] 磨粒的尺寸可以部分地基于工件的具体组成(例如晶片组成和结构)和在研磨工艺中使用的任选的工作液的选择来进行选择。在示例性实施例中，二氧化铈磨粒的体积平均直径为100nm至200nm。在几乎所有情况下都存在磨粒粒度范围或磨粒粒度分布。因此，在某些示例性实施例中，选择二氧化铈磨粒以显示具有至少0.1微米(100nm)和不大于0.5微米(500nm)的体积平均粒径。在某些情况下，二氧化铈磨粒的体积平均粒径选择为0.45微米(450nm)、0.35微米(350nm)、0.25微米(250nm)或甚至低至0.1微米(100nm)。

[0084] 在一些情况下，优选的是严格控制粒度分布，使得所得的磨具在晶片上提供非常一致的表面光洁度。将认识到，该二氧化铈粒子可以包含更小的原生二氧化铈粒子的附聚体和/或聚集体。例如，该二氧化铈粒子(无论是以原生粒子、附聚体、聚集体或其组合形式存在)可以具有按体积计在100nm、200nm、300nm或400nm至最高为500nm或更低范围内的平均粒度。

[0085] 该二氧化铈磨粒可以以例如粉末、分散体或溶胶的形式供给；然而，该二氧化铈磨粒通常作为粉末供给。该磨粒可以均匀或不均匀地分散在该聚合物粘结剂中。术语“分散”是指被分布在整个聚合物粘结剂中的磨粒和/或纳米颗粒填料粒子。通常优选的是磨粒和/或纳米颗粒(即纳米二氧化铈)填料粒子被均匀地分散，以使得所得的研磨涂层提供更一致的研磨处理。

[0086] 在一些实施例中，磨粒可以作为磨料聚集体供给。磨料聚集体的例子可见于美国专利No.6,551,366和No.6,645,624中。

[0087] 表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子

[0088] 固定磨具还包括表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子。纳米二氧化铈填料粒子包含二氧化铈(即氧化铈)。在本发明中，表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子还可包含其他颗粒材料，所述材料相对于由二氧化铈磨粒产生的磨蚀，不研磨晶片表面至任何明显的程度。因此，颗粒材料是否为表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子将取决于材料的化学组成、构成磨具的磨料的组成和尺寸、被研磨的基底的组成(例如晶片的组成)以及任选的工作液的组成。可能的是，该材料在一种晶片表面的情况下充当无机填料粒子，而在不同的晶片表面的情况下充当磨粒。

[0089] 表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子可以改变磨具的可侵蚀性。在使用适当的表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子和量的一些情况下，该表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子可以降低磨具的可侵蚀性。在其它实施例中，表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子可降低因使用结构化固定磨具抛光特定基底所造成的缺陷。还可以选择表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子以降低磨具的成本、改变聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体的流变性、和/或改变磨具的研磨特性。

[0090] 表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子在研磨复合物中的占有量可以改变。在示例性实施例中，基于研磨复合物的总重量，表面处理过的二氧化铈填料粒子的存在量为至少10重量％。在一些示例性实施例中，基于研磨复合物的总重量，表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子的存在量为至多80重量％、至多70重量％、至多60重量％、至多50重量％、至多
40重量％、至多30重量％、至多20重量％或至多10重量％。在某些示例性实施例中，基于研磨复合物的总重量，表面处理过的二氧化铈填料粒子的存在量为至少1重量％、至少5重量％、至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％或至少60重量％。

[0091] 在示例性实施例中，表面处理过的二氧化铈填料粒子的体积平均直径不大于100nm。在一些示例性实施例中，表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子的优选体积平均直径可选择为不大于约100nm，更优选不大于约80nm，甚至更优选不大于约70nm，还更优选不大于约60nm。在某些目前优选的实施例中，填料粒子显示具有的体积平均直径为至少约5nm，更优选至少约10nm，甚至更优选至少约25nm。目前优选的是为粒子的胶质分散体形式的表面处理过的纳米二氧化铈填料。

[0092] 特别适用于本发明的胶质氧化铈纳米颗粒填料粒子为非聚集的金属氧化物粒子，其作为溶胶分散并且平均粒径为约5nm至不大于100nm，优选约10nm至约75nm，更优选约25nm至约60nm，并且还更优选约35nm至约55nm。根据将金属氧化物粒子分散在聚合物粘结剂中的方便性和磨具寿命的增加以及磨具用于抛光基底时的缺陷的减少，这些粒度范围为优选的。

[0093] 获得平均粒度小于100纳米的二氧化铈溶胶的方法与来源在本领域是公知的。适用于本发明的二氧化铈分散体和溶胶包括例如可从供应商如Evonik Degussa Corp.(Parsippany，NJ)；Rhodia，Inc.(Cranberry，NJ)；Ferro Corporation(Cleveland，OH)和Umicore SA(Brussels，Belgium)商购的二氧化铈溶胶和分散体。

[0094] 将表面处理过的纳米二氧化铈填料分散在聚合物粘结剂中对于增加本发明的磨具的使用寿命而言是重要的。将纳米二氧化铈填料掺入至聚合物粘结剂中的优选方法是将聚合物粘结剂与溶胶掺混。更优选的是将聚合物粘结剂前体与溶胶掺混。在将溶胶的液体介质的相当一大部分从聚合物粘结剂前体-溶胶混合物中移除之后，优选的是形成陶瓷聚合物，即包含纳米二氧化铈填料的胶质金属氧化物粒子为基本上非聚集的。该陶瓷聚合物优选基本上不含溶胶的液体介质。更优选地，陶瓷聚合物包含小于5重量％的溶胶的液体介质，最优选包含小于1重量％的溶胶的液体介质。

[0095] 适合作为胶质金属氧化物粒子的分散剂的液体介质的代表性例子包括水、含水的醇溶液、低级脂肪醇、甲苯、乙二醇、二甲基乙酰胺、甲酰胺，以及它们的组合。优选的液体介质是水。当胶质氧化铈粒子分散于水中时，由于每个粒子表面共同的电荷(其趋向于促进分散而不是凝聚)，粒子为稳定的。相同荷电粒子相互排斥，从而防止聚集。可用于制备纳米二氧化铈陶瓷聚合物的溶胶可以通过本领域熟知的方法制备。

[0096] 在一些示例性实施例中，磨粒可以均匀或不均匀地分散在聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体中，如以下进一步描述的。术语“分散”是指磨粒遍布在聚合物粘结剂中。二氧化铈粒子基本上均匀地分散于粘结剂中通常可提高结构化固定磨具的性能。

[0097] 纳米颗粒无机填料在特定聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体中的分散性可以取决于表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子的表面处理剂的选择。通常，优选的是使用两种或更多种表面处理剂的混合物产生所需程度的分散。基本上未聚集的纳米颗粒无机填料在聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体中的分散体为优选的。

[0098] 因此，在示例性实施例中，纳米二氧化铈填料具有包含一种或多种表面处理剂的表面处理。在一些示例性实施例中，表面处理过的二氧化铈填料粒子具有选自如下的表面处理：硅烷、钛酸酯或盐、锆酸酯或盐、有机磷酸酯或盐、有机磺酸酯或盐、聚醚酸、含有羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐和聚(甲基)丙烯酸酯或盐的组分的反应产物，以及它们的组合。

[0099] 适用于本发明的硅烷表面处理剂的例子包括辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、三-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]异氰脲酸酯、乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-乙氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、双-(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三烷氧基硅烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基烷基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基烷基三甲氧基硅烷、苯基三氯甲硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、A1230专有非离子硅烷分散剂(可得自OSI Specialties，Inc.(Danbury，CT))以及它们的混合物。市售的表面处理剂的例子包括“A174”和“A1230”(可得自OSI Specialties，Inc.(Danbury，CT))。

[0100] 在另外的实施例中，纳米二氧化铈填料粒子可以具有由提供聚合物粘结剂和/或聚合物粘结剂前体中的一者或多者与纳米二氧化铈填料粒子的表面之间的联接的表面处理形成的表面处理。当需要时，可结合表面处理剂的化学组成来选择聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体以及纳米二氧化铈填料粒子的表面的化学组成，以有利于这种联接。在一些实施例中，可以通过聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体与表面处理剂之间固有的吸引力(例如，范德华力)；和表面处理剂与纳米二氧化铈填料粒子的表面之间固有的吸引力来实现联接。在另外的实施例中，可以由聚合物粘结剂、聚合物粘结剂前体、表面处理剂和纳米二氧化铈填料粒子的表面中的一者或多者的官能团之间的化学反应(包括酸碱相互作用和离子相互作用)来实现联接。

[0101] 因此，通常可用的是用羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐来处理二氧化铈粒子以有利于它们的分散性和/或降低聚集，以及增强后续与聚合物粘结剂的连接，尤其是在该粘结剂包含碱性聚合物(例如羟基-官能化聚合物或(甲基)丙烯酸聚合物)时。示例性的羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐包括(甲基)丙烯酸、马来酸的单烷基酯、富马酸、富马酸的单烷基酯、马来酸、衣康酸、异巴豆酸、巴豆酸、柠康酸和(甲基)丙烯酸β-羧乙酯。

[0102] 在用羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐处理该二氧化铈粒子的一种示例性方法中，将二氧化铈粒子在水性介质(例如，水)中的分散体(例如溶胶)与聚醚酸和羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐(以各自足以表面处理并由此稳定化该二氧化铈粒子的量)及沸点比水更高的可与水混溶性有机溶剂混合。通常，聚醚酸对羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐的比例在大约3∶5至5∶3的范围内，尽管可以使用其他比例。可用溶剂的例子包括1-甲氧基-2-丙醇、二甲基甲酰胺和二甘醇二甲醚。一旦混合，在减压下蒸发以基本除去水，得到其中缔合的羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐分子使该二氧化铈粒子稳定化以防止聚集的二氧化铈分散体。所得二氧化铈分散体通常容易与聚(甲基)丙烯酸酯或盐和任选的单(甲基)丙烯酸酯或盐单体，以及任何额外的可以包括在该粘结剂前体中的羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐混合。

[0103] 虽然羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐通常用于促进二氧化铈粒子与该粘结剂的粘合，包括聚醚酸以主要用于促进二氧化铈粒子在该粘结剂(或其前体组分)和/或溶剂中的分散稳定性。如本文所用，该术语是指具有共价连接到酸性基团上或其盐上的聚醚链段的化合物。示例性的聚醚链段包括聚乙二醇链段、聚乙二醇链段以及混合的聚(乙二醇/丙二醇)链段。示例性的酸性基团包括-CO2H、-PO2H、-PO3H、-SO3H及其盐。在某些实施例中，聚醚酸具有最多12个碳原子，含12个，并且由下式表示：

[0104] R1-(R2-O)n-X-A

[0105] 其中：R1表示H、具有1至6个碳原子的烷基(例如，甲基、乙基或丙基)或具有12
至6个碳原子的烷氧基(例如，甲氧基、乙氧基或丙氧基)；每个R 独立地表示具有1至6个碳原子的二价亚烷基(例如，亚乙基、亚丙基或亚丁基)；n表示正整数(例如，1、2或3)；
并且X表示二价有机连接基团或共价键；并且A表示酸性基团(例如，如上所述)。示例性的此类聚醚酸包括2′-(2″-甲氧基乙氧基)乙基琥珀酸酯(单酯)、甲氧基乙氧基乙氧基乙酸和甲氧基乙氧基乙酸。

[0106] 基质材料和聚合物粘结剂

[0107] 在根据本发明的示例性结构化固定磨具中，研磨复合物由基质材料形成，所述基质材料可将磨粒固定在磨具中从而使磨粒在研磨过程中不容易与磨具分离。在某些实施例中，该基质材料包括聚合物粘结剂和多个分散在聚合物粘结剂内的纳米二氧化铈填料粒子。聚合物粘结剂可以(例如)包含聚合物或聚合物粘结剂前体。因此，在某些实施例中，聚合物粘结剂是预成形的聚合物。

[0108] 在某些实施例中，结构化固定磨具可包括多个分散在聚合物粘结剂中的磨粒。在某些实施例中，聚合物粘结剂的具体化学和机械性能对于磨具的性能而言是重要的。因此，可以选择聚合物粘结剂以提供磨具的所需特性。

[0109] 在某些实施例中，优选的聚合物粘结剂为可自由基固化的聚合物粘结剂前体。这些聚合物粘结剂前体在暴露于热能或辐射能时能够快速聚合。可自由基固化的聚合物粘结剂前体的一个优选的子集包括烯键式不饱和的聚合物粘结剂前体。这些烯键式不饱和聚合物粘结剂前体的例子包括氨基塑料单体或低聚物(具有α、β不饱和羰基侧基)、烯键式不饱和单体(例如丙烯酸酯或盐)或烯键式不饱和低聚物、丙烯酸酯或盐改性异氰脲酸酯单体、丙烯酸酯或盐改性聚氨酯低聚物、丙烯酸酯或盐改性环氧单体或低聚物、或稀释剂、丙烯酸酯或盐，以及它们的混合物。术语丙烯酸酯或盐包括丙烯酸酯或盐和甲基丙烯酸酯或盐。

[0110] 除了热固性聚合物粘结剂或粘结剂前体(以下描述的)之外，还可以使用热塑性聚合物粘结剂。合适的热塑性聚合物粘结剂的例子包括聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙缩醛聚合物、聚氯乙烯以及它们的组合。还可以使用任选与热固性树脂共混的水溶性聚合物粘结剂前体。水溶性聚合物粘结剂前体的例子包括聚乙烯醇、皮胶、或水溶性纤维素醚，例如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素。

[0111] 或者，在一些实施例中，磨具的聚合物粘结剂可以由有机聚合物粘结剂前体就地形成。聚合物粘结剂前体优选能够充分流动从而可涂覆并随后进行固化。可通过固化(如，聚合和/或交联)和/或通过干燥或仅仅冷却来实现硬化。聚合物粘结剂前体可以是有机溶剂基组合物、水基组合物，或者是100％固体(即，基本上无溶剂)组合物。可将热塑性或热固性聚合物或材料以及它们的组合用作聚合物粘结剂前体。

[0112] 粘结剂前体可以为单体、低聚物、聚合物形式或它们的组合。合适的聚合物粘结剂和聚合物粘结剂前体描述于美国专利No.6,194,317(Kaisaki等人)中。聚合物粘结剂前体可优选为可固化的有机材料(即，能够在暴露于热和/或其他能量源(例如，电子束、紫外线、可见光等)后发生聚合和/或交联，或在加入化学催化剂、水分、或其他能引起聚合物固化或聚合的试剂时随时间发生聚合和/或交联的聚合物或材料)。粘结剂前体例子包括环氧聚合物、氨基聚合物或氨基塑料聚合物(如烷基化脲-甲醛聚合物、三聚氰胺-甲醛聚合物和烷基化苯并胍胺甲醛聚合物)、丙烯酸酯或盐聚合物(包括丙烯酸酯或盐和甲基丙烯酸酯或盐，例如丙烯酸乙烯酯、丙烯酸酯或盐改性环氧树脂、丙烯酸酯或盐改性聚氨酯、丙烯酸酯或盐改性聚酯、丙烯酸酯或盐改性聚醚、乙烯基醚、丙烯酸酯或盐改性油、和丙烯酸酯或盐改性硅树脂)、醇酸聚合物(例如聚氨酯醇酸聚合物)、聚酯聚合物、反应性聚氨酯聚合物、酚醛树脂聚合物(例如可溶性酚醛树脂(resole)聚合物和线型酚醛清漆(novolac)聚合物)、酚醛/胶乳聚合物、环氧聚合物(例如双酚环氧聚合物)、异氰酸酯、异氰脲酸酯、聚硅氧烷聚合物(包括烷基烷氧基硅烷聚合物)或反应性乙烯基聚合物。

[0113] 在某些目前优选的实施例中，聚合物粘结剂包含一种或多种(甲基)丙烯酸类单体的反应产物。在某些目前优选的实施例中，粘结剂包含含有羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐和聚(甲基)丙烯酸酯或盐的组分的反应产物。如上所述，通常在将所得分散体与剩余粘结剂组分混合之前，将至少一部分羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐与该磨粒混合，尽管并非必需。在其他目前优选的实施例中，表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者包含丙烯酸β-羧乙酯的反应产物。任选地，表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者还可包含单(甲基)丙烯酸酯或盐的反应产物。

[0114] 当制备结构化固定磨具时，可以将聚合物粘结剂前体暴露于一些条件(通常能量源)下以帮助引发聚合物粘结剂前体的固化或聚合。在该聚合或固化步骤过程中，聚合物粘结剂前体可以被固化并转化成聚合物粘结剂。优选的是聚合物粘结剂前体包含可自由基固化的聚合物。在暴露于能量源(例如辐射能)时，可自由基固化的聚合物可被链延长和/或交联而形成聚合物粘结剂。

[0115] 在一些实施例中，组分还可以包含自由基光引发剂、自由基热引发剂、抗氧化剂、着色剂和填料(所述填料基本上不影响研磨性能)中的一者或多者。因此，通常由包含该组分且磨粒分散在其中的粘结剂前体(例如，以浆料形式)制备粘结剂。

[0116] 合适的粘结剂前体通常处于未固化状态，在环境条件或接近环境条件下可流动。通常将该粘结剂前体暴露于至少部分固化(即自由基聚合)该粘结剂前体的条件(通常为能量源)下，由此将其转化为能够保留分散的磨粒的粘结剂。示例性的能量源包括：电子束、紫外线辐射、可见光辐射、红外线辐射、γ-射线辐射、热及其组合。

[0117] 一些优选的可自由基固化的聚合物的例子包括(甲基)丙烯酸酯或盐单体、(甲基)丙烯酸酯或盐低聚物或(甲基)丙烯酸酯或盐单体和(甲基)丙烯酸酯或盐低聚物的组合。可用的聚(甲基)丙烯酸酯或盐包括具有至少两个(甲基)丙烯酸酯或盐基团的单体和/或低聚物；例如，三(甲基)丙烯酸酯或盐和四(甲基丙烯酸酯或盐)。示例性的聚(甲基丙烯酸酯或盐)包括：二(甲基)丙烯酸酯或盐，例如二(甲基)丙烯酸1，3-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，4-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，6-己二醇酯、单(甲基)丙烯酸单(甲基)丙烯酸1，6-己二醇酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、烷氧基化的脂族二(甲基)丙烯酸酯或盐、烷氧基化的二(甲基)丙烯酸环己烷二甲醇酯、烷氧基化的二(甲基)丙烯酸己二醇酯、烷氧基化的二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、己内酯改性的新戊二醇羟基新戊酸酯二(甲基)丙烯酸酯或盐、己内酯改性的新戊二醇羟基新戊酸酯二(甲基)丙烯酸酯或盐、二(甲基)丙烯酸环己烷二甲醇酯、二(甲基)丙烯酸二甘醇酯、二(甲基)丙烯酸二丙二醇酯、乙氧基化的(10)双酚A二(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的(3)双酚A二(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的(30)双酚A二(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的(4)双酚A二(甲基)丙烯酸酯或盐、羟基新戊醛改性的三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯或盐、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、聚乙二醇(200)二(甲基)丙烯酸酯或盐、聚乙二醇(400)二(甲基)丙烯酸酯或盐、聚乙二醇(600)二(甲基)丙烯酸酯或盐、丙氧基化新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯或盐、二(甲基)丙烯酸四甘醇酯、二(甲基)丙烯酸三环癸烷二甲醇酯、二(甲基)丙烯酸三甘醇酯、二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯；三(甲基)(甲基)丙烯酸酯或盐，如三(甲基)丙烯酸甘油酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的三(甲基)丙烯酸酯或盐(例如，乙氧基化的(3)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的(6)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的(9)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的(20)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐)、三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、丙氧基化的三(甲基)丙烯酸酯或盐(例如，丙氧基化的(3)三(甲基)丙烯酸甘油酯、丙氧基化的(5.5)三(甲基)丙烯酸甘油酯、丙氧基化的(3)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐、丙氧基化的(6)三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯或盐、三(2-羟乙基)异氰脲酸酯三(甲基)丙烯酸酯或盐；以及含有较高官能度(甲基)丙烯酰基的化合物，如二-三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯或盐、二-季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯或盐、乙氧基化的(4)季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯或盐、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯或盐、己内酯改性的二-季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯或盐；低聚的(甲基)丙烯酰基化合物，例如聚酯(甲基)丙烯酸酯或盐、环氧(甲基)丙烯酸酯或盐；以及它们的组合。此类化合物可广泛获自厂商，例如Exton，PA的Sartomer Co.；Smyrna，GA的UCB Chemicals Corporation；和Milwaukee，WI的Aldrich Chemical Company。

[0118] 该粘结剂前体可以包含有效量的至少一种光引发剂；例如，以从0.1重量％、1重量％或3重量％，至最高5重量％、7重量％或甚至10重量％或更高的量。可用的光引发剂包括已知用于自由基光固化(甲基)丙烯酸酯或盐的那些。示例性的光引发剂包括苯偶姻及其衍生物，例如α-甲基苯偶姻；α-苯基苯偶姻；α-烯丙基苯偶姻；α-苄基苯偶姻；苯偶姻醚，如苯偶酰二甲基缩酮(可以以商品名IRGACURE 651得自Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown，NY))、苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻正丁基醚；苯乙酮及其衍生物，如2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(可以以商品名DAROCUR 1173得自Ciba Specialty Chemicals)和1-羟基环己基苯基酮(可以以商品名IRGACURE 184得自Ciba Specialty Chemicals)；2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮(可以以商品名IRGACURE 907得自Ciba Specialty Chemicals)；2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(可以以商品名IRGACURE 369得自Ciba Specialty Chemicals)；和(苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)膦氧化物(可以以商品名IRGACURE819得自Ciba Specialty Chemicals，NY)。其他可用的光引发剂包括单-和双-酰基膦(例如，可以以商品名IRGACURE 1700、IRGACURE 1800、IRGACURE 1850和DAROCUR4265得自Ciba Specialty Chemicals)。

[0119] 该粘结剂前体可以包含有效量的至少一种热引发剂；例如，以从0.1重量％、1重量％或3重量％至最高5重量％、7重量％或甚至10重量％或更高的量。示例性的热自由基引发剂包括：偶氮化合物，例如2，2-偶氮-二异丁腈、2，2′-偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二(二苯基甲烷)、4，4′-偶氮二-(4-氰基戊酸)、(2，2′-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)(可以以商品名VAZO 52得自Wilmington，DE的E.I.du Pont de Nemours and Co.)；过氧化物，例如过氧化苯甲酰、过氧化枯基、过氧化叔丁基、过氧化环己酮、过氧化戊二酸和过氧化二月桂基；过氧化氢；氢过氧化物，例如叔丁基氢过氧化物和过氧化氢异丙苯；过酸，例如过乙酸和过苯甲酸；过硫酸钾；以及过酸酯，例如过碳酸二异丙酯。

[0120] 在一些实施例中，理想的是在该粘结剂前体中包含一种或多种单烯键式不饱和的可自由基聚合化合物；例如，以便在所得粘结剂中降低粘度和/或降低交联密度。示例性的单烯键式不饱和的可自由基聚合化合物包括：单(甲基)丙烯酸酯或盐，包括(甲基)丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸苯氧乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯或(甲基)丙烯酸十八烷基酯；N-乙烯基化合物，例如N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮或N-乙烯基己内酰胺；以及它们的组合。

[0121] 在某些情况下，研磨复合物可以由包含二氧化铈磨粒、表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子和聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体的浆液形成。在一些实施例中，按体积计，纳米二氧化铈填料粒子和二氧化铈磨粒占研磨复合物的不超过约70％，优选占研磨复合物的不超过约50％。在一些实施例中，在研磨复合物中磨粒的体积分数相对于磨粒和填料粒子的体积分数之比不大于约0.90，优选不大于0.75。

[0122] 在一些实施例中，按体积计，聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体占研磨复合物的至少约10％，占研磨复合物的至少约20％，占研磨复合物的至少约30％，占研磨复合物的至少约40％，或占研磨复合物的至少约50％。在某些实施例中，按体积计，聚合物粘结剂或聚合物粘结剂前体占研磨复合物的至多约90％，占研磨复合物的至多约80％，占研磨复合物的至多约70％，占研磨复合物的至多约60％，或占研磨复合物的至多约50％。

[0123] 基质材料和聚合物粘结剂可包含其他添加剂，例如磨粒表面修饰添加剂、分散剂、钝化剂、水溶性添加剂、水敏感剂、偶联剂、膨胀剂、纤维、抗静电剂、活性稀释剂、引发剂、助悬剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、染料、UV稳定剂、络合剂、链转移剂、促进剂、催化剂或活化剂。为了计算体积比率，将这些化合物作为聚合物粘结剂和基质材料体积的部分考虑。这些添加剂的量可由本领域的技术人员遵循本发明的指导容易地选择，从而得到所需的性质。

[0124] 任选的背衬、粘合剂和子垫

[0125] 在某些实施例中，结构化固定磨具还可包括具有第一主表面和第二主表面的背衬，以及多个分布在背衬的第一主表面上的研磨复合物。在一些实施例中，该背衬可为基本上不透明的。在其他示例性实施例中，该背衬可为透明或半透明的。

[0126] 多种背衬材料适用于该目的，包括柔性背衬和更刚性的背衬。背衬可以选自此前已被用于磨具的材料，例如纸张、非织造材料、布、处理过的布、聚合物膜、预处理的聚合物膜、金属箔、它们的处理过的类型，以及它们的组合。一个优选的背衬类型为聚合物膜。这些聚合物膜的例子包括聚酯膜、共聚酯膜、微孔聚酯膜、聚亚酰胺膜、聚酰胺膜、聚乙烯醇膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜等。在目前优选的实施例中，背衬可以为预处理的聚酯膜。

[0127] 聚合物膜背衬的厚度通常可为从约20微米，优选从约50微米，最优选从约60微米；并且到约1,000微米，更优选到约500微米，最优选到约200微米的范围。背衬的至少一个表面可以涂布有基质材料和磨粒。在某些实施例中，背衬可以为厚度均匀的。如果背衬不是厚度充分均匀的，则可能会导致在CMP处理中晶片抛光均匀度有较大波动。

[0128] 通常，当磨具包括背衬时，磨粒可以分散在包含聚合物粘结剂和纳米颗粒无机填料粒子的基质材料中以形成固定、粘附或粘合至背衬的三维研磨复合物。

[0129] 用于将研磨复合物粘合至任选的背衬的聚合物粘结剂可以与用于形成研磨复合物的聚合物粘结剂相同或不同。在一些实施例中，用于粘合或形成研磨复合物的聚合物粘结剂可以为热塑性聚合物粘结剂或热固性聚合物粘结剂。如果聚合物粘结剂是热固性聚合物粘结剂，则该聚合物粘结剂可以优选由聚合物粘结剂前体形成。特别地，合适的聚合物粘结剂前体是处于未固化的状态、为可流动的。

[0130] 在某些其他实施例中，固定磨具包含适用于将固定磨具附接到抛光机的粘合剂。任选地，粘合剂可以为压敏粘合剂。优选地，将粘合剂设置在背衬的背表面上，也就是说，该主侧面与涂布有分散在基质材料中的磨粒以形成三维研磨复合物的主侧面相对。在一些实施例中，具有任选背衬的固定磨具可以附接到子垫或与子垫结合使用。优选的子垫包括刚性和/或弹性元件。合适的子垫描述于美国专利No.5,692,950和No.6,007,407中。

[0131] 研磨复合物构造

[0132] 各个研磨复合物形状可具有多种几何体中的任何一种的形态。优选的研磨复合物可以精确成形(如上述限定的)或不规则成形，其中精确成形的复合物是优选的。通常，这样形成研磨复合物以使得研磨复合物的基部(例如研磨复合物与背衬接触的那部分)具有比研磨复合物远离该基部或背衬的部分大的表面积。复合物的形状可选自多种几何体，例如立方体、圆柱体、棱柱、四棱锥、截棱锥、锥形、半球形、截头锥形、十字形或具有远端的类似柱的十字形物。复合物棱锥可具有4个侧面、5个侧面或6个侧面。研磨复合物还可集不同形状于一体。该研磨复合物可以以行、以同心圆、以螺旋或以格子形式排列，或者可以随机布置。

[0133] 形成研磨复合物的侧面可以相对于背衬垂直、相对于背衬倾斜或宽度朝向远端渐缩。如果该侧面是锥形的，则更容易将研磨复合物从模具或生产工具的腔室中移出。渐缩角的范围可从低端约1度，优选从约2度，更优选从约3度，最优选从约5度；到高端约75度，优选到约50度，更优选到约35度，最优选到约15度。较小的角度是优选的，因为这可导致在复合材料磨损时一致的标称接触面积。因此，通常，渐缩角可以为在大角度和小角度之间的折中：大角度足够大以有利于研磨复合物从模具或生产工具中移除，而小角度足够小以生成一致的横截面积。还可以使用横截面在远端比在背部大的研磨复合物，不过制造可能需要不同于简单模制的方法。

[0134] 每个研磨复合物的高度优选相同，但在单个磨具中可具有高度不同的复合物。复合物相对于背衬或相对于复合物之间的基体的高度通常可小于约2,000微米，更具体地讲在约25微米至约200微米的范围内。单独的研磨复合物的基部尺寸可以为大约5,000微米或更小，优选为大约1,000微米或更小，更优选小于500微米。单独的研磨复合物的基部尺寸优选大于约50微米，更优选大于约100微米。该研磨复合物的基部可以彼此邻接，或彼此相隔某一特定距离。

[0135] 在一些实施例中，相邻研磨复合物之间的物理接触不超过每个接触复合物的竖直高度的33％。更优选地，在邻接复合物之间的物理接触的量在每个接触复合物的竖直高度的约1％至约25％的范围内。上述邻接定义还涵盖其中相邻复合物共享通用研磨复合物基体或类桥结构的布置，所述研磨复合物基体或类桥结构在复合物的相对侧壁之间接触和延伸。优选地，基体结构的高度不大于每个相邻复合物的竖直高度尺寸的约33％。研磨复合物基体可以由用于形成该研磨复合物的相同浆料形成。该复合物是“相邻的”，即在复合物中心之间所画假想直线上不存在居中的复合物。优选的是研磨复合物的至少一些部分彼此分开，以在复合物的凸起部分之间提供凹陷部分。

[0136] 研磨复合物的线间距可在每线性厘米约1个研磨复合物至每线性厘米约200个研磨复合物的范围内。可以改变线间距，使得复合物在一个位置处的密度大于另一个位置处。例如，密集度可在磨具的中心处最大。该复合材料的面密度在一些实施例中可以在约1至
2
约40,000个复合材料/cm 的范围内。另外可行的是使背衬区域暴露，即，其中研磨涂层没有覆盖背衬的整个表面积。这种类型的布置在美国专利No.5,014,468(Ravipati等人)中有进一步描述。

[0137] 研磨复合物优选以预定图案陈列在背衬上或在预定位置处陈列在背衬上。例如，在通过在背衬与具有在其中的腔室的生产工具之间提供浆料而制成的磨具中，该复合物的预定图案对应于该生产工具上腔室的图案。由此可以一个一个制品地重现该图案。

[0138] 在预定图案的一个实施例中，研磨复合物为阵列布置，这是指复合物为规则阵列，例如对齐的行和列，或交替错开的行和列。如果需要，可将一行研磨复合物在第二行研磨复合物之前直接对齐。优选地，一行研磨复合物可与第二行研磨复合物错开。

[0139] 在另一个实施例中，研磨复合物可能是按照“随机”阵列或图案排布。这意味着该复合物并非上文所述的行与列的规则阵列。例如，该研磨复合物可以以如1995年3月23日公布的PCT WO 95/07797(Hoopman等人)和1995年8月24日公布的PCT WO
95/22436(Hoopman等人)中所述的方式排布。但是，可理解的是，这种“随机”阵列可以是预定的图案，因为该磨具上复合材料的位置可以是预定的，并对应于用于制造该磨具的生产工具中腔室的位置。

[0140] 三维纹理化的磨具还可具有可变的研磨涂层组成。例如，研磨盘的中心可包含不同于(如，更软、更硬、或或多或少可蚀)研磨盘的外部区域的研磨涂层。相似地，涂层组合物可以在整个磨料料片上变化。这种变化可以为连续的或者它可以离散步长发生。

[0141] 制备用于CMP的结构化固定磨具的方法

[0142] 在另一方面，本公开涉及制备结构化固定磨具的方法，该方法包括：

[0143] 将多个体积平均直径小于100纳米的表面处理过的二氧化铈填料粒子分散在聚合物粘结剂的前体中；

[0144] 将多个体积平均直径为100纳米至500纳米的二氧化铈磨粒分散在聚合物粘结剂的前体中；

[0145] 由在聚合物粘结剂的前体中的表面处理过的二氧化铈填料粒子和二氧化铈磨粒的混合物形成多个三维研磨复合物；以及

[0146] 固化该多个三维研磨复合物，从而形成包含结构化固定磨具的基质材料的聚合物粘结剂。

[0147] 在一些目前优选的实施例中，形成所述多个三维研磨复合物还包括在背衬上形成所述混合物的层，以及将所述层与具有多个精确成形的腔的生产工具接触，从而形成所述多个三维研磨复合物。

[0148] 在一些示例性实施例中，表面处理过的二氧化铈填料粒子具有选自如下的表面处理：硅烷、钛酸酯或盐、锆酸酯或盐、有机磷酸酯或盐、有机磺酸酯或盐、聚醚酸、含有羧酸(甲基)丙烯酸酯或盐和聚(甲基)丙烯酸酯或盐的组分的反应产物，以及它们的组合。在某些示例性实施例中，表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者包含丙烯酸β-羧乙酯的反应产物，任选其中表面处理和聚合物粘结剂中的一者或两者还包含单(甲基)丙烯酸酯或盐的反应产物。

[0149] 在某些示例性实施例中，聚合物粘结剂的前体还包含自由基光引发剂，并且固化多个三维研磨复合物包括辐射固化聚合物粘结剂的前体。在一些另外的示例性实施例中，聚合物粘结剂的前体还包含自由基热引发剂，并且固化多个三维研磨复合物包括通过加热来后固化基质材料。在另外的示例性实施例中，将多个表面处理过的二氧化铈填料粒子分散在聚合物粘结剂的前体中在将多个二氧化铈磨粒分散在聚合物粘结剂的前体中之前进行。

[0150] 在CMP中使用结构化固定磨具的方法

[0151] 在一些实施例中，提供了在CMP中使用固定磨具的方法。通常，所述方法包括提供基底或晶片，使基底或晶片与包括多个三维研磨复合物的固定磨具接触，以及相对移动基底或晶片和固定磨具，任选在存在液体介质的情况下进行。在一个示例性实施例中，多个研磨复合物包含多个分散在基质材料中的体积平均直径小于500纳米的磨粒。基质材料还包括聚合物粘结剂和多个分散的无机填料粒子，在某些实施例中，所述无机填料粒子的体积平均直径不大于200纳米。

[0152] 在另一方面，本发明涉及使用结构化固定磨具的方法，包括：

[0153] 提供结构化固定磨具，所述制品包括多个固定至磨具的三维研磨复合物，其中研磨复合物包含多个在基质材料中的体积平均直径为100纳米至500纳米(nm)的二氧化铈磨粒，所述基质材料包含聚合物粘结剂和多个体积平均直径小于100nm的表面处理过的二氧化铈填料粒子；

[0154] 通过至少部分地研磨所述基质材料以暴露至少一部分的二氧化铈磨粒来整理所述多个三维研磨复合物，从而制备所述结构化固定磨具的整理过的表面；

[0155] 使工件与所述结构化固定磨具的整理过的表面接触；以及

[0156] 任选在存在液体介质的情况下，相对移动工件和结构化固定磨具。

[0157] 在某些示例性实施例中，至少部分地研磨所述基质材料以暴露至少一部分的二氧化铈磨粒还包括使所述多个三维研磨复合物与包含多个固定在含有金属的复合物基质中的金刚石颗粒的垫整理器的表面接触；以及相对移动所述结构化固定磨具和所述垫整理器。在一些示例性实施例中，工件包括硅晶片。

[0158] 本发明的一个或多个实施例的优点的是制备改善的固定磨具以用于CMP工艺。在一些示例性实施例中，固定磨具可用于研磨电介质材料。在其他示例性实施例中，固定磨具可用于抛光沉积在晶片上的金属层，例如铜、铝或钨层。在某些示例性实施例中，这类固定磨具可为耐用的，例如，磨具能够处理至少5-20，并且甚至30或更多的晶片。在一些实施例中，磨具还可提供良好的电介质材料移除速率。另外，在某些实施例中，磨具能够产生具有合格的平面度、表面光洁度和最小凹陷的半导体晶片。

[0159] 通常，因为对于单个半导体晶片而言可存在多个处理步骤，所以半导体制造工业期望该方法将提供相对高的材料移除速率。用特定磨具获得的材料移除速率通常随机械条件和处理的晶片表面类型而改变。但是，尽管通常合意的是具有高的导体或电介质材料移除速率，可以选择该导体或电介质材料移除速率以使得其不会损害所需的表面光洁度和/或该晶片表面的表面特征。

[0160] 现在参见图2，在修整晶片表面的一个示例性方法中，结构化磨具100(优选具有透明或半透明的背衬)接触并固定至子垫210，该子垫又固定至台板220。包含泡沫(例如聚氨酯泡沫)或其他可压缩材料的子垫210在其内具有第一窗212，而台板220在其内具有第二窗222。晶片夹具233安装在顶部部件231上，该顶部部件连接至电机(未显示)。万向卡盘232从顶部部件231延伸至晶片夹具233。晶片夹具233帮助将晶片240固定至顶部部件231并且还防止该半导体晶片在平面化过程中移位。晶片夹具233在环部分233a沿晶片240延伸。环部分233a(其为任选的)可以是分离的片或者可以与晶片夹具233是整体。使晶片240与结构化磨具100的磨料层120接触，晶片240与磨料层120相对于对方移动。

[0161] 使用穿过第二窗222、第一窗212和结构化磨具100并反射离开晶片240的氧化物表面242且随后折返其路径的激光束250监控抛光/研磨的进程。可以使用任选的工作流体260来促进该研磨处理。贮存器237储存任选的工作流体260，该工作流体通过管238泵送到半导体晶片与该磨料层之间的界面。可用的工作流体包括例如美国专利No.5,958,794(Bruxvoort等人)中列举的那些。

[0162] 在一些示例性实施例中，工件或基底包括硅晶片。通常，基本无刮伤和缺陷的晶片表面光洁度是理想的。可通过已知方法评价晶片的表面光洁度。一种方法是测量Rt值，其提供粗糙度的量度，并可以显示刮伤或其他表面缺陷。通常修整该晶片表面以得到不大于约0.4纳米、更通常不大于约0.2纳米、甚至更通常不大于约0.05纳米的Rt值。通常采用激光干涉仪，如Wyko RST PLUS干涉仪(Wyko Corp.，Tucson，AZ)或Tencor轮廓曲线仪(KLA-Tencor Corp.，San Jose，CA)测量Rt。还可以通过暗场显微镜法进行划痕检测。可以通过原子力显微镜法测量划痕深度。

[0163] 可以在存在工作流体的情况下进行晶片表面加工，可以根据晶片表面的组成选择该工作流体。在一些应用中，该工作流体通常包含水。该工作流体有助于通过化学机械抛光法与该磨具一起加工。在抛光的化学部分过程中，该工作流体可以与晶片的外表面或暴露表面反应。接着在加工的机械部分，磨具可移除此反应产物。

[0164] 在某些示例性实施例中，至少部分地研磨所述基质材料以暴露至少一部分的二氧化铈磨粒还包括使所述多个三维研磨复合物与包含金刚石粒子或化学气相沉积金刚石中的至少一者的垫整理器的表面接触；以及相对移动所述结构化固定磨具和所述垫整理器。

[0165] 可以例如通过在晶片平面化处理之前和/或间歇地在晶片平面化处理过程中使用垫整理器(例如，在金属基质中固定有金刚石颗粒或具有包含化学气相沉积金刚石的表面)研磨表面来整理根据本发明的结构化磨具。一种可用的整理器是CMP垫整理器(通常安装在刚性背衬板上)，零件号为CMP-20000TS，可得自Hayward，CA的Morgan Advanced Ceramics。

[0166] CMP工艺操作条件

[0167] 如上所述，根据本发明的结构化磨具可用于研磨和/或抛光含硅的晶片(例如，硅晶片，玻璃晶片等)，包括在其外表面上具有氧化层的那些。例如，该结构化磨具可用于研磨和/或抛光沉积在该晶片上的电介质材料和/或该晶片本身。影响晶片抛光速率和特性的变量包括，例如选择晶片表面和磨具之间适当的接触压力、工作流体的类型、晶片表面与磨具之间的相对速度和相对运动，以及该工作流体的流速。这些变量是彼此相关的，并且通常根据处理的各个晶片表面来选择。

[0168] 在一些示例性实施例中，本发明的结构化固定磨具可用于研磨和/或抛光沉积在晶片上的金属层，例如铜、铝或钨层。在其他示例性实施例中，该固定磨具可用于研磨和/或抛光沉积在该晶片上的电介质材料和/或该晶片本身。影响晶片抛光速率和特性的变量包括，例如选择晶片表面和磨具之间适当的接触压力、液体介质的类型、晶片表面与磨具之间的相对速度和相对运动，以及液体介质的流速。这些变量彼此相关，并且根据被处理的各个晶片表面选择这些变量。

[0169] 通常，因为对于单个半导体晶片而言可存在多个处理步骤，所以半导体制造工业期望该方法将提供相对高的材料移除速率。在一些实施例中，材料移除速率可以为至少100埃/分钟 优选至少 更优选至少 最优选至少在某些情况下，可能理想的是导电材料移除速率为至少 或在某些实施例中，为 或甚至 用特定磨具获得的材料移除速率随机械条件和处理的
晶片表面类型而改变。但是，尽管通常合意的是具有高的导体或电介质材料移除速率，但可以选择该导体或电介质材料移除速率以使得其不会损害所需的表面光洁度和/或该晶片表面的表面特征。

[0170] 通常，基本上无刮痕和缺陷的晶片表面光洁度是优选的。可通过已知方法评价晶片的表面光洁度。一个优选的方法是测量晶片表面的Rt值，其提供粗糙度的量度并且可表明划痕或其他表面缺陷。所述晶片表面可优选修整以产生不大于约 更优选不大于约 甚至更优选不大于约 的Rt值。通常使用干涉仪(例如Wyko RST
PLUS干涉仪(Wyko Corp.，Tucson，AZ)，或者TENCOR表面光度仪(KLA-TENCOR Corp.，San Jose，CA))测量Rt。还可以通过暗场显微镜法进行划痕检测。可以通过原子力显微镜法测量划痕深度。

[0171] 申请人已发现，当以根据本发明的方法使用时，根据本发明的固定磨具在示例性界面压力下提供了良好的导电材料移除速率。此外，还可在平面化工艺中使用两个或更多个加工条件。例如，第一加工部分可具有比第二加工部分更高的界面压力。晶片和/或磨具的旋转和平移速度在研磨工艺过程中也可变化。在一些实施例中，磨具可用于多步骤研磨工艺。例如，在一些示例性多步骤研磨工艺中，所述固定磨料可用于第一步，接下来的一步或多步，或所有步骤中。在其他示例性实施例中，这些步骤中的一步或多步可包括与固定磨具一起使用或在存在固定磨具的情况下使用研磨浆液。

[0172] 可以在存在工作液的情况下进行晶片表面加工，可以根据晶片表面的组成选择工作液。在一些应用中，工作液通常包含水。工作液有助于通过化学机械抛光法与该磨具一起加工。在抛光的化学部分，工作液可与外面的或暴露的晶片表面反应。接着在加工的机械部分，磨具可移除此反应产物。在金属表面处理过程中，优选的是工作液是包含化学蚀刻剂(例如氧化材料或试剂)的水溶液。

[0173] 例如，当工作液中的氧化剂与铜反应生成氧化铜表面层时，可进行铜的化学抛光。当磨具从晶片表面移除此金属氧化物时，就是进行机械过程。或者，金属可首先被机械移除，然后与工作流体中的成分反应。合适的工作液在美国专利No.6,194,317(Kaisaki等人)中有所描述。

[0174] 其他可用的化学蚀刻剂包括络合剂。这些络合剂可以以类似于先前描述的氧化剂的方式起作用，因为络合剂和晶片表面之间的化学相互作用生成更易于通过研磨复合物的机械作用移除的层。

[0175] 一种合适的工作液包含螯合剂、氧化剂、离子缓冲剂和钝化剂水溶液。一种这样的示例性工作液可包含，例如，(NH4)2HPO4，过氧化氢、柠檬酸铵、1-H-苯并三唑和水。通常，将该溶液用于抛光铜晶片。另一合适的工作液包含氧化剂、酸以及钝化剂水溶液。一种这样的示例性工作溶液可包含，例如，过氧化氢、磷酸、1-H-苯并三唑和水。

[0176] 工作液的量优选足以有助于从表面上移除金属或金属氧化物沉积物。在许多情况下，有足够的液体来自碱性工作液和/或化学蚀刻剂。然而，在一些实施例中，优选的是除了第一工作液之外，还具有存在于平面化界面处的第二液体。这种第二液体可与第一液体相同，或与其不同。

[0177] 实例

[0178] 本发明的示例性实施例已在上面有所描述，并且将在下面通过下述实例来进行进一步说明，不应当以任何方式将这些实例理解为对本发明范围的限制。相反，应当清楚地理解，可以采取多种其他实施例、修改形式及其等同物，在本领域的技术人员阅读本文的说明之后，在不脱离本发明的精神和/或所附权利要求书的范围的前提下，这些其他实施例、修改形式及其等同物将显而易见。此外，虽然阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中所列出的数值则是尽可能精确地记录的。但是，任何数值都固有地含有某些必然由其各自的试验测量中所存在的标准偏差而导致的误差。在最低程度上，丝毫没有将等同原则的应用限制于权利要求书保护的范围的意思，每一个数值参数至少应当根据所记录的有效数字位数并采用寻常的四舍五入法进行解释。

[0179] 实例1：表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子的制备

[0180] 将二氧化铈分散体(10000克，水中30.1％固体，45nm平均原生粒度，可获自Cranberry，NJ的Rhodia，Inc.)倾注入混合容器中，随后在用涂有聚四氟乙烯的桨叶混合的同时，缓慢加入72.41克2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基乙酸、58.57克丙烯酸β-羧乙酯和5625克1-甲氧基-2-丙醇。将混合物加热至50℃并混合过夜。随后将该混合物转移至旋转蒸发器中并在减压下除去过量的水。所得分散体具有41.79重量％的固体含量。

[0181] 实例2：聚合物粘结剂前体中的表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子和二氧化铈磨粒的制备

[0182] 将660.7克实例1中的表面处理过的纳米二氧化铈分散体(48.43重量％固体)与6.4克Disperbyk-111润湿和分散添加剂(可得自Wallingford，CT的BYK-Chemie USA，Inc.)混合进混合容器中，以形成预备分散体1。在单独的混合容器中，将158.2克水性二氧化铈研磨分散体(165nm的平均原生粒度，以商品名SRS729得自Cleveland，OH的Ferro Corp.)与1.6克的Disperbyk-111(得自Wallingford，CT的BYK-Chemie，U.S.A.)混合以形成预备分散体2。混合预备分散体1与预备分散体2后，将3.33克甲基丙烯酸2-羟乙酯(可得自Philadelphia，PA的Rohm and Haas Co.)、16.72克2-苯氧乙基丙烯酸(可以商品名SR 339得自Sartomer Co.)、74.25克三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或盐(可以商品名SR351得自Sartomer Co.)、4.53克丙烯酸β-羧乙酯(可得自Cockeysville，MD的Bimax Inc.)和0.5克吩噻嗪(可得自Manchester England的Avecia，Inc.)溶解于20克1-甲氧基-2-丙醇中。

[0183] 用涂有聚四氟乙烯的桨叶混合该混合物30分钟，随后将其转移至旋转蒸发器中以去除1-甲氧基-2-丙醇。将该浆料冷却至室温，随后加入0.63克自由基光引发剂(苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)膦氧化物，可以商品名IRGACURE 819得自Tarrytown，NY的Ciba Specialty Chemicals)、0.20克自由基热引发剂(2，2′-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)，可以商品名VAZO 52得自Wilmington，DE的E.I.du Pont de Nemours and Co.)和0.20克对苯二酚单甲基醚，接着混合两小时。

[0184] 比较例1：聚合物粘结剂前体中的纳米二氧化铈填料粒子的制备

[0185] 将2034.0克实例1中的表面处理过的纳米二氧化铈分散体(固体百分比为41.79％)和12.8克Disperbyk-111(得自Wallingford，CT的BYK-Chemie，U.S.A.)混合进混合容器中。向该混合物中加入6.24克甲基丙烯酸2-羟乙酯(可得自Philadelphia，PA的Rohm and Haas Co.)、88.97克丙烯酸2-苯氧基乙酯(可以商品名SR 339得自Sartomer Co.)、48.00克三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或盐(可以商品名SR 351得自Sartomer Co.)、
6.806克丙烯酸β-羧乙酯(可得自Cockeysville，MD的Bimax Inc.)和溶解于50克1-甲氧基-2-丙醇中的0.75克吩噻嗪。

[0186] 用涂有聚四氟乙烯的桨叶混合该混合物30分钟，随后将其转移至旋转蒸发器中以去除1-甲氧基-2-丙醇。将该浆料冷却至室温，随后加入0.18克自由基光引发剂(苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)膦氧化物，可以商品名IRGACURE 819得自Tarrytown，NY的Ciba Specialty Chemicals)、0.18克自由基热引发剂(2，2′-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)，可以商品名VAZO 52得自Wilmington，DE的E.I.du Pont de Nemours and Co.)和0.09克对苯二酚单甲基醚，之后混合两小时。

[0187] 结构化固定磨具的制备

[0188] 提供了大约50cm×50cm(20英寸×20英寸)的聚丙烯生产工具，其具有一系列排列在预定阵列中的腔，具有特定尺寸的三边棱锥，所述棱锥高63μm并且每边，虽然不相同，但宽度为约125微米(μm)，并且拐角角度为55.5度、59度和55.5度。该生产工具基本上是所需形状、尺寸和研磨复合物结构的反相。使用掩蔽类型压敏胶带将生产工具固定到金属载台。

[0189] 使用橡皮扫帚将研磨浆液涂布进生产工具的腔中直至研磨浆液完全填充腔。然后，使0.127厘米(5密耳，125μm)厚的预处理聚酯(PET)背衬与容纳在生产工具的腔中的研磨浆液接触。将背衬、研磨浆液和固定到金属载体板上的生产工具传送通过得自Chem Instruments(型号#001998)的工作台顶部实验室层合机。制品被以约
210-420Pa(30-60psi)的压力和约1cm/sec的速度不间断地馈送进两个橡胶辊之间。

[0190] 根据涂层的总体质量进行压力调整。然后，将一块约6.3mm(1/4英寸)厚的石英板放置在背衬的顶部，覆盖整个背衬。通过在两个工作在大约157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)的紫外灯泡(“V”型灯泡，可得自Fusion Systems Inc.)下递送金属载体板、工具、研磨浆液、背衬以及石英板来固化制品。辐射穿过石英板和PET背衬。速度为约4.4米/分钟(15英尺/分钟)并且样本在相同的处理条件下在灯泡下穿过两次。通过在PET背衬上轻轻地拉引可将磨具从生产工具移出。

[0191] 实例3：包含表面处理过的纳米二氧化铈填料粒子和二氧化铈磨粒的混合物的结构化固定磨具的制备

[0192] 根据上述制备结构化固定磨具的方法，使用实例2的混合物制备结构化固定磨料网制品。

[0193] 比较例2：仅包含表面处理过的纳米二氧化铈粒子的结构化固定磨具的制备[0194] 根据制备实例3所使用的相同的工序，使用比较例1的混合物制备结构化固定磨料网制品。

[0195] 晶片抛光实例

[0196] 以下实例的基底移除速率通过确定被抛光层的初始厚度(即：抛光前)与最终厚度(即：抛光后)的厚度变化来计算。使用得自Tencor Instruments，Prometrix Division，Santa Clara，CA的Tencor OmniMapNC110非接触金属监测系统进行厚度测量。每个晶片测量五个点；一个在晶片的中央，并且四个以90度间隔靠近晶片的外围直径，距离晶片中心大约8.9cm(3.5英寸)。

[0197] 实例5

[0198] 通过混合表面处理过的纳米二氧化铈填料和亚微米尺寸的二氧化铈磨粒以形成在聚合物粘结剂前体中的混合物(实例2)来制备固定磨料网(实例3)，使用配备有子垫(得自3M公司(St.Paul，MN)的60/90SMOOTH SUBPAD)的CMP抛光机(可以商品名REFLEXION抛光机得自Santa Clara，CA的Applied Materials，Inc.)，使用该固定磨料网，采用1.5磅/平方英寸(1.5kPa)的晶片压，30转每分钟的滚速和5毫米/分钟的网索引速度来抛光热氧化物覆盖晶片(直径为200mm的硅晶片，在其表面具有膜厚度为1微米的氧化硅)。在该抛光过程中使用工作流体(含有2.5重量％L-脯氨酸的去离子水，用氢氧化钾调节至10.5的pH，每分钟100毫升的流速)。

[0199] 在实例5中，未将实例3的网在使用前进行整理。实例5的在十个热氧化物覆盖晶片上的抛光性能记录于图3中。移除速率平均为 速率分布是晶片中间较慢，边缘快，并且标准差为

[0200] 实例6

[0201] 与实例5中一样使用通过混合表面处理过的纳米二氧化铈填料和亚微米尺寸的二氧化铈磨粒以形成在聚合物粘结剂前体中的混合物(实例2)而制备的固定磨料网(实例3)，不同的是在抛光热氧化物覆盖晶片之前，首先使用包含化学气相沉积(CVD)的金刚石(可以商品名CMP-20000TS商购自Allentown，PA的Morgan Advanced Ceramics)的垫整理器就地整理实例3的网60秒，滚速为30rpm，5次扫描/分钟，在整个网上的2.75到12.50英寸处，并且工作流体(包含使用氢氧化钾调整pH值至10.5的2.5重量％的L-脯氨酸的去离子水)流速为每分钟100毫升。

[0202] 实例6的对五个整理(如上所述)后的热氧化物覆盖晶片的抛光性能记录于图4中。各晶片的移除速率及其在晶片直径上的分布示于图4中。移除速率平均为分布更为均匀，并且标准差为

[0203] 比较例3

[0204] 与实例5中一样使用比较例1的表面处理过的纳米二氧化铈结构化固定磨料网，不同的是实例3被比较例1代替。未将比较例1在使用前进行整理。在五个热氧化物覆盖晶片上测试的比较例1的抛光性能记录于图5中。除晶片边缘处外，移除速率接近为零。

[0205] 在整篇说明书中提及“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”、“实施例”，无论在术语“实施例”前是否包括术语“示例性的”，都意指结合该实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中多处出现的诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或者“在实施例中”之类的词语，未必指本发明的同一实施例。另外，所述特定的特征、结构、材料或特性可以以任何适合的方式结合到一个或多个实施例中。

[0206] 虽然本说明书详细描述了某些示例性实施例，但应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可以易于设想这些实施例的更改形式、变型形式和等同形式。因此，应当理解，本发明不应不当地受限于以上示出的示例性实施例。特别是，如本文所用，用端值表示的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，假设本文所使用的所有数值都用术语“约”修饰。此外，本文提及的所有出版物和专利全文以引用方式并入本文中，犹如被特别地和单独地指出的各个出版物或专利都以引用方式并入的程度。各种示例性实施例已经进行了说明。这些和其他实施例均在以下权利要求书的范围内。