TWI385050B - 用於ｃｍｐ之特製拋光墊及其製造方法及其用途 - Google Patents

Description

用於CMP之特製拋光墊及其製造方法及其用途

本發明係關於用於CMP之特製拋光墊及其製造方法及其用途。

CMP將稱作反應性液體介質之漿料與一拋光墊組合使用在平坦化過程中提供自基板表面移除材料之化學及機械作用。舉例而言，CMP之一使用領域為在半導體基板上之積體電路(IC)製造過程中對個別層之平坦化(介電金屬層)。CMP移除IC層之非所要外形特性，諸如在鑲嵌後之過量金屬沉積物、自淺槽隔離(STI)步驟移除過量氧化物、或平坦化層間介電(ILD)及金屬層間介電(IMD)層。將CMP用於IC製造中之主要目的為在沉積及光微影成像連續介電質及金屬層之各步驟中維持平坦性。

在CMP過程中，漿料與基板之化學相互作用在拋光表面形成一經化學改質之層。同時，漿料中之研磨劑與經化學改質之表面層機械性地相互作用導致材料之移除。拋光墊通常由剛性、微孔聚合材料製成，諸如聚胺基甲酸酯，且執行若干功能，包括提供均一漿料傳送、及經反應之產物的分佈及移除、及使施加於晶圓之壓力均一分佈。在奈米至微米尺度下，墊與漿料在薄表面層之形成及移除中之相互作用決定移除速率(RR)、表面平坦性、表面非均一性、表面缺陷、及材料移除之選擇性。在此方面，墊局部材料/摩擦/機械特性對於CMP法過程中之局部及整體平坦性均很關鍵。

如先前所提及，CMP之一使用領域為用於半導體工業，其中CMP在不同方法步驟中使用。均為開孔及閉孔聚合物墊之CMP墊之現有技術不適於獲得特製摩擦、化學及摩擦特性。儘管如此，該等墊可適於處理習知IC，因為該等墊不可獲得新穎及不斷發展之亞－90 nm運行CMOS技術、高產率。此等挑戰自以下方面產生：設計中增加之複雜性[即一晶片上之系統(SOC)]、及方法[即絕緣體上之矽(SOI)]以及材料之不同及變化[即STI；銅及低介電質]、晶片圖案密度之變化及晶片尺寸之增加。此等與處理亞90 nm技術相關之挑戰之影響為晶片產率、裝置效能及裝置可靠性顯著受損。

典型CMP方法可移除半導體製造過程中之過量介電質。在設計中之複雜性方面，受影響之第一方面為同時拋光之材料數目的增加。舉例而言，STI及銅CMP(Cu CMP)代表不同材料之CMP的挑戰。在STI CMP過程中，通常可觀察到氧化物之表面凹陷及氮化物之腐蝕，其中材料之不同要求對該等材料之移除速率(RR)具有選擇性之CMP方法。類似的，對於發展亞90 nm技術之Cu CMP，當銅藉由諸如墊撓曲及研磨劑刮削之機械作用而不均勻移除時發生表面凹陷，而腐蝕產生由於介電質之局部過量移除導致的表面不規則。高度平坦性經過度表面凹陷及腐蝕損壞，其導致在滿足不同圖案密度範圍之抗性技術要求中的困難。目前，表面凹陷及腐蝕導致之平坦性損失產生之特性損失問題佔亞90 nm技術中之產率損失50%以上。表面凹陷及腐蝕受諸如硬度、粗糙度及孔隙度之墊特性影響。

作為另一實例，圖案密度之變化對IC之CMP提出挑戰。舉例而言，圖案密度與晶片尺寸相關，以便較低圖案密度與較小晶片尺寸相關，且相反，較高圖案密度存在於較大晶片尺寸。需要隨著圖案密度之變化來改變墊特性，諸如硬度、表面架構及表面紋理。由於單個晶片中之圖案密度通常亦變化，因此產生進一步之複雜性。諸如移除速率之拋光參數取決於晶片圖案密度。

鑒於許多IC製造中之變數，諸如IC設計、材料之不同及圖案密度，在此項技術中存在對如下拋光墊之需要：其可考慮拋光方法之各種最終產量以系統性地解決該等問題從而達到高質量之拋光。特製拋光方法之該等途徑需要各種墊工程技術。考慮到尺寸尺度，墊工程可視作一在奈米－微米長度尺度以及大長度尺度上之特製方法(大長度範圍大約為約1 cm)。舉例而言，在奈米長度尺度上，可需要具有一簡潔之墊奈米結構(即分佈、尺寸及貫穿該墊之堅硬區域之類型)。在大長度尺度上，存在若干工程選擇。CMP墊可經設計及製造以便存在該等墊之化學及物理特性之空間分佈，該分佈經特製為適於特定基板類型之效能。在此方面，可需要其中諸如材料類型之特性以及諸如硬度、孔隙度、粗糙度及壓縮率之物理特性在製造前經選擇性設計之拋光墊。亦可需要(包括)向墊中添加特徵。一特徵為藉由在墊實體中添加固體潤滑劑來對墊進行表面工程操作。另一特徵為藉由使用不同量及尺寸之成孔劑及生產處理溫度來控制墊中之孔隙度。另一特徵為藉由調整沿著拋光表面之不同區域中之墊聚合物組合物來功能性地將墊進行分級。另一特徵為製造低剪力墊，其中故意在墊實體中添加介面。另一特徵為藉由將經選擇之研磨劑分佈於該等墊中從而將嵌入研磨劑添加至該等墊中。另一特徵為在拋光表面製造原位槽以最優化漿料傳送。另一特徵為在墊中製造光學透明區域以進行端點偵測。由於該等墊具有特製設計以及在應用該特製設計中之製造控制，因此本文揭示之各種特製拋光墊可解決此項技術領域中之需要。該特製設計及製造控制產生單個均一墊，藉此特定適於提供目標基板之CMP之優良效能。

一般而言，對於CMP而言，已知諸如墊模數、微孔尺寸分佈及材料化學結構之墊特性之均一性對於邊界潤滑方法中之穩定運作很關鍵。描述了獲得此等基本墊特性之設計方法以及諸如低COF之特製拋光要求。

描述了具有一以下描述之特徵或其任何組合之墊：1)墊微米結構墊微米結構之選擇可對拋光特性產生影響。若干聚合物已在以前用作拋光墊材料，其包括聚烯烴、聚胺基甲酸酯及聚碳酸酯。在所有聚合物中，胺基甲酸酯最常用於製造CMP墊。在本發明中，墊微米結構經由選擇適當聚合物組份來控制。異氰酸酯聚合物最先經合成或市售。接著異氰酸酯聚合物與多元胺及多元醇鏈延伸物以及多元胺及多元醇固化劑之混合物中反應以完成聚合物形成。因此，在奈米－微米長度尺度上獲得變化之硬及軟區域之均一空間分佈。該墊微米結構可允許一平坦及延伸之Stribeck曲線。另外，該墊結構可允許摩擦學、熱及光學特性之優良控制。因此，此等特性亦可經空間分佈以達到特製拋光功能性。

作為此聚合物調配之結果，該聚合物墊之若干特性，諸如聚合物之儲存模數(E')、聚合物之損耗模數(E")可增加，而墊聚合物之玻璃轉移溫度(T_g )、墊之E"與E'比率(tanδ)、KEL、(tanδ*10^{1 2} (E'(1＋tan² δ)))、表面張力、壓縮率、熱瞬變、作為溫度函數之△E'，及壓縮率可降低且表面張力可經調節。

2)經控制之孔隙度對孔隙度之控制，即對孔之尺寸、密度及形狀之控制可對諸如漿料傳送、微觀結構及研磨劑分佈之因素產生影響，其依次可影響CMP之均一效能之關鍵度量，諸如移除速率(RR)及晶圓內非均一性(WIWNU)之數目。此外，進一步觀察到無孔隙度控制而製造之墊可自該墊之不同區域在基板上引起非均一剪力，且因此在整個方法範圍中引起不均一COF。剪力之不均一性對CMP效能之兩個額外度量、平坦性及缺陷度具有影響。

可製造本文中所揭示之各種特製拋光墊以便在目標墊中形成之孔隙度在孔隙度方面受高度控制，即孔尺寸及形狀以及孔密度、及孔隙度之分佈。

3)機械特性之功能梯度材料之功能梯度係指沿拋光表面之聚合物材料之不同區域，其可為或不為放射性對稱的。墊機械特性之功能梯度可用於以一預先定義之系統方式調節墊之摩擦學及拋光特性，且可導致平坦化長度及效率之增加。功能梯度亦可用於克服CMP過程中之外緣產量損失。外緣產量損失之一原因為壓力之不平均分佈，如在拋光方法過程中之晶圓所見。壓力自中心至邊緣之不平均分佈對晶圓安裝於磨頭上之方法為固有的。可達到外緣產量之降低及缺陷數量之減少，若用於補償不平均壓力分佈、機械特性(硬度、壓縮率、孔尺寸及分佈)之功能梯度的輻射對稱功能梯度可用於補償任何壓力分佈中之不均一。

4)表面工程操作藉由在墊中添加固體潤滑劑及/或聚合物潤滑劑來達到墊之表面工程操作。該等藉由添加潤滑劑之表面工程操作法可有效使用以降低摩擦係數，從而維持所要移除速率。因為低COF對於大多數應用為所要的，因此此等墊可用於大多數拋光應用。特定言之，此等經表面工程操作之表面可用於銅CMP中之所有加工步驟，其包括批量、軟降落及障礙物移除步驟，消除各加工步驟對於三種不同墊之需要。

5)低剪力整體墊低剪力整體墊具有至少一個可與拋光表面平行之介面。此介面可在具有相同或不同特性之材料間選擇性原位形成，且可導致墊/基板邊界處之剪力的減少。剪力之減少使拋光過程中COF減少而維持所要之移除速率。低剪力墊之示意圖展示於圖11中，其展示一平行於拋光表面之介面。

6)嵌入研磨劑墊嵌入研磨劑墊可藉由在墊製造過程中由諸如液體澆鑄/模製、射出成形、燒結及其他技術將研磨劑併入墊中來製造。該等嵌入研磨劑墊可具有消除向漿料中添加研磨劑之需要，其係藉由墊組合物來提供此等研磨劑。嵌入研磨劑墊可包含單獨研磨劑顆粒亦及嵌段共聚物，其中該嵌段共聚物在一段距離之嵌段共聚物上具有一不同組份研磨劑聚合物組合物。

7)原位槽墊一般而言，用於產生原位槽之方法包含以下步驟：使一聚矽氧裏料成形、將該聚矽氧裏料置於一模型中或模型上、將CMP墊材料添加至該聚矽氧裏料、及允許該CMP墊固化。在一些變體中，聚矽氧裏料可由聚矽氧彈性體製成，且在一些變體中，使聚矽氧裏料成形包含使用微影或壓印使聚矽氧裏料成形之步驟。產生原位槽之方法可進一步包含將聚矽氧裏料黏著至模型之步驟，例如使用膠、帶、夾、壓力固定技術或其混合物。

在某些變體中，該模型為金屬模型。舉例而言，該模型可由一選自由鋁、鋼、超塑(ultramold)材料及其混合物組成之群的材料製成。在某些變體中，除聚矽氧裏料之成形外，該模型經成形(即使用成形組合)。在某些變體中，CMP墊材料包含一熱塑材料。在其他變體中，該CMP墊材料包含一熱固性材料。在某些變體中，該CMP墊材料為聚胺基甲酸酯。

亦描述了包含新穎槽設計之CMP墊。舉例而言，本文描述的為包含相反對數槽、同心圓槽及軸向彎曲槽之CMP。在一變體中，該等軸向彎曲槽為不連續的。該等同心圓槽及軸向彎曲槽亦可交叉。

其中產生之槽可由一選自以下方法組成之群的方法製成：聚矽氧裏料成形法、雷射記錄、水噴射切割、3－D印刷、熱成型、真空成型、微接觸印刷、熱印及其混合方法。

8)具有用於端點偵測之透明窗之墊提供包含一透明區域之拋光墊及製造該等墊之方法。該等墊可用於偵測基板拋光法之端點的方法中，諸如CMP方法，其中使用光學量測來評估基板之表面。該等光學量測可量測透過該拋光墊傳輸之光，其可為自一光源至該基板表面或至該基板表面下之漿料，或可為自該基板表面或自該基板表面下之漿料至一偵測器或兩者皆可。如此，拋光墊之透明區域對一光譜或波長之光足夠透明。較佳地，其對於至少一或多種波長之光足夠透明，自紫外光、可見光及紅外光譜，諸如100 nm至1,000 nm。該透明區域不需要在整個光譜透明，但是可對於如此廣泛波長範圍內之一或多種波長透明。

藉由減少多孔元件來降低光學透明度從而達到光學透明。在一實例中，該拋光墊包含聚合物，該聚合物具有一缺少空隙之透明區域以便對於所要波長之光足夠透明；以及一微孔區域，該區域比透明區域對於所要波長之較不足夠透明。更不透明之區域足夠多孔以便其具有所要之壓縮率或硬度。

在一實例中，該透明區域對於包含100至1,000 nm，亦約200至800 nm，或約250至700 nm波長範圍內之光足夠透明。在一實例中，較不足夠透明區域包含與透明區域相同之材料，其中較不透明區域比透明區域具有更高之孔隙度。在一實例中，該透明區域包含一第一聚合物且足夠缺少孔，且較不透明區域包含一第二聚合物且具有足夠微孔性。在一實例中，一包含第一聚合物且足夠缺少孔之透明區域由包含具有足夠微孔性之第二聚合物的較不透明區域包圍。在一實例中，第一及第二聚合物為相同聚合物。在一實例中，較不透明區域之孔密度隨著與透明區域之距離增加而逐漸增至高達墊之最大孔密度。在此實例中，大多數墊在最大孔密度處或其附近，其中孔密度中值得注意之變化可在該透明區域周圍發現，諸如在該透明區域之任何邊界之約2 cm內，亦可在約1 cm內。在一實例中，該孔結構係使用一或多個選自由下列各物組成之群的孔形成劑而形成：無機鹽、發泡劑、超臨界流體、化學起泡劑、膠束、嵌段共聚物、孔原材料及微球。

本文揭示之各種拋光墊為其中基板之特定態樣欲拋光之墊，該等態樣包括(但不限於)結構、材料，且該基板之特徵已在拋光墊之特製設計中進行考慮。接著根據特製設計使用控制墊特性之製造方法製造墊，藉此產生單個均一特製墊。

基板意謂需要諸如CMP之拋光法的任何材料或裝置。在此方面，本文描述之各種特製拋光墊可用於處理各種類型之基板，包括(但不限於)：1.)晶圓，諸如矽、石英、碳化矽、砷化鎵及鍺；2.)在半導體處理中形成之晶圓上沉積或生長之層，該等處理諸如：在介電區域減少構形、在鋁技術鑲嵌法中清潔氧化物、在雙鑲嵌法中清潔金屬沉積物(銅及鉭障礙物)、產生均一FinFet結構、產生SoC裝置、或移除STI步驟中之過量氧化物；3.)用於儲存媒體之硬碟，諸如鍍鎳鋁、玻璃及其他通常用於儲存媒體之磁性材料；4.)用於網際網路及數位光學網路之光學裝置，諸如纖維光纜及光學互連；5.)材料，諸如冶金材料、陶瓷、無機物、聚合物、基於環氧之碳纖維複合物及奈米複合物基板及其類似物；6.)使用諸如微影技術、雷射切除、熱壓印及微成型等之微切削加工技術以許多材料產生之微米及奈米結構及裝置。簡言之，各種目標特製拋光墊可用於多種材料、裝置及系統，其中表面要求為完成之精確性、平均性、平坦性及較少缺陷性。

預期本文揭示之各種目標特製拋光墊可經特製用於晶圓工業，該工業係用於晶圓基板上之積體電路(IC)之CMP。為此用途，用於IC結構之CMP拋光墊藉由在基板上獲得一或多個IC結構之特徵來進行特製，諸如IC尺寸、圖案密度、IC架構、膜材料、膜構形及其類似特徵。基於該IC結構墊特性之一或多個特徵，諸如具有長程及短程規則度之墊奈米結構、墊材料類型、硬度、孔隙度、粗糙度、壓縮率、表面構架、表面紋理、及潤滑劑之添加、及墊中介面之形成及墊之研磨劑的添加經選擇。單個均一墊之特製設計及原位製造可導致IC之CMP方法之所要均一效能。

IC之CMP方法之均一效能之意義與若干標準有關，該等標準可用於評估方法之品質，包括(但不限於)：維持普雷斯頓之移除速率、具有在邊界潤滑方案中為常數的摩擦係數、及在基板之不同區域範圍維持均一拋光效能。拋光效能之一標準為移除速率(RR)。如隨後將在下文中詳細討論者，移除速率受若干設備及消費品參數影響。墊特性之實例，諸如壓縮率、孔隙度、及表面紋理可影響(例如)漿料傳送，其亦可影響RR。拋光效能之另一標準為基板平坦性，以便最小化或消除諸如STI堆疊中之介電材料或銅拋光過程中之介電材料之表面凹陷及腐蝕的出現。墊硬度、粗糙度及孔隙度為對基板平坦性具有影響之墊特性之實例。已觀察到具有經控制之孔隙度，即經控制之孔尺寸及孔密度以及孔隙度分佈之墊可更好地使基板平坦化。基板非均一性(NU)之數量，諸如刮痕及碎片，仍為拋光效能之另一標準。影響NU數量之墊特性實例包括硬度及影響漿料傳送之表面紋理。最後，缺陷度為評價拋光方法之又一標準。CMP方法在化學上及機械上都為粗糙的，且應力誘導之IC缺陷降低裝置產量。影響缺陷度之墊特性之一實例為墊硬度。較硬之墊可以缺陷度之增加為代價產生良好平坦性。對任何上文所述之墊特性缺乏控制可影響墊效能，例如對墊孔隙度缺乏控制可導致拋光表面上之非均一剪力，且因此導致非均一COF，其可導致缺陷度增加。另外，以相似於由孔隙度缺乏控制導致之墊效能問題的方式，對其他墊參數缺乏控制可導致墊效能之降級。拋光效能之標準、RR、基板平坦性、NU及缺陷之發生為影響CMP方法之成本的標準實例。

IC設計之若干變數對墊設計及拋光效能有影響。一個如此之變數可為IC之圖案密度。圖案密度可影響薄膜移除量且因此影響IC中及晶圓上之均一性。在圖1中所製造之IC 10具有根本特徵12，諸如金屬線，其可在沉積膜14之構形中產生高區域16及低區域18。特定言之，構形主要取決於基於銅之雙鑲嵌結構中之圖案密度，因為晶片上之具有不同寬度之溝槽中之電鍍特性且其與用於電鍍方法中之添加物相關。一般而言，構形中之高區域16比低區域18拋光快。如在圖1A中所描述，初始步驟高度20與拋光前之沉積膜14相關。如在圖1B中所描述，最終步驟高度22與拋光後之沉積膜14相關。由初始步驟高度20及最終步驟高度22表示之高區域16及低區域18之不同移除速率為平坦性之優值。此差異越大，CMP方法後之平坦性越好。

對IC中及晶圓上之均一拋光效能有影響之IC製造中之變數之另一實例為膜材料。特定言之，表面凹陷及腐蝕可在涉及多種薄膜材料之CMP方法中發生，其係歸因於不同材料通常具有不同拋光率。圖2A為經製造之IC 30之示意圖，其具有沉積於介電層34之溝槽中之金屬線32。在圖2B中，金屬線32之表面凹陷描述為金屬線32之高度36與介電層34之平坦性之偏差。同樣，介電層34之腐蝕描述為介電層34之高度38與其預期高度之偏差。表面凹陷及腐蝕可在淺溝槽隔離(STI)、鎢栓塞、及用於基於銅之互連之雙鑲嵌方法中存在。當使用銅時，將其他膜材料用作銅與介電材料間之障壁層。

可選擇之墊特性為孔隙度(即孔尺寸及密度)。典型孔密度介於拋光墊之約5－20%間。零孔密度，即無孔墊將不允許均一之漿料流動且因此導致移除速率均一性上之問題。孔尺寸一般為墊效能之良好指標。約40 mm可為良好墊效能之所要尺寸。若漿料減少不是大問題，則可使用更高孔尺寸，諸如80 mm。更高孔尺寸將提供更均一之移除速率而更低之孔尺寸可在需要降低漿料流動速率時使用。

可基於IC尺寸進行選擇之又一墊特性為墊表面架構，諸如槽及表面紋理或粗糙性。特定言之，更高度之粗糙性可用於比較小IC尺寸及密度更大之IC尺寸及更高密度中。儘管可在已知IC尺寸、圖案密度及經拋光材料之基礎上進行許多此等測量，但是對於亞90 nm技術此等量測變得極其複雜。亦應指出小於約30%之圖案密度通常用於較小IC尺寸，而約50%之圖案密度通常用於較大IC尺寸。因此較高圖案密度與較大IC尺寸相關。

在CMP領域中，可描述為"墊工程操作"之領域已在相當限度範圍之探索。一般而言，墊工程操作可描述為具有科學觀念地使用基本材料，在奈米及微米長度尺度上以及大尺度、1 cm及以上尺度上選擇性控制及單獨調節拋光方法之各種態樣；例如對潤滑性、移除速率均一性、熱性能及壓力控制上的控制。目前工業中所使用之習知開孔及閉孔聚合物墊具有若干限制，該等限制在較低技術環節上變得顯著。若干此等限制可由新穎"墊工程操作"方法克服。已揭示多個墊工程操作發明設計：墊微米結構之分子工程操作、墊之功能分級、墊設計中之表面工程操作、藉由添加固體潤滑劑、製造具有多個聚合物層之低剪力整體墊，該等層在墊內平行於拋光表面形成介面，該介面可具有減少拋光基板上之剪力的作用、嵌入、研磨墊、原位槽墊及含有用於端點偵測之透明區域之墊。

圖3中展示一概括性描述之CMP設備50之關鍵元件。漿料52通常藉由一漿料分配器54分配於拋光墊56之上，如圖3所示。或者，漿料52可自墊之底部傳送至彼處之墊表面。該拋光墊56安裝於可旋轉之壓板58上，可旋轉之壓板機械軸60自其延伸。該基板66由一基板夾盤62固持，一基板機械軸64自其延伸。箭頭表示用於使拋光墊56及基板夾盤62旋轉且因此使基板(未展示)旋轉之向量力的方向。經由基板夾盤機械軸64，一向下力經控制施加於基板夾盤62上，在拋光墊56與基板66之間提供可控制接觸。

為理解影響CMP方法之某些因素，理解圖4之Stribeck曲線是有用的。該Stribeck曲線展示摩擦係數(COF)與Sommerfeld數(So)之關係，其中COF及So如以下給出：COF＝F_{剪 力} /F_{法 向} (1)其中F_{剪 力} 為剪力；F_{法 向} 為法向力So[＝μV/(p δeff)] (2)其中μ＝漿料黏度，V＝相對墊－晶圓速度，p＝壓力；及δ eff＝αR_a ＋[1－α]δ_槽 。其中R_a ＝平均墊粗糙度，δ_槽 ＝墊槽深度，且比例係數α由下式給出：＝A_{上 部 特 徵 結 構} /A_{平 坦 墊} 其中A為相應面積。

圖4中展示之概括性Stribeck曲線上顯示存在三個區域。在顯示為"邊界潤滑作用"之區域中，拋光墊及基板皆與漿料研磨劑顆粒密切接觸，且COF隨著So值之增加而保持恆定。在此方案中獲得更大值之COF及移除速率(RR)。該恆定性對於加工穩定性為所要的。邊界潤滑方案中之任何浮動為CMP方法過程中之晶圓/漿料/墊介面之可變性之結果。在部分潤滑方案中，基板及墊由流體膜層分離，該膜層具有約為墊粗糙度之厚度。由於在此方案中之RR比邊界潤滑方案中低，因此部分潤滑方案中墊壽命增加。然而，負斜率之變化速率表明對於部分潤滑方案而言存在比邊界潤滑方案中更小之穩定性、控制性及可預測性。在流體動力潤滑方案中，更大之流體層導致更低之RR。

圖5中展示理想普雷斯頓曲線，其中移除速率(RR)如下給出：RR＝k_{P r} ×p×V (3)其中k_p ＝普雷斯頓常數；p＝墊與基板間之實際壓力；且V＝相對墊－基板速度。

理想地，普雷斯頓曲線為壓力乘以速度之線性函數。自理想線性行為之偏離可歸因於漿料流變學及拋光墊摩擦學。例如，恆定條件下不同漿料之比較已顯示某些在高壓力下呈現非理想普雷斯頓特性。該等漿料係指壓力敏感性漿料。另外，受諸如墊硬度、厚度、壓縮率、孔隙度及表面紋理之變數影響的拋光墊摩擦學亦有助於非理想普雷斯頓特性。

在若干包括墊之亞表面工程操作及低剪力設計之Neopad設計中，可製造具有低COF之CMP墊。COF之均一性可經墊微結構控制，藉由使用分佈於整個胺基甲酸酯基質之許多及小硬度區段。邊界潤滑方案之延伸亦直接與墊微結構相關。

可在拋光方法之基礎上系統性執行墊的特製化。因為CMP"技術"涉及若干參數，特製化必須根據各種影響該方法之態樣來執行。根據欲拋光之材料及用於墊特製化之IC特徵的方法在下文中描述，其可經系統使用以便根據特定需要對墊進行設計。吾人之基於聚胺基甲酸酯/聚脲工程操作之特製化允許控制關鍵參數，如tanδ、損耗模數(E")、儲存模數(E')、微紋理(亦稱作微結構)、玻璃轉移溫度、硬區段及軟區段分佈，及微孔尺寸及分佈。吾人已藉由選擇適當材料及藉由使用特定製造方法獲得此等控制。

I.用於化學機械平坦化及墊微結構控制之聚合物墊之聚合物調配物

預期許多材料可用於目標特製拋光墊之製造。儘管墊大體上為聚合物且具有特製尺寸及硬及軟區域密度，其他發明實例包括材料之引入，諸如可將成孔材料、固體潤滑劑、嵌入摩擦劑、垂直於拋光表面以減緩壓力之一或多層、原位槽及用於端點偵測之透明區域加入連續聚合物相。

目標特製拋光墊通常由聚合物製成。預期用於製造本文所揭示之各種特製拋光墊之聚合物實例自以下類別選出：聚胺基甲酸酯、聚脲、環氧聚合物、酚聚合物、聚碳酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚酯、聚碸、聚縮醛、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚芳基醚酮、聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯(polyvinyl)、聚丙烯、聚乙烯(polyethylene)、聚矽烷及聚矽氧烷。此外，適於本文揭示之各種特製拋光墊之聚合物可為共聚物、摻合物、錯合物、網狀物、複合物、接枝聚合物、及層狀聚合物及其類似物，其係選自聚合物之例示性類別之成員。可使用其他適於墊之聚合物，如熟習此項技術者所明瞭。

使用此等材料之調配物可涉及一些大分子結構與所得之用於墊中之聚合物材料之物理特性間關係的理解。此等特性之實例包括(但不限於)硬度、粗糙度、孔隙度、壓縮率及其類似特性。

舉例而言，具有顯著科學、工程操作及商業歷史之用於CMP拋光墊之聚合物包括聚胺基甲酸酯、聚脲及其共聚物。此等聚合物可使用諸如異氰酸酯、多元醇及多元胺，以及鏈延伸劑及交聯劑等之起始材料進行製備。醇與異氰酸酯官能基之反應形成一胺基甲酸酯鏈，其為聚胺基甲酸酯聚合物之基礎。胺與異氰酸酯官能基之反應形成一脲鏈，其為聚脲聚合物之基礎。對於聚胺基甲酸酯，聚合反應需要最低限度之二醇及二異氰酸酯單體，或在多元醇或聚異氰酸酯中分別具有三個或三個以上羥基或異氰酸酯基團以提供用於交聯之反應部位。對於聚脲，聚合反應需要最低限度之二胺及二異氰酸酯單體，或需要在多元胺或聚異氰酸酯中分別具有三個或三個以上胺或異氰酸酯以提供用於交聯之反應部位。與羥基或胺基反應之交聯劑之實例包括二異氰酸酯交聯劑，諸如甲苯－二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷－二異氰酸酯(MDI)及聚亞甲基聚苯基異氰酸酯(PAPI)。交聯劑之類型及聚合物鏈之交聯程度可影響材料特性，諸如硬度、粗糙度及孔隙度。如多元胺及多元醇之親水性分子的尺寸及分子量影響材料特性，諸如可撓性、熔融溫度及表面能。

允許控制硬度及機械特性之聚胺基甲酸酯及聚脲可用於墊製造，其具有高儲存(E')及損耗模數(E")且具有低熱瞬間、玻璃轉移溫度(T_g )、KEL值、儲存模數隨溫度呈函數性之變化(△E')、壓縮率及tanδ值。

澆鑄/成型、墊材料及微結構控制用於澆鑄及成型之若干方法適於原位製造各種作為單個整體結構之特製拋光墊。用於將拋光墊澆鑄及成型為單個、整體結構之例示性製造方法亦包括於以下討論中，其製造方法另外允許對設計進墊中之物理特徵的部分控制。

聚合物之液體澆鑄聚合物之液體澆鑄可用於製造CMP之墊。液體澆鑄為可適於將聚合物部件自最簡單之設計製造為複雜聚合物部件之製造技術。可使用此技術來製成如聚合物碟之形狀，且因此用於化學機械平坦化之聚合物墊可使用液體澆鑄來製造。液體澆鑄允許在製造過程中對墊材料特性之空間控制，且因此其可為製造用於CMP之墊的適當選擇。在使用此方法製造用於CMP之聚合物墊時，首先製造具有適當尺寸之模型。另外，可進行液體澆鑄以製造CMP墊，其中槽可使用兩個可能選擇進行製造：場外或原位。場外槽形成通常在工業中使用。然而，此方法極昂貴。將模型原位開槽可適於當聚合物固化時在墊中提供槽。取決於聚合物是否經原位固化，適當材料經傾瀉至模型內。在聚合物未固化之狀況中，在達到特定溫度後將適當單體、交聯劑、成孔劑、引發劑及觸媒添加至模型中且進行反應直至完成。使用液體澆鑄時，當第一層或區段經傾倒固化時，若需要則可傾倒第二層或區段。同樣在液體澆鑄方法中，可將嵌入研磨劑以及固體潤滑劑添加至聚合物混合物以達到所要之拋光效能，如將在下文中討論者。

多注射成型製造特製墊之另一方法已知為多點注射成型。多注射成型為一連續方法，其中使用兩種或兩種以上聚合物材料，在不同時間將各材料注入模型中。此方法可用於形成具有兩個或兩個以上層之特製墊，以及在整個墊上不同區域具有不同面積之墊。另外，此方法可用作獲得聚合物材料之任何空間設計模型，自最簡單、最良好定義之環形模型至最複雜及隨機之模型，可為單層或多層。

多活動饋入(或原位)注射成型包括多原位注射埠之模型可用於製造特製墊。在此方法中選擇具有至少兩個埠(一般為獨立的)之模用於聚合物注射。將至少兩種不同聚合物在相同注射步驟其間，通常為在相同時間藉由該等埠注入以填充模。根據特製墊所需之空間變化，進行流體流動及熱轉移計算，且對於不同聚合物及饋入模中之材料選擇適當注射點及注射流動速率。以此方式，可製造具有兩層或兩層以上，及具有跨越墊之直徑具有不同聚合物材料面積之特製墊。

反應注射成型(RIM)特定聚合物系統(例如聚胺基甲酸酯)服從使用RIM技術之成型步驟。在此成型方法中，並非注射先前合成之聚合物，而是添加單體材料組份及適當交聯劑以及引發劑及增鏈劑，且在成型時使所得混合物聚合。為使特製墊在墊不同區域之化學結構上具有變化，可使用多個埠來注射兩個或兩個以上類型之單體單元(及相應增鏈劑)，以及其他經選擇材料，諸如成孔劑、固體潤滑劑及嵌入研磨劑。此可導致聚合物之化學組合物及機械及物理特性之功能性降級。藉由將不同材料差異性添加至模型，此方法可用作產生特製墊，其中特性大體上自一層或區段至下一層或區段變化或逐漸自一層或區段至下一層或區段變化。以此方式，RIM亦可用於製造跨越墊直徑及/或跨越墊深度之平面中具有均一特性之特製墊。

層狀注射成型藉由將先前擠出之聚合物之混合物，例如在該等層中者，用於諸如彼等上文討論之注射成型程序中，可產生具有空間變化特性之特製拋光墊。此產生簡單聚合物物理混合物之方法可直接且易於應用於生產者變化之要求。所產生之特性空間變化將根據可添加至連續聚合物相之個別聚合物、以及諸如固體潤滑劑或嵌入研磨劑之其他所選材料的機械及物理特徵。此方法可用於在水平或垂直區域或層中產生微域等級。

氣體之注射成型以產生具有微孔之墊一種產生在墊之一或多個區段具有微孔之墊的方法包括在注射成型步驟過程中注射氣體以達到特製拋光墊中之孔隙度變化。氣體可自具有不同流動速率之不同埠分散及注射於模型中以便獲得墊中之氣體組份的空間分佈。所得墊可在不同點含有不同量之所包括氣體；因此可獲得硬度及/或密度之系統變化。

微蜂巢式(微孔泡沫注塑成型)在此技術中經成型之聚合物流體與氣體混合以便形成溶液混合物。使用具有不同化學性質之兩種或兩種以上該等溶液(即不同起始化學材料，諸如兩種不同聚合物)將導致物理特性之空間變化。

一步法及兩步法聚合物合成技術在成型或澆鑄前製備聚合物之方式可影響拋光墊特性及其稠度。舉例而言，存在兩種用於調配聚脲及聚胺基甲酸酯之熟知方法，已知為一步法及兩步法技術。在一步法技術中，所有反應組份(例如單體、增鏈劑、交聯劑)可共同反應。該方法難以控制，由於諸如反應物濃度之局部變化，及不均勻之局部熱梯度之因素，其可導致廣泛變化之聚合物產物特徵。在兩步法技術中，在第一步驟中使異氰酸酯與多元胺或多元醇增鏈劑預先反應以形成高分子量之預聚物。接著使此經官能化之預聚物進一步與多元胺或多元醇固化劑及/或增鏈劑反應以完成聚脲或聚胺基甲酸酯之形成。此方法更易於控制但需要更高之處理溫度，通常在100℃附近。當需要高稠度之材料時，需要導致其自身成為高稠度之方法。

CMP墊合成在本研究中，貫穿CMP墊之尺寸、密度及硬區域之均一性可藉由選擇最終產物中聚胺基甲酸酯及聚脲之適當相對濃度來進行控制。可使用兩步法技術。在第一步驟中，合成或自商業賣主獲得聚合或雙功能性異氰酸酯預聚物。異氰酸酯預聚物中之分子量之緊密分佈可允許(需要時)墊中之硬區域及尺寸之均一分佈。在第二步驟中，將合成或市售之約60－80 wt%之異氰酸酯預聚物與約1－15 wt%之多元胺及多元醇增鏈劑中之一或其混合物及約5－25 wt%之多元胺及多元醇固化劑之一或其混合物反應以完成聚脲/聚胺基甲酸酯之形成。同樣，在第二步驟中，可添加約1－3 wt%穩定劑以防止U.V.降解，可添加約0.1－5 wt%成孔劑以產生微孔，且可添加約0.1－20 wt%固體潤滑劑及約0.1－10 wt%嵌入研磨劑以達到所要之拋光效能。在某些狀況中，用作增鏈劑之多元醇化學組合物與用於異氰酸酯預聚物合成之多元醇相同或相似。

因此，硬區域之尺寸、類型及密度之均一分佈可在奈米－微米長度尺度下獲得。個別硬區域區段分別包含在胺基甲酸酯及聚脲調配物中之胺基甲酸酯或脲鏈附近之區域。硬區域可包含一或多個個別硬區段。該硬區域之類型可取決於構成硬區域之脲及胺基甲酸酯區段之相對濃度。硬區域之密度可使用良好系統方法控制來進行控制。舉例而言，預聚物之長度及功能性可影響硬區域之密度。區域之尺寸可由胺基甲酸酯對脲之相對量來控制，因為胺基甲酸酯具有單個H－鍵而脲具有兩個H－鍵且可藉由氫結合至胺基甲酸酯或脲鏈接附近之其他區域形成更大嵌段，增加該區域之尺寸。個別硬區段或含有硬區域之區段可藉由控制用於合成異氰酸酯預聚物之異氰酸酯單體之尺寸來控制。舉例而言，較大單體可形成較大區域區段且因此較大區域區段之組合可形成較大區域。聚合發生反應之溫度亦可影響硬區域之尺寸及密度。在更高反應溫度下，較小區域可形成且可導致區域密度之增加，且反之亦然。如上文所述，硬區域之尺寸及密度之均一分佈可藉由緊密控制聚合物組份之分子量之分佈來達成。緊密控制反應容器及模型中之溫度分佈對於達到硬區域之尺寸及密度之均一分佈亦為重要的，因為溫度可影響硬區域之尺寸及密度。通常，多元胺與多元醇之比率為約20%－40%多元胺比約60%－80%多元醇。通常每個區域之硬鏈區段之數目可為1至20之任意數。該硬區域之尺寸及密度分佈允許在邊界潤滑區域中之平坦及延伸之Stribeck曲線。因此，硬區域之密度及尺寸可在墊之不同區域變化以便達到特製拋光功能。

此類型中之稠度、硬區域之尺寸及密度可允許整體特性之均一性。該類型越稠且空間上越均一，硬區域之尺寸及密度在摩擦學特性中越稠。舉例而言，熱特徵可藉由使用均一間隔之多元胺/多元醇交替嵌段來更好地進行控制，而隨機分佈將導致加熱中之局部差異性。

用於CMP之拋光墊可獨立製造。在墊製造過程中，所有墊材料係分成兩個批次。第一批次之原材料含有異氰酸酯預聚物、研磨劑、潤滑劑及成孔劑，諸如微球體或氣體。第二批次含有固化劑、U.V.穩定劑及多元醇與多元胺增鏈劑之混合物。將批次1先在真空中介於80℉－100℉之溫度下摻合以達到均質性且加入成孔劑之結果可移除任何可能陷入混合物中之空氣。接著將批次1加熱至介於約120℉－200℉間之所要溫度。將批次2保持在約室溫下且摻合約15 min。接著以正確量將批次1及批次2加在一起。使用液體澆鑄使墊成型。因此在充分混合之後，將材料倒入溫度介於約150℉－220℉之間的旋轉模型頂部。模中溫度之均一性可使硬區域之類型、尺寸及密度在整個墊中均一分佈且可使摩擦學特性具均一性。接著藉由以下所描述之壓縮離心澆鑄、真空成型或壓力形成方法進一步形成墊。

為進行壓縮離心澆鑄，在將批次1與批次2之混合物倒入模型上之後，允許混合物靜置且反應約2－3 min。隨後由一平坦不銹鋼平板覆蓋該模型且將其置於壓縮成型機中。壓縮在約100,000 psig及約200℉－300℉下發生。壓縮約10 min後，使墊自模型中脫模。接著使墊在約100℉－200℉下固化約6－12小時。壓縮成型機之溫度均一性可允許該硬區域的類型、尺寸及密度在在整個墊中保持均一分佈且可允許摩擦學特性具均一性。例如可藉由該模型之外部與維持於恆定溫度下之流體接觸來維持均一溫度。

壓縮離心澆鑄使孔呈現長方形形狀。長方形定向孔可在拋光過程中作為微槽且因此消除引入較高槽密度之必要性。長方形定向與拋光表面共面，且具有至少約二比一或甚至更大之縱橫比。當均勻分佈時，長方形孔在拋光表面上造成週期性不連續性，因此產生自然微紋理，其改善調節效率(即減少調節時間)。長方形孔亦可造成微漿料儲集器而防止晶圓在拋光過程中損失漿料，甚至在較低漿料流動速度下。此具有減少漿料用量之優勢，在某些實例中，相對於球狀孔結構係減少超過40%。另一優勢為長方形微孔可提供移除速率之穩定性(維持更高移除速率及/或可調節之移除速率)及摩擦係數。

對於真空形成方法，在將批次1與2混合後立即將混合物倒入模型中，將整個模型置於一封閉腔室中。接著使封閉腔室處於真空下，至約10－30%大氣壓力且模型之溫度均一維持於約150℉－220℉下。真空使得任何陷入墊中之空氣傾注以排出。約2－5 min真空中之後，破壞真空且取出模。約15 min之後使該墊自模型進行脫模。接著使模型在約100℉－200℉下固化約6－12小時。

對於壓力形成方法，將批次1與2混合之後立即將混合物倒入模中且將整個模型置於一封閉腔室中。接著將封閉腔室置於壓力下，至約3－10倍大氣壓且將模型之溫度均一維持在約150℉－220℉下。壓力使得任何陷入墊中之空氣經傾注排出。約2－5 min之後，將壓力腔室減壓且取出模。約15 min後使墊自模型中脫模。接著在約100℉－200℉下將墊固化約6－12小時。

在個別CMP墊之固化過程中，約小於2 μM範圍內之外殼形成於拋光墊之表面上。此外殼對於在保護墊表面免受處理CMP墊過程中之損害很重要。使用前，需要調節(磨合)該等墊，其可使用一鑽石調節器來完成。在某些狀況中，外殼小於約2 μM以便在基板拋光前使墊有效磨合。

下文討論某些可用於墊製造之材料。該等材料分為若干種類。此等種類包括：異氰酸酯預聚物及單體、多元醇及多元胺單體及增鏈劑、固化劑(交聯試劑)、穩定劑、成孔劑、固體潤滑劑及研磨劑。

可用於墊製造之異氰酸酯單體及預聚物展示於表1中。

可用於製造墊之多元醇單體及增鏈劑展示於表2中。

可用於製造墊之多元胺增鏈劑及單體展示於表3中

可用於製造墊之固化劑展示於表4中。

可用於製造墊之穩定劑展示於表5中。

可用於在製造墊期間形成微孔之成孔劑展示於表6中。

可用於製造墊之固體潤滑劑展示於表7中。

可用於製造墊之嵌入研磨劑展示於表8中。

表9中展示上文描述之可用於墊製造之材料之某些可能組合的非限制性描述。使用表9中之材料組合之所有特製墊可使用液體澆鑄技術進行澆鑄且使用壓縮離心澆鑄進一步形成。

II.孔隙度經控制之墊

如上文所述，在半導體晶圓處理過程中對CMP之效能具有影響之一例示性特性為孔隙度。可藉由小心控制聚合物材料中成孔劑之分佈及小心控制製造過程中之溫度均一性來達到孔隙度之控制。對墊孔隙度控制缺乏，即對孔尺寸及密度及墊中孔尺寸及密度之分佈缺乏控制可影響諸如漿料傳送及研磨劑分佈之因素，其又可影響CMP墊之效能，諸如移除速率(RR)及晶圓內非均一性(WIWNU)之數目。此外，進一步觀察到未經孔隙度控制而製造之墊可在拋光表面上具有非均一剪力，且因此在整個方法範圍內具有非均一COF。剪力之非均一性可影響平坦化效率，且引入導致產品產量下降之基板上的缺陷。

本文所揭示之各種特製拋光墊經製造以便目標墊中形成之孔隙度相對於孔隙度為均一的，即孔尺寸及孔密度，及孔隙度之分佈。圖6為成孔材料或試劑如何可用於產生均一孔尺寸、孔密度及基質中之分佈的示意圖。在此等實例中，成孔材料或試劑在諸如溫度或壓力之不同外部條件下具有不同特性。起初，將成孔材料或試劑添加至基質中，且接著藉由均一施加熱，使成孔材料或試劑可膨脹至所要孔尺寸。孔之分佈及密度可藉由添加至基質中之成孔材料或試劑的量來控制，其中基質通常為聚合物。

在目標特製拋光墊之某些變體中，孔尺寸範圍為約20 nm至約80 μm，而在目標特製拋光墊之其他變體中，孔尺寸範圍可為約50 nm至約15 μm，且在目標墊之其他變體中，孔尺寸範圍可為約100 nm至約10 μm。在某些狀況中，孔範圍尺寸範圍可介於約10 μm－80 μm之間。目標特製拋光墊之孔密度變體由澆鑄或成型前添加至聚合物中之材料及試劑之濃度決定。預期孔密度可變化以便拋光墊可具有介於總墊之約1%至約20%間之孔密度。

預期許多材料可用於以可控制方式在製造過程中在聚合物基質中產生孔。某些例示性材料包括發泡劑、化學鼓泡劑、超臨界流體、嵌段共聚物、膠束及孔原材料，其在下文中進行討論。

A.聚合物空心微米元件(微球)聚合物空心微米元件材料一般為由聚合物製成之10－100 μm尺寸範圍內之球狀物。可使用(例如)諸如Expancel、PVDF、苯酚樹脂之材料及諸如矽酸鹽及鋯酸鹽之無機材料，其具有氣體，例如異丁烷氣體，其封裝於球體中。當此等材料在成型之前添加至聚合物熔融物中時，藉由控制施加熱量，其中之氣體膨脹至所要尺寸。在經膨脹及未經膨脹之模式中均可獲得該等空心微米元件，且任何此等模式均可用於墊之形成。在經膨脹模式中，空心微米元件經預膨脹且在最終聚合物處理操作過程中不經歷尺寸變化。在未經膨脹之模式中，空心微米元件在墊製造過程中膨脹。存在許多使用此等微米球材料之控制孔尺寸的處理方法。孔密度藉由添加之微米球之量來控制。

B.化學鼓泡劑化學鼓泡劑，例如Hydrocerol、碳酸氫鈉，其受熱時產生二氧化碳；及錯鹽，如偶氮二甲醯胺及氧基二苯磺醯肼，其導致可添加至聚合物批次中之氮氣的產生。在加熱聚合物時，此等化學鼓泡劑分解產生導致成型部件中之孔形成的氣體。其他鼓泡劑之實例包括可在聚合物成型之後使用溶劑浸濾出之固體。

C.超臨界流體在微孔泡沫注塑(Mucell)方法中，將超臨界氣體溶解於聚合物饋料中產生單相溶液。當此聚合物饋料在模型中冷卻時氣體形成0.1－10 μm尺寸範圍內之微觀氣泡。

D.膠束可將膠束結構引入聚合物饋料流中。接著可使用選擇性溶解度使用諸如己烷之可選擇性溶解膠束的溶劑浸濾出此等膠束(液體或固體)，使孔區域留在聚合物基質中。舉例而言，諸如十二烷基磷酸膽鹼、C_{1 6} SO₃ Na之材料可用於將膠束引入聚合物調配物中。

E.孔原材料孔原材料可用於在聚合物基質中產生孔。此等孔原材料係由另一聚合物製成，例如具有低降解溫度之聚苯乙烯。在向聚胺基甲酸酯基質中加入所要量之孔原材料後，且在墊形成之後，可藉由對整個墊之熱處理來移除孔原材料。

III.功能梯度墊

本文預期之特製拋光墊之一家族為功能梯度拋光墊家族。此等墊包含一具有用於拋光罩片、大體上平坦之基板的拋光表面的特製拋光墊，且包含至少兩個不同物理特徵的區域。該等至少兩個區域可具有不連續邊界或由組成性聚合物之混合物形成之邊界。該等至少兩個區域可各包含組成上不同之聚合物材料且該等區域間之區域可包含組成上不同之聚合物材料的混合物。

圖7中展示放射性對稱之兩區域梯度墊之示意圖，其中使用兩個不同聚合物組合物，各區域使用一個，墊之第一外部圈環使用離心液體澆鑄法形成。接著以第二聚合物材料填充墊環之中心。使用兩種不同材料以便在所得墊中存在兩個具有不同物理特性的不同域或區域。在兩種材料間之介面處的適當結合可需要選擇彼此相容之材料。

除經功能分級以外，功能梯度墊之變體可另外在不同聚合物區域具有相同及不同孔尺寸及密度。圖8a為具有較硬之包含短鏈預聚物之內部區域及包含長鏈預聚物之軟外部區域的功能梯度墊的示意圖。圖8b為展示可在不同區域中形成具有相同孔密度之不同尺寸孔的示意圖。圖8c為展示可在不同區域中形成具有不同孔密度之相同尺寸孔的示意圖。至少兩個區域可各包含組成上不同之聚合物材料。當拋光頭(卡環)向拋光墊之外部區域施加比內部區域更大壓力時具有比外層更硬之內層可為有利的，在經外緣拋光之區域中引起高移除速率。可藉由此方法達到外緣產量損失之減少及模密度作用之最小化，其補償不均勻之壓力分佈。聚合物材料之功能性分級可導致機械特性(硬度、壓縮性、孔尺寸及孔分佈)之分級且可用於平均化壓力分佈中之任何非均一性。

圖9展示可使用其中模型非規則設置之方法製成之更複雜模型在拋光墊200上功能分級之示意圖，其具有諸如橢圓形(202,204,206)及旗標(208)之不同選擇區域。在各指定區域中，各聚合物可各為上文討論之不同類型的不同聚合物或至少兩種不同種類。此外，該等模型可藉由使用適當模幾何學來達成。

圖10為例示性特製功能梯度拋光墊200之示意圖，該拋光墊為一連續梯度墊，使用其中自模型之外部周邊212注射第一聚合物而同時自中心214注射第二聚合物材料的製造方法來製成。

梯度墊可具有經選擇以在墊之不同區域中提供恢復係數之不同值的聚合物及/或調配物。環狀墊之拋光表面的外環或外部環可具有比墊之內部更高之恢復係數以提供更均一之晶圓拋光。可藉由增加固化劑及/或改變相較於墊之內部調配物的聚合物調配物之化學組成(例如，當形成外環時藉由改變固化劑之類型)來形成外環，如下文所討論。以此方式，拋光表面之硬度可實質上或大體上保持不變，但墊可提供來自墊所作用之晶圓的經改良之平坦性及/或裝置產量。恢復係數可藉由使用Bashore回彈%量測來進行評估，通常拋光墊之Bashore回彈對於Neopad墊位於約0.05－0.6。恢復係數之另一評估方法可使用在約22小時及158℉(70℃)下之壓縮設置測試進行。自Neopad墊獲得之壓縮設置測試獲得之值介於約0.05－0.6之間。

同樣，梯度墊可具有選擇用於在墊之不同區域提供壓縮率之不同值的聚合物及/或調配物。環狀墊之拋光表面之外環或外部環可比墊之內部具有更高壓縮率以便提供更大均一性之晶圓。可藉由增加固化劑之量及/或改變相較於墊之內部之調配物的聚合物調配物的化學組份(例如，當形成外環時藉由改變固化劑之類型)來形成外環。此外，雖然以此方式拋光表面之硬度可實質上或大體上保持不變，但是墊可提供來自墊所作用之晶圓的經改良之平坦性及/或裝置產量。壓縮率定義為體積模數之倒數。體積模數定為引起體積之單位變化所需之壓力的量。

如上文討論之梯度墊，其中(例如)自沿墊之旋轉軸延伸之墊半徑的特性進行變化，通常使至少約75%拋光表面之內表面積或形成之墊的體積具有一值且使拋光表面之面積剩餘量或墊之體積具有第二值。儘管不限於以下理論，但是咸信環形墊之外部周邊或例如帶狀拋光墊之拋光墊外緣更易於受到來自例如設備振動、邊緣作用、更高轉矩等移動的影響，且分級使其適應沿墊表面作用之不均等力。

IV.低剪力整體墊

本文涵蓋之特製拋光墊的另一家族為低剪力整體墊家族。特製低剪力拋光墊為由至少兩種材料製成之多層或整體墊，以便介於兩層間之介面起應力槽之作用以減小墊/基板邊界之COF。介面之任一側之材料可相同或不同。除了將材料層一次傾倒一個外，使用先前描述之製造法形成介面。傾倒第一層材料後，允許材料在傾倒第二層前固化0.5－2 min。若需要多層則重複此步驟。最終層經傾倒後，如上文所述壓縮整個墊，形成真空形成或壓力。

具有多層之墊可具有整體結構，其中多層藉由整體介面彼此共價連接，或墊可藉由壓延或彼此黏接預固化層形成。如本文揭示之許多墊為整體的且因此具有整體介面，藉此該等層彼此共價連接。整體墊可具有添加至其中之額外層，諸如雙面帶以將固化墊黏接至化學機械拋光器之壓板，但此等額外層不會在使用之墊添加可觀地效能特徵。

圖11A為兩層特製低剪力應力墊100之示意圖，其具有層102及104以及介面103。具有一個介面之整體墊可具有兩個層，而具有兩個介面之墊可具有3個層，且N個層之整體墊可具有N－1個介面。

此在圖11B中展示之目標低剪力墊中很明顯。在此例示性墊300中，存在五層材料302、304、306、308及310，及四個介面303、305、307及309。材料層302、304、306、308及310可由相同或不同材料製成且具有相同或相同或不同物理特性及特徵，諸如孔隙度及等級。藉此形成之四個介面303、305、307及309起應力槽之作用，且有效降低剪力，且因此降低COF。

用為應力槽之介面之此作用展示於圖12之示意圖中。在示意圖100中，因為在單層墊106中，不存在選擇為起應力槽作用之介面，所以墊/基板邊界104處之剪力、S與所施加於基板104上之法向力N垂直。在示意圖300中，將拋光基板302、具有層306及308之墊設計為具有介面307，其中在墊層306與308間之介面307處產生剪力S2。由於低剪力整體墊306及308之介面307處之剪力S2，墊/基板介面304處之剪力S1經減小，以使得S1顯著小於S。

V.經亞表面工程操作之墊

本發明涵蓋之特製拋光墊之另一家族為經亞表面工程操作之墊家族。本文描述之各種經亞表面工程操作之墊具有藉由將設計入該聚合物墊中之結構特性組合，與自拋光表面至少約1%墊深度內之固體潤滑劑之分散液組合所賦予的特性。使用具有分散於整個聚合物基質中之固體潤滑劑之墊可有效最小化COF而不犧牲RR。

固體潤滑劑為諸如粉末或薄膜之材料，其係用於在相對移動過程中提供對損傷的保護且用於減小摩擦及磨損。固體潤滑劑之某些較佳特性係其為熱穩定的、化學惰性的且不可揮發，且機械穩定，但在Moh尺度上具有不超過約5之硬度。滿足此等標準之固體潤滑劑具有超過其他類型潤滑之優點，一般而言係歸因於在大負載及黏度下之更大有效性、對損壞之高抗性及在高溫、壓力、輻射及其他反應環境下之高穩定性。存在許多固體潤滑劑類別，包括無機固體、聚合物、軟金屬及此等類別中展示之材料的組合。另外，經亞表面工程操作之墊可與先前描述之經功能分級、孔隙度控制及低剪力墊組合使用。

除了先前提及之固體潤滑劑之此等一般特性外，所涵蓋之用於目標墊中之固體潤滑劑通常具有介於約0.001至約0.5間之摩擦係數，及介於約10 nm至約50 μm間之粒度。進一步涵蓋各種特製墊，其可製造為自拋光表面至少約1%墊深度處具有至少一種固體潤滑劑。可使用潤滑劑之組合代替單個潤滑劑。

具有上文描述之所要特性之無機固體潤滑劑的實例包括層狀固體，諸如石墨、氟化石墨、硫化鈮、硫化鉭、硫化鉬、硫化鎢、矽酸鎂氫氧化物(滑石)、六邊形氮化硼及氟化鈰。該等層狀固體為以薄片分層之結晶固體，其中滑動面出現於薄片之間。其他適用作固體潤滑劑之無機固體包括氟化鈣、氟化鋇、氧化鉛及硫化鉛。儘管在結構上不為層狀，該等固體潤滑劑具有在分子層上易於沿彼此滑動之表面，藉此產生宏觀層面上之潤滑作用。

聚合物固體潤滑劑之實例包括：1.)聚鹵化烴，諸如PTFE及相關成員。2.)多元胺，諸如耐綸6,6及相關成員。3.)聚芳基酮，諸如PEK(聚醚酮)、PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)及PEKEKK(聚醚酮醚酮酮)。4.)氮化硼聚合物，諸如PBZ(聚(對borazylene))或PVZ(聚(對伸乙烯基borazylene))。該等聚合物固體潤滑劑一般具有低表面能，作為非絮凝分散液為穩定的，具有低摩擦係數，且熱穩定及化學穩定。舉例而言，PTFE具有大體上約0.04之小靜態及動態摩擦係數，已知為化學惰性的，且至約260℃下穩定。如氟化鈣家族之無機固體潤滑劑，聚合物固體界面活性劑具有在彼此易於滑動之表面。

所涵蓋之其他可用固體潤滑劑包括具有形成可用於潤滑劑之奈米球體、奈米管或其他奈米顆粒結構之適當特性的多種材料。舉例而言，該等碳奈米球體已知為芙(buckminsterfullerene)或"巴克球"(buckyball)。多種固體潤滑劑材料，例如無機物，諸如硫化鉬、硫化鎢或聚合物材料，諸如PTFE或氮化硼聚合物，可製成用作固體潤滑劑之奈米結構。由於此等結構一般具有奈米孔，其可包括其他固體或液體潤滑劑，產生具有多種特性之固體潤滑劑。此外，由聚合物、摻合物、網狀物、組合物及聚合物及共聚物分子之接枝聚合物製成之固體潤滑劑以及由無機及聚合物固體潤滑劑製成之複合物及接枝聚合物均為可能。

經特製亞表面工程操作之墊可用於Cu CMP中之所有處理步驟；包括成批、軟降落及障礙物移除步驟。特定言之，Cu CMP之單個墊溶液的影響為降低消費品之成本，以便使加工亞90 nm技術之物主成本更有吸引力。

如圖13所展示，銅在損壞前具有極高之應力。此外，銅在損壞前可經受相當大之塑性變形。在應力誘導介電缺陷之狀況中，材料之自然連接特徵導致脆性斷裂。該脆性斷裂在相對低之應力值下發生，例如<2%。由於銅之高可塑性，對於Cu CMP而言需要處理若干問題。第一個問題為由應力導致塑性變形之區域中材料的選擇性延長。如此經誘導之塑性變形為導致長期應力之永久變形。在發生歸因於銅區域與拋光墊接觸的選擇性延長之狀況下，該等區域可經塑性變形且將具有不同於內部銅區域之特性。第二個問題為銅之局部性應變硬化，其僅在斷裂前發生。所有銅延長及應變硬化的此等問題由於通道及溝槽中之銅的密封而加強。最後，取決於墊與銅層如何接觸，銅殘餘物亦可留在CMP完成後且可引起經拋光之基板中的缺陷。可藉由降低晶圓/漿料/墊介面處有效剪力作用來降低COF，從而達成應力併入之最小化。一般而言，對於CMP，墊特性之均一性，諸如墊模數、孔尺寸分佈及材料之化學結構對於檢驗在高穩定邊界潤滑方案中運行CMP方法為重要的。此外，為了獲得Cu CMP方法之均一性，存在顯著降低剪力之需要以減小或消除應力誘導缺陷。為了減小剪力，亦需要高度潤滑均一性。對於本文描述之不同特製經亞表面工程操作之拋光墊，使用固體潤滑劑分散於自拋光墊表面約1%墊深度之聚合物基質中之墊可有效最小化剪力，而不犧牲RR，且可藉此降低或最小化銅之應變硬化。

VI.嵌入拋磨塊特製墊

不同於市售之"固定研磨劑墊"，本文揭示之嵌入研磨劑墊中之研磨劑分佈於整個聚合物基質中而並非僅分佈於表面。若需要多層墊，則研磨劑可或可不分佈於所有層中。嵌入研磨劑墊比固定研磨劑墊之優勢為在處理中隨時間的穩定性。墊在拋光過程中磨損。在嵌入研磨劑墊之狀況中，因為墊深度上之研磨劑分佈可經設計及控制，所以可預期相同之拋光條件。相反，市售之固定研磨劑墊在拋光方法進程中在形狀、尺寸及分佈密度上經歷逐漸磨損。此導致不均勻之拋光率、過程控制且因此由於需要頻繁替換墊而導致物主之高成本。

用於CMP之墊可嵌入陶瓷或玻璃顆粒(氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈰)。此等顆粒尺寸取決於所要效能可介於約100 nm－30 μm間。在某些狀況中顆粒與墊基質間之黏接可為最小。此可允許併入整個墊中之顆粒暴露及釋放於漿料中。該聚合物墊可允許研磨劑作用而不需要使用含有研磨劑之漿料。事實上，整個過程可使用蒸餾水及嵌入研磨劑墊來進行。

一種新穎類別之稱為奈米研磨劑顆粒之研磨劑材料最近已發展為在此項技術中已知。此等顆粒具有幾十奈米至幾百奈米尺寸範圍。可藉由直接使用前述製造方法將此等奈米研磨劑漿料顆粒併入墊中來使聚合物墊功能化。可使用若干類別之奈米研磨劑顆粒，包括陶瓷及玻璃，如氧化鋯、二氧化矽、二氧化鈰及均勻材料，如碳奈米管(芙環)以及黏土顆粒。

墊中嵌入研磨劑之分佈可藉由在拋光表面之不同區域中之自身研磨劑之功能分級特製為晶圓上晶片之圖案密度。亦可藉由分級研磨劑特徵，諸如研磨劑尺寸分佈、密度、形狀來達成分級。此可獨立或與其他分級方法(即使用不同墊材料孔隙度)組合完成。

上文討論之微米尺度顆粒及奈米研磨劑可添加至乾燥聚合物或以諸如溶劑之適當液體載體形式添加。此等顆粒可視情況具有諸如寡聚或聚合基團之基團，該等基團附著至顆粒表面來輔助顆粒選擇性或較佳地併入聚合物或(若非連續相在經選擇聚合物中形成)聚合物相中。對於兩個或兩個以上相之聚合物，連接或者黏著至顆粒表面之基團可足夠相似於其所偏向之相，且足夠不同於研磨劑顆粒所聚集之作為聚合物熔融物固化所要相之其他相。該等結合或黏著至顆粒表面之基團亦可經選擇以不相似於該等顆粒置於其中之聚合物。此輔助研磨劑顆粒隨著墊磨損暴露於新顆粒中而自聚合物釋放。

製造自身研磨劑墊之嵌段共聚物可使用二嵌段共聚物製造自身研磨劑墊，其中一嵌段物可起基質作用且第二嵌段物可起研磨劑材料之作用。該等嵌段物經選擇以提供所要連續相、研磨劑相及不溶混性以便在連續相中形成研磨劑相。在一實施例中，墊可由較高百分比之(共連續基質)一嵌段物與其他不連續嵌段物組成。可選擇此不連續嵌段物以便其起經研磨材料之研磨劑作用。為了製造第二相研磨劑，可視情況向嵌段物中添加無機或金屬顆粒。舉例而言，當形成於墊時，研磨劑材料可化學連接至嵌段共聚物之不連續相中之某些或所有單體分子，或研磨劑顆粒可併入聚合物熔融物中。研磨劑顆粒具有一或多種有助於研磨劑顆粒較佳併入一相中之特性(例如表面相互作用及熱動力條件)。舉例而言，研磨劑顆粒可經選擇以便在不連續相中比在連續相中發現更高濃度之研磨劑顆粒。亦可使用研磨劑顆粒之混合物。在某些實例中，發現混合物中各類型之研磨劑顆粒在一相中比其他相中(較佳為不連續相，儘管顆粒可經代替選擇以在連續相中存在較高濃度)更高。然而，顆粒混合物可經選擇以使得一或多種類型之顆粒在非連續相中具有較高濃度，一或多種類型之顆粒在連續相中具有較高濃度，及/或一或多種類型之顆粒在兩個相中幾乎均勻分佈。

因為嵌段物之一本身可為研磨劑，所以可不必將研磨劑顆粒併入一相中。特定聚矽氧嵌段物可作為低百分比材料之共聚物之部分併入且碳骨架可充當更高百分比之材料。當將墊用於拋光時，聚合物之聚矽氧部分可暴露且可起研磨劑之作用。此由二氧化矽聚合物製成之研磨劑材料可經修整以具有類似於目前在若干技術中用作研磨劑顆粒之二氧化矽顆粒的稠度。

併入上述嵌入及奈米研磨劑顆粒之聚合物可為形成一連續相之聚合物，或該聚合物可為形成如上文所述之不連續相之特定嵌段共聚物。該等奈米顆粒可經選擇以在不連續相或連續相中提供均一分散或較佳積累，且如上所述可使用混合物。

火焰噴塗除了使用上文所述之製造技術外，潛在可用於提供拋光表面之另一技術為用於在墊上製造一聚合物塗層之火焰噴塗技術。該火焰噴塗聚合物在塗層形成時可具有併入材料中之陶瓷或玻璃顆粒，以便可形成自身研磨劑表面。聚合物及伴隨之研磨劑顆粒可經火焰噴塗於其上之墊通常可為諸如無不連續相之聚胺基甲酸酯或聚碳酸酯之聚合物。該墊可為(若需要)具有至少一個上述之不連續相者。在此狀況下，火焰噴塗聚合物/研磨劑層首先磨損，且一旦此層磨損，聚合物/研磨劑層之下之墊磨損。可使用此類型結構(例如)以摩擦晶圓上之層，該晶圓尤其難以摩擦或其具有不同於其他經摩擦之層的某些其他特性，或當使用墊時起始摩擦率應不同於後者之摩擦率。

VII.原位槽墊

認為CMP墊中之槽防止墊表面上之經拋光晶圓打滑；有助於提供漿料在墊表面上之分佈；有助於確保足夠漿料到達晶圓內部；有助於控制墊之局部剛性及順從性以便控制拋光均一性且最小化邊緣作用；且提供自墊表面移除拋光碎片之通道以便減小缺陷性。圖14a及14b提供槽對產生於墊/晶圓區域周圍之流體動力壓力影響之圖示。舉例而言，圖14a描述當使用非槽拋光墊時之晶圓壓力概況(由對角線條帶三角區域表示)。圖14b說明晶圓邊界周圍之壓力如何沿槽釋放。即，該等槽符合產生於各槽距處之壓力，且有助於提供沿晶圓/墊區域之均一漿料分佈。

一般而言，可使用任何在CMP墊上產生原位槽之適當方法。不同於目前之外部槽法，其在特性上主要為機械的，本文所述之原位法通常將更便宜、耗時更短，且需要更少製造步驟。此外，本文所述之方法通常在獲得複雜槽設計上更有用。最後，本文所述之原位方法通常可產生具有更佳耐受度(例如更佳槽深度)之CMP墊。

在一變體中，原位槽方法包含使用置於模型中之聚矽氧裏料。此模型可由任何用於成型之適當金屬製成。舉例而言，該模型可為金屬的，由鋁、鋼、超塑材料(例如具有用於成型精煉特性之"超"平滑邊緣及"超"高耐受度之金屬/金屬合金)、其混合物及其類似物製成。該模型可為任何適合尺度且模型之尺度通常取決於欲待產生之CMP墊，例如對於一20吋墊，模將具有22吋直徑且將為2吋厚。墊尺寸又通常取決於欲拋光之晶圓尺寸。舉例而言，用於拋光4、6、8或12吋晶圓之CMP墊之說例示尺寸可分別為約12、20、24或30.5吋。

雖然聚矽氧裏料通常由聚矽氧彈性體或聚矽氧聚合物製成，但是可使用任何適合聚矽氧裏料。接著可由模壓印或蝕刻聚矽氧裏料，該模型對於所要槽模型或設計為互補的。接著裏料可經膠黏或黏著至或保留於模型中。應指出裏料亦可在圖案化前置於模型中。使用微影技術將模型蝕刻成聚矽氧裏料可有助於提供更加精確之槽尺寸。參看例如C.Dekker,Stercoltthography tooling for silicone molding,Advanced Materials & Processes，第161(1)卷，第59－61頁，2003年1月；及D.Smock,Modern Plastics，第75(4)卷，第64－65頁，1998年4月，其頁數以全文引用之方式併入本文中。舉例而言，可獲得微米至亞微米範圍之槽。亦可相對容易地獲得微米範圍內之大尺度。以此方式，聚矽氧裏料用作"成型圖案化"。然而在某些變體中，可由補償性槽設計使模圖案化。以此方式，模型及裏料或模自身可用於產生CMP墊槽設計。

圖15提供如本文所述之說明性聚矽氧為裏料之模型(200)的截面圖。展示存在上部模板(202)、下部模板(204)及聚矽氧裏料(206)。該聚矽氧裏料(206)中具有經壓印或蝕刻之圖案(208)。應瞭解儘管聚矽氧裏料(206)在圖15中描繪為沿上部模板(202)，但並不需要如此。事實上，聚矽氧裏料(206)亦可黏著至或者保留在下部模板(204)中。聚矽氧裏料可使用任何適合方法黏著或保留在模板中。舉例而言，聚矽氧裏料可經膠黏、黏貼、夾於、壓力固定或黏著或保留於模板中。

使用此方法，CMP墊可自一熱塑或熱固定材料或其類似物形成。在熱塑材料之狀況中，熔融物通常經形成且注射於聚矽氧裏料模型中。在熱固性材料之狀況中，通常將反應混合物饋入聚矽氧裏料模型中。反應混合物可以一步或兩步或兩步以上添加至模型中。然而無論所用之材料為何種，可允許墊在取出模型之前藉由使墊材料固化、冷卻或另外調定為固體之方法來獲得其最終形狀。在一變體中，該材料為聚胺基甲酸酯，且製造聚胺基甲酸酯墊。舉例而言，聚胺基甲酸酯小球可熔融且置於聚矽氧裏料模型中。聚矽氧裏料模型可由如上文所述之所要墊蝕刻。使聚胺基甲酸酯冷卻，且接著自模型中取出。接著使該墊具有對應於彼等聚矽氧裏料模型之圖案。

使用此聚矽氧裏料方法製造原位槽之潛在優勢有若干。舉例而言，其可提供模型更長之壽命，因為若聚矽氧裏料損壞或存在任何磨損或破損則其可容易地替代，且聚矽氧裏料自身通常具有極長之壽命。類似的，與其中圖案經雕刻之模型相比，更易於自聚矽氧裏料模型移除墊。因此，使用聚矽氧裏料模型製造之槽可更精確，且可最小化移除過程之損害。類似方法中，使用聚矽氧裏料模型製造槽尺寸可經更佳之控制及更佳之定義。舉例而言，可達到極小尺寸(例如微米至亞微米範圍內之側向及水平槽)。更佳控制及更佳之槽尺寸界定對於諸如低介電質、Cu移除、STI、SoC及其類似物之特定目的墊尤其具有重要意義。

本文亦描述新穎槽設計。此等新穎槽設計大體上基於流動可視化研究開發。此等研究有助於鑑定墊頂部之漿料流型。以此方式計算槽之所要彈道。圖16A－16C提供用於20、24及30吋墊之適當槽設計之非限制性例示性說明。如所述，在更小半徑值下(即接近墊之內部部分)，槽可設計為具有同心環狀槽及放射性延伸以遵循鑑定之流型的重疊線性槽。在較高半徑值下(即接近墊之外部部分)，開始為在墊之內部部分線性之輻射性延伸槽可彎曲以防止漿料流出墊且亦增加邊界附近之槽密度。可增加邊界附近槽密度以在拋光表面上維持幾乎恆定之槽密度，其對於維持墊表面上之拋光效能的均一性係重要的。在某些如圖16A描繪之狀況中，可添加額外輻射槽，其不延伸至墊內部以便在拋光表面上維持恆定槽密度。典型槽寬度可在約50至約500微米範圍，而典型槽深度可在約100至1000微米之範圍。

此等新穎槽設計可由任何適當方法產生。舉例而言，其可使用上文所述之原位法製造，或其可另外使用外部或機械法製造，諸如雷射記錄或切割，水噴射切割、3－D印刷、熱成型及真空成型、微接觸成型、熱壓印或印刷及其類似方法。

A.雷射記錄(雷射切割)雷射記錄或雷射切割可用於製造本文所述之新穎槽設計。雷射切割機通常由面向下方之雷射組成，其安裝於經機械控制之定位機構上。將例如塑料之材料薄片置於雷射機構工作區域下。隨著雷射在墊表面上來回掃描，雷射使材料蒸發以在雷射撞擊表面處形成小通道或空腔。所得槽/切口通常為精確及準確的，且不需要表面精加工。通常，任何圖案之槽可編程入雷射切割機中。雷射記錄之更多訊息參看J.Kim等人，J.Laser Applications，第15(4)卷，第255－260頁，2003年11月，該等頁數以其全文引用之方式併入本文中。

B.水噴射切割水噴射切割亦可用於製造本文所述之新穎槽設計。此方法使用噴射加壓水(例如高達60,000磅/平方吋)來製造墊中之槽。通常，使水與如石榴石之研磨劑混合，其促進更佳之耐受度及良好邊緣精加工。為了達到所要圖案之槽，水噴射通常經預先程式化(例如使用電腦)以遵照所要幾何路徑。水噴射切割之其他描述可參看J.P.Duarte等人，Abrasive water jet,Rivista De Metalurgica,第34(2)卷，第217－219頁，1998年3－4月，其中該等頁數以其全文引用之方式併入本文中。

C. 3－D印刷三維印刷(或3－D印刷)為另一種可用於製造本文所述之新穎槽設計之方法。在3－D印刷中，將部件建構於層中。首先製造所要部件之電腦(CAD)模式且接著切片算法繪製各層之訊息。每層開始具有分佈於粉末床表面上之粉末薄分佈。接著經選擇之黏合劑材料選擇性與其中形成目標之顆粒連接。接著降低支撐粉末床之活塞及進度部件(part－in－progress)以形成下一粉末層。各層後，重複相同步驟接著進行最終熱處理以製造該部件。由於3－D印刷對材料組成、微結構及表面紋理實行局部控制，因此用此方法可達成許多新穎(且先前不可達到)槽之幾何特性。3－D印刷之更多訊息可參看Anon等人，3－D printing speeds prototype dev.,Molding Systems，第56(5)卷，第40－41頁，1998，其中該等頁數以全文引用之方式併入本文中。

D.熱成型及真空成型其他可用於製造本文描述之新穎槽設計之方法為熱成型及真空成性。通常，此等方法僅對熱塑性材料起作用。在熱成型方法中，在使用真空壓力或機械壓力加熱後使平坦薄層塑料與模型接觸。熱成型技術通常產生槽設計中具有良好耐受度、緊密規格及細節分明之墊。事實上，熱成型墊在質量上通常與注射成型片相當或有時甚至比其更好，而花費更少。更多熱成型訊息可參看M.Heckele等人，Rev.on Micro Molding of Thermoplastic Polymers,J.Micromechanics and Microengineering，第14(3)卷，第R1－R14頁，2004年3月，其中該等頁數以全文引用之方式併入本文中。

真空成型藉由將受溫塑料真空吸氣至模上使薄片塑料成型為所要形狀。真空成型可用於使例如5 mm之特定厚度之塑料成型。相對複雜成型，及因此複雜之槽圖案可由相對簡單之真空成型來達成。

E.微接觸印刷微接觸印刷為高解析度印刷技術，其中槽可壓印或印刷於CMP墊之頂部。有時將此特徵化為"軟微影"。此方法使用一彈性體壓印來將圖案轉化至CMP墊上。此方法為用於形成及製造可用作槽之微結構的便利、成本低之非光微影方法。此等方法可用於產生具有奈米及微米(例如0.1至1微米)範圍之特徵尺寸的圖案及結構。

F.熱壓印、印刷熱壓印亦可用於產生本文所述之新穎槽設計。在此方法中，可使用硬主控器(例如一片其中壓印有圖案之金屬或其他材料，可承受高溫，且當壓入硬主控器中時具有足夠剛性以允許聚合物墊經壓印)壓印熱塑聚合物。當將聚合物加熱至黏稠狀態時，其可在壓力下成型。形成壓印形狀後，可藉由冷卻至玻璃轉移溫度以下來使其硬化。不同類型之槽圖案可藉由改變主控器壓印上之初始圖案來達成。此外，此方法允許產生奈米結構，其可使用熱塑材料成型(例如藉由製造具有奈米凸紋結構之壓印)在大表面上進行複製。該奈米結構可用於提供局部分級/開槽。

VIII.用於CMP過程中之端點偵測的整體光學透明窗

本發明提供具有至少一個區域之拋光墊，該區域對於用於端點偵測之一或多種波長之光足夠透明，且提供製造該拋光墊之方法。該等拋光墊可與任何適當化學機械平坦化系統中之光學偵測或監視方法共同使用。無論拋光墊是否安裝於可旋轉板之上，如(例如)美國專利第6,280,289號(其以引用之方式併入本文中)所述，其為線性驅動之薄片，如(例如)美國專利第6,179,709號中(以引用方式併入本文中)所述，或為一些其他組態，其可經本發明之方法修正以包括允許在經拋光基板表面處或其附近光學偵測的透明區域。光學偵測及監測方法可用於末端測定，諸如量測自上文所述之專利中之基板表面反射之光。亦可監測介於拋光墊與基板表面間之介面處的解析度。可在此解析度上進行光學量測以(例如)量測介於基板表面與拋光墊間之漿料層之分佈，如美國專利第6,657,726號中所述(其以引用之方式併入本文中)。此解析度亦含有對基板表面釋放之材料的局部濃度敏感之發光材料，以便偵測作為基板表面下位置之函數的由發光材料發射之光，提供可用於測定末端之基板表面組合物之圖。該系統描述於美國臨時專利申請案第60/654,173號且以引用之方式併入本文中。所有此等系統及方法需要至少一拋光墊區域足夠透明以使來自光源之光穿過墊至基板表面或漿料介面，或使光自基板表面或漿料介面穿過墊至偵測器，或者兩者皆可。

在一實例中，新穎方法包括製造局部區域透明墊之方法。該方法涉及藉由在墊製造過程中在需要製造為透明區域中降低或不添加成孔劑來充分移除孔隙度，而較佳在整個墊中大體上使化學(聚合物)組成維持相同。此製造局部區域透明窗之新穎方法允許更長之墊壽命且實質上改良開窗墊之拋光效能。此外，可包括補償特性差異之方法，諸如介於窗與墊間之硬度。舉例而言，自墊上之區域移除微孔以充分增加用於光學末端偵測之透明度可使得少孔區域更硬，且因此可在較少孔之區域中使用較軟之聚合物材料以解決增加之硬度。此補償提供更多經控制或均一晶圓拋光。

可影響透明度之另一特性為CMP墊內硬區域之尺寸及密度。較大尺寸之硬區域散射光且因此使得該墊對用於端點偵測之光而言係較不透明。因此，可能需要降低墊內硬區域之尺寸及數目以便達到對端點偵測而言足夠之透明度。

可容易地實現此"局部區域透明度"之概念以在諸如藉由液體澆鑄或反應注射成型之製造過程中形成多個窗以在拋光平臺上提供適合用於多偵測器組件之光學路徑的墊。該等多個窗方案可用於提供正確末端偵測及即時晶圓拋光表面輪廓。

所提供之拋光墊係以術語透明區域及較不透明區域描述之。儘管整個墊可為透明的，但此係較不理想的，因為透明區域大體上缺少上文所述之孔結構的特性。如此，通常該墊在較不透明部分具有透明區域，其不限於任何幾何特性。舉例而言，在環形墊中，可使用多種幾何特性。圖17為較不透明區域內之透明區域之可能幾何特性之非限制性實例示意圖，其中該區域可為圓柱形(102)、矩形(104)或環形(106)。另外，對於正方形或矩形窗，窗之方向可變化。其他構型亦為可能，諸如圖18所示具有較不透明槽之透明基墊。槽之形成係討論於VII部分中。圖19及20展示窗與該墊其餘部分厚度相同或比該墊其餘部分更薄之實例。透明區域可為任何尺寸及形狀，且無論何處總透明區域可佔總墊區域之高達100%，且通常比總較不透明區域小，即約小於總區域之50%。在某些態樣中，總透明區域約小於總區域之40%，約小於30%，約小於20%，約小於10%或約小於5%。拋光墊可具有多個透明區域，其中所有透明區域之總面積通常小於較不透明區域之總面積。通常其中存在一具有一或多個透明區域之連續較不透明區域，儘管一或多個透明區域可將該墊分為兩個或兩個以上較不透明區域。

透明區域為對所要波長之光足夠透明之區域或部分。若光以允許本文所述之必要光學監測或偵測之足夠量傳過墊區域則該區域足夠透明。該透明區域不需要完全透明且某些散射或吸收入射光為可接受的。較佳地，該區域傳送廣範圍波長之光，儘管傳送可由於所要範圍上之波長而變化。當需要時，該區域亦可僅傳送單一波長。包含波長譜之光並不需要在所有波長上傳送，而僅需要使用適當光學偵測方法。如此，透明區域對於紫外光至紅外光之某些或所有波長足夠透明。舉例而言，該透明區域對於100至1,000 nm、亦約200至800 nm或約250至700 nm範圍內之某些或所有波長足夠透明，其中在一態樣中，足夠透明意謂至少約20%、亦至少約50%或至少約75%之給定波長之光可傳過區域。

透明區域包含適當透明聚合物，其中該區域足夠缺少孔隙度。該等孔散射光以致若孔密度過高，則許多光經散射且該區域不足夠透明。墊之剩餘部分較不透明且對用於光學末端偵測之光足夠透光。該剩餘部分較不透明，因為其具有使孔散射入射光之孔密度且因此使該區域較不透明。在一實例中，較不透明部分具有大體孔隙度，或大體上為微孔，以便其將傳送少於約20%、亦少於約10%、亦少於約5%或少於約1%之經透明區域傳送之光。較不透光部分之孔密度可變化，以致墊之較不透光部分之不同區域可不阻斷相同量之光，但所有區域如本文所述由於孔隙率而阻斷足夠之光。

以下實例闡述新穎拋光墊及製造該等墊之方法的特定實例。

實例1：形成開窗墊之方法

可使用原位窗形成製造方法。該製造方法經設計以便各產品流：固化劑、二醇、預聚物及微球在混合前或混合期間以連續方法單獨添加。此在圖21中圖示性地表明。使用該製造方法，各所要饋入流易於經控制以傳遞所要量之固化劑、二醇、預聚物及微球。

儘管此方法提供顯著可調性及可撓性，使用該製造方法可達成之一其他目的為形成原位窗。在製造過程中，需要填充以製造墊之模型的各部分可藉由以預定義速度經***噴嘴橫穿。為了達到特定局部區域之透明度，微球流可經切斷或降低流速，而饋料器橫穿該特定區域。由於使固化劑、二醇(或胺)及預聚物反應形成之由聚胺基甲酸酯構成之內在聚合物基質為透明的，因此達到透明度。墊之不透明性係歸因於在非窗區域中引入微球體。

儘管可不存在微球體而在整個墊中達到透明，但是該透明墊可不具有所要之用於拋光目的之可撓性。不存在微球體可使硬度增加約5－10肖氏D(shore D)。因此較佳使局部區域透明以用於末端偵測目的，且接著產生用於墊之補償分級方案以消除任何歸因於透明區域中硬度變化之不利作用。該墊之一實例展示於圖22中。該補償分級可由預定義分級方案極有效地達成。該分級方案可由描述於此實例中之製造方法所允許之可調性達成。舉例而言，透明區域中之硬度可藉由添加較軟材料來調節。該製造方法亦可用於製造(若需要)一個以上窗。

實例2：具有對可見光透明之窗的拋光墊特性

舉例而言，本發明之調配物特定用於製造用於拋光晶圓之具有0.75 x 2.25吋尺寸之窗的等級CMP聚胺基甲酸酯墊。聚胺基甲酸酯拋光墊製造為具有預定之硬度、孔尺寸及孔隙度。該墊具有約65 D至75 D範圍內之硬度且具有約25%至15%範圍之墊材料之孔密度，分別具有孔尺寸35－55 μm。墊硬度值通常在45D－75D肖氏硬度範圍內，且在一實例中對於窗較佳為約70D。為了達到使用市售CMP設備之光學末端偵測之所要目標，因為在該等偵測方案中使用可見光，所以墊窗較佳對可見光為透明的。圖23展示完全透明墊。

描述於II－VIII部分之用於由所述方法及部分I描述之材料製成的CMP特製墊之特徵態樣可經組合以獲得所要之墊特性。表10列出描述於II－VIII部分之特徵。

除了部分I中描述之聚合物調配物，表10中列出之特徵可經組合以形成具有與表10中列出之其他特徵共同存在之經控制微結構的特製墊。可與經控制之微結構組合之特徵組合如下(數字代表表10所示特徵)：1、2、3、4、5、6、7、1&2、1&3、1&4、1&5、1&6、1&7、2&3、2&4、2&5、2&6、2&7、3&4、3&5、3&6、3&7、4&5、4&6、4&7、5&6、6&7、1&2&3、1&2&4、1&2&5、1&2,&6、1&2,&7、1&3&4、1&3&5、1&3&6、1&3&7、1&4&5、1&4&6、1&4&7、1&5&6、1&5&7、1&6&7、2&3&4、2&3&5、2&3&6、2&3&7、2&4&5、2&4&6、2&4&7、2&5&6、2&5&7、3&4&5、3&5&6、3&5&7、3&6&7、4&5&6、4&5&7、4&6&7、5&6&7、1&2&3&4、1&2&3&5、1&2&3&6、1&2&3&7、1&2&4&5、1&2&4&6、1&2&4&7、1&2&5&6、1&2&5&7、1&2&6&7、1&3&4&5、1&3&4&6、1&3&4&7、1&3&5&6、1&3&5&7、1&3&6&7、1&4&5&6、1&4&5&7、1&4&6&7、1&5&6&7、2&3&4&5、2&3&4&6、2&3&4&7、2&3&5&6、2&3&5&7、2&3&6&7、2&4&5&6、2&4&5&7、2&4&6&7、2&5&6&7、3&4&5&6、3&4&5&7、3&4&6&7、3&5&6&7、4&5&6&7、1&2&3&4&5、1&2&3&4&6、1&2&3&4&7、1&2&3&5&6、1&2&3&5&7、1&2&3&6&7、1&2&4&5&6、1&2&4&5&7、1&2&4&6&7、1&2&5&6&7、1&3&4&5&6、1&3&4&5&7、1&3&4&6&7、1&3&5&6&7、1&4&5&6&7、2&3&4&5&6、2&3&4&5&7、2&3&4&6&7、2&3&5&6&7、2&4&5&6&7、3&4&5&6&7、1&2&3&4&5&6、1&2&3&4&5&7、1&2&3&4&6&7、1&2&3&5&6&7、1&2&4&5&6&7、1&3&4&5&6&7、2&3&4&5&6&7、1&2&3&4&5&6&7。

IX.用於特製之方法

墊之特製可基於所要之墊特性。舉例而言，胺基甲酸酯硬墊之製造可藉由使用較高度交聯、使用基於TDI而非MDI之系統及使用更短多元醇及多元胺鏈來達成。較低玻璃轉移溫度墊可使用聚醚多元醇，及藉由減小硬區段之尺寸及增加其數目來製成。具有改良磨損強度之墊可使用聚酯多元醇製得。可藉由增加硬區段之數目，不允許更軟鏈酯之相分離，藉由減小孔尺寸，使用具有更小芳香性及在分子中具有直線性(即，化學計量法應為近似的)之多元醇製得透明墊。可藉由添加選擇親水性及小分子量多元醇製得親水性墊。

A.根據欲拋光之材料特製化墊之方法可藉由向拋光墊之聚合物材料中添加諸如SiO₂ 顆粒之嵌入研磨劑來獲得諸如SiO₂ 之拋光氧化物。

銅拋光涉及三步方法。圖24為銅拋光方法之示意圖。第一步為移除大量銅。第二步為移除低κ障礙物，其可能需要低COF。最後第三步為移除鉭/氮化鉭障壁層。通常將三個不同墊用於個別步驟。對於某些Neopad墊，如本文所述可獲得單個墊功能(即單個墊可用於所有三個步驟)。此可藉由添加諸如氮化硼及/或Teflon之固體潤滑劑及使用低剪力整體墊來獲得。低剪力整體墊或含有諸如氮化硼或Teflon之可為銅拋光之固體潤滑劑的固體潤滑劑之墊允許更低COF，其對於銅拋光方法為所要的。

STI(氮化物及氧化物堆疊)可藉由添加諸如氧化鈰之嵌入研磨劑以及藉由使用低剪力整體墊來拋光。因為氧化鈰可選擇性拋光氮化物，所以氧化鈰可允許拋光方法中之選擇性。低剪力整體墊之介面可允許較低COF。研磨劑之功能分級亦可用於拋光STI。

具有比用於拋光氧化物之墊更高壓縮率之更軟墊可用於拋光柔軟脆性材料鎢。墊硬度之減小可藉由使用柔軟聚合物，諸如使用更長鏈多元醇材料製造者，且藉由增加墊中之孔隙度來達成。

極脆且可需要低移除速率之光學材料可需要諸如低聲或簇拋光之具有極低COF之方法。此可藉由添加固體潤滑劑及/或使用具有多個介面之低剪力整體墊來達成。

存在於基板中之光學材料、應力矽、垂直閘、FinFet結構或SOI極脆且需要低移除速率，其可需要諸如低聲或簇拋光之具有極低COF之方法。此可藉由添加固體潤滑劑及/或使用具有多個介面之低剪力整體墊來達成。

若存在SoC，則拋光可藉由添加諸如氮化硼或Teflon之固體潤滑劑及使用低剪力整體墊來達成。若存在大圖案密度則需要功能分級。

B.用於根據待拋光之IC特徵特製墊之方法對於基板上高於70%之高IC圖案密度，需要對諸如長程規則度、孔尺寸及分佈之墊特性更緊密控制。可藉由控制墊製造方法，諸如控制製造過程中之溫度均一性及具有聚合物起始組份之均質混合物來達成對此等特性之緊密控制。

對於基板上之高IC圖案密度範圍，可需要墊之功能分級以適應密度範圍。對於諸如基板之約50%－100%之高圖案密度範圍，可使用如分別在圖7及10中圖示描繪之連續性或不連續性輻射對稱功能分級。對於諸如基板之約80%－100%之更高圖案密度範圍，如圖9中圖示描繪之非輻射對稱分級可用於拋光表面上之墊特性之更特製分佈。

對於IC之較小線寬，需要墊之較小COF。此可藉由添加固體潤滑劑及/或使用低剪力整體墊來達成。

晶片尺寸可決定CMP墊之所要特性。對於諸如SoC之大晶片，功能分級對高晶片產量可為重要的。

諸如電晶體及金屬線之技術結點之尺寸可決定拋光墊之所要特性。對於90 nm以下之低技術結點，在墊材料中使用固體潤滑劑及使用低剪力整體墊可為關鍵性的，因為其提供低COF。因為隨著結構變小其在拋光過程中斷裂之可能性增加，所以低COF可為關鍵的，且因此可需要低COF。某些Neopad墊可設計為在所有90 nm及更高之技術結點以及諸如65 nm、45 nm、32 nm及更低技術結點處達到高度均一拋光效能。

C.用於CMP之特製墊之特性墊熱特性(溫度瞬變)拋光操作過程中之溫度瞬變可影響拋光效能。溫度瞬變取決於若干變數，包括漿料流動速率以及墊之損耗模數(E")及儲存模數(E')。因為拋光溫度之波動可導致移除速率之變化且接著影響拋光率且因此影響方法之均一性，所以需要更小之溫度瞬變。舉例而言，已展示2℃拋光溫度之變化可導致移除率之約20%之變化。在本發明中，已開發新穎方法以減小拋光過程之溫度瞬變。可藉由維持墊聚合物基質中之硬區域之類型、尺寸及密度之均一分佈來維持低溫度瞬變，該墊具有高E'及E"值，具有儲存模數之小損失△E'(20℃－40℃)，其應小於約20%，較小tanδ值，且減小硬區域之尺寸且增加硬區域之密度(可導致E'及E"值增加)。

Neopad新穎特製墊具有3℃(最大)內之熱瞬變，而市售墊具有大於10℃之熱瞬變。圖25中展示溫度作為三個特製Neopad墊及兩個市售墊之pxV函數。

DMA/TMA特性墊之熱－機械特性對於CMP墊之拋光效能可為重要的。關鍵特性為上文描述之玻璃轉移溫度(T_g )、損耗模數(E")、儲存模數(E')、tanδ(E"/E')、KEL(tanδ*10^{1 2} (E'(1＋tan² δ)))、表面張力、壓縮率及熱瞬變特性。均一及改良拋光需要低玻璃轉移溫度。較高E"及E'值為所要的，因為其導致拋光效能增加。較高E"及E'值可藉由在CMP墊中之硬區域減小尺寸及增加密度來達成。另外，因為較低值允許更低之溫度瞬變所以較低tanδ值在拋光溫度範圍中為所要的。

DMA/TMA特性展示於表1中。Neopad新穎特製墊之儲存模數(E')大於約400 MPa，與此相比市售墊小於300 MPa。Neopad新穎特製墊之損耗模數(E")大於約250 MPa，與此相比市售墊小於250 MPa。新穎墊具有約－30℃以下之T_g ，與此相比市售墊具有大於約－20℃之T_g 。因為當T_g 遠離工作溫度時，溫度在墊特性上之作用減小，所以需要更低之T_g 。在T_g 下或T_g 附近，聚合物特性經歷劇烈變化且溫度依賴性大。

另外，儲存模數(△E')作為溫度之函數降低之變化可為重要的。較低值可表明聚合物之特性變化最小(即該材料特性保持不變且顯然需要此特性)。如表11所示，與市售墊(高於30%)相比，Neopad墊獲得儲存模數中之40℃與20℃之更小變化(19%)。儲存模數之減小可藉由維持墊之聚合物基質中之硬區域之類型、尺寸及密度之均一分佈來達成。

表中展示之其他特性包括tanδ，其對於Neopad墊通常小於約7且對於市售墊大於1；KEL(tanδ*10^{1 2} (E'(1＋tan² δ))，其對於Neopad墊小於約100(1/Pa)且對於市售墊在100－1000範圍內；表面張力，其對於Neopad墊小於約25 mN/m且對於市售墊大於34 mN/m；及壓縮率，其對於Ncopad墊小於約1%且對於市售墊介於1%－5%之間。拋光墊之所要特性展示於表12中。

特製亦可用於解釋拋光過程中所使用之漿料類型。取決於所用漿料，墊之表面張力可經調整以適應漿料之濕潤性及黏度。濕潤性之適應可藉由使用與所用漿料更易混溶之聚合物材料來達成。黏性漿料可需要允許更大漿料保持力之墊及略微更柔軟之墊。

其上發生拋光之設備平臺亦可實現特製化。不同設備平臺(即AMAT、Ebara)使墊之不同區域暴露於晶圓之不同區域歷時不同時間量。功能分級亦可用於適應更高及更低壓力之不同區域，產生不同設備平臺。墊之尺寸亦可經調節以適應不同設備平臺。

X.例示性墊效能

以下提供非限制性例示性製造方法及目標墊相對於市售墊之某些CMP效能關鍵態樣之描述。

實例1：

設計用於拋光氧化物之特製墊A含有一具有70D硬度之胺基甲酸酯。使用液體澆鑄方法使墊成型且使用上文所述方法對其進行調配。在組份中，將70D異氰酸酯、多元醇增鏈劑、固化劑、用於UV保護之穩定劑，及多孔劑用於墊製造。在約150－160℉下進行傾倒。傾倒後，允許材料沉澱及固化約15 min。接著自模型中移除墊且將其置於爐中約12小時以在介於約100℉－200℉間之均一溫度下進行後固化。墊之厚度為80密爾(mil)且墊直徑為20吋。使雙面膠帶黏著至背面以使墊準備好進行拋光。特製墊B在形成方法上類似於特製墊A，但硬度更小為~65D。

上文描述之兩個目標墊(圖26a及26b)及兩個市售墊(圖26c－26d)之普雷斯頓曲線展示於本文。在層間介電層之拋光過程中，獲得作為變化之壓力及黏度之函數的RR資料。如上文所述，期望理想普雷斯頓特性為直線關係。將該等目標墊之曲線(圖26a及26b)與市售墊(圖26c及26d)相比較，吾人發現市售墊與目標墊相比不展示高度線性。目標墊與市售墊之間的主要差異為：目標墊係藉由上述製造方法控制孔之尺寸、密度及形狀之方式製造的。

與兩個市售墊相比，兩個特製墊之實例的Stribeck曲線展示於27a－27d中。如上文所述，在所要邊界潤滑方案中獲得恆定關係。對於特製墊，可自此等圖表中發現獲得了高度均一邊界潤滑特性。與此相比，市售墊(圖27c－27d)展示自理想邊界潤滑特性之偏移。如上文所述之普雷斯頓曲線資料中，目標墊與市售墊間之主要差異為：目標墊係由控制此等墊之孔隙度之方式製造。

實例2：

以與如實例1所述相似之方式製造用於拋光氧化物之墊。此外，墊經功能分級以改良拋光效能。在圖28－32中使用圖案化晶圓進行Neopad特製平坦化效率及平坦性長度比較。圖28A展示沖模量測計劃，其中每個晶圓量測選擇9個沖模。圖28B描繪各個別沖模中之結構性元件。結果展示於圖29及31中，其分別將市售與Neopad特製墊之氧化物厚度作為一個沖模中三次(30s、60s及120s)拋光中之布局圖案密度之函數比較。圖29及30中之公用軸係用於作為壓力及黏度之函數拋光。因為其在晶圓中部且在墊之外緣及墊之內部邊緣均起作用，所以選擇沖模2。市售墊斜率約為0.5－0.6，且Neopad特製墊約為0.2－0.3，表明Neopad墊具有更大之平坦性長度。比較圖29與31，其中比較所有沖模之作為布局圖案密度函數之氧化物厚度，如Neopad墊之更小線性斜率所反映，對於Neopad特製梯度墊平坦性長度(圖32)再次比市售墊(圖30)大得多。

實例3：

製造三個用於銅CMP之墊。所有三個新穎墊具有新穎微結構，且已放射狀分級，可為經氮化硼作為固體潤滑劑之亞表面工程操作，且可為低剪力整體墊。三個新穎墊為：1)經表面工程操作之墊(新穎墊A)，2)低剪力墊(新穎墊B)及3)經低剪力表面工程操作之墊(新穎墊C)。

此外，經受效能測試之晶圓中之銅線以x－光繞射(XRD)分析且與未經處理之晶圓比較來監測銅中是否發生由於應力之本質變化。

在圖33中展示XRD資料。在使用各五個實驗墊(市售A及B)及新穎墊(A、B及C)拋光之晶圓上進行恆定量測且與未拋光晶圓獲得之量測比較。未拋光銅膜之晶格常數為3.6086。本文並列展示使用Fujimi漿料及Cabot漿料拋光之晶圓的所量測晶格常數。所有XRD實驗之量測誤差範圍為約±0.0001。為比較實驗誤差，未拋光膜之誤差範圍在整個曲線中標注為陰影矩形。

對於兩種漿料，以市售墊拋光之銅膜經量測之晶格常數值比未經拋光膜之經量測晶格常數大得多。位移方向表示可伸展應力。以新穎墊拋光之膜的經量測晶格常數值比以市售墊拋光之膜中獲得者小。對於以新穎墊A(經表面工程操作)拋光之膜，晶格常數之量測值小於3.6091(兩種漿料皆如此)。使用新穎墊B拋光之膜獲得類似之結構。使用新穎墊C(低剪力及經表面工程操作)拋光之薄膜在使用Fujimi漿料時之經量測晶格常數(3.6086)與未經拋光之膜的晶格常數值匹配，因此表明無應力拋光。當以新穎墊C使用Cabot漿料時，經拋光膜之晶格常數之量測值為3.6090。對於Cabot漿料，使用新穎墊C拋光之膜與使用新穎墊A/新穎墊B拋光之膜之晶格常數結果的比較表明表面工程操作及使用低剪力整體墊之作用並非直接為添加劑。儘管如此，此等製造經表面工程操作及低剪力墊之設計技術皆可獨立降低銅CMP中之處理誘導之應力。另外，當在墊設計中單獨使用或以協同方式使用時，此等技術可消除處理誘導之應力。

在圖34中，將由XRD資料產生之晶格常數與未經處理之晶圓(BULK)、及使用市售墊A及B、以及低剪力整體墊(新穎墊A)、與具有固體潤滑劑之墊組合之低剪力整體墊(新穎墊B)、及與具有固體潤滑劑且並非低剪力整體墊之墊(新穎墊C)處理之晶圓相比較。展示市售漿料A(fujimi)及市售漿料B(cabot)兩者之資料。晶格常數為給出晶體排列中原子間之平均距離的基本特性。若材料在原子或分子層上基本改變，可偵測到晶格常數之改變。自晶格常數資料可明顯得到經目標特製墊處理之晶圓中之銅與未經處理晶圓中之銅相當，此表明經目標特製亞表面工程操作墊處理之晶圓中之銅未發生實質改變。相反，經市售墊A及B處理之晶圓不能很好地比得上對照晶圓，此表明使用市售墊處理之晶圓中之銅中的材料已發生改變。

在圖34中，將222峰之半高全寬(FWHM)與未經處理之晶圓(BULK)、使用市售墊A及B、以及新穎墊A、新穎墊B及新穎墊C處理之晶圓相比較。在圖34中，為市售漿料A及B。已知若拋光方法誘導銅上之非均一應變，則峰既不變窄亦不變寬，且因此FWHM為銅在拋光過程中是否已受非均一應變之指示。在圖34中可見，無論用於緩解銅中非均一應變之漿料類型如何，與固體潤滑劑組合之低剪力特製墊(新穎墊B)及具有固體潤滑劑且並非低剪力整體墊之墊(新穎墊C)可良好比較。

在圖36中，Stribeck曲線資料及普雷斯頓曲線與用於具有固體潤滑劑之銅CMP且並非低剪力整體墊之兩個目標墊相比較。兩個目標墊間之差異為氮化硼之量。對於第一墊，墊中包括5 wt%氮化硼，且在第二墊中，該墊包括8 wt%氮化硼。在Stribeck曲線中，顯而易見的為兩個墊皆以邊界潤滑方案運作，且似乎在表現上相當。然而，在普雷斯頓曲線中，具有8%固體潤滑劑之墊的RR顯著大於具有5%固體潤滑劑之墊。此明顯表明墊之亞表面中固體潤滑之添加如何可增加移除速率而維持低摩擦係數。由支持晶圓中之銅結構未發生顯著損害之XRD資料可得，此表明本文所述之目標墊之所要特徵。此等特徵包括以低剪力及高移除速率、允許Cu CMP之有效處理而不對晶圓中之銅結構產生非所要之應力誘導損害執行的墊。

在圖37中展示墊破裂定量分析，其比較市售墊A與新穎墊C。標準移除速率作為時間之函數監測。市售墊A花費約30 min達到穩定狀態。相較而言，新穎墊C以顯著較少時間達到穩定狀態，約10－15 min。此結果直接歸因於墊微結構。咸信均一及大量硬區段允許形成一致尺寸之微儲存器。此等微儲集層以相對短時間跨度產生且一旦形成即可連續供應漿料。

在三個漿料流動速率下對市售墊A及新穎墊C執行時間處理穩定分析：40 cc/min、60 cc/min及80 cc/min(Cabot漿料)。所研究之參數為運行150秒之單個晶圓的移除速率(圖38(a))及COF(圖38(b))。市售墊A之移除速率展示隨時間之顯著變化。特定言之，在最低漿料流動速率下(40 cc/min)變數超過2.5之因子。新穎墊C展現移除速率顯著較小變化。儘管對於40 cc/min之漿料流動速率變數約為2之因子，對於更高漿料流動速率而言移除速率之變化最小。COF量測(圖38(b))表明市售墊A展示更大之COF(0.5－0.8)變化，與由新穎墊C獲得之COF值(0.5－0.65)成對比。新穎墊C之一致摩擦特徵及均一移除速率為具有亞表面工程操作固體潤滑劑墊之特徵。

在圖39中，Stribeck曲線展示兩種市售墊A及B及新穎墊C。對於新穎墊C觀測到均一潤滑特性，表明在所要邊界潤滑方案中之運作。相較而言，兩種市售墊A及B之Stribeck曲線在所要邊界潤滑方案中不展示所期望之效能線性趨勢。用於產生圖38所顯示之資料的目標特製墊與市售墊間之主要差異為孔尺寸均一性之差異，及在墊亞表面區域中添加固體潤滑劑之差異。墊特性及固體潤滑劑之組合提供更小且更均一之COF，其如Stribeck曲線中所示提供所要結果。

在圖40中，展示對於使用市售漿料(JSR漿料)之市售墊A及新穎墊C之854罩幕圖案化銅晶圓上之批量銅拋光結果。在沖模中，藉由表面凹陷及腐蝕之定量特徵來研究均一性。為瞭解整體效果，對於中心沖模、環狀沖模及邊緣沖模執行量測。在圖39(a)中，展示為100 μm罩幕設定之線性結構之銅表面凹陷結果。進行兩組量測：20%過度拋光之晶圓及60%過度拋光之另一晶圓。使用市售墊C獲得之20%過度拋光晶圓之表面凹陷數在所有三個沖模中超過400。相反，使用新穎墊A獲得之結果在所有20%過度拋光晶圓之沖模中展示顯著較低之表面凹陷數(<100)，表明沖模均一性中之優勢。新穎墊之優良表面凹陷效能直接歸因於墊微結構。此外，與使用新穎墊C拋光之20%過度拋光之三個沖模的表面凹陷數相比，觀察到沖模與沖模之變數相當不顯著(~10)。經改良之中心邊緣效能為墊之輻射對稱功能分級之結果，其中墊之外環比內部更軟。對於具有60%過度拋光之晶圓上之表面凹陷數獲得類似比較結果。在圖40(b)中腐蝕界結果表示為罩幕內之9/1 μm特徵。對於市售墊A，所獲得之腐蝕數(20%過度拋光晶圓)比新穎墊C之腐蝕數(<150)顯著較高(300－500)。腐蝕數亦展示對於60%過度拋光晶圓亦有相似比較趨勢。

在表13中，包括表面凹陷、腐蝕及平坦性效率之若干關鍵平坦性參數之比較趨勢表明新穎墊C表現比市售墊A優秀。除了研究批量拋光，亦與市售墊C比較獲得新穎墊C之障壁層拋光參數。市售墊C為鉭障壁層拋光之工業標準。結果表明新穎墊C在所有關鍵平坦性參數上比市售墊C表現優秀得多。此等結果表明新穎墊可用於批量拋光以及障壁層拋光且因此可獲得單個墊功能。

表13資料總結(1)用於批量銅拋光之新穎墊C及市售墊A(平臺P1)。(2)用於障壁層拋光之新穎墊C及市售墊C(Politex)(平臺P3)。

^＊ 後障礙物

此外，膜中之累積應力(σ_{a c c} )之定量量測可使用以下等式獲得：σ_{a c c} ＝E/(1－υ)ε(4)其中E＝彈性模數υ＝泊松(Poisson's)比率ε＝晶格應變

在等式4中，晶格應變計算為基於參考值之晶格常數之單位變化。在本計算中，未經拋光之膜晶格常數係作為參考。使用等式4來計算累積應力(σ_{a c c} )，以銅之彈性模數(E＝120 MPa)及泊松比率(υ＝0.34)，獲得約25 MPa至約50 MPa之範圍。對於使用新穎墊拋光之膜，累積應力顯著小於使用低剪力表面工程操作墊所拋光之膜獲得的最低值(σ_{a c c} <~2 MPa)。此外，如市售墊所量測之累積應力之數量級(σ_{a c c} >25 MPa)高且可影響銅膜之機械完整性及彈性特性。

用於銅CMP之墊的DMA特性展示於表14中。Neopad特製墊在20℃及40℃下具有更大損耗及儲存模數，介於40℃與20℃間之更小儲存及損耗模數之變化，更低之玻璃轉移溫度及更高之可濕性，如介面角所測得。

實例4：

將具有固體潤滑劑且並非低剪力整體墊之經亞表面工程操作之墊、兩層整體墊及具有與用於STI拋光之兩層整體墊組合之固體潤滑劑的經亞表面工程操作之墊與市售單層墊相比較。兩層整體墊皆具有起應力漏槽作用之介面。比較使用兩市售漿料，漿料A(圖41a－c)及漿料B(圖42a－c)。比較STI拋光步驟之此等結果展示於圖40a及40b，及圖41a及41b中，其展示普雷斯頓常數之比較，如RR與COF指示。對氧化物(41a及42a)及氮化物(41b及42b)進行比較，且比較兩個墊(圖41c及42c)之選擇性。

在圖40A中，使用漿料A，其展示三個特製墊之COF接近習知墊之一半，然而移除速率保持在約用於氧化物之相同程度。類似於圖42b中，其展示用於氮化物處理之結果，特製墊之COF小於單層墊之約33%，而各墊移除速率大約相同。圖41c表明特製墊之選擇性比得上習知墊。

類似的，在圖42a及42b中，使用漿料B，已展示將特製墊用於拋光氧化物及氮化物之COF約比習知墊小約20%，而RR為相當的。圖42c表明特製墊之選擇性可與習知墊相比較。

此等結果表明所製造且測試之目標整體墊的實例具有至少一個起應力漏槽作用之介面以減小COF，而保持所要RR。

上文揭示各種可組合成以下各種裝置及方法之實例中的特徵，該等實例當然補充揭示內容且不限制本發明之範疇：1.一種包含一用於拋光一基板之整體拋光墊的物件，該墊包含一在墊中之第一及第二區域具有不同特性之聚合物，當在相同操作條件下與比較性整體墊比較時，該墊提供給該基板較高平坦性或產量，其中該條件在相對於該整體拋光墊之該等不同區域之區域中係均一的，且另外同於該整體拋光墊。

2.如段落1之物件，其中該特性為孔隙度。

3.如段落2之物件，其中該聚合物具有一與第三及第四區域不同之第二特性，且該第二特性為硬度。

4.如段落3之物件，其中該第一及該第三區域為相同區域，且該第二及該第四區域為相同區域。

5.如段落1之物件，其中該特性為硬度。

6.如段落5之物件，其中該墊具有一環狀輪廓及一旋轉軸，其中該第一區域具有一旋轉軸附近之環狀輪廓，其中該第二區域具有一環輪廓且鄰接該第一區域，且其中該第一區域具有一大於該第二區域之硬度的硬度。

7.如段落6之物件，其中該第一區域與該第二區域之硬度差異為至少約5肖氏D。

8.如段落7之物件，其中該差異為至少約10肖氏D。

9.如段落6之物件，其中該墊之該環狀輪廓具有一面積量測值，且該第一區域佔有該墊之該環狀輪廓之該面積量測值的至少約75%。

10.如段落9之物件，其中該第二區域及介於該第一及該第二區域間之一介面佔有該墊之該環狀輪廓的該剩餘面積量測值。

11.如段落5之物件，其中該聚合物具有一與第三及第四區域不同之第二特性，且該第二特性為該聚合物之連續性。

12.如段落11之物件，其中該第三區域包括一在該整體拋光墊中之介面，且該第四區域係位於該介面之外。

13.如段落12之物件，其在該墊之一拋光表面中含有之一固體潤滑劑。

14.如段落13之物件，其中該固體潤滑劑具有一介於約0.0001與約0.5間之摩擦係數。

15.如段落13之物件，其中該墊含有大於約5重量%之該固體潤滑劑。

16.如段落1之物件，其中該第一及該第二區域位於該整體拋光墊之內。

17.如段落16之物件，其中該第一及該第二區域另外位於該整體拋光墊之一拋光表面。

18.如段落17之物件，其中該特性為孔隙度。

19.如段落18之物件，其中該聚合物具有一與第三及第四區域不同之第二特性，且該第二特性為硬度。

20.如段落17之物件，其中該特性為硬度。

21.如段落1之物件，其中該第一及該第二區域係位於該整體拋光墊之一拋光表面。

22.如段落21之物件，其中該特性為硬度。

23.如段落22之物件，其中該整體拋光墊之該第一區域係在該整體拋光墊之旋轉軸附近且該第二區域係在該墊之外緣附近，且其中該第二區域之硬度係小於該第一區域之硬度。

24.如段落1之物件，其中該特性為壓縮率。

25.如段落1之物件，其中該特性為恢復係數。

26.一種包含一沿著垂直於該墊之旋轉軸之半徑具有一第一非均一特性之拋光墊的物件，其中歸因於沿著該半徑之該第一非均一特性之值的差異，該拋光墊提供用於一半導體晶圓之經改良平坦性。

27.如段落26之物件，其中值之差異係由該基板上之裝置密度測定。

28.如段落27之物件，其中值之差異係另外由該基板上之技術結點之尺寸測定。

29.如段落26之物件，其中值之差異係由該基板上之技術結點之尺寸測定。

30.如段落26之物件，其中該特性為硬度。

31.如段落30之物件，其中孔隙度之第二特性係沿著一不同於或相同於該第一半徑之第二半徑而不同。

32.如段落26之物件，其中該特性為孔隙度。

33.如以上段落中任一段之物件，其在該墊之一拋光表面中含有一固體潤滑劑。

34.如以上段落中任一段之物件，其中該特性並非為透明度。

35.如段落34之物件，其中該墊額外具有一比臨近區域更不透明之區域。

36.如以上段落中任一段之物件，其中該特性為孔密度。

37.如以上段落中任一段之物件，其中該特性為孔尺寸。

38.如以上段落中任一段之物件，其中該特性係基於欲拋光之材料進行選擇。

39.如段落38之物件，其中該材料包含銅。

40.如以上段落中任一段之物件，其中該特性係基於與該物件結合使用之漿料進行選擇。

41.如以上段落中任一段之物件，其中該特性係基於與該物件結合使用之拋光設備選擇。

42.如以上段落中任一段之物件，其中該基板為一半導體晶圓且該墊包含一化學機械平坦化墊。

43.一種平坦化一半導體晶圓層之方法，該晶圓具有在該層中引起高區域與較低區域之圖案化特徵，該方法包含使該層與一具有一沿著一或多個自該墊旋轉軸半徑變化的孔隙度、硬度、壓縮率及/或恢復係數之拋光墊接觸，並藉由比拋光墊移除較低區域中之層之速率更快的速率移除高區域中之層來平坦化半導體晶圓層。

44.一種平坦化一半導體晶圓層之方法，該晶圓具有在該層中引起高區域與較低區域之圖案化特徵，該方法包含使該層與一如段落1－37中任一段之物件接觸且平坦化該層。

45.一種由合成聚合物所形成且具有介於該墊之第一聚合物層與第二聚合物層間之整體介面的聚合物拋光墊。

46.如段落45之墊，其中該第一聚合物層與該第二聚合物層為相同聚合物。

47.如段落46之墊，其中該第一聚合物層具有第一孔隙度，該第二聚合物層具有第二孔隙度，且該第一孔隙度與該第二孔隙度係不同的。

48.如段落46之墊，其中該第一聚合物層具有第一孔隙度，該第二聚合物層具有第二孔隙度，且該第一孔隙度與該第二孔隙度係相同的。

49.如段落45－48中任一段之墊，其中該第一聚合物層及該第二聚合物層係由相同反應物所形成，但在不同條件下反應以在該第一及該第二聚合物層中提供不同聚合物。

50.如段落45－49中任一段之墊，其中該墊另外包含一固體潤滑劑。

51.如段落45－50中任一段之墊，其中該墊為一整體墊。

52.如段落45－51中任一段之墊，其中相較於其他與該聚合物拋光墊相同但缺少該介面的比較性墊，該介面可有效降低該墊之摩擦係數。

53.一種聚合物化學機械平坦化墊，其包含一聚胺基甲酸酯熱固樹脂且具有一小於約1.0之tanδ。

54如段落53之墊，其中該tanδ小於約0.5。

55如段落53或段落54之墊，其中該墊具有一大於約400 MPa之E'。

56如段落53－55中任一段之墊，其中該墊具有一大於約250 MPa之E"。

57.如段落53－56中任一段之墊，其中該聚胺基甲酸酯具有一小於約－30℃之T_g 值。

58.如段落53－57中任一段之墊，其中該聚胺基甲酸酯另外具有脲鍵。

59.如段落53－58中任一段之墊，其中該墊具有一小於約20%之△E'(20℃－40℃)。

60.如段落53－59中任一段之墊，其中該墊具有一小於約1%之壓縮率。

61.如段落53－60中任一段之墊，其中該墊具有一小於約25 mN/m之表面張力。

62.如段落53－61中任一段之墊，其中該墊具有一小於約100之KEL值。

63.一種聚合物化學機械平坦化墊，其包含一聚胺基甲酸酯熱固樹脂且具有一大於約400 MPa之E'值。

64.一種聚合物化學機械平坦化墊，其包含一聚胺基甲酸酯熱固樹脂且具有一大於約250 MPa之E"值。

65.一種聚合物化學機械平坦化墊，其包含一聚胺基甲酸酯熱固樹脂且具有一小於約－30℃之T_g 值。

66.一種聚合物化學機械平坦化墊，其包含一聚胺基甲酸酯熱固樹脂且具有一小於約1%之壓縮率。

67.一種聚合物化學機械平坦化墊，其包含一聚胺基甲酸酯熱固樹脂且具有一小於約25 mN/m之表面張力。

68.一種聚合物化學機械平坦化墊，其包含一聚胺基甲酸酯熱固樹脂且具有一小於約100之KEL值。

69.如段落53－68中任一段之墊，其中該墊含有一介面。

70.如段落69之墊，其中該介面為一整體介面。

71.如段落53－70中任一段之墊，其中該墊在該墊之一拋光表面中含有一固體潤滑劑。

72.如段落53－71中任一段之墊，其中該墊在該墊之一拋光表面上具有一區域，其具有與該拋光表面之不同區域中之相同特性值不同的特性。

73.如段落53－72中任一段之墊，其中該墊含有一比臨近區域更透光之區域。

74.一種包含一由熱固性聚合物所形成之整體化學機械拋光墊之物件，其中該墊在該墊之一拋光表面中含有硬聚合物區域及軟聚合物區域，其中該聚合物含有硬區段及軟區段，該硬區段形成硬聚合物區域且軟區段係在固化時形成該軟聚合物區域，且其中該聚合物包含聚(胺基甲酸酯)。

75.如段落74之物件，其中該硬區域具有一小於約20 nm之尺寸。

76.如段落74或段落75之物件，其中該軟區域具有一小於約100 nm之尺寸。

77.如段落74－76中任一段之物件，其中該軟區域具有一大於10 nm之尺寸。

78.如段落74－77中任一段之物件，其中該軟區域大於該硬區域。

79.如段落74－78中任一段之物件，其中該硬區域具有總數介於一與約二十間之胺基甲酸酯及脲基團。

80.如段落79之物件，其中該硬區域具有總數介於二與約六間之胺基甲酸酯及脲基團。

81.如段落74－80中任一段之物件，其中該墊為一整體化學機械拋光墊，其係藉由將一形成聚合物之聚合物熔融物或反應物混合物或其兩者置於一具有適於形成該整體化學機械拋光墊之尺寸的模型中來形成。

82.如段落74－81中任一段之物件，其中該墊在該墊之該拋光表面上具有第一及第二聚合物區域，該第一及該第二區域皆包括該硬區域及該軟區域，且其中該第一區域具有一與該第二區域中之該特性值不同之值的特性。

83.如段落82之物件，其中該特性係一選自硬度、孔隙度、孔尺寸、壓縮率、恢復係數及連續性之特性。

84.如段落74－83中任一段之物件，其中該墊含有一整體介面。

85.如段落74－84中任一段之物件，其中該墊含有一固體潤滑劑。

86.如段落74－85中任一段之物件，其中該墊含有一研磨劑。

87.一種製造一化學機械拋光墊之方法，其包含形成一用於形成一聚合物之聚合物熔融物或反應物混合物，將該熔融物或混合物置於該模型中，及使該熔融物或混合物固化以形成具有硬聚合物區域及軟聚合物區域之該化學機械拋光墊。

88.一種由一多孔封閉氣室式聚合物形成且具有一該墊之一拋光表面之拋光墊，其中大多數孔係沿平行於該墊之該拋光表面方向伸長。

89.如段落88之拋光墊，其中該封閉氣室式多孔聚合物之氣室係沿平行於該墊之該拋光表面方向伸長。

90.如段落88或段落89之拋光墊，其中該封閉氣室式多孔聚合物之氣室係由微球體形成。

91.如段落88－90中任一段之拋光墊，其中該伸長之孔具有一大於約2之長寬比。

92.一種製造一具有一封閉氣室式多孔聚合物之拋光墊之方法，其包含將微球體併入用於形成一聚合物之聚合物熔融物或反應物混合物中，及使用一足以壓縮該微球體之壓力使該熔融物或混合物壓縮成型。

93.一種包含一由一熱固性聚合物形成之一化學機械拋光墊的物件，其中該墊在該墊之一拋光表面中含有硬聚合物區域及軟聚合物區域，其中該聚合物含有硬區段及軟區段，該等硬區段形成該等硬聚合物區域且該等軟區段在固化時形成該等軟聚合物區域，且其中該聚合物包含含有重複烷氧基單元之聚(胺基甲酸酯)。

94.如段落93之物件，其中該等硬區域在任何方向上具有一小於約100 nm之寬度。

95.如段落94之物件，其中該等硬區域具有一小於約20 nm之寬度。

96.如段落93－95中任一段之物件，其中該等軟區域係大於約100 nm。

97.如段落93－96中任一段之物件，其中該等硬區域具有總數介於一與約二十間之胺基甲酸酯及脲基團。

98.如段落97之物件，其中該等硬區域具有總數介於二與約六間之胺基甲酸酯及脲基團。

99.如段落93－98中任一段之物件，其中該墊為一整體化學機械拋光墊，其係藉由將一形成聚合物之聚合物熔融物或反應物混合物或其兩者置於一具有適於形成該整體化學機械拋光墊之尺寸的模型中形成。

100.如段落93－99中任一段之物件，其中該墊在該墊之該拋光表面上具有第一及第二聚合物區域，該第一及該第二區域皆包括該硬區域及該軟區域，且其中該第一區域具有一與該第二區域中之該特性值不同之值的特性。

101.如段落100之物件，其中該特性係一選自硬度、孔隙度、孔尺寸、壓縮率、恢復係數及連續性之特性。

102.如段落93－101中任一段之物件，其中該墊含有一整體介面。

103.如段落93－102中任一段之物件，其中該墊含有一固體潤滑劑。

104.如段落93－103中任一段之物件，其中該墊含有一研磨劑。

當然上文任何組合可具有任何上文所述之物理、化學及/或DMA特性。

儘管已描述特製拋光墊之例示性變體，可在不背離本發明所揭示之範疇或精神之條件下對所述目標墊進行各種修正。本文各種特製拋光墊之揭示內容不應理解為受上述特定實例及附圖限制。此外，熟習此項技術者應認識到可自該等實例及附圖得到各種等價特製拋光墊。

12．．．根本特徵

14．．．沉積膜

16．．．高區域

18．．．低區域

20．．．初始步驟高度

22．．．最終步驟高度

32．．．金屬線

34．．．介電層

36．．．金屬線之高度

38．．．介電層之高度

52．．．漿料

54．．．漿料分配器

58．．．壓板

60．．．壓板機械軸

62．．．基板夾盤

64．．．基板機械軸

66．．．基板

200．．．特製功能梯度拋光墊

202．．．上部模板

204．．．下部模板

206．．．聚矽氧裏料

208．．．經壓印或蝕刻之圖案

212．．．模型之外部周邊

100．．．兩層特製低剪力應力墊

102．．．層

103．．．介面

104．．．層

106．．．單層墊

300．．．例示性墊

302．．．材料層

303．．．介面

304．．．材料層

305．．．介面

306．．．材料層

307．．．介面

308．．．材料層

309．．．介面

310．．．材料層

圖1A及1B為形成於一下層之上的例示性沉積層。

圖2A及2B描述一沉積於介電層之溝槽中的金屬中的表面凹陷及腐蝕。

圖3為一CMP設備之元件示意圖。

圖4為Stribeck曲線之實例。

圖5為普雷斯頓(Prestonian)曲線之實例。

圖6為成孔材料或試劑如何可用於在基質中產生均一孔尺寸、孔密度及分佈之示意圖。

圖7為不連續輻射對稱功能梯度墊之示意圖。

圖8為將孔隙度與功能梯度墊組合之示意圖。

圖9為非輻射對稱功能梯度墊之示意圖。

圖10為連續輻射對稱功能梯度墊之示意圖。

圖11A－B為具有一個(A)或多個(B)介面，在表面上具有槽之低剪力整體墊示意圖。

圖12描述介面作為CMP應力漏槽之作用。

圖13描述多晶銅之應力－應變特徵。

圖14A－B描述非開槽(14A)及開槽(14B)墊之晶圓壓力概況。

圖15提供一說明性聚矽氧線性模型之截面圖。

圖16A－16C描述用於20(16A)、24(16B)及30(16C)吋吋墊之新穎槽設計。

圖17為透明區域之可能幾何形狀之實例的示意圖。

圖18展示具有較不透明槽之透明基底。

圖19及20展示其中窗與墊之殘餘物厚度相同厚度(19)或比墊更薄(20)之實例。

圖21為可用於製造CMP墊中之透明區域之製造方法的示意圖。

圖22為用於消除歸因於透明區域中硬度改變之任何不利作用的補償分級實例。

圖23為透明墊之圖像。

圖24為銅CMP中之多個步驟的示意圖。

圖25為比較兩個市售墊及三個新穎Neopad墊之熱瞬變。

圖26a－26d為兩個特製墊(26a－26b)及兩個市售墊(26c－26d)之普雷斯頓曲線。

圖27a－27d為兩個特製墊(27a－27b)及兩個市售墊(27c－27d)之Stribeck曲線。

圖28A－28B展示其中9個沖模係根據每個晶圓量測(28A)選擇之沖模量測方案且描述各單獨沖模(28B)中之結構元件。

圖29將氧化物厚度作為用於市售墊之三次拋光(30s、60s及120s)之一個沖模內布局圖案密度的函數，以及作為壓力及速度之函數比較。

圖30將氧化物厚度作為用於市售墊之三次拋光(30s、60s及120s)之圖28A中所有9個沖模中之布局圖案密度的函數比較。

圖31將氧化物厚度作為用於特製墊之三次拋光(30s、60s及120s)之一個沖模內布局圖案密度函數，以及作為壓力及速度函數比較。

圖32將氧化合物厚度作為用於特製墊之三次拋光(30s、60s及120s)之圖28A中所有9個沖模中之布局圖案密度函數比較。

圖33描述XRD資料。

圖34比較由XRD資料產生之晶格常數，其係與未經處理之晶圓(BULK)比較。

圖35比較222峰之半高全寬度(FWHM)，其係與未經處理之晶圓(BULK)相比較。

圖36描述具有固體潤滑劑之銅CMP且並非低剪力整體墊之兩個目標墊的Stribeck曲線及普雷斯頓曲線。

圖37描述Neopad及市售墊分析中之墊斷裂。

圖38描述市售墊A及新穎墊C之熱處理穩定性分析。

圖39描述兩個市售墊及新穎墊C之Stribeck曲線。

圖40a－40b描述銅表面凹陷(40a)及銅腐蝕(40b)結果。

圖41a－41c將市售一層墊之拋光效能與亞表面工程操作墊、亞表面工程操作及低剪力整體墊、及用於拋光氧化物之低剪力整體墊(41a)、用於拋光氮化物之墊(41b)、及用於選擇性移除氮化物及氧化物之墊(41c)相比較。

圖42a－42c將市售一層墊之拋光效能與亞表明工程操作墊、亞表面工程操作及低剪力整體墊、及用於拋光氧化物之低剪力整體墊(42a)、用於拋光氮化物之墊(42b)以及用於選擇性移除氮化物及氧化物之墊(42c)相比較。

Claims (31)

1. 一種包含用於拋光基板之單個澆鑄或成型整體拋光墊的物件，其中該墊具有一環狀輪廓(circular profile)及一旋轉軸且於單個模型中澆鑄，該墊包含在墊中之第一及第二區域具有不同特性之一聚合物，其中該第一區域具有旋轉軸附近之環狀輪廓，其中該第二區域具有環輪廓(ring profile)且鄰接該第一區域，當該墊在相同操作條件下與一比較性整體墊比較時，對於該基板可提供較高平坦性或產量(在此比較性整體墊中，除了在對應於該整體拋光墊之該等不同區域之區域中係均一的之外，其餘乃與該整體拋光墊相同)。
2. 如請求項1之物件，其中該特性為硬度。
3. 如請求項2之物件，其中該第一區域的硬度大於該第二區域之硬度。
4. 如請求項3之物件，其中該第一區域與該第二區域之硬度差異為至少約5肖氏D(Shore D)。
5. 如請求項4之物件，其中該差異為至少約10肖氏D。
6. 如請求項3之物件，其中該墊之該環狀輪廓具有一面積量測值，且該第一區域佔有該墊之該環狀輪廓之該面積量測值的至少約75%。
7. 如請求項6之物件，其中該第二區域及介於該第一及該第二區域間之一介面佔有該墊之該環狀輪廓的該剩餘面積量測值。
8. 如請求項7之物件，其中該第一及該第二區域另外位於該 整體拋光墊之一拋光表面。
9. 如請求項8之物件，其中該第一區域與該第二區域之硬度差異為至少約5肖氏D(Shore D)。
10. 如請求項9之物件，其中該差異為至少約10肖氏D。
11. 如請求項8之物件，其中該墊另外包含在該墊之內的整體介面，其中該介面係平行於該拋光表面，其中該介面係由至少兩種聚合物層所形成，且其中該層之一形成拋光表面。
12. 如請求項1之物件，其中該第一及該第二區域位於該整體拋光墊之一拋光表面。
13. 如請求項3之物件，其中該第一區域具有孔隙度且該第二區域具有孔隙度。
14. 如請求項13之物件，其中該第二區域之孔隙度大於第一區域之孔隙度。
15. 如請求項1之物件，其中該特性為壓縮率。
16. 如請求項1之物件，其中該特性為恢復係數。
17. 如請求項2之物件，其中該第一區域的硬度小於該第二區域之硬度。
18. 如請求項3之物件，其中該墊另外包含在該墊之內的整體介面，其中該介面係平行於該拋光表面，其中該介面係由至少兩種聚合物層所形成，且其中該層之一形成拋光表面。
19. 如請求項3之物件，其中該墊之一拋光表面中含有一固體潤滑劑。
20. 如請求項19之物件，其中該固體潤滑劑具有一介於約0.0001與約0.5間之摩擦係數。
21. 如請求項20之物件，其中該墊含有在約0.1-20重量%範圍內之該固體潤滑劑。
22. 如請求項3之物件，其另外包含用於端點偵測之透明區域。
23. 如請求項3之物件，其另外包含在拋光表面上之槽。
24. 如請求項23之物件，其中該槽為同心圓槽及輻射性槽，其中該輻射性槽在該輻射性槽之第一槽區域呈線性，及在該輻射性槽之第二槽區域呈對數，且其中該同心圓槽與該輻射性槽交叉。
25. 如請求項24之物件，其中該第一槽區域較該第二槽區域近於該旋轉軸。
26. 如請求項18之物件，其中該層係跨過該整體介面共價連接。
27. 如請求項11之物件，其中該層係跨過該整體介面共價連接。
28. 如請求項21之物件，其中該固體潤滑劑為六邊形BN(氮化硼)。
29. 一種平坦化半導體晶圓層之方法，該晶圓具有在該層中引起高區域與較低區域之圖案化特徵，該方法包含使該層與一單個澆鑄或成型整體拋光墊接觸，其中該墊具有一環狀輪廓及一旋轉軸且於單個模型中澆鑄或成型，該墊包含在墊中之第一及第二區域具有不同特性之一聚合 物，其中該第一區域具有旋轉軸附近之環狀輪廓，其中該第二區域具有環輪廓且鄰接該第一區域，當該墊在相同操作條件下與一比較性整體墊比較時，對於該基板可提供較高平坦性或產量(在此比較性整體墊中，除了在對應於該整體拋光墊之該等不同區域之區域中係均一的之外，其餘乃與該整體拋光墊相同)。
30. 如請求項29之方法，其中該特性為硬度。
31. 如請求項30之方法，其中該第一區域的硬度大於該第二區域之硬度。