[发明专利]具有用来将浆料保留在抛光垫构造上的凹槽的抛光垫

说明书

技术领域

本发明一般涉及化学机械抛光(CMP)领域。具体来说，本发明涉及具有降低浆液消耗的凹槽的CMP垫。

背景技术

在半导体晶片上的集成电路和其他电子器件的制造中，在晶片上沉积多层导电材料、半导体材料和介电材料，或者将多层导电材料、半导体材料和介电材料从晶片上蚀刻除去。这些材料的薄层可通过许多种沉积技术沉积。现代晶片处理中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD，也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷。一般的蚀刻技术包括湿法和干法的各向同性蚀刻和各向异性蚀刻等。

随着材料层按照顺序被沉积和蚀刻，晶片的表面变得不平坦。由于随后的半导体加工(例如光刻)要求该晶片具有平坦表面，所以需要对晶片周期性地进行平面化。平面化可用于除去不希望有的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、成团材料、晶格损坏、划痕和被污染的层或材料。

化学机械平面化，或称化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片和其它工件进行平面化的普通技术。在使用双轴旋转抛光机的常规CMP中，在支架组件上安装有晶片支架或抛光头。所述抛光头夹持晶片，使晶片定位在与抛光机中抛光垫的抛光层相接触的位置。所述抛光垫的直径大于被平面化晶片的直径的两倍。在抛光过程中，抛光垫和晶片围绕它们各自的同轴中心旋转，同时使晶片与抛光层相接触。所述晶片的旋转轴线相对于抛光垫的旋转轴线偏移一段大于晶片半径的距离，使得抛光垫的旋转在抛光垫的抛光层上扫出一个环形的“晶片轨道”。当晶片仅进行旋转运动的时候，所述晶片轨道的宽度等于晶片的直径。但是，在一些双轴抛光机中，所述晶片在垂直于其旋转轴线的平面内进行振动。在此情况下，晶片轨道的宽度比晶片直径宽，所宽出的量表示振动造成的位移。所述支架组件在所述晶片和抛光垫之间提供了可控的压力。在抛光过程中，浆液或其它抛光介质流到抛光垫上，流入晶片和抛光层之间的间隙中。通过抛光层和抛光介质对晶片表面的化学作用和机械作用，晶片表面被抛光并变平。

人们对CMP过程中抛光层、抛光介质和晶片表面之间相互作用的研究越来越多，以努力使得抛光垫的设计最优化。这些年来，大部分的抛光垫开发是经验性的。许多抛光面或抛光层的设计将注意力集中在为这些层提供各种空隙图案和凹槽排列，并声称这些设计能够提高浆液利用能力和抛光的均匀性。这些年来，人们使用了许多不同的凹槽图案和排列，以及许多不同的空隙图案和排列。现有技术的凹槽图案包括辐射形、同心圆形、笛卡尔格栅形和螺旋形等。现有技术的凹槽构型包括所有凹槽的宽度和深度均一的构型，以及凹槽的宽度和深度彼此不同的构型。

诚然，大部分凹槽图案基于对浆液流动如何响应各种凹槽特征(例如凹槽曲率和凹槽横截面)的推断。这些特征往往对在旋转抛光机产生的向心力作用下分配的浆液的迁移具有重要影响。当凹槽的取向从更多的为环向变为更多的为径向的时候，分配的浆液向外的迁移增加。例如，径向的凹槽会通过类似于通道的作用，使分配的浆液最大程度沿径向外流，造成液体直接全部流出抛光垫。这种外流导致抛光垫和晶片表面之间的接触点过热，引起抛光性能变差和抛光垫磨耗增大之类的问题，从而对抛光过程造成负面影响。

由于抛光垫具有许多种凹槽图案，这些凹槽图案的效果是彼此不同的，而且在不同的抛光工艺中，其效果也是不同的。抛光垫设计人员在不断寻求能够使抛光垫相对于现有技术的抛光垫设计更有效而且更有用的凹槽图案。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种与抛光介质结合使用的抛光垫，所述抛光介质具有理想流径，所述理想流径由抛光垫在使用过程中旋转而提供，其中所述抛光垫包括：设计用来在抛光介质的存在下对磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种进行抛光的抛光层，所述抛光层包括圆形抛光面，该抛光面在抛光过程中具有环形抛光轨迹；形成于所述抛光层内的至少一个凹槽，其具有位于所述抛光轨迹内的正交部分，所述正交部分具有一定长度，沿整个长度成形，沿正交部分与理想流体流径正交。

本发明的另一个方面涉及一种抛光垫，其包括：设计用来在抛光介质的存在下对磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种进行抛光的抛光层；形成于所述抛光层中的至少一个凹槽，其具有位于抛光轨迹内的正交部分，所述正交部分具有一定长度，依照以下公式成形