[发明专利]改进的化学机械抛光垫以及制造和使用这种抛光垫方法

说明书

技术领域

本发明基本上涉及用于化学机械抛光的抛光垫领域。特别地，本发明涉及 一种形状记忆化学机械抛光垫，该抛光垫具有处于致密状态的抛光层并且用于 磁、光学及半导体衬底的化学机械抛光。

背景技术

在集成电路和其它电子器件的制造中，多层导体、半导体和绝缘材料层被 沉积于半导体晶片的表面上或从该表面上去除掉。可以通过多种沉积技术沉积 导体、半导体和绝缘材料的薄层。在现代晶片处理工艺中常用的沉积技术包括 物理气相沉积(PVD)，也称为溅射法，化学气相沉积(CVD)、等离子体增强 化学气相沉积(PECVD)以及电化学电镀等。常用的去除技术中包括湿式和干 式的各向同性和各向同性蚀刻法等等。

随着材料层相继地沉积和去除，晶片的最上表面变得不平坦。由于随后的 半导体工艺(例如，金属喷镀)要求晶片具有平坦表面，因此晶片需要进行平 整。平整可有效地去除不希望的表面形态和表面缺陷，如粗糙表面、粘结的材 料、晶格损伤、划痕和污染的层或材料。

化学机械平整，或者化学机械抛光(CMP)，是用于平整或抛光工件如半导 体晶片的常用技术。在传统的CMP中，晶片托架或抛光头安装在托架组件上。 抛光头夹持晶片并将晶片置于与抛光垫的抛光层相接触，该抛光垫安装在CMP 设备内部的工作台或台板上。托架组件在晶片和抛光垫间提供可控压力。同时， 抛光介质(例如，浆料)被分配到抛光垫上以及引入到晶片与抛光垫间的缝隙 中。为了完成抛光，抛光垫和晶片通常相对彼此转动。随着抛光垫在晶片下方 转动，晶片扫过基本上环形的抛光轨迹，或抛光区域，其中晶片的表面直接面 对抛光层。晶片表面通过抛光层和表面上的抛光介质的化学和机械作用被抛光 和平整。

对于传统的抛光垫，为了保持一致的抛光表面从而获得稳定的抛光性能， 垫表面的“调理”或“修整”是很重要的。抛光垫的抛光表面会随时间而磨损，抛光 表面的微观纹理变平滑——这一现象称作“釉化”。釉化的起因是由于抛光垫与 工件之间接触点的摩擦热和剪切力而引起的聚合材料的塑性流动。另外，CMP 加工过程中的抛光碎片会阻塞表面气孔和微通道，抛光介质通过该微通道流过 抛光表面。当这发生时，CMP加工过程的抛光速率会降低并且导致晶片之间或 晶片内部的不均匀抛光。调理在抛光表面上构造新的纹理，有利于在CMP加工 过程种保持需要的抛光速率和一致性。

传统抛光垫调理通常用调理盘机械地研磨抛光表面来达到。调理盘具有粗 糙的调理表面，通常包括嵌入的金刚石粒。调理盘在抛光暂停时、CMP加工过 程中的间断期间(外部操作)或者CMP加工过程正在进行期间(内部操作)与 抛光表面发生接触。调理盘通常在相对于抛光垫旋转轴线固定的位置上旋转， 并且当抛光垫旋转时扫过环形的调理区域。所述调理加工过程在抛光垫表面刻 入微观沟槽，研磨和研磨垫材料和重新生成抛光纹理。

传统调理盘上的金刚石由于使用会变钝，因而在一段时间后必须更换调理 盘。同时，在它们使用寿命期间，调理盘的效果不断变化。

传统调理过程对CMP抛光垫的磨损速率有很大贡献。通常来说大约垫大约 95％的磨损是由于金刚石调理器的研磨所导致而只有大约5％的磨损来自与工 件(例如，半导体晶片)实际的接触。

一种提高CMP加工效率的方法在佐滕(Sato)发明的美国专利No.US5736463 中被公开。佐滕公开了一种化学机械抛光方法，该方法包括使用一种包含由形 状记忆材料制成的结构的抛光垫，其中该结构在用于抛光前具有相对于所述抛 光垫的垂直状态，以及用于抛光之后的疲乏状态，其中当抛光停止时，所述由 形状记忆材料制成的结构还原到所述垂直状态。

尽管如此，仍不断寻求一种具有能够用最小化的研磨调理就可以重新生成 的抛光表面的抛光垫，从而延长抛光垫的使用寿命。

发明内容