[发明专利]半导体基材的抛光垫

说明书

                         发明背景

发明领域

本发明涉及用于半导体基材、晶片、冶金样品、存储磁盘表面、光学元件、透镜、晶片模板等的磨碎、研磨、成形和抛光的抛光垫。更具体地，本发明涉及半导体基材化学机械抛光中所用的抛光垫和其使用方法。

现有技术的讨论

半导体晶片一般包括诸如硅或砷化镓晶片的基片，其上形成了许多集成电路。通过基材中图形区及基片上的各层，以化学及物理方法，将集成电路连接到基材上。各层通常由具有导体、绝缘或半导体的性质的材料制成。为了使设备具有高的产率，从平的半导体晶片开始是很重要的，从而，就经常要求抛光半导体晶片。如果在不平的晶体表面进行设备制造的处理步骤，就可产生各种问题，这些问题会得到大量不宜加工的设备。例如，在制备现代半导体集成电路中，必须在预先形成的结构上形成导线或类似结构。然而，以前的表面成形经常会产生晶片高度不规则的顶表面地势，具有突出部分、不相等隆凸区域、槽、沟渠和其它类似形状的表面不规则。必须对这些表面进行普遍的平面化来确保照相平版印刷品中聚焦的适当深度、以及在后继的制备过程中除去任何不规则的地方和表面缺陷。

虽然有几个工艺保证晶片表面的平整性，但用化学机械平面化或抛光工艺的方法达到了在设备制备的各个阶段广泛进行晶片表面的平面化，以提高产率、性能和可靠性。通常，化学机械抛光“CMP”包括晶片在受控向下压力下的圆周运动，其抛光垫用常规的、通常是化学活性的抛光浆料饱和。

可得的用于抛光应用如CMP的一般抛光垫是用软且硬的材料制备的，且可分成三组：聚合物浸渍织物、微孔膜、和聚合物泡沫。例如，含有聚氨酯树脂浸入聚酯无纺布的抛光垫是第一组的代表例。这些示于图1和2的抛光垫通常制备为：制备连续卷或网辐的织物；用聚合物、通常是聚氮酯浸渍该织物；固化聚合物；并固化、切断和擦光该抛光垫至所希望要的厚度和外侧尺寸。

第二组的抛光垫示于图3和4，并包括涂在基础材料上的微孔聚氨酯膜，其基础材料通常是第一组的浸渍织物。这些多孔膜由一系列垂直取向的封端圆柱形孔组成。

第三组的抛光垫是闭孔的聚合物泡沫，其具有随机且均匀分布在所有三维空间中的大空隙率(bulk porosity)。这种抛光垫的一个例子示于图5和6中。闭孔聚合物泡沫的体积孔隙率一般是不连续的，从而抑制了大量浆料的传递。在需要传递浆料的地方，人工对抛光垫处理，使其带有沟、槽或孔以改善抛光期间侧面浆料的传递。对这三大类抛光垫和其优缺点的更详细讨论参见国际公开WO96/15887，其内容引入本文作为参考。抛光垫的其它代表性例子描述于US专利4,728,552、4,841,680、4,927,432、4,954,141、5,020,283、5,197,999、5,212,910、5,297,364、5,394,655和5,489,233，上述每一个专利均全文引入本发明作为参考。

为了使CMP和其它抛光工艺能提供有效的平面化效果，浆料到抛光表面的输送和分布变得很重要。对于许多抛光过程，特别是那些高旋转速率或压力下的操作，在抛光垫下不适当的浆料流速可产生非均匀的抛光速率。结果，作了各种努力来改善浆料的输送。例如，授予Cook等人的US专利5,489,233公开了使用大和小的流动通道以使浆料在固本抛光垫的整个表面输送。授予Shamouillian等人的US专利5,533,923公开了一种设计成包括导管的抛光垫，该导管通过至少一部分抛光垫以让抛光浆料流动。类似地，授予Breivogel等人的US专利5,554,064公开了一种抛光垫，其包括隔开的分离孔以在整个抛光垫的表面分布浆料。另外，授予Runnels等人的US专利5,562,530公开了脉冲受力的体系，其让支持晶片的向下的力在最小(即浆料流入晶片和抛光垫之间的空间中)和最大值(即挤出的浆料使抛光垫进行研磨以磨蚀晶片表面)之间周期性变化作用在抛光垫上。US专利5,489,233,5,533,923,5,554,064和5,562,530，每一个引入本文作为参考。

虽然已知的抛光浆料适宜于其预定的用途，但仍需有改善的抛光垫，其在IC基材、特别是使用CMP方法中提供有效的平面化作用。另外，也需要抛光垫具有提高的抛光效率(即提高的除去速率)、改善的浆料输送性(即浆料在整个抛光垫上的所有方向上有高而均匀的渗透性)、提高的耐蚀刻剂的腐蚀性、和在基材上的定位均匀性。还需要抛光垫通过多个抛光垫调节方法后可以进行调节，并且必须更换以前可再次调节多次。

发明概述