互相连接的多元件栅格抛光垫制造技术

可用来在抛光介质（１２０）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（１１２）进行抛光的抛光垫（１０４）。所述抛光垫（１０４）包括大量抛光元件（４０２，５０２，６０２，７０２）。所述抛光元件（４０２，５０２，６０２，７０２）沿垂直方向对齐，具有第一端部和第二端部。在各个大量连接点（４０４，５１０，６１０，７１０）将抛光元件（４０２，５０２，６０２，７０２）的第一端部和第二端部与至少三个抛光元件连接，形成叠层。各叠层表示抛光元件（４０２，５０２，６０２，７０２）的第一端部和第二端部之间的垂直方向的厚度。通过将连接抛光元件（４０２，５０２，６０２，７０２）的大量连接点（４０４，５０４）的顺次叠层连接起来，形成互连的栅格结构（４００，６００）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及用于化学机械抛光的抛光垫领域。具体来说，本专利技术涉及 具有用来对磁性基材、光学基材和半导体基材进行化学机械抛光的抛光结构的 化学机械抛光垫。
技术介绍
在集成电路和其它电子器件的制造中，需要在半导体晶片的表面上沉 积多层的导电材料、半导体材料和介电材料，以及将这些材料层从半导体 晶片的表面除去。可以使用许多种沉积技术沉积导电材料、半导体材料和 介电材料的薄层。现代晶片加工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)、等离子促进的化学气相沉积 (PECVD)和电化学镀覆等。现代去除技术包括湿法和干法各向同性和各向 异性蚀刻等。当材料层被依次沉积和除去的时候，晶片最上层的表面变得不平。因 为随后的半导体加工(例如镀覆金属)需要晶片具有平坦的表面，所以晶片需 要平面化。平面化可用来除去不希望出现的表面形貌和表面缺陷，例如粗 糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。化学机械平面化，即化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片之类的 工件进行平面化或抛光的常规技术。在常规的CMP中，将晶片支架或抛光头 安装在支架组件上。所述抛光头固定着所述晶片，将所述晶片置于与抛光垫的 抛光层接触的位置，所述抛光垫安装在CMP设备中的台子或台面上。所述支 架组件在晶片和抛光垫之间提供可以控制的压力。同时，将浆液或其它抛光介 质分散在抛光垫上，引入晶片和抛光层之间的间隙内。为了进行抛光，所述抛 光垫和晶片通常相对发生旋转。当抛光垫在晶片下面旋转的同时，所述晶片扫 出一个大体为环形的抛光痕迹(polishing track),或抛光区域，使得所述晶片的表面直接面对所述抛光层。通过抛光层和抛光介质在晶片表面上的化学和机械 作用，对晶片表面进行抛光，使其平面化。在过去的十年间，人们进行了越来越多的研究、分析和高等数学模拟，来 了解CMP过程中抛光层、抛光介质和晶片表面之间的相互作用，以期对抛光垫的设计进行最优化。自从将CMP开始作为半导体制造方法以来的大部分抛 光垫的研发本身是经验性的，包括试验大量不同的多孔和无孔的聚合物材料。 抛光表面或抛光层的大多数设计主要是为这些层提供各种微结构，或者提供空 心区域和实心区域的图案，以及提供宏观结构，或者表面穿孔或凹槽的设置， 根据它们的权利要求，这些结构会提高抛光速率、改进抛光均一性，或者减少 抛光缺陷(划痕、凹陷、脱层区域、以及其它表面破坏或表面下的破坏)。这些 年来，人们提出了许多不同的微结构和宏观结构来提高CMP性能。对于常规的抛光垫，抛光垫表面的修整(conditioning)或打磨(dressing)对于 保持固定的抛光表面，以获得稳定的抛光性能来说是很重要的。随着时间的流 逝，抛光垫的抛光表面被磨损，消除了抛光表面的微织构(microtexture)，这是 被称为磨钝(glazing)的现象。磨钝现象的原因是因为在抛光垫和工件之间 的接触点发生摩擦生热和剪切造成的聚合物材料塑性流动而造成的。另外， CMP产生的碎屑可能会堵塞表面孔隙和微通道，所述孔隙和微通道是用来使 得浆液流过所述抛光表面的。当发生这种情况的时候，CMP工艺的抛光速率 会降低，这会导致抛光的不同晶片之间以及同一晶片之内的不均匀抛光。修整 可以在抛光表面上产生新的织构结构(texture)，用来在CMP工艺中保持所需的抛光速率和均一性。常规的抛光垫修整(conditioning)是通过修整盘对抛光表面进行机械研 磨而完成的。所述修整盘具有粗糙的修整表面，该粗糙修整表面基本上由 嵌入的金刚石颗粒点组成。在CMP过程中，在抛光暂停的时候，在间歇的 间断过程中使得修整盘与抛光表面接触(外部)，或者在进行CMP工艺的过 程中迸行该接触(原位)。通常修整盘在相对于抛光垫旋转轴固定的位置旋 转，随着抛光垫的旋转扫出一个环形的修整区域。所述的修整工艺在抛光 垫表面内切割出微型的沟道，对抛光垫的材料进行研磨和犁耕，重新恢复 抛光垫的织构结构。尽管抛光垫的设计者通过抛光垫材料制备和表面修整得到了表面织构的 各种微结构和构型，但是现有的CMP垫抛光织构在两个主要的方面尚未达到最优状态。首先，在进行CMP的时候，在施加压力的情况下，常规的CMP 抛光垫和常规的工件之间的实际接触面积很小，通常仅为总面对面积的百分之 几。其直接原因在于常规的表面修整的不精确，使得一定量的结构的固体区域 被随机地撕裂成碎片，留下各种形状和高度的大量特征或凹凸结构，实际上只 有最高的这些部分接触工件。其次，可供浆液流运走抛光碎屑和热量的空间占 据了抛光垫表面的薄层，使得抛光废料保留在紧密靠近工件的位置，直至其完 全通过工件下方排走。抛光垫和工件之间的浆液流动必需通过高度不规则的表 面，绕过将抛光垫到工件的整个垂直距离桥连的任意凹凸结构。这使得有很大 的可能工件与之前除去的废化学试剂和材料重新接触。因此常规的抛光垫微结 构不够完美，因为表面织构中的接触机构和流体机构的结合凹凸结构的高度分布既无法得到良好的接触，也无法提供有效的流体流动和输送。CMP中的缺陷形成是由于常规抛光垫微结构的缺陷造成的。例如， Reinhardt等人在美国专利第5,578,362号中揭示了使用聚合物球体将织构引入 聚氨酯抛光垫中。尽管确切的缺陷形成机理并未完全理解，但是通常很清楚， 如果要减小缺陷的形成，需要使得施加在工件上的极端点应力最小化。在特定 施加的负荷或抛光压力之下，实际的点接触压力与实际接触面积成反比。在3 psi(20.7kPa)的抛光压力下、所有凹凸结构端部的实际接触面积为2%的条件下 进行CMP工艺的时候，施加给工件的垂直应力平均为150 psi (1 MPa)。该种 量级的应力足以造成表面和表面下的破坏。变钝和形状不规则，以及常规CMP 抛光垫上的凹凸结构也会造成不希望出现的流动图案流体冲击在凹凸结构上 的局部压力可能会很显著，停滞或分开的流体的区域可能会导致抛光碎屑和热 量的累积，产生颗粒累积的环境。除了提供潜在的缺陷形成源以外，常规的抛光垫微结构之所以不是最优化 的，是因为抛光垫表面修整通常并非能够精确地重复。修整盘上的金刚石在使 用的时候会变钝，因此在使用一段时间之后，修整器必需进行替换；因此，在 修整器的使用寿命过程中，其效率一直在持续变化。修整还对CMP抛光垫的 磨损速率造成很大的影响。通常抛光垫大约95%的磨损是由于金刚石修整器的 研磨造成的，只有约5%的磨损是由于与工件的接触造成的。因此，除了减少 缺陷以外，通过改进抛光垫微结构还可消除对修整的需要，使得抛光垫获得更 长的寿命。消除抛光垫修整的关键在于设计出能够自恢复的抛光表面，也即是说，所 述抛光垫能够保持与磨损掉的结构基本相同的几何结构和构型。因此为了进行 自恢复，所述抛光表面必需使得磨损不会显著改变固体区域的形状。这又需要 固体区域不会受到足以造成显著程度的塑性流动的连续剪切和加热，或者所述 固体区域的构建使得它们对剪切或加热按照一种方式作出响应，将剪切和加热 分布到其他的固体区域。除了低缺陷度以外，CMP垫抛光结构必需达到良好的平面化效率。常规 的抛光垫材料需要这两种性能度量之间的权衡，因为使用较软较为柔顺的材料 可以得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可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垫，该抛光垫包括：　ａ）大量抛光元件，所述抛光元件沿垂直方向对齐，具有第一端部和第二端部；　ｂ）大量连结点，所述大量连结点中的每一个将所述抛光元件的第一端部和第二端部与至少三个抛光元件连接起来，形成叠层，所述各叠层表示抛光元件的第一端部和第二端部之间沿垂直方向的厚度；　ｃ）通过将连接所述抛光元件的大量连结点的顺序的叠层连接起来形成的互连栅格结构。

【技术特征摘要】
US 2007-8-16 11/893,7851.一种可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垫，该抛光垫包括a)大量抛光元件，所述抛光元件沿垂直方向对齐，具有第一端部和第二端部；b)大量连结点，所述大量连结点中的每一个将所述抛光元件的第一端部和第二端部与至少三个抛光元件连接起来，形成叠层，所述各叠层表示抛光元件的第一端部和第二端部之间沿垂直方向的厚度；c)通过将连接所述抛光元件的大量连结点的顺序的叠层连接起来形成的互连栅格结构。2. 如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述连接点连接3-6个抛光 元件。3. 如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光元件与每个连接点 上面和下面的抛光元件对齐。4. 如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，每个抛光元件包括一系列搭 接件。5. 如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述互连的栅格...

【专利技术属性】
技术研发人员：江波，GP马尔多尼，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]