具有多孔界面及实心核心的抛光垫、以及相关的装置和方法制造方法及图纸

公开了一种用于化学机械抛光的抛光垫。该抛光垫具有多孔界面及基本上无孔的本体核心。还公开了使用及制备该抛光垫的相关装置及方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
化学机械抛光(“CMP”)工艺用于制造微电子器件以在半导体晶片、场发射显示器及许多其它微电子基板上形成平坦表面。例如，半导体器件的制造通常包括形成各种工艺层、对这些层的部分进行选择性移除或图案化、及在半导体基板表面上方沉积另外的其它工艺层以形成半导体晶片。举例来说，所述工艺层可包括绝缘层、栅极氧化物层、导电层、以及金属或玻璃的层等。在晶片工艺的一些步骤中，通常期望的是，工艺层的最上部表面是平面的(即平坦的)，以用于沉积后续的层。CMP用于工艺层的平坦化，其中，将沉积的材料(例如导电材料或绝缘材料)抛光以使晶片平坦化而用于后续的工艺步骤。在典型的CMP工艺中，晶片倒置安装于CMP工具中的载体上。用力将载体及晶片朝着抛光垫向下推动。使载体及晶片在该CMP工具的抛光台上的旋转着的抛光垫上方旋转。抛光组合物(也称作抛光浆料)在抛光过程期间加入到旋转着的晶片和旋转着的抛光垫之间。该抛光组合物典型地含有与部分最上部晶片层相互作用或溶解部分最上部晶片层的化学物质，以及以物理方式移除部分所述层的研磨材料。晶片及抛光垫可以相同方向或相反方向旋转，对于正在进行的特定抛光过程，无论哪一种旋转方式均是合乎需要的。该载体还可横跨抛光台上的抛光垫振荡。由较硬的材料制成的抛光垫呈现高移除速率且具有长的可用垫寿命，但倾向于在正在被抛光的基板上产生许多刮痕。由较软的材料制成的抛光垫呈现低的基板刮伤，但倾向于呈现较低的移除速率且具有较短的可用垫寿命。因此，本领域中仍需要提供有效的移除速率且具有延长的垫寿命并且还产生有限刮伤的抛光垫。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供用于化学机械抛光的抛光垫。抛光垫包含(a)基本上无孔的核心区及(b)位于该核心区的两侧(eitherside)上的两个相对的表面区。所述表面区的至少一个中定义有孔隙以形成多孔表面区。抛光垫为单片的，且多孔表面区直接接触核心区而其间没有任何中间层。核心区比多孔表面区硬。在另一方面中，本专利技术提供化学机械抛光装置，其包含(a)旋转的压板；(b)置于该压板上的抛光垫；及(c)固持待通过接触旋转抛光垫而抛光的工件的载体。抛光垫包含(i)基本上无孔的核心区及(ii)位于该核心区的两侧上的两个相对的表面区。所述表面区的至少一个中定义有孔隙以形成多孔表面区。抛光垫为单片的，且多孔表面区直接接触核心区而其间没有任何中间层。核心区比多孔表面区硬。在一些实施方式中，该装置进一步包含(d)用于将化学机械抛光组合物输送至抛光垫与工件之间的构件(工具，means)。在另一方面中，本专利技术提供一种抛光工件的方法，该方法包括(i)提供抛光垫；(ii)使工件与该抛光垫接触；及(iii)相对于该工件移动抛光垫以研磨该工件且由此抛光该工件。抛光垫包含(a)基本上无孔的核心区及(b)位于该核心区的两侧上的两个相对的表面区。所述表面区的至少一个中定义有孔隙以形成多孔表面区。抛光垫为单片的，且多孔表面区直接接触核心区而其间没有任何中间层。核心区比多孔表面区硬。在另一方面中，本专利技术提供一种制备抛光垫的方法，该方法包括(a)向容器中提供经挤出的聚合物片，其中该聚合物片为单片的且具有两个相对的表面；及(b)在足以形成与所述表面中的至少一个相邻的多孔表面区及形成基本上无孔的核心区的条件下，向容器中的聚合物片中引入惰性气体。附图说明图1为根据本专利技术的实施方式，抛光垫的横截面在54倍放大倍率下的扫描电子显微照片(SEM)，其说明在具有基本上无孔的核心的两个表面区处的孔隙。图2为根据本专利技术的实施方式，与图1中所述相同的SEM，但进一步说明待移除的表皮层。图3为根据本专利技术的实施方式，与图1中所述相同的SEM，但进一步说明将产物削成两个抛光垫，其中每个垫仅在一个表面区具有孔隙且各自具有基本上无孔的核心。图4为包含多孔热塑性层及扩散阻挡物的抛光垫的示意性说明。图5阐述抛光垫的横截面的一系列SEM显微照片，各放大54倍，其中样品如实施例1中所述制备。图6阐述抛光垫的横截面的一系列SEM显微照片，各放大54倍，其中样品如实施例2中所述制备。具体实施方式本专利技术至少部分地基于惊人且出人意料地发现具有良好平坦化效率及降低的缺陷度(例如刮痕)的用于化学机械抛光的抛光垫。抛光垫为单片结构且具有靠近垫的至少一个表面的集中的孔隙(即，闭孔)，同时抛光垫的核心为基本上无孔的实心本体(块状，bulk)材料，从而产生所需的双重形态。根据本专利技术的实施方式，已发现这样的双重形态结构当用于抛光诸如晶片的基板时，惊人且出人意料地提供增强的平坦化效率同时还降低缺陷度的显著优点。在其它方面中，本专利技术还提供制备及使用抛光垫的相关装置以及方法。根据本专利技术的实施方式，提供单片结构及双重形态的抛光垫，其中孔隙以在表面处实现压缩性的方式分布，在该表面处进行抛光的同时在该多孔表面下方的核心中还具有更硬、实心、基本上无孔的本体材料。无需使用通过外部组分(诸如通过粘着剂)粘着的单独的复合或中间层(例如粘着于硬副垫上的软垫)便实现本专利技术实施方式的抛光垫的独特及有利的形态。此外，不同于常规的系统，本专利技术的抛光垫不依赖于在整个抛光垫体积中的孔隙。本专利技术抛光垫的实施方式惊人且出人意料地实现平坦化效率及低缺陷度的所需组合，这二者均为CMP工艺中的重要参数，且在常规的系统中通常彼此冲突。不同于在抛光垫的整个核心中具有孔隙率及/或使用多片式复合系统的常规系统，在本专利技术抛光垫的实施方式中，孔隙在靠近进行抛光的表面处分布，由此形成表面压缩性、但具有硬的、基本上无孔的核心。这样的双重形态使得缺陷(例如刮痕)数目减少，这又提高了制造期间的晶片产率，原因为因对电学问题(诸如在使用中电流如何分布的连续性损失)的担忧而需要丢弃的晶片较少。同时，本专利技术实施方式的抛光垫惊人地可经抛光而具有良好的平坦化效率。就此而言，平坦化效率定义为1减去底部结构的移除速率除以顶部结构的移除速率的比率的无单位公式。参见例如Y.Li,MicroelectronicsApplicationsofChemicalMechanicalPlanarization,J.Wiley&Sons,2008,第517页。通过着重调节(focus)靠近抛光垫的表面处的孔隙以实现压缩性(在该表面处与待抛光的基板发生接触)同时维持硬质本体核心以使无中间层的整体单片结构具有潜在的强度，本专利技术惊人地且出人意料地实现了平坦化效本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于化学机械抛光的抛光垫，包含(a)基本上无孔的核心区及(b)位于该核心区的两侧上的两个相对的表面区，其中所述表面区中的至少一个中定义有孔隙以形成多孔表面区，其中该抛光垫为单片的，其中该多孔表面区直接接触该核心区而其间没有任何中间层，且其中该核心区比该多孔表面区硬。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.22 US 61/868,9151.用于化学机械抛光的抛光垫，包含(a)基本上无孔的核心区及(b)位于
该核心区的两侧上的两个相对的表面区，其中所述表面区中的至少一个中定
义有孔隙以形成多孔表面区，其中该抛光垫为单片的，其中该多孔表面区直
接接触该核心区而其间没有任何中间层，且其中该核心区比该多孔表面区
硬。
2.权利要求1的抛光垫，其中该核心区具有根据ASTMD22400-00测
量的约15至约72的平均肖氏D硬度，且该多孔表面区具有根据ASTM
D22400-00测量的约60至约100的平均肖氏A硬度。
3.权利要求1或2的抛光垫，其中所述孔隙具有约10微米至约100微
米的平均直径。
4.权利要求1至3中任一项的抛光垫，其中该核心区在基本上垂直于所
述两个相对的表面的方向上具有约0.5mm至约3mm的厚度。
5.权利要求1至4中任一项的抛光垫，其中该多孔表面区在基本上垂直
于所述两个相对的表面的方向上具有约0.05mm至约1.5mm的厚度。
6.权利要求1至5中任一项的抛光垫，包含第一多孔表面区及第二多孔
表面区，该第一多孔表面区形成该抛光垫的所述两个相对的表面之一的至少
一部分，且该第二多孔表面区形成该抛光垫的所述两个相对的表面中的另一
个的至少一部分。
7.权利要求1至5中任一项的抛光垫，其中，仅所述表面区中的一个包
含孔隙。
8.权利要求1至7中任一项的抛光垫，其中该多孔表面区包含其中所述
孔隙接触该核心的过渡区，且其中该过渡区中的所述孔隙的平均孔隙直径大
于该过渡区外侧的该表面区中的所述孔隙的平均孔隙直径。
9.权利要求1至7中任一项的抛光垫，其中该多孔表面区包含其中所述
孔隙接触该核心的过渡区，且其中该过渡区中的所述孔隙的平均孔隙直径小
于该过渡区外侧的该表面区中的所述孔隙的平均孔隙直径。
10.权利要求1至9中任一项的抛光垫，其中该抛光垫为聚合物抛光垫。
11.化学机械抛光装置，包含：
(a)旋转的压板；
(b)权利要求1至10中任一项的抛光垫，其置于该压板上；及
(c)固持待通过接触该旋转抛光垫而抛光的工件的载体。
12.权利要求11的化学机械抛光装置，进一步包含用于将化学机械抛光
组合物输送至该抛光垫与该工件之间的构件。
13.抛光工件的方法，包括：
(i)使工件与权利要求1至10中任一项的抛光垫接触；及
(ii)使该抛光垫相对于该工件移动，以研磨该工件且由此抛光该工件。
14.权利要求13的方法，其中该方法进一步包括：将化...

【专利技术属性】
技术研发人员：R瓦卡西，G弗图，
申请(专利权)人：嘉柏微电子材料股份公司，
类型：发明
国别省市：美国;US