抛光垫及使用该垫制造半导体衬底的方法技术

一种结构新颖的抛光垫，在抛光如晶片的半导体衬底的表面期间，能够积极并有效地控制浆料流，因此可以精确并稳定地进行所需的抛光工艺。在合成树脂材料的垫基板（１２）的表面上形成近似圆周形延伸的沟槽（１６）。将内圆周壁表面（２０）与外圆周壁表面（２２）制成彼此平行并相对于垫基板（１２）的中心轴（１８）倾斜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于半导体制造工艺中的、用来抛光例如半导体晶片或半导体器件的半导体衬底的表面的抛光垫，本专利技术还涉及与抛光垫有关的技术，例如，使用该抛光垫制造半导体衬底的方法。
技术介绍
在制造例如LSI器件的半导体器件的工艺中，例如通过各种工艺步骤，通常在硅晶片上形成包括金属层和绝缘层的各种薄层的叠层结构。作为用于抛光或平坦化晶片的外表面或最上表面、以获得具有高度平坦化的衬底表面的主要工艺之一，化学机械抛光(下文指“CMP”)是公知的，其中可使用合成树脂材料或其扩展材料的薄圆盘状抛光垫，并且为了有效抛光，当向晶片与垫之间供应包括良好的抛光粒与适合的液体种类的浆料时，将抛光垫和晶片(半导体衬底)进行相对旋转。为了满足高度集成的、高精确度的半导体器件的巨大需求，需要制作多层的非常细线条的复杂图形。为了满足这一目的，CMP工艺必须确保(a)“抛光精确度”，即以高度精确平坦化抛光整个晶片表面的能力，和(b)“抛光效率”，即以高工艺效率抛光晶片的能力。近年来在半导体器件中出现的高电路密度进一步提升了这两方面性能的难度。为了满足这些需要，提出将抛光垫用于CMP工艺中，其中抛光垫的表面(即抛光晶片的表面)具有大量微小的孔、或线性延伸的沟槽或放射状延伸的沟槽。例如专利文件1、2、3中公开了这种垫。但是，尽管使用这些常规设计的抛光垫，还是很难达到充分满足需要的“抛光精确度”和“抛光效率”的水平。特别是在超大LSI领域，在晶片上形成的金属互连或线条的金属化宽度(具有金属线的线条图形)非常窄，即0.18um或更小，因此必须将表面抛光到非常低的表面粗糙度(Rz)，即0.25μm或更小。同时，用于金属化的例如铜或金的新的软性金属的使用已进入致力于实际应用的研究状态。鉴于上述原因，抛光垫需要更进一步的改进以达到令人满意的抛光精确度和抛光效率的水平。作为CMP工艺中用于改进抛光精确度的一种方法，专利文件4提供了一种具有沟槽的抛光垫，由横截面观察，该沟槽在朝抛光垫表面的维度上扩展。根据专利文件4，沟槽的倾斜侧壁引导浆料和抛光残渣，因此改进了抛光精确度。但是，专利技术人进行的研究显示，当在抛光垫的表面上形成如专利文件4教导的沟槽时，包括抛光效率和抛光精确度的抛光性能不一致。因此，实际应用是非常困难的。认为该缺陷的主要原因在于沟槽在其深度方向上的宽度尺寸不同。除了晶片抛光中产生的磨损，一般通过以预定的工艺时间间隔摩擦抛光垫表面的方式来进行垫的调整过程(修整)。但是由于抛光引起的磨损和表面修整，专利文件4中所述的沟槽的沟槽宽度不可避免地明显地改变，随之而来的是诸如应力分布的参量的重大变化。因此，不能达到一致的抛光特性。(专利文件1)美国专利No.5921855(专利文件2)美国专利No.5984769(专利文件3)美国专利No.6364749(专利文件4)美国专利No.6238271
技术实现思路
为了解决上述问题而开发本专利技术，因此本专利技术的一个目的是提供一种结构新颖的抛光垫，其中可使用CMP或相似工艺，对半导体衬底或相似材料的表面进行具有一致性地高水平的“抛光精确度”和“抛光效率”的处理。本专利技术的另一目的是提供一种使用抛光垫的新颖的半导体衬底的制造方法，其中半导体制造工艺使用将例如CMP的适合方法用于抛光衬底表面，可制造具有一致性地高水平的“精确度”与“效率”的目标半导体衬底。本专利技术的又一个目的是提供用于机器加工抛光垫中的沟槽的切割工具，其能够生产适合于本专利技术的结构新颖的抛光垫，以及用于抛光垫的可用的生产方法。这里将描述已经开发的试图达到本专利技术的目的中的至少一个目的的专利技术的实施例。可将下述实施例中应用的每个元件适用于其它任何可能的结合。可以理解本专利技术的要素或技术特征不限于专利技术的下述实施例和技术特征的结合，而是基于本专利技术的整个说明书和附图中公开的思想或本领域技术人员根据本专利技术所认识到的。(与抛光垫有关的本专利技术的第一实施例)与抛光垫有关的本专利技术的第一实施例提供一种用于抛光半导体衬底的抛光垫，其中合成树脂的垫基板具有至少一个形成于其表面中的沟槽，其特征在于沟槽至少部分地由具有两个侧壁的倾斜沟槽构成，对于垫基板的中心轴，该倾斜侧壁在深度方向上基本彼此平行。根据本专利技术，具有倾斜侧壁的倾斜沟槽使得由抛光垫的旋转引起的离心力对存在于沟槽中的浆料和其它材料起到与倾斜沟槽的倾斜角相应的分力的作用。这使得有可能控制存在于抛光垫与晶片或其它半导体衬底之间的浆料和其它材料的流动状态。在例如使用特种浆料的CMP的抛光工艺中，除了简单的机械抛光之外，化学抛光作用扮演着重要的角色。即，晶片与抛光垫之间的浆料抛光粉的运动对抛光的精确度和一致性具有重大影响。根据本专利技术，依靠抛光垫材料或所需的精确度，例如通过在抛光期间适当地控制晶片与垫之间的浆料抛光粉的运动，通过对倾斜沟槽的倾斜方向与角度的适当调整，可以适当地建立和调节抛光特性。可选择地，通过对倾斜沟槽的倾斜方向与角度的适当调整，可以将抛光期间产生的抛光残渣和其它杂质的负作用最小化，通过离心作用，也导致在倾斜沟槽中积极地阻止了抛光期间进入倾斜沟槽的抛光残渣或其它材料，由此进一步改进了抛光精确度的一致性。根据本实施例的抛光垫，还可以设计一种包括与其深度方向交叉的具有基本恒定的宽度尺寸的倾斜沟槽的沟槽。由此，如果由于抛光过程中抛光垫的磨损、或抛光垫表面的修整，沟槽的深度改变，沟槽的宽度将保持基本不变，以保持所需的抛光性能，包括抛光效率和抛光精确度。在本实施例中，用于垫基板的材料不具体限定，这样可以适当地使用任何选自有关被抛光物、所需抛光参量等的材料类型。优选使用例如膨胀性或非膨胀性的聚亚氨酯树脂的刚性材料。根据本专利技术制造的抛光垫可通过常规方法将其固定到旋转支撑板来用于抛光，自然地，固定到支撑板的方法不具体限定，这样可以确保抛光垫直接并置在例如金属的刚性材料的支撑板上，或可以确保其通过适当的弹性垫并置在支撑板的支撑面上。(关于抛光垫的本专利技术的第二实施例)关于抛光垫的本专利技术的第二实施例提供一种根据第一实施例的抛光垫，其中由基本上围绕垫基板的中心轴的圆周方向延伸的圆周形沟槽构成倾斜沟槽。该实施例中，由通过抛光垫围绕其旋转中心轴的旋转而产生的离心力，用于倾斜沟槽的圆周形沟槽的布置进一步增强了对位于倾斜沟槽中的浆料与抛光残渣的作用。(关于抛光垫的本专利技术的第三实施例)关于抛光垫的本专利技术的第三实施例提供一种根据第二实施例的抛光垫，其中所述圆周形沟槽的两个侧壁在垫基板直径的方向，朝开口的深度方向向外倾斜。根据该实施例的抛光垫能够积极地使存在于倾斜沟槽中的浆料、抛光残渣等的流动朝着从倾斜沟槽向外的方向，由此促使供应于抛光垫与晶片之间的浆料从抛光垫的中心部分循环，并有效地阻止了由于例如抛光残渣的入侵而产生的倾斜沟槽的阻塞。(关于抛光垫的本专利技术的第四实施例)关于抛光垫的本专利技术的第四实施例提供一种根据第二或第三实施例的抛光垫，其中在所述垫基板的直径线上以间隔隔开的多个片段中形成圆周形沟槽，圆周形沟槽的两个侧壁的倾斜角根据距垫基板的中心轴的直径距离而变化。根据本实施例的抛光垫能够对流过抛光垫的直径的浆料等的流量进行更多种的控制。考虑到倾斜沟槽中作用于浆料的离心力按照远离垫基板的中心轴的直径距离而改变，可以通过渐变或突变方式改变倾斜沟槽侧壁的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抛光半导体衬底的抛光垫，其中合成树脂的垫基板至少具有一个形成在其表面的沟槽，其特征在于：所述沟槽至少部分地由具有两个侧壁的倾斜沟槽构成，两个侧壁相对于所述垫基板的中心轴在深度方向彼此基本平行地倾斜。

【技术特征摘要】
JP 2002-4-3 101945/2002;JP 2002-12-27 378965/20021.一种用于抛光半导体衬底的抛光垫，其中合成树脂的垫基板至少具有一个形成在其表面的沟槽，其特征在于所述沟槽至少部分地由具有两个侧壁的倾斜沟槽构成，两个侧壁相对于所述垫基板的中心轴在深度方向彼此基本平行地倾斜。2.根据权利要求1的抛光垫，其中倾斜沟槽由围绕所述垫基板的所述中心轴基本在圆周方向延伸的圆周形沟槽构成。3.根据权利要求2的抛光垫，其中所述圆周形沟槽的所述两个侧壁在所述垫基板的直径方向朝着开口在所述深度方向向外倾斜。4.根据权利要求2或3的抛光垫，其中在所述垫基板的直径线上以间隔隔开的多个片段中形成所述圆周形沟槽，所述圆周形沟槽的所述两个侧壁的倾斜角根据距所述垫基板的所述中心轴的直径距离而变化。5.根据权利要求1-4中任一项的抛光垫，其中所述倾斜沟槽包括多个每一个都线性延伸的线性沟槽。6.根据权利要求5的抛光垫，其中所述线性沟槽形成为多个沟槽组，每一个沟槽组包括相互平行的沟槽，将所述沟槽组布置为在基本为网状的排列中彼此交叉。7.根据权利要求6的抛光垫，其中构成每一个所述沟槽组的所述多个线性沟槽具有关于单个平面的任一侧彼此基本对称的布局和倾斜方向，该单个平面包含所述垫基板的所述中心轴并平行于所述多个线性沟槽延伸。8.根据权利要求1-7中任一项的抛光垫，其中所述倾斜沟槽在宽度尺寸上为0.005-2.0mm。9.根据权利要求1-8中任一项的抛光垫，其中所述倾斜沟槽具有5％或更小的沟槽尺寸误差。10.一种制造半导体衬底的方法，其特征在于包括以下步骤使用根据权利要求1-9中任一项的抛光垫抛光半导体衬底。11.根据权利要求10的制造半导体衬底的方法，其特征在于包括以下步骤在其变化被保持在约2％或更小的抛光压力下抛光半导体衬底。12.一种制造抛光垫的方法，其特征在于包括以下步骤在合成树脂的垫基板的表面切出倾斜沟槽，该倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木辰俊，
申请(专利权)人：东邦工程株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]