抛光盘、抛光机、抛光方法及制造半导体器件的方法技术

一种非泡沫型材料制成的用于化学机械抛光（ＣＭＰ）机的硬质抛光盘，在该抛光盘的表面上组合地形成螺旋形槽或同心圆环形槽和栅格式槽，这些槽的交叉角为２°或更大些，使抛光盘表面上没有曲率半径≤５０μｍ的刃边，因此不产生毛边，抛光工件不会出现划痕，从而提高了抛光速度。（*该技术在2020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在制造半导体器件的过程中用于对半导体器件例如ULSI器件等进行平面抛光等的抛光机用的抛光盘、一种抛光机和一种抛光方法，还涉及采用上述的抛光机和抛光方法制造半导体器件的方法。
技术介绍
由于半导体集成电路变得更加精细且更高度集成化，故半导体制造过程中包含的各种程序日益增多且更加复杂。因此，半导体器件的表面并不总是平整的。半导体器件表面上的凹凸平度会导致线路逐步破损和局部电阻增大等，从而引起线路中断和电容减小，而且，绝缘薄膜中的这种凹凸不平也会导致耐压性能降低而发生漏电。同时，由于半导体集成电路日益变得精细并更加高度集成化，故用于照相平板印刷术的半导体曝光装置中的光源的波长变得更短，且用于这种半导体曝光装置中的凸透镜的数值孔径(或称为NA)越来越大，因此，用于上述半导体曝光装置中的凸透镜的焦深已变得浅得多，为了满足上述越来越浅的焦深，便要求半导体器件表面具有比迄今能达到的更大的平整性。具体地说，诸如图1所示的整平技术在半导体制造过程中变得更加重要。图1简单示出半导体制造过程中所用的整平技术，并示出半导体器件的剖视图。在图1中，标号11代表硅晶片，12代表SiO2组成的层间绝缘膜，13代表金属铝膜，14代表半导体器件。图1(a)示出整平半导体器件表面上的层间绝缘膜的实例。图1(b)示出通过抛光半导体器件表面上的金属膜13而形成一种称为波纹的实例。化学机械抛光或者说化学机械整平技术(下称为“CMP”技术)已广泛用作为上述半导体器件表面整平的方法。目前，CMP技术是可用于整平硅晶片整个表面的唯一方法。CMP是在硅晶片镜面抛光技术的基础上发展起来的，它采用图2所示类型的CMP机进行抛光。在图2中，标号15代表抛光构件，16代表固定抛光工件的部件(下面有时称“抛光头”)，17代表作为抛光工件的硅晶片，18代表供给抛光剂的部件，19代表抛光剂。上述的抛光构件15具有一个固定在抛光平台20的表面上的抛光体(下面有时称为“抛光盘”)21。薄板状泡沫聚氨基甲酸酯广泛用于制造上述的抛光盘21。抛光工件17由抛光头16固定并使它在转动的同时发生摆动，并以规定的压力压在抛光构件15的抛光盘21上。抛光构件15也转动，所以在抛光构件15与抛光工件17之间发生了相对运动。在此状态下，抛光剂供给器18将抛光剂19供给到抛光盘21的表面上，抛光剂19扩散到抛光盘21的整个表面上，并在抛光构件15与抛光工件17彼此相对运动时进入抛光盘21与抛光工件17之间的间隙，从而对抛光工件17的待抛光表面进行抛光。具体地说，通过抛光构件15与抛光工件17的相对运动引起的机械抛光与抛光剂19的化学作用的综合影响实现了良好的抛光。在使用普通的泡沫树脂制成的薄板状抛光盘(下称“泡沫型抛光盘)的情况下，晶片整个表面具有良好的抛光均匀性，但是，使用泡沫型抛光盘通常会遇到下列问题(1)在抛光过程中出现很大的斜边。(2)加载时，抛光盘发生压缩变形。由于上述的问题，泡沫型抛光盘在抛光带花样的晶片时没有良好的消除不平度的性能即没有良好的抛光平滑度。因此，最近研究出了非泡沫型树脂制成的硬质抛光盘(下面有时称为“非泡沫型抛光盘”)。在非泡沫型抛光盘中，在硬质高分子量聚合物的表面上形成构成槽形结构的凹部和凸部，并利用这些凹部和凸部抛光待抛光工件的表面(在本实例中是晶片表面)。采用非泡沫型抛光盘解决了在用泡沫型抛光盘时会遇到的消除表面不平度的性能差的问题。有关CMP机的工艺稳定性方面，除了要求稳定的均匀性和平滑度外，从避免器件的线路中断和绝缘破损的观点看，还要求不出现划痕，即使是由抛光盘加工的晶片数目增加时也应如此。然而，虽然非泡沫型树脂制成的硬质抛光盘具有良好的消除图形不平度的性能，但是，这种抛光盘容易划伤晶片，而且抛光速度也低于泡沫型聚氨基甲酸酯树脂制成的抛光盘的抛光速度。另外，通常决定抛光盘抛光速度的其他重要因素还包括抛光剂在抛光盘表面上的保持能力和流动性。按照抛光剂的保持能力来说，硬质的非泡沫型抛光盘比不上泡沫型抛光盘。而且，在普通的非泡沫型抛光盘固定在抛光平台表面的情况下，有可能由于抛光平台在供给抛光剂的同时高速转动而使抛光剂因离心力的作用而飞出抛光盘，所以抛光剂的保持能力差。这就产生一个问题即供给的抛光剂不能有效地提高抛光速度。同时，在普通的工艺中最常用的抛光盘是一种主要由泡沫型聚氨基甲酸酯制成的抛光体(抛光盘)。这种抛光盘具有良好的在抛光盘表面上保持抛光剂的能力。但是，这种抛光盘连续工作时，抛光剂的磨粒会堵塞抛光盘表面上泡沫部分的孔隙，从而使抛光速度发生大的波动。因此，在抛光之前或抛光过程中必须进行一种称之为“修整”的操作，进行该操作时，用一种表面电沉积有金刚石的磨轮磨削抛光盘的表面，从而使抛光盘的表面状态总是保持相同。另外，像上述的泡沫型抛光盘一样，树脂中含有抛光磨粒的固定磨粒型抛光盘也要求进行修整以便处理泡沫部分的孔隙被磨粒堵塞的问题，以便使抛光磨粒的状态保持均匀。关于要抛光的硅晶片(抛光工件)，均匀性和平滑度这两项抛光特性是十分重要的。“均匀性”用来评价沿硅晶片整个表面均匀地进行抛光的状况如何，通常用下列公式进行计算均匀性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100式中，RA是在测量抛光量的型面上的最大抛光量，RI是在测量抛光量的型面上的最小抛光量。按上述公式算出的值较小时，说明均匀性较好。具体地说，沿硅晶片整个表面上的抛光均匀性随上述的最大抛光量与最小抛光量的差值的减小而提高。另外，“平滑度”用来评价抛光具有凹部和凸部的图形时残余的不平度的大小。换句话说，在具有不平度的带图形的硅晶片中，平滑度值表示通过抛光将带图形的硅晶片的凸部选择性地抛光掉的程度，所以，抛光后残余不平度减小。均匀性和平滑度这两种抛光特性都强烈地受抛光盘的弹性模量的影响。按照弹性模量的大小将抛光盘分成弹性模量小的软质抛光盘和弹性模量大的硬质抛光盘两类。在使用软质抛光盘的情况下，对硅晶片施加压力时，抛光盘表面对硅晶片的翘曲面的粘附力很大，故硅晶片整个表面的均匀性很好。但是，在硅晶片具有凹凸图形的情况下，抛光盘会发生变形而与硅晶片表面的凹凸部相吻合，故抛光过程时不平度保持不变。结果，抛光平滑度差。另一方面，在采用弹性模量大的硬质抛光盘的情况下，抛光盘相对于具有凹、凸图形的硅晶片的变形小，故抛光从凹凸图形的凸部依序地进行，结果，抛光平滑度好。然而，由于硅晶片的弯曲和加压力时压力的分布对抛光有直接的影响，故抛光均匀性差。但是，即使在抛光盘采用同样材料的情况下，作为表观弹性的变量的抛光盘厚度和抛光盘的结构因素例如其表面上形成的槽的宽度和深度也具有很大影响。具体地说，当抛光盘的厚度增大时，抛光盘的弹性变形量就增大，故从表观上看抛光盘变得较软。另一方面，在抛光盘薄的情况下，变形量小，故抛光盘从表观上看是硬的。而且，从槽形结构上看，槽的深度大且槽间凸部的宽度小的抛光盘在受到载荷时表面的变形大，故从表观上看，抛光盘是软的，另一方面，槽的深度小而槽间凸部的宽度大的抛光盘在受到载荷时变形极小，故从表观上看，这种抛光盘是硬的。在上述说明中，抛光盘的厚度和槽的结构是从弹性的观点来说明的。此外，槽还起到另一种重要作用，即稳定地供给抛光剂。有关为达到稳定供给抛光剂的槽形结构，过去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抛光机的抛光盘，所述的抛光机具有一个固定抛光工件的抛光头和一个抛光盘，该抛光机在上述抛光盘与上述抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间发生相对运动来抛光上述的抛光工件，上述抛光盘的特征在于，至少是抛光盘的表面用高分子量聚合物制成；在上述的表面上设有槽的结构；和上述的表面上有尖锐的刃边部分。

【技术特征摘要】
JP 2000-2-2 25373/00;JP 2000-2-2 25386/00;JP 1999-1.一种用于抛光机的抛光盘，所述的抛光机具有一个固定抛光工件的抛光头和一个抛光盘，该抛光机在上述抛光盘与上述抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间发生相对运动来抛光上述的抛光工件，上述抛光盘的特征在于，至少是抛光盘的表面用高分子量聚合物制成；在上述的表面上设有槽的结构；和上述的表面上有尖锐的刃边部分。2.根据权利要求1的抛光盘，其特征还在于，上述的槽形结构由多个具有多个交叉点的槽组成，并且，上述的槽在上述交叉点上交叉的角度不包括任何小于2°的锐角。3.根据权利要求1的抛光盘，其特征还在于，上述的槽形结构由多个具有多个交叉点的槽组成，并且，上述的槽的部分没有任何曲率半径小于50μm的刃边部分。4.根据权利要求1～3中任一项的抛光盘，其特征还在于，上述的槽形结构由(i)螺旋形槽与径向槽相结合，(ii)同心圆环槽与径向槽相结合，或栅格式槽所构成。5.根据权利要求1～4中任一项的抛光盘，其特征还在于，上述的高分子量聚合物是从下列树脂中选择的一种或多种树脂环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、氯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂和非泡沫型尿烷树脂。6.一种抛光方法，该方法使用一个固定抛光工件的抛光头和一个至少其表面是由非泡沫型高分子量聚合物制成的抛光盘，上述的抛光工件在上述抛光盘与上述抛光工件之间加入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间发生相对运动而受到抛光，上述的抛光方法的特征在于，上述的抛光剂含有氧化铈粉粒。7.一种抛光方法，该方法使用一个固定抛光工件的抛光头和一个至少其表面是由非泡沫型高分子量聚合物制成的抛光盘，上述的抛光工件在上述抛光盘与上述抛光工件之间加入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间发生相对运动而受到抛光，上述的抛光方法的特征在于，上述的抛光剂含有氧化铈粉粒，其特征还在于，上述的抛光盘是根据权利要求1～5中任一项的抛光盘。8.一种抛光方法，该方法使用一个固定抛光工件的抛光头和一个抛光盘，上述的抛光工件在上述抛光盘与上述抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间的发生相对运动而受到抛光，上述抛光方法的特征在于，该方法具有一个逐渐在上述抛光工件与上述抛光盘之间加载的步骤。9.一种抛光方法，该方法使用一个固定抛光工件的抛光头和一个抛光盘，上述的抛光工件在上述抛光盘与上述抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述的抛光方法的特征在于，该方法具有一个调节上述抛光工件与上述抛光盘之间的载荷的步骤，从而使上述抛光工件或上述抛光盘的移动载荷保持恒定。10.一种抛光机具有一个固定抛光工件的抛光头和一个抛光盘，在该抛光机内，上述的抛光工件在上述抛光盘与上述抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间发生相对运动而受到抛光，上述的抛光机的特征在于，其抛光盘采用根据权利要求1～5中任一项的抛光盘。11.一种抛光机，具有一个固定抛光工件的抛光头和一个抛光盘，其中，上述的抛光工件在上述抛光盘与上述抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光盘与上述抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述抛光机的特征在于，它具有一个在上述抛光工件与上述抛光盘之间施加可变载荷的加载机构；一个可移动上述抛光盘的抛光盘移动机构；一个使抛光工件移动的抛光工件移动机构；多个用于检测上述的抛光盘移动机构或上述的抛光工件移动机构或这两种机构的移动载荷的相应的载荷检测器；和一种用于根据上述的一种载荷检测器测出的载荷值控制上述加载机构所加的载荷的反馈机构。12.一种用于抛光机的抛光盘，在所述的抛光机中，抛光工件在上述抛光盘与抛光工件之间置入抛光剂的情况下通过使上述抛光盘与抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述抛光盘的特征在于，至少是该抛光盘的表面用非泡沫型树脂制成，并具有多个组成槽形结构的凹部和凸部；和所述的槽形结构是下列各种形式的槽中的一种或多种的组合同心环形槽、螺旋形槽、栅格式槽、三角形的栅格式槽和径向槽。13.根据权利要求12的抛光盘，其特征还在于，上述的凹部和凸部的截面形状分别是下列各种形状中的一种或多种矩形、梯形和三角形。14.根据权利要求13的抛光盘，其特征还在于，上述的矩形、梯形或三角形的形状应满足下列条件a≥b，b≥o，c≥o，其中，a是凸部的底边长度，b是凸部的顶边长度，c是凹部的底边长度。15.根据权利要求14的抛光盘，其特征还在于，上述的矩形、梯形或三角形的形状应满足下列条件0.0mm≤b≤3.0mm，0.1mm≤a+c≤5.0mm，d≥0.1mm(其中d是凹部的深度)。16.根据权利要求12的抛光盘，其特征还在于，上述的凹凸形结构的凹部的截面具有弯曲的部分。17.根据权利要求16的抛光盘，其特征还在于，具有上述的弯曲部分的形状满足下列条件0.0mm≤e≤3.0mm，0.1mm≤e+f≤5....

【专利技术属性】
技术研发人员：石川彰，千贺达也，丸口士郎，新井孝史，中平法生，松川英二，宫地章，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]