带槽的磨光衬垫及磨光方法技术

一种磨光衬垫（１０４，３００，４００，５００）用于对晶片（１１２，５１６）或其它物体进行磨光。该磨光衬垫包括一种用于对磁性基片、光学基片或半导体基片进行磨光的方法，该方法包括利用磨光衬垫和磨光介质对基片进行磨光的步骤，该磨光衬垫包括：一个磨光层（１０８），该磨光层设置有一个由第一和第二边界（１６８，１７２）、（３１２，３１６）、（４１２，４１６）、（５０８，５１２）限定而成的磨光区域（１６４，３２０，４２０，５０４），其中第一边界和第二边界的形状和位置又是正被磨光的物体之磨光表面的尺寸和所用磨光装置（１００）之类型的函数。磨光区域设置有多个分区（Ｚ１－Ｚ３）（Ｚ１′－Ｚ３′）（Ｚ１″－Ｚ３″）（Ｚ１′″－Ｚ３′″），每个分区都包括多个相应的沟槽（１４８，１５２，１５６）（３０４，３０８，３２４）（４０４，４０８，４２４）（５２０，５２４，５２８），这些沟槽的位置是根据晶片在该分区内的一个或多个速度矢量（Ｖ１－Ｖ４）（Ｖ１′－Ｖ４′）（Ｖ１″－Ｖ４″）（Ｖ１′″－Ｖ４′″）的方向来选择的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术整体上涉及到磨光领域。具体而言，本专利技术涉及一种设置有沟槽形花纹的磨光衬垫，这种槽形花纹用于减少沟槽内的泥浆搅拌尾流。
技术介绍
在集成电路和其它电子部件的制造过程中，在半导体晶片的一个表面上沉积或蚀刻有多层导电材料、半导体材料和绝缘材料。多个薄层导体材料、半导体材料和绝缘材料可利用多种沉积方法进行沉积。在现代晶片加工行业中，常用的沉积技术包括物理气相沉积法(PVD)，该方法也被叫做溅射法；化学气相沉积法(CVD)；等离子增强型化学气相沉积法(PECVD)和电化学镀膜法。常用的蚀刻技术包括湿式和干式各向同性蚀刻法和各向异性蚀刻法等。当多个材料层被顺序沉积并蚀刻时，晶片的最上层表面不再为平面状。由于后续的半导体加工工艺(例如光刻法)要求晶片具有一个平面状表面，因此需要对晶片进行平面化处理。平面化处理可用于将不需要的表面形貌结构及表面瑕疵除掉，表面瑕疵例如可以是毛面、团状材料、晶格损坏、擦痕及污染层或被污染的材料。化学机械式平面化处理或者化学机械式磨光(CMP)是一种用于对工件(例如半导体晶片)进行平面化处理的常规方法。在采用双轴转动式磨光器的传统CMP中，晶片托架或磨光头被安装在一个托架组件上。该磨光头将晶片夹住并使晶片定位在一个与磨光衬垫的磨光层相接触的位置上，其中磨光衬垫设置在磨光器内。该磨光衬垫的直径要大于需要进行平面化处理的晶片之直径的二倍。在磨光过程中，磨光衬垫和晶片均围绕其同轴的中心转动，同时晶片与磨光层相接合。晶片的转动轴线相对磨光衬垫的转动轴线偏移一定的距离，该距离大于晶片的半径，这样，磨光衬垫的转动就会在磨光衬垫的磨光层上扫出一个环形的“晶片轨道”。在仅有晶片处于转动状态下时，晶片轨道的宽度等于晶片的直径。但是，在某些双轴磨光器中，晶片在一个垂直于其转动轴线的平面内摆动。在这种情况下，晶片轨道的宽度就会比晶片的直径宽一些，宽出的量是由于摆动而产生的位移造成的。托架组件件在晶片和磨光衬垫之间提供了一个可以控制的压力。在磨光过程中，泥浆或其它磨光介质会流到磨光衬垫上并流入晶片和磨光层之间的间隙内。磨光层和泥浆在晶片表面上的化学和机械作用将使该晶片表面被磨光并变得平坦。为了对磨光衬垫的结构进行优化，人们一直致力于对在CMP过程中磨光层、磨光泥浆和晶片表面之间的相互作用进行研究。当然，多年以来，对磨光衬垫所作的大部分研发工作都是根据经验进行的。许多磨光表面或磨光层的结构都集中于使这些层设置有多种由空隙和网状沟槽组成的花纹，而且这些花纹据称能够提高泥浆的利用率并提高磨光的均匀性。过去几年来，仅有为数不多种的由沟槽和空隙组成的图案和结构得以实施。这些沟槽图案包括径向沟槽、同心的环形沟槽、笛卡儿坐标网和螺旋形沟槽等。此外，这些沟槽结构还包括那些所有沟槽的宽度和深度均相等的结构及沟槽的宽度和深度互不相同的结构。转动式CMP衬垫的一些设计者已经设计出多种具有下述沟槽结构的磨光衬垫，而且这些沟槽结构包括两种或更多种沟槽构形，这些构形的结构基于距磨光衬垫之中心的径向距离从一种变换到另外一种。这些衬垫被吹捧为能够提供优良性能的磨光衬垫，尤其是在磨光的均匀性和泥浆的使用率方面。例如，在授权给Osterheld等人的美国专利6520847中公开了多种设置有三个同心环形区域的衬垫，每个区域包括一个不同于其它两个区域之构形的沟槽结构。这些构形在不同的实施例中按照不同的方式发生变化。构形的变化方式包括沟槽数量的变化、沟槽横截面面积的变化、间距的变化和沟槽类型的变化。尽管到现在为止磨光衬垫的设计者们已经设计出了多种CMP衬垫，而且这些CMP衬垫包括两种或更多种在磨光层的不同区域具有不同结构的沟槽构形，这些设计并未直接考虑到沟槽构形对在沟槽内产生的混合尾流所造成的影响。图1示出了在磨光过程中，在晶片(未示出)和设置有环形沟槽22的传统旋转式磨光衬垫18之间的间隙(由圆形区域14表示)内的新旧泥浆比率的瞬时图形10。为便于说明，“新泥浆”可被认为是沿着磨光衬垫18的转动方向移动的泥浆，而“旧泥浆”则可被认为是已经参与到磨光工序中并通过晶片的转动容纳在间隙内的那些泥浆。在图形10中，在磨光衬垫18沿方向34转动，晶片沿方向38转动过程中的任意瞬时，新泥浆区域26基本仅容纳有新泥浆，而旧泥浆区域30基本上仅容纳有旧泥浆。这样，就形成了一个混合区域42，在该混合区域内，新泥浆和旧泥浆混合在一起，从而在新泥浆区域26和旧泥浆区域30之间形成了一个浓度梯度(由区域42表示)。利用计算机进行的流体动力学模拟实验表明由于晶片的转动，恰好邻近晶片的那些泥浆将沿着不同于衬垫之转动方向34的其它方向受到驱动，而从晶片上除掉的泥浆被容纳在磨光衬垫18之表面的“粗糙部分”或粗糙的元件上，而且能够更加有力地阻止沿着不同于方向34的方向受到驱动。晶片转动的影响在环形沟槽22内位于使沟槽相对晶片的转动方向38成一小角度的位置上最为显著，因为沟槽内的泥浆没有容纳在任何粗糙部分内而容易在晶片转动的作用下沿环形沟槽22的长度方向受到驱动。晶片转动的影响在环形沟槽22中位于与晶片之转动方向38横切的位置上不太明显，因为泥浆仅能够沿沟槽的宽度方向受到驱动，其受到沟槽的限制。类似于所示出的混合尾流46的混合尾流将在除环形图案之外的其它沟槽图案中产生。与图1所示的设置有环形沟槽的衬垫18相同，在每种沟槽图案中，在晶片转动方向与沟槽或沟槽段(在这种情况下可能是磨光衬垫的沟槽段)对位最准确的区域内混合尾流也最为显著。混合尾流不利于磨光操作，因为会产生不均匀的磨光和增多的瑕疵。因此，就需要基于混合尾流的发生和这些尾流对磨光造成的影响至少局部对CMP磨光衬垫的结构设计进行优化。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，一种磨光衬垫，该磨光衬垫适合于对磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种基片进行磨光处理，其包括(a)一个磨光层，该磨光层设置有一个磨光区域，该磨光区域由一个第一边界和一个第二边界限定而成，而该第一边界又由磨光衬垫上的第一点的轨迹限定而成，第二边界由磨光衬垫上的第二点的轨迹限定而成，而且第二边界与第一边界间隔一定的距离；(b)多个大角度的第一沟槽，每个沟槽至少局部包括在邻近第一边界的磨光区域内，而且在与第一边界的交点处为45°至135°；(c)多个大角度的第二沟槽，每个沟槽至少局部包括在邻近第二边界的磨光区域内，而且在与第二边界的交点处为45°至135°；(d)至少一个小角度的沟槽，其包括在磨光区域内并位于多个大角度的第一沟槽和多个大角度的第二沟槽之间，而且相对第一边界和第二边界的轨迹成-30°至30°的角度。在本专利技术的另一方面中，一种用于对磁性基片、光学基片或半导体基片进行磨光的方法，该方法包括利用磨光衬垫和磨光介质对基片进行磨光的步骤，该磨光衬垫包括(a)一个磨光层，该磨光层设置有一个磨光区域，该磨光区域由一个第一边界和一个第二边界限定而成，其中第一边界又由磨光衬垫上的第一点的轨迹限定而成，第二边界由磨光衬垫上的第二点的轨迹限定而成，而且第二边界与第一边界间隔一定的距离；(b)多个大角度的第一沟槽，每个沟槽至少局部包括在邻近第一边界的磨光区域内，而且在与第一边界的交点处为45°至135°；(c)多个大角度的第二沟槽，每个沟槽至少局部包括在邻近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于对磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种基片进行磨光的磨光衬垫，其包括：（ａ）一个磨光层，该磨光层设置有一个由一第一边界和一第二边界限定而成的磨光区域，该第一边界又由磨光衬垫上的第一点的轨迹限定而成，第二边界由磨光衬垫 上的第二点的轨迹限定而成，而且第二边界与第一边界间隔开；（ｂ）多个大角度的第一沟槽，每个沟槽至少局部包括在邻近第一边界的磨光区域内，而且在与第一边界的交点处为４５°至１３５°；（ｃ）多个大角度的第二沟槽，每个沟槽至少局部包括 在邻近第二边界的磨光区域内，而且在与第二边界的交点处为４５°至１３５°；（ｄ）至少一个小角度的沟槽，其包括在磨光区域内并位于所述多个大角度的第一沟槽和所述多个大角度的第二沟槽之间，而且相对第一边界和第二边界的轨迹成－３０°至３０°的 角度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GP马尔多尼，
申请(专利权)人：CMP罗姆和哈斯电子材料控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]