用于化学机械抛光的研磨垫制造技术

公开了一种具有底材（１２）和置于其上的研磨层的化学机械抛光用研磨垫。一种研磨垫，它具有底材和置于该底材上的研磨层，所述研磨层具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件（１１），所述研磨层包含研磨复合物，该复合物含有用化学气相淀积方法制得的高级氧化铝磨粒和粘合剂作为结构组分。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的
本专利技术涉及一种其研磨层具有三维结构的研磨垫，更具体涉及用于用CMP(化学机械抛光)方法对半导体晶片进行平面化(planarizing)的其研磨层具有三维结构的研磨垫。 专利技术的背景CMP方法是一种公知的顺应设备高集成化和多层布线要求的对半导体晶片进行平面化的标准方法。CMP系统的基本结构包括两个单元，一个用于加工，另一个用于清洁。加工单元的基本结构通常包括头部用于提供转动和加压同时保持半导体晶片，头部的驱动装置，用来面朝半导体固定研磨垫的台板，以及台板的驱动装置。加工单元还包括用来整修(修整)研磨垫的装置，清洁晶片夹具表面的装置、提供工作流体的装置，以及其它装置。 由于研磨垫的结构和特性对加工带来的研磨特性影响较大，因此进一步改性研磨垫被认为是支持CMP工艺的关键技术。研磨垫的结构有微观和宏观两方面，这两方面都影响到研磨特性。微观结构代表磨粒和粘合剂的类型，发泡状态，表面状况等，而宏观结构表示表面形状，例如洞、凹槽和突起。 日本专利公开(Kohyo)公报平11-512874揭示了一种用于半导体晶片的研磨垫，其研磨层具有规则的三维结构。该研磨垫可用于CMP工艺。具有三维结构的研磨层的使用抑制了“负载(loading)”问题，因此该研磨垫能提供稳定的研磨且耐久性优良。 然而，其研磨层具有三维结构的研磨垫有一个特点，就是磨粒的性能容易影响到研磨性能。由此产生的问题是利用通用的α-氧化铝磨粒很难充分地改进经研磨表面的光洁度。尤其是在CMP工艺中，要求半导体晶片表面的表面粗糙度为1-2nm Ry(最大高度，JIS B 0601)，没有OSF(氧化引发的层积缺陷)，没有微划痕，没有雾度同时要确保高度的平整度。 然而，如果将常规的通用制备方法得到的α-氧化铝磨粒用作被成形为具有三维结构的研磨材料，则研磨时的摩擦力大，在被研磨表面上容易产生缺陷或划痕。另一方面，使用昂贵的磨粒(例如金刚石)会增加研磨垫的制造成本。 本专利技术旨在解决已有技术的上述问题。本专利技术的专利技术目的是提供一种用于CMP的研磨垫，该研磨垫具有良好的摩擦性能，价廉且耐久性优良，不会在半导体晶片的被研磨表面上产生缺陷和划痕。 专利技术概述本专利技术提供一种CMP用研磨垫，该研磨垫具有一底材和置于该底材上的研磨层，所述研磨层具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件，所述研磨层包含研磨复合物，该复合物含有用CVD方法制得的高级氧化铝磨粒(advanced alumina abrasive grains)和粘合剂作为结构组分，由此实现上述目的。 附图的简要说明图1是本专利技术研磨层结构一个实例的剖面图。 图2是本专利技术研磨层结构一个实例的剖面图。 图3是本专利技术研磨层结构一个实例的剖面图。 图4是本专利技术研磨层一个实例的平面图。 图5是本专利技术一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的放大照片。 图6是本专利技术一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。 图7是本专利技术一个实例的CMP用研磨垫的剖面图。 图8是本专利技术另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。 图9是本专利技术另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。 图10是本专利技术另一个实例的CMP用研磨垫的研磨表面的平面图。 图11是说明研磨垫摩擦力测试方法的模型图。 图12是研磨步骤中产生的摩擦力随时间变化的曲线图。 较佳实施方式研磨层的典型例子示于图1、2、3和4。 优选的研磨层可以有精确的形状(如说明书中定义)，也可具有不规则形状，更好的是具有精确形状的元件。 单个三维元件的形状可以是各种各样几何实心体中的任何一种。通常，该形状体与底材接触的底面的表面积要大于复合物的顶部。元件的形状可以选自多种几何实心体，例如立方体、圆柱体、棱柱体、截棱柱体、条形(stripe)、矩形、棱锥体、截棱锥体、四面体、截四面体、圆锥体、截圆锥体、半球体、截半球体、十字体，或者有顶端的柱状截面体。 元件棱锥体可具有四个面、五个面或六个面。三维元件还可以是多种形状体的混合物。三维元件可以是成排、盘旋状、螺旋形或者成格子状排列，也可以是无规放置的。 形成三维元件的侧面可以垂直于底材，与底材斜交，或者呈渐缩形，即朝顶端方向宽度逐渐减小。若侧面呈渐缩形，则更容易将这些三维元件从模具或生产工具的空腔中取出。渐缩的角度可以约为1至75度，较好约为2至50度，更好约为3至35度，最好约为5至15度。 优选是渐缩的角度较小，因为这样在复合物磨损时能获得一致的标称接触面积。因此，渐缩的角度通常应综合以下两个因素一是角度应足够大以便从模具或生产工具中取出三维元件，一是角度应足够小以得到均匀的截面积。也可以使用顶部截面积大于底部截面积的三维元件，但是该元件需要不同于简单模制的方法来制造。 每个三维元件的高度较好是相同的，但是也可以在一个研磨制品中包含高度不同的多个元件。三维元件相对于底材的高度通常可小于约2000微米，更好约为25-200微米。 三维元件的底面可以彼此邻接。或者，相邻三维元件的底面可以彼此隔开一段特定的距离。在一些实例中，相邻三维元件之间的物理接触涉及不超过每个接触元件垂直高度尺寸的33％。更好是，邻接元件之间的物理接触量为每个接触元件垂直高度的1-25％。 邻接的定义还包括这种排列方式相邻的元件共用共同的三维元件结合区或桥状结构，该结构在相邻元件面对面的侧壁之间接触和延伸。优选是，结合区结构的高度不大于每个相邻元件垂直高度的33％。三维元件结合区由用来形成三维元件的同一浆液形成。元件相邻的情况是在元件中心之间画一条假想的直线，在该直线上没有插在中间的复合物。优选是至少一部分三维元件彼此隔开以使得在元件突起部分之间形成凹部。 三维元件的直线间距可以是每线性厘米约1个三维元件至每线性厘米约100个三维元件。直线间距可以变化，以使得一个地区的元件浓度大于另一个地区的浓度。例如，在研磨制品中心处的浓度可以最大。元件的区域密度约在1至10,000元件/厘米2的范围内。 还可以使底材区域外露，即研磨涂层不覆盖底材的整个表面区域。这种排列方式进一步描述于美国专利5,014,468(Ravipati等)。 三维元件较好是以预定的图案排列在底材上，或者以预定的位置放置在底材上。例如，通过向底材和具有空腔的生产工具之间提供浆液来制得研磨制品时，元件的预定图案将对应于生产工具上空腔的图案。该图案可由此从一个制品复制到另一个制品。 在预定图案的一个实例中，三维元件以阵列排列，这意味着元件排列成规则的阵列，例如对齐的行和列，或者交错偏移的行和列(alternating offset rowsand columns)。如果需要，一行三维元件可以与另一行三维元件对齐以位于其正前方。优选是，一行研磨元件可以与另一行三维元件形成错位。 在另一个实例中，三维元件可以“无规”阵列或图案放置。这意味着三维元件并不排列成上述规则的行和列。例如，研磨元件可以1995年3月23日公开的WO PCT 95/07797(Hoopman等)和1995年8月24日公开的WO PCT95/22436(Hoopman等)中所述的方式排列。然而，应该理解，这一“无规”阵列是预定的图案，因为研磨制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光用研磨垫，该研磨垫具有底材和置于该底材上的研磨层，其中所述研磨层具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件，所述研磨层包含研磨复合物，该复合物含有用化学气相淀积方法制得的高级氧化铝磨粒和粘合剂 作为结构组分。

【技术特征摘要】
JP 2000-8-14 245793/001.一种化学机械抛光用研磨垫，该研磨垫具有底材和置于该底材上的研磨层，其中所述研磨层具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件，所述研磨层包含研磨复合物，该复合物含有用化学气相淀积方法制得的高级氧化铝磨粒和粘合剂作为结构组分。2.如权利要求1所述的化学机械抛光用研磨垫，其特征在于所述三维元件的形状选自圆柱形、圆锥形、四面体形、棱锥形、具有平顶面的四面体形或棱锥形、棱柱形、具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：天野贵志，渡瀬稔彦，今村健吾，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]