CN1213834C - 化学机械抛光的方法 - Google Patents
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Abstract
在用于微电子制造的化学机械抛光(CMP)过程中，可以提出在晶片表面和抛光垫之间的三个接触方式：直接接触、混合或部分接触、以及液面滑动。但是，表征晶片/垫板接触的有效的现场用的方法和把接触状态与过程参数相联系的系统方法还很缺乏。在本工作中，利用由晶片支架上的载荷传感器测量的表面间摩擦力来表征接触状态。制定了把摩擦系数与作用压力、相对速度和浆液粘度相联系的模型，并且用实验作了验证。此外，建立了摩擦系数和材料去除率(MRR)之间的关系，研究了过程参数对Preston常数的影响。
Description
发明领域
本发明一般性地涉及了半导体晶片或基片的化学机械抛光(CMP)领域。更具体地说，本发明涉及了半导体晶片或基片的化学机械抛光的一个方法。
发明背景
对高性能微电子器件的日益增长的需求促进了半导体工业设计和制造具有更小特征尺寸、更高分辨率、更密集包装和多层互连的超大规模集成电路(ULSI)。ULSI技术对包括线路的多层(称为级间介质层，ILD)的整体平整程度提出了严格要求。与其他平整化的技术相比，化学机械抛光(CMP)过程在低成本下产生优良的局部和整体平整程度。因此在许多后端处理过程中被广泛采用来平整大多数为二氧化硅(SiO2)的级间介质层。除了达到整体的平整程度，CMP对许多正在出现的处理技术也很重要，如铜(Cu)的雾状花纹、低k介质以及浅槽隔离结构的抛光(Landis等，1992；Peters，1998)。但是，同时和连续地抛光范围广泛的材料增加了CMP过程的复杂性，需要理解过程的基本原理来优化过程设计和控制。
尽管在ULSI制造中得到广泛应用，但CMP的基本材料去除机理还未得到很好了解。很久以前，Preston根据经验发现了在玻璃抛光中材料的去除率(MRR)正比于作用压力和相对速度之积(Preston，1927)。Preston方程可以写成
这里ξ为去除层的厚度，t为抛光时间，p为名义压力，vR为相对速度和kp为称为Preston常数的一个常数。
近年来，在许多工作中已经证实，上述关系也适用于金属(Steigerwald等，1994；Stavreva等，1995和1997)和陶瓷(Nakamura等，1985；Komanduri等，1996)。为了说明这个比例性，研究者已经力图研究CMP过程中的材料去除机理，几个研究者提出了颗粒磨蚀(Brown等，1981；Liu等，1996)和垫板凹凸不平部分接触模型(Yu等，1993)来解释CMP过程的机械方面问题。假设晶片/磨料或晶片/垫板为接触，晶片表面附近的作用应力场造成表面层的弹塑性变形和产生磨耗。另一种研究路线是集中在过程的化学机理(Cook，1990；Luo等，1998)。Cook首先考察了玻璃抛光的化学过程。他建议，颗粒撞击下的表面溶解和磨耗颗粒被吸收或溶解成浆液颗粒均将决定玻璃的抛光率。更近年来，已经提出了根据润滑理论(Runnels和Eyman，1994)和质量转移(Sundarajan等，1999)的晶片大小的二维模型。在这个模型中，假设晶片在垫板表面上作液面滑动，法向压力由粘性浆液膜的流体动力压力来支持。抛光率由化学物质的对流质量转移来确定。
不管材料的去除是由于在CMP过程中机械、化学或化学机械的相互作用，对于过程特征、建模和优化来说，理解晶片/垫板界面上的接触状态是很重要的。但是，至今在CMP文献中还没有明确的方法来用过程参数表征晶片大小的两表面间状态。有些研究者假设，在抛光时晶片在液面上滑动，因此求解润滑的Reynolds方程来确定晶片曲率、作用压力、相对速度、浆液粘性、浆液膜厚度和在晶片表面上压力分布之间的关系(Runnel，1994；Runnel和Eyman，1994)。另一组研究者假设晶片与垫板接触或部分接触，并且把晶片的位移与垫板的弹性模量相联系，用经典的接触力学模型求解应力场(Chekina等，1998)。测量晶片相对于垫板的垂直位移好像是识别接触状态和确定浆液膜厚度的最直接的先前技术(Mess等，1997)。但是，垫板材料的柔度和晶片支架中支承膜的柔度使得这种测量并不可靠。尽管已经在较小试件上进行了处于液面滑动模式的某些实验(Nakamura等.，1985)，但把结果按比例扩大到较大尺寸的晶片是有问题的。一般说，由各个研究者采用的不同作用压力、速度和其他实验条件造成了对表面间接触模式做出任何肯定结论的困难局面。因此，非常希望确定和表征在CMP中主要材料去除的机理，并且提供一个CMP过程，可以促进增加晶片表面的材料去除率(MRR)。
有关文献
讨论在半导体工业中CMP过程的参考文献包括：
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发明概述
因此，本发明的目的是提供一个化学机械抛光(CMP)的方法，它促进增加材料去除率(MRR)。尤其是，本发明的目的是提供一个方法，它在CMP抛光垫板和晶片或基片表面之间的界面上处于接触模式下工作。另外，本发明提供了一个识别优选过程参数的方法来增加MRR。
如在以下将详细描述，本发明者已经发现，为了增加材料去除率，CMP过程必须在晶片和抛光垫板之间界面上的接触模式下工作。根据万向架节点位置、晶片曲率和浆液流动中的脉动，在界面上的液面滑动不是一个稳定的过程模式。因此，在CMP过程设计中的重要问题是选择过程参数来保持过程处于稳定的接触方式。另外，本发明者已经发现，在接触模式内，可以根据以下描述的数学推导来识别优选的过程参数。
一般说，提供了用抛光垫来化学机械抛光晶片表面的一个方法，包括以下步骤：以相对速度vR转动抛光垫和晶片中任何一个或两个；在作用压力p下推压晶片和垫板相互靠紧，其中p和vR值使得垫板和晶片之间的界面处于接触模式。
在本发明的另一个方面，提供了化学机械抛光的一个方法，其中满足以下方程：
vR/p≈C1/η (1)
这里vR是抛光垫和晶片的相对速度，p是作用在晶片上的压力，以及C1是与抛光界面几何形状和机器设计有关的常数，η是用于特定CMP过程的浆液粘度，如以下进一步描述。
在本发明的另一个方面，提供了一个化学机械抛光方法，其中在CMP过程中监测表面之间的摩擦系数，以保持晶片和垫板之间的界面处于接触模式，最好是在优选工作参数下保持CMP过程。例如，提供用抛光垫化学机械抛光晶片表面的一个方法包括以下步骤：以相对速度vR转动抛光垫和晶片中任何一个或两个；在作用压力p下推压晶片和垫板相互靠紧，测量在抛光中垫板和晶片产生的摩擦力；从上述摩擦测量来确定摩擦系数；以及控制p和vR值来保持抛光时摩擦系数值约为0.1或更大。
附图简述
阅读本发明的详细描述和以下提供的所附权利要求，以及参照附图，本发明的其他目的和优点将会很明显，其中：
图1A-1C分别是在接触模式、混合模式和液面滑动模式下晶片/垫板界面的示意图。
图2是表示能量通量对Cu去除率影响的图解。
图3是说明能量通量对Preston常数影响的图解。
图4A表示了尺寸参数对标准化Cu去除率的影响。
图4B说明了尺寸参数对Preston常数的影响。
图5是说明尺寸参数对摩擦系数影响的图解。
图6表示了Preston常数和摩擦系数之间的关联。
图7说明了速度作为压力的函数，并且表示了可以根据本发明一个方面优选的优选参数。
本发明详述
以下术语用于本发明的所有描述中，定义如下：
kP＝Preston常数(m2/N)
P＝由摩擦引起的发热速率(W)
p＝晶片上的法向压力(N/m2)
p*＝最佳的法向压力(N/m2)
rp，rw＝在晶片上给定点与垫板和晶片中心之间的距离(m)
vR *＝最佳相对速度(m/s)
vR＝相对速度量(m/s)
η＝浆液的粘度(Pas)
μ＝Coulomb摩擦系数
μa，μl，μp＝摩擦系数
ξ＝在晶片表面上去除的材料厚度(m)
C＝比热(J/kgK)
本发明者已经发现，当进行过程使得晶片或基片表面和CMP抛光垫之间的界面(晶片/垫板界面)状态处于接触模式或接触方式时，可以改进化学机械抛光(CMP)的材料去除率(MRR)。特别是，如以下进一步详细描述，在CMP过程中，三个模式可以存在于垫板和晶片的界面上；即，接触、液面滑动和混合模式。参照图1A到1C，分别表示了说明晶片/垫板界面在接触、混合和液面滑动模式下的示意图。如现有技术中熟知的一个CMP机器用于抛光晶片或基片。一般说，CMP机器通常包括一个或几个抛光工位，它支持着抛光垫和用于支持晶片的晶片支架组件。可用于实现本发明方法的一个CMP机器例子在美国专利申请系列号09/628,563(代理登录号69175/MSS)中作了描述，它与本发明同时申请，整个引入这里作为参考。尽管给出了一个具体例子，熟悉该技术的人员可以理解到，可以采用任何适当的CMP机器来实现本发明的方法。
为了平整和/或抛光晶片的表面，以一个作用压力p把晶片压靠在抛光垫上。抛光垫具有一个研磨表面，通常把一种浆液放在垫板上来协助从晶片表面去除材料。通常转动晶片，抛光垫或者作线性移动或者也转动，从而晶片受到一个相对速度vR。当把晶片压靠到抛光垫上和随着中间流体层，即晶片/垫板界面上的抛光浆液滑动时，表面间的状态可以表征为：接触、液面滑动和混合模式。在图1A所示的接触模式中，对着的两个表面的凹凸不平部分(晶片/垫板或晶片/颗粒)机械地相互作用。通常，实际的接触面积比名义表面积小得多。在接触点上两个表面均发生塑性变形。在接触模式中，中间液体膜是不连续的，沿着晶片直径方向没有形成明显的压力梯度来支持法向压力。当相对速度较低或作用压力高时，在进行CMP中产生这种接触模式类型。因为需要一个剪切力来剪切表面的凹凸不平部分，摩擦系数比其他两个模式高得多。在接触模式中，摩擦系数一般在约0.1或更大的范围。
相反，当速度足够高或作用压力较低时，晶片将在液体膜上滑动而不直接碰到垫板。这是液面滑动模式，并在图1C中说明。因为在晶片和垫板表面之间不接触，估计由于粘性流体膜的剪切引起的摩擦力和摩擦系数比接触模式小得多。在液面滑动模式中，发现摩擦系数一般在约0.001到0.01范围内。在抛光期间，在粘性流体膜中产生压力来支持晶片上的法向载荷。可以注意到，压力梯度对晶片的攻角非常敏感。攻角的稍为改变、不稳定的浆液流动或者机械振动引起的部分晶片/垫板接触，均会造成转移出液面滑动模式，即使满足速度和法向压力的要求时也如此。
随着从接触模式转换到液面滑动模式，当速度增加或压力降低时产生混合模式。在图1B所示的混合模式中，速度没有高到和压力没有低到足以形成厚的液体层来支持法向载荷。这造成在垫板凹凸不平部分和晶片表面之间的某些接触。摩擦力是使晶片/垫板和晶片/颗粒接触点上表面凹凸不平部分变形所需的力，以及剪切粘性浆液膜的力的加权之和。混合模式中的摩擦系数一般在约0.01到0.1范围内。本发明者已经发现，因为在不同接触模式中摩擦系数变化一个到两个量级，可以采用摩擦系数作为晶片/垫板接触状态的指示器。
摩擦系数可以与Preston常数kP相关联。已经表明，kP在液面滑动模式中明显地降低，由于kP的变化大，在混合模式中是不满意的。对于本说明内容，本发明提出了在接触模式中进行CMP过程来增加晶片表面的材料去除率。在高kP方式下工作来在接触模式中进行和基本上一直保持CMP过程。在一个实施例中，为了进行在接触模式下的CMP过程，本发明的方法提供了使作用压力和相对速度的积pvR为最大。按照本发明，一个压力和速度的范围是适当的。特别是，作用压力p在约14到70kPa范围内，更好是在约14到57kPa范围内。相对速度vR在约0.05到4.0m/s范围内，更好是在约0.4到2.0m/s范围内。
为了进一步理解接触方式的机理，我们再参看Preston方程(1)。把由实验(实验在以下详细描述)导出的材料去除率(MRR)对积pvR作图，如图2所示。对Cu抛光的文献数据(Stavreva等，1995&97；Luo等，1998)也包括在图中，相应的状态以下表示在实验一节的表6中。但是，必须强调，本发明数据是在pvR的宽范围上用中性浆液得到，而文献数据代表了仅在p和vR的窄范围上的化学机械抛光。但是，接触模式应该与浆液的化学性质无关。因此，如果材料去除的机理不受p，vR或pvR变化的影响，则数据的分散性应该很小和通过数据点做出的一条线的斜率就是Preston常数。数据的很大分散性清楚地表明了Preston常数实际上不是常数。图3表示了对于本发明实验数据和从文献得到数据的Preston常数与pvR之间关系的图。显然数据非常分散，因为对于大多数pvR值，晶片/垫板界面不接触。
因此，为了更好地描述接触状态的影响，标准化的材料去除率NMRR和Preston常数kP在图4A和4B中相对于尺寸参数ηvR/p作图，这里η为浆液粘度。NMRR为单位距离滑动所去除的材料厚度，或为MRR/vR。显然，现在当ηvR/p很小时，NMRR和Preston常数与作用压力和速度无关。Preston常数在14kPa下约0.2×10-6Mpa-1和在48kPa下约0.1×10-6Mpa-1。Preston“常数”在低ηvR/p，即在接触模式中保持很高，在表示为(ηvR/p)c的临界值之后下降。实验结果表明，对于这两个压力，约在相同(ηvR/p)c上发生转换。这意味着当晶片/垫板界面处于接触模式时，Preston常数与压力和速度无关。在转换点之后，随vR增加或p减少，Preston常数下降。由此也很明显，Preston常数表示了与摩擦系数(图5所示)相同的趋势，kP的转换发生在约相同的ηvR/p值上。在转换方式中，Preston常数与压力和速度有关。已经发现，在混合方式中，它在14kPa下随(ηvR/p)-1变化，在48kPa下随(ηvR/p)-0.5变化。
kP的变化可以根据转移的表面间状态说明如下。在混合模式，摩擦系数随ηvR/p减小，这意味着晶片/垫板接触面积也随ηvR/p降低。接触的缺少进一步减小了材料去除率，因为在不连续的流体膜中流体剪切和松散颗粒的运动不能在晶片表面上作用足够的压力和去除材料。随着ηvR/p增加，颗粒的滚动增加和颗粒的移动减少。事实上，有些研究者用积pvR的一个多项式函数(Zhao和Shi，1999)，或者在Preston方程中引入额外的压力和/或速度项(Luo等，1998)，想在数值上拟合他们的数据来考虑在低压和高速状态下Preston“常数”的变化。他们提出，表面间的剪切应力和颗粒速度将提高化学反应速率或从晶片表面的质量转移。但是，kP的变化可能正好是由于如图4A所示的改变的表面间接触模式所引起，因此估计到每个接触模式具有不同的Preston常数。
Preston常数相对于摩擦系数的相互关系图如图6所示。在转换点之前，即在混合模式开始之前，Preston常数和摩擦系数确实相关联；相关系数几乎为1。但是，随着在混合模式中ηvR/p的增加，Preston常数与摩擦系数关联变少。图4A进一步强调了材料去除率随不同接触模式的变化。因此，与先前技术和常规的说明相反，Preston常数在不同接触方式上不是真正的常数。
作为特定的优点，本发明的方法利用参数ηvR/p对摩擦系数和Preston常数的影响来促进增加CMP过程中的材料去除。对于某些浆液粘度，在图7所示的vR-p空间中描绘了不同的晶片/垫板接触方式。相应于从接触模式到混合模式转换的点(ηvR/p)c，在图7中做出了具有斜率(ηvR/p)c的一条线L1，以代表对不同压力和速度的转换点。以L1和p轴为边界的区域代表了接触模式。相似地，做出了具有更大斜率的另一条线L2来代表从混合模式到液面滑动模式的转换。以L2和vR轴为边界的区域代表了液面滑动模式。以L1和L2为边界的区域代表了混合模式。按照本发明，在接触模式中，即在图7的以L1和p轴为边界的区域中进行CMP过程。特别是，本发明的方法提供了按照以下方程进行CMP过程：
vR/p≈C1/η (1)
这里vR是抛光垫和晶片的相对速度，p是作用在晶片上的压力，以及C1是与抛光界面几何形状和机器设计有关的常数，η是用于特定CMP过程中的浆液粘度。在本发明的一个例子中，C1在约为1×10-7到1×10-6米范围内。
在一个优选实施例中，除了增加MRR，本发明提供了降低晶片内的不均匀性(WIWNU)。WIWNU是沿着晶片表面材料层的不均匀性程度。再参看方程(1)，积pvR应该尽可能高来增加MRR，即对于给定的压力，在接触方式中优选最高的速度，反之亦然。这暗示了优选的过程状态位于线L1上。但是，高的压力需要结实的机器结构，它一般设为作用压力的上限。另外，在高压下，即使小的机器振动可能造成晶片/垫板界面上法向载荷和摩擦力的很大脉动，因此增加了WIWNU。这些考虑暗示了压力增加不能不受限制。相似地，极高的速度是不希望的，因为在高速下难以把浆液保持在台面上。
本发明者已经发现，对于压力和速度的过程参数的一个更重要的问题是发热问题。由于摩擦引起的发热速率P可以表示为
因此，积pvR的值愈高，发热量愈大。根据本发明者进行的实验，对于在48kPa法向压力和0.5m/s速度下抛光的100mm直径Cu晶片，发热速率的典型值约为80W。摩擦发热将局部提高温度和改变化学反应速率，因此损坏了抛光的均匀性。在接触模式中，用浆液传送不能有效地去除发热，因为通过界面的体积流率较低。即使采用垫板和晶片支架的外部冷却，去除热量的速率仍受到限制，因为硅晶片和通常由聚氨酯制成的抛光垫的热导率很低。为了解决这个发热问题，本发明的一个实施例提出了对应用的积pvR建立一个上限。这个对发热的上限设为pvR＝C2，这里C2是一个常数，它取决于支承膜和垫板的表面间摩擦系数和热导率，以及头部和台面的冷却系统。在图7中约束条件pvR＝C2表示为一条等轴抛物线。
由
与L1相交可以确定一个优选的过程状态(p*，vR *)。由于以上所述的理由，在混合和液面滑动模式中，CMP过程的工作不是最佳的。应该理解到，常数C2不是固定的，在抛光头部和台面中可以安装适当的外部冷却来改进除热效率和增加常数C2，因此根据值C2的改变将改变实际优选的过程状态。因为随着如外部冷却的附加冷却装置而增加C2 *，增加积p*vR *可以达到更高的MRR。另外，由于其他实际的原因(如机械振动、浆液保持等)，实际最优选的压力和速度值可能与p*和vR *有些不同；但是，采用本发明说明的常规实验，可以确定这种实际最优选值。例如，采用在CMP过程中的摩擦力测量和应用方程(2)，可以表征出接触方式，然后找出从接触模式到混合模式的转换点，确定对特定CMP机器的最优选压力和速度。
因此，在本发明的另一个实施例中，进行化学机械抛光的一个方法使得满足以下方程：
vRp≤C2 (3)
这里vR和p如以上定义，C2取决于支承膜和垫板的表面间摩擦系数和热导率，以及头部和台面的冷却系统。如以上描述，C2是由于发热而限制作用压力和相对速度参数的上限。最好是，选择这个上限C2使得由于积vRp产生发热而引起的温度升高不超过约10K(或℃)，更好地不超过约5K。
常数C2与CMP机器构型有关，这对每个设备不同。影响C2的机器构型变量与发热有关，主要是垫板及其支承膜的表面间摩擦系数、热导率、以及晶片支架头部和台面的冷却系统(即热特性)。
提供如何确定C2的一个例子如下。如上所述，重要的是注意到C2将根据每个具体CMP设备构型而变化，因此决不可受以下例子的限制，可以根据这里说明的内容来确定C2。
假设摩擦热的一部分αQ转移到垫板中，这里α是一个分数(0＜α＜1)，Q是产生的总能量(Q＝Pt，这里t是总的CMP时间)。另外，假设垫板是绝热的，即传到垫板中的所有热量将贮存在垫板中，并且增加温度而不发散到环境中。这是一个“坏情形”的估计。可以进一步假设，温度升高ΔT在垫板中是均匀的，由以下给出
αQ＝mCΔT (4)
这里m是垫板的质量，C是垫板的比热。
结合方程(2)，在一个例子中，定义最大积vRp的方程(3)中的常数C2可以确定如下：
这里的术语定义如上。因子α值在0到1之间，必须由实验测量来确定。在CMP过程中，大部分热量传到浆液中，α很小。例如，在一个例子中，我们假设对于300mm(12英寸)垫板α＝0.1，m＝0.1kg，C＝2100J/kgK，ΔT小于5K(或℃)，以及t＝2min；则为最大积vRp的C2值约27W/m2。
因此，总起来说，C1用于确定最大的kp和vR/p比，以提供进行在接触方式下的过程，C2提供了积vRp的上限，以限制不利的发热量。这样做，我们的目的是增加材料去除率，也为了促进保持WIWNU在希望的低量级上。
在本发明的另一个方面，测量和监测摩擦系数来保CMP处于接触模式中。如上所述，在不同接触模式中，摩擦系数变化一个或两个量级。一般说，对于接触模式的摩擦系数在约0.1或更大的范围，对于混合模式在约0.01到0.1范围内，对于液面滑动模式在约0.001到0.01范围内。按照本发明，可以利用这个宽的摩擦系数范围来在CMP过程中监测晶片/垫板界面上的接触状态。特别是，可以检测系统中的载荷和/或扭矩来直接测量系统中的摩擦。可以安装扭矩传感器来测量转动晶片支架的马达上的扭矩。可替代或附加地安装扭矩传感器来测量转动台面的马达上的扭矩。另外，可以最好在晶片支架上安装载荷传感器来测量系统中的载荷。最好是，安装载荷传感器来测量在平行于垫板表面的平面上沿两个正交方向的摩擦力。然后采用常规方法处理这些传感器的测量来提供摩擦系数。为了保持过程处于接触模式，可以采用一个控制器，根据扭矩和载荷传感器的测量来调节相对速度和/或作用压力。
实验
已经进行了以下实验。这些实验是为了说明目的而提供的，决不是想以任何方式限制本发明。已经进行了用中性Al2O3浆液在敷Cu层晶片上的实验，以验证在宽范围压力和速度上设定的模型。
在抛光实验中，采用一个在现有技术中熟知的转动型抛光机。用一个万向机构把不锈钢的晶片支架与头部马达连接，来对准晶片平行于台面表面。安装两个载荷传感器和一个扭矩传感器来测量沿两个正交方向的摩擦力和头部马达的扭矩。载荷和扭矩传感器的容量分别为222N和5.65Nm，分辨率分别为0.067N和0.001Nm。由液压活塞驱动头部装置作垂直运动和作用法向压力。台面装置包括一个可拆卸的300mm直径铝台面和一个台面马达。打磨铝台面表面和底部来达到高的平面度和表面光度。抛光机用计算机控制，使得可以单独控制作用载荷、晶片支架和台面的转动速度，可以实时获得晶片上的力和扭矩。整个设备放在一个装有HEPA过滤器的层流舱内，以保证无污染的环境。
100mm直径的硅晶片用作实验晶片，在顶部涂以作为胶层的20nmTiN和1μm的PVD Cu。涂层材料的密度和硬度列在表1中。采用了具有Al2O3磨粒的中性浆液(pH＝7)。浆液的粘度约0.03Pa。补充的性能如以下表2所示。
表1实验材料的密度和硬度
| 材料 | 密度(kg/m3) | 硬度(MPa) |
| Cu | 8,920 | 1,220±50 |
| TiN | 5,430 | 17,640±1,235 |
| Si | 2,420 | 8,776±570 |
表2浆液的性能
| 磨料 | α-Al2O3 |
| 颗粒尺寸(μm) | 0.3 |
| 颗粒硬度(MPa) | 20,500 |
| 浓度(体积％) | 2-3 |
| 粘度(Pas) | 0.03 |
| pH | 7 |
在抛光实验中采用商用的复合垫板(Rodel IC1400)。垫板包括一个微孔聚氨酯顶层(Rodel IC1000)和作为底层的高密度氨基甲酸乙酯泡沫。顶部垫板和复合垫板的室温弹性模量分别为约500MPa和60Mpa。垫板的其他细节列在表3中。
表3垫板的性能
| 垫板 | Rodel IC1400(k-开槽) |
| 材料 | 聚氨酯 |
| 厚度(mm) | 2.61(1.27*) |
| 密度(kg/m3) | 750* |
| 硬度 | 57肖氏D级* |
| 孔的尺寸(μm) | 20-60(隔离)* |
| 槽的图案 | 250μm宽，375μm深，具有1.5mm节距，同心 |
*顶部垫板(IC1000)
表4列出了用于本研究的实验状态：
表4实验状态
| 法向载荷(N) | 108379 |
| 法向压力(kPa) | 14，48 |
| 角速度(rpm) | 5-420 |
| 线速度(m/s) | 0.05-3.91 |
| 浆液流动速率(ml/min) | 150-250 |
| 时间(min) | 2 |
| 滑动距离(m) | 6-469 |
| 室温(℃) | 22 |
| 相对湿度(％) | 35-45 |
每个晶片在抛光前后称重，以计算平均材料去除率(MRR)。在扫描电子显微镜(SEM)中观察已磨蚀的垫板表面和镀CU晶片表面，表征CMP之后的垫板外貌和晶片上的表面痕迹。
考察过程参数对材料去除率的影响，以及摩擦系数和Preston常数之间的关系。结果表明，仅在接触方式中preston常数与压力和速度无关。此外，在接触模式中摩擦系数和Preston常数之间的高度关联容许采用现场监测摩擦系数来监测CMP过程中的材料去除率。如以上说明，当在本发明提供的接触模式中工作时MRR增加。
作为说明和描述目的，已经提出了以上本发明的具体实施例和例子的描述，虽然已经用以上一些例子说明了本发明，但不可解释受此限制。它们不想成为包罗无遗，或者把本发明限于所公布的明确形式，显然，按照上述说明可以有许多修改、实施例和变化。可以设想，本发明的范围包含了按照这里公布内容，以及根据所附权利要求及其相当内容的一般性领域。
Claims (16)
1.用抛光垫来化学机械抛光晶片表面的一个方法，包括以下步骤：
以相对速度vR转动抛光垫和晶片中任何一个或两个；
在作用压力p下推压晶片和垫板相互靠紧，
其中p和vR值使得垫板和晶片之间的界面处于接触模式和满足以下关系：
vRP≤C
其中C是一个常数并选择成使晶片/垫板界面产生的发热不超过10K。
2.权利要求1的方法还包括：
测量在抛光中垫板和晶片产生的摩擦力。
3.权利要求2的方法还包括：
从上述摩擦测量来确定摩擦系数；以及
控制p和vR值来保持摩擦系数值约为0.1或更大。
4.权利要求1的方法，其中p值在约14到70kPa范围内。，
5.权利要求1的方法，其中p值在约14到57kPa范围内。
6.权利要求1的方法，其中vR值在约0.05到4.0m/s范围内。
7.权利要求1的方法，其中vR值在约0.4到2.0m/s范围内。
8.权利要求1的方法，其中选择vR和p使得在晶片抛光时产生的发热不超过约5K。
9.在一个CMP机器中用抛光垫和抛光界面上的浆液来化学机械抛光晶片表面的一个方法，包括以下步骤：
以相对速度vR转动抛光垫和晶片中任何一个或两个；以及
在作用压力p下推压晶片和垫板相互靠紧，
其中p和vR值满足以下关系：
vR/p≈C1/η (1)
这里C1是一个常数，并且是抛光界面几何形状和CMP机器设计的函数，以及η是浆液粘度；
使得垫板和晶片之间的界面处于接触模式。
10.权利要求9的方法，其中C1在约为1×10-7到1×10-6米的范围内。
11.权利要求9的方法，还包括：
从测量晶片和垫板之间的摩擦力来确定摩擦系数；以及
控制p和vR值来保持摩擦系数值约为0.1或更大。
12.权利要求9的方法，其中p值在约14到70kPa范围内。，
13.权利要求9的方法，其中p值在约14到57kPa范围内。
14.权利要求9的方法，其中vR值在约0.05到4.0m/s范围内。
15.权利要求9的方法，其中vR值在约0.4到2.0m/s范围内。
16.用一个包括抛光垫和的浆液的CMP机器来化学机械抛光晶片表面的一个方法，包括以下步骤：
以相对速度vR转动抛光垫和晶片中任何一个或两个；以及
在作用压力p下推压晶片和垫板相互靠紧，
其中p和vR值满足以下关系：
vR/p≈C1/η
这里C1是一个常数，并且是抛光界面几何形状和CMP机器设计的函数，η是浆液粘度；以及
vRp≤C2 (3)
这里vR和p如以上定义，C2选择成使得晶片/垫板界面的发热不超过10K。
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