CN1312739C - 微孔化学机械抛光垫 - Google Patents

Abstract

公开了一种在其抛光表面上具有所需截面积和所需深度微孔的化学机械抛光垫。微孔的形状、大小和分布密度可以优化调节。此化学机械抛光垫在抛光过程中能够有效地保持所需的抛光速率。根据本发明，微孔能够按照所给出的加工条件具有不同的排列。

Description

微孔化学机械抛光垫

技术领域

本发明涉及一种用于化学机械抛光过程中的抛光垫，具体地说涉及一种表面上具有微孔的抛光垫。

技术背景

通常，化学机械抛光(CMP)是一种在半导体装置加工过程中用来获得球面的高精度/镜面抛光方法。按照这种CMP方法，在抛光垫和要抛光的晶片之间提供浆液，目的是对晶片表面进行化学腐蚀。抛光垫则对经腐蚀的晶片进行机械抛光。

图1显示了一种典型的CMP机示意图，数字1表示这种CMP机。图2显示了用CMP机1进行CMP加工的示意图。CMP方法包括化学腐蚀反应过程和机械抛光两个过程，这两个过程是使用CMP机1中的抛光垫10来进行的。化学腐蚀反应是通过浆液42来实现的。也就是，用浆液42来与要抛光的晶片表面进行化学反应，从而使化学腐蚀反应之后的机械抛光过程容易进行。在机械抛光过程中，固定在台板20的抛光垫10旋转。由固定环32紧紧固定的晶片30在振动的同时旋转。含有抛光颗粒的浆液由浆液供应装置40供应到抛光垫10上。供应的浆液在抛光垫10和晶片30之间加入。由于抛光垫10和晶片30之间的相对旋转速度的差别，加入的抛光颗粒就与晶片30产生摩擦接触，这样使得抛光颗粒进行机械抛光。浆液42是一种含有纳米级粒径的抛光颗粒的胶态液体。浆液42在抛光过程中散布在抛光垫10上。由于抛光垫10在抛光过程中旋转，提供到抛光垫10上的浆液42由于抛光垫10旋转造成的离心力而从抛光垫10周围向外流。为了提高抛光效率，应该有很多抛光颗粒在所需要的时间内保留在抛光垫10的上表面上，使它们参与晶片的抛光。也就是说，抛光垫10应该使其表面保留有浆液42的时间尽可能长。

为了使浆液长时间的保持在抛光垫上，人们提出了一种能形成具有微米级直径的球形微胞的方法。在抛光过程中提供到抛光垫中的浆液贮存在微胞中，在晶片所形成的压力作用下从微胞中流出。这样，浆液中的颗粒参与晶片的抛光。微胞也承担储存抛光过程中从晶片中分离下来碎屑的作用。在调透抛光垫时储存在微胞中的碎屑则被排出。

常规的是，形成抛光垫上的微胞是通过在聚合物基体中物理加入都含有空穴的中空微量成分的物理方法来得到的，或者通过形成气泡来形成微胞的发泡方法来得到的。

在聚合物基体中加入微量成分，是通过能使微量成分在聚合物基体中均匀分布的方式往聚合物基体中浸渍大量具有空穴的微量成分来实现的，从而形成微胞。制备聚合物基体是将固化剂与树脂，如氨基甲酸乙酯、聚酯、氟化烃或其组合进行，混合的方法来制备。关于微量成分，主要用有机盐、糖类、水溶性树胶或树脂。这种微量成分是由聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氨酯或其组合组成的。这种微量成分的平均直径约为150μm。在高剪切混合过程的作用下，微量成分在聚合物基体上均匀分布，形成均匀的微胞。图3表示用空腔体形成的微胞。然后将用上述方法制得的具有微胞的板切成具有所需厚度的晶片得到抛光垫。在切好的每一块板中，混乱分布在板中的微胞在切割表面上都是开口的，这样它们以圆形或椭圆形截面形式外露在切割表面上。在每个抛光垫抛光面上的外露微胞截面大小和位置都是混乱的。外露微胞截面大小和位置的这种混乱性降低了所期望的抛光垫均匀性。

利用发泡方法形成微胞的化学方法，聚合物基体是通过将固化剂与一种能形成低沸点物质的液相聚氨酯混合来得到的。直接参与化学反应产生气体的水或液化气体也被用作发泡剂，产生气泡从而在聚合物基体中形成微胞。气泡的产生是由于高剪切混合操作过程造成的成核作用。用来降低表面张力的表面活性剂也被用来调节微胞大小，从而得到所要的均匀微胞。利用发泡方法制得的微胞如图4所示。从图4可以看到，这种方法的缺陷是不可能在抛光垫上形成具有大小均匀的微胞。由于按照发泡方法形成的微胞表现出随它们所受温度变化而变化的膨胀性能，所以微胞大小可能随着固化过程产生的热量而变化。

利用含有空穴的微量成分或发泡方法形成的微胞具有圆形或椭圆形截面形状的球形结构。由于微胞具有这种形状，它的截面在抛光垫的厚度上变化。因此，外露在抛光垫抛光面上的每个微胞截面都随抛光过程中抛光垫的磨损而变化。也就是说，在抛光垫抛光面上暴露的圆形或椭圆形微胞的直径随抛光过程的继续而减小，最后消失。最后，在抛光垫表面下没有露出的微胞重新外露在抛光垫的抛光面上。

这样，抛光垫抛光面上外露的每一个微胞截面都随抛光过程中抛光垫厚度的变化而变化。因此，就存在抛光速率不均匀的问题。

本发明简述

所以，本发明旨在为了解决有关使用具有空穴的微量成分或发泡方法制成的微胞问题。本发明提出了一种抛光垫，这种抛光垫具有能够有效贮存并释放浆液保持所需抛光速率，同时发挥与微胞作用相同的微孔。

本发明的一个目的是提供一种具有大小均匀微孔的抛光垫，这种抛光垫的微孔分布方式选自使用者给出的各种方式，不管抛光过程中抛光垫厚度如何变化，微孔都保持所需的截面积。

本发明的另一个目的是提供一种具有大小、形状和密度都可以控制的微孔的抛光垫，从而能够得到最优的加工条件以提高抛光效率。

为了达到这些目的，本发明提供一种在其抛光面上具有截面积均匀并且具有所需深度的微孔的CMP板，

附图简要描述

结合附图来看下面详细的描述就会更清楚本发明的上述目的、其它特点和优点，附图中：

图1是表示一种典型CMP机的结构和用这种CMP机进行抛光的示意图；

图2是表示CMP方法构思的示意图；

图3是用具有空穴的微量成分形成的微胞照晶片；

图4是用发泡方法形成的微胞照晶片；

图5a是按照本发明形成的微孔截面结构的照晶片；

图5b是按照本发明形成的微孔平面结构图；

图6是对于按照本发明形成的抛光垫抛光面成一定角度的微孔示意图；

图7a是表示本发明中微孔排列的示意图；

图7b和图7c分别表示本发明中微孔排列的例子；

图8是具有辐射状微孔区域的抛光垫，其微孔分布分别具有不同的密度。

实施本发明的最佳方式

在此，本发明将参考附图对其构成和作用进行详细的描述。

本发明提供了一种用于CMP过程中的CMP板，其特征在于，在其抛光面上有一些微孔。根据本发明，每个微孔在其上端开口，具有均匀的截面积。从图5a和5b可分别看出本发明中微孔的截面和平面结构。

如图5a和5b所示，根据本发明所形成的微孔具有均匀的直径和均匀的分布。图5a和5b中微孔具有圆形截面。但是，这些微孔的形状可能不同，如为椭圆形、多角形如三角形或长方形或正方形和星形。当微孔具有圆形截面时，直径优选约为10-200μm。

微孔沿一般垂直于抛光垫抛光面的方向延伸。但是，它们可能与抛光面有一定的角度。参考图6，微孔与抛光垫x，y和z轴的夹角分别为α，β和γ。这里，角α，β和γ大于0°，但是小于90°(0°＜α，β，γ＜90°)。

优选的是，每个微孔的截面积约为10μm²-10mm²，每个微孔的深度与抛光垫的厚度之比为0.01∶1-1∶1。

根据本发明，这些微孔可能具有以底a、高b和两边夹角β的三角形排列，如图7a所示。图7b和图7c所示是以这样的三角形排列为基础的微孔排列。

根据本发明，在抛光垫上所形成的微孔可能具有按照使用者所需的大小、密度和形状所形成的不同排列。按照使用含有空穴微量成分来形成微胞的常规方法或形成微胞的常规发泡方法，无法调节这些微胞的大小、形状和密度。但是，根据本发明，有可能调节微孔的形状、大小和密度，这样就能够满足使用者所需的优化条件。

图8是按照本发明所形成的具有微孔抛光垫的示意图。如图8所示，圆形抛光垫具有四个微孔密度不同的环形区域。在每个环形区域中，微孔分布具有均匀的密度、均匀的形状和均匀的截面积。抛光垫也可以按照一个方向而不是径向被分成几个微孔区域。例如，抛光垫可能具有按照圆周方向排列的微孔区域。这样，本发明的抛光垫优点在于微孔可以具有各种不同的排列，从而能获得优化的加工条件。

根据本发明，利用激光、穿洞针或钻削方法可以在抛光垫上形成微孔。

按照本发明，优选使用激光加工原理。激光加工方法优点在于它具有减小产生热变形区域的面积。另外，激光加工方法是以非接触方式进行的，这样就不会对工具造成磨损。激光加工方法也能够精确加工形状复杂的部件，消除噪音和振动，保持清洁的工作环境。另一个优点在于用激光加工方法形成的每个微孔都有一个平滑和精确的内表面。激光加工方法提供的另一个优点，在于有可能方便地改变和调节微孔的形状、大小、深度和分布密度。

本发明的微孔在抛光过程中储存着向抛光垫供应的浆液，在晶片所施加的压力作用下向外将储存的浆液挤出。这样，浆液就参与对晶片的抛光。虽然本发明的抛光垫随抛光过程的厚度产生变化，但因为每个微孔具有均匀的截面积而能够保持所需的抛光速率。特别是，微孔一直处于开口状态。所以，与常规的微胞不同的是，没有必要人工开启微胞。微孔也承担储存抛光过程中从晶片上分离出的碎屑，在调适抛光垫时可将储存的碎屑排出。

工业用途

从上面的描述可以看出，本发明提供了一种具有能有效吸收浆液并在抛光过程中释放浆液从而保持所需抛光率的微孔的CMP板。

根据本发明，有可能方便地改变和调节微孔的形状、大小、深度和分布密度，从而能够得到最优的加工条件。这样，提高了抛光效率。

虽然为了对具有微孔的CMP板进行说明，已经将本发明的优选实施方式进行了公开，但是对本领域的技术人员可以进行各种不同的改进、扩充和变换，只要不偏离在所附加权利要求书中所述的本发明范围和精神。

Claims (6)

1.一种化学机械抛光垫，在其抛光表面上形成具有所需深度和所需均匀截面积的微孔，其特征在于，每个微孔沿倾斜于抛光面的方向延伸。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于每个微孔具有与圆形、椭圆形、三角形、长方形或正方形、多边形或星形对应的截面形状。

3.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于每个微孔的截面积范围为10μm²-10mm²。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于每个微孔的深度与板厚度的比例范围为0.01∶1-1∶1。

5.如权利要求1-4任一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于该抛光垫被分成至少两个微孔区域，所分布的微孔分别具有不同截面积、不同形状和/或不同分布密度。

6.如权利要求1-4任一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于微孔是用激光加工形成的。

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