CN1352589A - 结构晶片表面的改善方法 - Google Patents

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Abstract

对表面进行改善的方法,它包括下述步骤:(a)将要改善的表面与磨具(40)的工作表面(47)接触,磨具包括具有第一相和第二相的相分离聚合物(44),其第一相比第二相硬;(b)将要改善的表面和固定的磨具作相对运动,在不用磨料浆液的条件下从要加工的表面上除去材料。

Description

结构晶片表面的改善方法
本发明涉及对表面如结构半导体片等的表面的进行研磨或抛光的方法。
背景技术
在集成电路的制造过程中，用于制造半导体的半导体晶片一般要经过许多加工步骤，包括沉积、图案形成和蚀刻。Tonshoff等的“Abrasive Machining ofSilicon(硅的研磨制造)”，Annal of the International Institution forProduction Engineering Reserch(生产工程国际研究机构记录)出版，(卷39/2/1990)，621-635页中，详细报导了半导体晶片的这些制造过程。每个制造步骤中，通常需要或希望对半导体晶片进行改善或精加工，为随后的制作或制造步骤作准备。
在半导体装置的常规制造方案中，平整的硅基片(base silicon wafer)要经过一系列加工步骤，产生两种或多种材料隔开的的均匀层，整体上形成一层的多层结构。在该过程中，通常用本领域的任何常用方法将第一种材料的均匀层施加到半导体片本身或中间构造的现有层上，蚀刻出凹坑进入该均匀层或穿过该均匀层，然后用第二种材料填充凹坑。或者，可将厚度大致均匀的第一种材料的构造通过掩膜(mask)，沉积在半导体片上或预先制出的晶片层上，然后用第二种材料填充邻近这些构造的区域，完成该层。在沉积步骤之后，沉积在半导体片表面的材料或层通常需要在附加的沉积步骤或随后的加工步骤开始之前，进行进一步的加工。完成以后，外表面就基本整体上是平的，并且平行于硅基片的表面。这种加工方法的具体例子是金属Damascene法。
在Damascene法中，在氧化物(如二氧化硅)电介质层中蚀刻出图案。蚀刻后，可用粘附层/阻挡层沉积在整个表面上。阻挡层一般可以是例如钽、氮化钽、钛或氮化钛。接着，将一种金属(如铜)沉积在电介质层或可有的粘附层/阻挡层上。然后通过从电介质表面除去沉积的金属和/或粘附层/阻挡层的部分，对沉积的金属层进行改善或精加工。一般要除去足够的表面金属，使半导体片的外露表面既包含金属又包含氧化物电介材料。半导体片外露表面的顶视图显示的是平的表面，上面是符合蚀刻图案的金属和邻近于金属的电介材料。位于晶片的经改善表面上的金属和氧化物电介材料本质上具有不同的物理特性，如不同的硬度值。必须设计出用于改善由Damascene法制成的晶片的研磨处理，以便同时改善金属和电介材料而不会刮伤这两种材料的表面。研磨处理必须要在半导体片上产生具有金属外露区域和电介材料外露区域的平整外露表面。
由于位于半导体片表面的金属构造是亚微米尺寸的，对沉积的金属层进行改善、使电介材料外露的过程很少有容许误差的余地。沉积金属的去除速率应较高，以减少制造成本，并且必须从未蚀刻的区域完全除去金属。蚀刻区域残余的金属对图案的分隔区域应该很有限，而在图案的连续区域残余的金属应保持连续，以保证适当的导电性。简而言之，金属改善的过程必须是在亚微米尺度上均匀、可控、可再现的。
对结构晶片外露表面进行改善或精加工的一种常规方法是用浆液处理晶片的表面，该浆液含有分散在液体中的大量分散的磨粒。一般将该浆液涂布到抛光垫上，然后将晶片表面顶着抛光垫放置或移动，以便从晶片表面上除去材料。浆液通常还含有与晶片表面发生反应来促进去除速率的化学试剂或工作液体。上述方法通常被称为化学机械整平(CMP)法。人们已经注意到传统CMP法的某些缺点。例如，用对环境无害的方法处置用过的浆液是昂贵的。另外，难以从半导体片表面上去除抛光操作后的残余磨粒。如果不去除，这些残余颗粒可能会使成品半导体装置发生电气上和机械上的故障。
近来代替CMP浆液法的一种方法是使用磨具来改善或精加工半导体表面，因此无需前述的浆液。例如发表于1997年3月27日的国际公报No.WO 97/11484报道了这种CMP替代法。所报道的磨具具有包含分散在粘合剂中的磨粒的织构研磨表面。在使用中，磨粒通常在工作液体的存在下与晶片表面接触，作适于改善半导体片上一单层材料的运动，从而提供平整、均匀的晶片表面。然后将工作液体施加在晶片表面上进行化学改善，或在磨粒的作用下促进金属从半导体片表面去除。
上述的工作液体可以是任何种类的液体如水，或者更一般地是下述试剂的水溶液：络合剂、氧化剂、钝化剂、表面活性剂、润湿剂、缓冲剂、防锈剂、润滑剂、肥皂，或这些添加剂的混合物等。添加剂还可以包括与第二种材料(如晶片表面上的金属或金属合金导体)反应的试剂，如氧化剂、还原剂、钝化剂或络合剂。
人们希望提供对CMP法的改进。特别希望通过使用比常规浆液基的方法表现出更高选择性整平作用的磨具，来提供对CMP法的改进。还希望提供不用传统磨粒的磨具仍能有效用于CMP法、无需前述浆液的方法。
发明概述
本发明提供了对半导体片外露表面进行改善的方法，它包括下述步骤：(a)将半导体片的外露表面与一种磨具的表面接触，该磨具包括具有至少两种硬度不同相的相分离聚合物(phase separated polymer)；(b)将晶片和固定的磨具作相对的运动，在没有磨料浆液的存在下从晶片表面去除材料。
相分离聚合物可以选自任何其破坏功大于从半导体片表面移去的材料的破坏功的相分离聚合物。本文中，“破坏功(work-to-failure)”是指一特定材料破坏时应力/应变曲线下的积分面积。该曲线下的面积具有功的单位。通常，相分离聚合物是嵌段共聚物，选自A-B双嵌段共聚物、A-B-A三嵌段共聚物、A-B-A-B四嵌段共聚物和A-B多嵌段共聚物和星型嵌段共聚物。在一优选的实施方式中，相分离聚合物是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。在这些共聚物体系中，相分离聚合物中苯乙烯的存在量足以形成平均直径约50-1000埃的硬链段区。如有需要，通常可以通过将嵌段共聚物和均聚物进行和离散区组成一致的掺混，来产生更大的离散区。
关于本发明，要了解具有下述含义的某些术语：
“研磨复合体(abrasive composire)”是指能共同提供研磨表面的大量成形本中的一个。本文中，“三维研磨表面”是具有由隆起和凹陷研磨部位形成的波纹表面形貌的研磨表面。
关于研磨复合体的“精确形状的(precisely shaped)”是指易被人眼识别并在制造过程(如模制)中易于复制的形状，能提供由精确形状的研磨复合体构成的整个研磨表面。
通过其余内容，包括优选实施方式的详述和所附的权利要求书，本领域的技术人员会了解本发明的这些和其它方面。
附图简述
图1是表面改善之前结构晶片一部分的横截面示意图。
图2是表面改善之后结构晶片一部分的横截面示意图。
图3是用于半导体制造中改善晶片表面的装置的部分侧视图。
图4是用于本发明方法的磨具一部分的横截面视图。
优选实施方式详述
下面将参照一些优选实施方式描述本发明。在详细描述时，参见各图，图中的一些部分用数字表示，并且相同数字表示相同部分。
图1是适用于本发明方法的表面上已形成图案的晶片10的透视图。为清楚起见，省略了公知的构造，如掺杂区、有源器件、外延层、载体和场氧化化层。晶片10有一基底11，它一般由合适的材料如单晶硅、砷化镓和本领域中已知的其它材料制成。阻挡层或粘附层13，一般为氮化钛、钛、钽、氮化钽或氮化硅，它覆盖着基底11和基底结构。
金属导体层14覆盖阻挡层13的前表面和基底结构。它可用各种金属或金属合金，如钛、铝、铜、铝铜合金、钨或银。金属层一般是沉积连续的金属层来涂布到阻挡层13上。然后除去过量的金属，形成图2所示的所需金属互连线路15的图案。金属去除后，提供了离散的金属互连线路15和离散的结构表面16，该结构表面优选地提供了没有刮痕或其它会妨碍成品半导体装置操作的缺陷的平面。
图3示意地说明了改善对晶片改善和用于CMP法的装置。该机器的一些变型和/或许多种其它机器也可用于本发明。本领域中已知图3的这种装置与抛光垫和分散的磨料浆液一起使用。用于CMP法市售装置的一个例子购自菲尼克斯的IPEC/WESTECH，亚力桑那州。用于CMP法的另一些机器可购自STRASBAUGH或SPEEDFAM。适用于安装带材或抛光带的其它机器述于例如Lund的美国专利5,643,044和5,791,969。装置30包括与马达(未示出)相连的机器头部31。夹盘32从头部31延伸出来。这种夹盘的一个例子是万向接头夹盘。夹盘32的构造应能适应不同的力和支枢，以便磨具在晶片上提供所需的表面光洁度和平整度。但是，在整平过程中夹盘可以、也可以不使晶片绕枢轴转的。夹盘31的末端是片夹33，它将晶片34固定到头部31上，并防止晶片在加工过程中发生移动。片夹的构造适合于晶片，可以是例如圆形、椭圆形、矩形、正方形、八边形、六边形或五边形。在有些情况下，片夹包括两个部分：或可采用的扣环和晶片支承垫。扣环通常可以是围绕晶片外缘固定的圆形装置。晶片支承垫可以由一种或多种组分制造，如聚氨酯泡沫材料。片夹33在环状部分35延伸靠着晶片34的边。可使用的环状部分可以是个分离件，也可以与片夹33连成一体。如图3所示，片夹33的构造可以是环状部分35不延伸到晶片34的表面36之外。在这种构造中，片夹33不接触磨具的工作表面41。在其它情况下，片夹33的环状部分35延伸到晶片34的表面36之外。在部件的这种构造中，环状部分35会接触研磨表面41，因此例如通过加工时除去研磨表面的最外层部分，使片夹33具有会“调适”研磨表面的结构，因此影响研磨复合体的特性。片夹或扣环可以是能使磨具提供对晶片进行所需改善的任何式样或材料。适用材料的例子包括聚合物材料。
片夹33旋转的速度取决于具体装置、加工条件、磨具和所需的晶片改善要求。一般而言，虽然片夹33的转速约为2-100转/分，但一般约为5-500转/分，优选约10-300转/分，更优选约为20-100转/分。如果片夹旋转得太慢或太快，那么就不能达到所需的去除速率。片夹33和/或基座42可以以圆形、螺线形、不均匀形、椭圆形或8字形的形式旋转或随机形式地旋转。片夹还沿着磨具的半径频繁地移动。片夹或基座也可以摇摆或振动，例如通过片夹或底座传送的超声波振动来摇摆或振动。
本发明的方法如上所述，所用的磨具具有适于对工件(如结构半导体片的层)表面进行研磨的工作表面。本发明的方法无需采用磨料浆液。磨具的工作表面是有织构的工作表面，优选包括许多隆起区域，仅以此来研磨或抛光结构晶片的表面，或在一适当的化学环境条件下进行研磨或抛光。每个隆起的接触区一般包括许多各种聚合物相的区域。
参见图4，该图所示的是用于本发明的磨具的优选构造，现在对其进行描述。磨具40包括一个研磨表面，通常用数字41表示。研磨表面41固定在基座42的的一个主表面上，并优选包含许多固定在基座42上的研磨复合体44。可以将复合体44整体地模制到基座上，或用粘合剂将其粘到基座上。研磨表面优选包括通常以46表示的开口槽子，它在复合体44之间延伸，在磨具用于CMP法时，促进工作液体在整个表面41上循环。工作液体是公知的，可用于例如冷却半导体片和磨具41之间的界面，为界面带来合适的化学制剂，除去抛光操作中释放的碎屑，或者联合地起着上述这些作用和其它作用。槽子46和复合体44的相对体积可根据具体抛光操作而不同。但是，槽子46一般占工作表面48和复合体基面之间体积的5-95％，优选占该体积的50-80％。
适用的磨具还可以包括一个固定在基座42背向复合体44的表面上的背衬(未示出)。公知的涂覆磨具的背衬适用这里的磨具。背衬可以是柔性的，也可以是较刚性的。典型的柔性研磨背衬包括聚合物薄膜、上过底涂层的聚合物薄膜、金属箔、织物、纸张、硫化纤维、非织造纺布及它们处理过的制品，以及它们的结合物。背衬还可以进行对其物理性质作改良的处理。背衬的另一个例子述于美国专利5,417,726，本文全部参考结合于此。更有刚性的背衬的例子包括金属板、陶瓷板、处理过的非织造底材、处理过的织物等。背衬还可以由两种或多种背衬层压在一起组成。背衬还可以象PCT已公开申请WO93/12911所披露的那样，由浸渍于聚合材料中的增强纤维组成。
用于半导体片整平过程的优选背衬是厚度非常均匀的。如果背衬的厚度不均匀，这会导致整平过程后中间半导体片的平整度有较大的差异。背衬的其它优选例子是聚合物薄膜，这些薄膜的例子包括聚酯薄膜、聚酯和共聚酯薄膜、微孔聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚酰胺薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜等。聚合物薄膜背衬和磨具或涂层之间应具有良好的粘着力。在许多情况下，聚合物薄膜背衬是上过底涂层的。底涂层可以是表面改性型或化学型底涂层。表面改性的例子包括采用电晕处理、UV处理、电子束处理、火焰处理和用来增加表面积的摩擦处理。化学型底涂层的例子包括美国专利3,188,265中披露的乙烯丙烯酸共聚物、美国专利4,906,523中披露的胶态分散液、美国专利4,749,617中披露的氮丙啶类材料和美国专利4,563,388和4,933,234中披露的辐射接枝底涂层。聚合物薄膜背衬的厚度一般约为20-1000微米，优选为50-500微米，更优选为60-200微米。
研磨复合体44优选是相分离的聚合物体系，它具有第一相即“硬”相和第二相即“软”相，其中硬相包括聚合物的硬链段，软相包括聚合物的软链段。相分离聚合物的硬相比软相硬，硬相的特点在于它的玻璃化转变温度(Tg)优选高于在进行CMP法时磨具工作表面的温度。硬链段的Tg一般约大于49℃，通常约为10°-100℃。相分离聚合物软相的特点在于它的玻璃化转变温度优选低于在进行CMP法时磨具工作表面的温度。在这种相分离聚合物体系中，CMP法进行时聚合物的硬相会以类似于磨粒的方式起作用，而软相会促进抛光垫对在抛光的结构晶片的局部贴合性。软相优选具有足够的弹性，以允许其表面突起会伸出活性粒子平面，当活性粒子经过时切除掉。本领域的那技术人员会知道可以通过改变硬相和软相的相对摩尔体积来改变硬相的形貌。
在复合体33的形成中，可以使用A-B嵌段共聚物，其中一种成分形成前述硬链段，另一种成分形成软链段。聚合物体系也可以是A-B-A型嵌段共聚物或具有称为星型嵌段构造的聚合物。还可以预制微相分离的尿烷(如Estane)可以用于一些CMP抛光用途。在本发明最广泛的方面，如果破坏时应力对于应变的曲线下的积分面积(破坏功)大于要去除的材料的相应破坏功，就认为聚合材料在形成复合体时是有用的。为了改进材料去除方面的选择性，希望聚合物材料的破坏功大于要去除的材料的破坏功，并小于下面的电介质层和/或位于要去除的材料下面的任何粘附层/阻挡层的破坏功。
用于研磨复合体44的一种优选聚合物体系是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物体系。SBS通常是不贵的，易于通过热成形或溶剂浇注来制造，并可以容易地作结构上的改进，以适合不同的抛光用途。在该体系中，苯乙烯相在进行CMP法时能够研磨铜，并特别能够对当铜表面暴露于氧化环境时形成的铜化合物进行研磨，该氧化环境是由于对进行双重Damascene法时沉积在结构晶片上的铜金属施加工作液体(如过氧化氢)而产生的。用于CMP法的工作液体是本领域中技术人员公知的，本文不再描述。这种工作液体的例子可参见于1998年6月24日提交的序列号为09/091,932的待审批美国专利申请和于1999年3月10日提交的序列号为09/266,208的美国专利申请。
在SBS体系中，并且其苯乙烯重量含量较低情况下，苯乙烯相起磨粒的作用，并可能采取球状形式均匀地分散在丁二烯基质中。苯乙烯相以共价键与余下的聚合物基质相连，因此在抛光操作中不大会离开基质。在SBS配方中增加苯乙烯的含量，苯乙烯的区域会长大，并会在SBS聚合物体系中采取圆柱形构造或相似构造。当SBS中的苯乙烯含量进一步增加，SBS体系最终会变成双连续相的，然后呈苯乙烯层和丁二烯交替的薄片结构。苯乙烯含量进一步增加时，会转变为另一种双连续区结构，而后成为其中苯乙烯为连续相而体系的丁二烯相形成完全分散的圆柱体群和随后的球体。相分离聚合物体系形态的进一步描述可参见Encyclopedia ofPolymer Science and Technology(聚合物科学和技术百科全书)，卷9，760-788页，John Wiley和Sons著(1987)。
当SBS聚合物体系用于磨具形成复合体时，SBS体系中的苯乙烯含量一般约为10-90重量％。更优选约为15-40重量％。与常规的无机磨具不同，使用和作为晶片制造过程一部分的去除沉积的聚合物掩膜的相同加工条件，本发明的磨具能容易地除去工作表面上的聚合物残余物。SBS聚合物中的苯乙烯相较好形成类似于平均粒径约为50-1,000埃的磨粒的细小区域。适用于前述磨具的市售嵌段共聚物包括已知的商品名为KRATON D1101的嵌段共聚物，这是一种苯乙烯∶丁二烯的重量比为31∶69的线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，购自Shell化学公司，休斯敦，德克萨斯州。另一种适用的聚合物是苯乙烯∶橡胶的重量比为29∶71的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，购自Shell化学公司，商品名为KRATON G1650。
如有需要或要求，例如可将侧官能基团加成到聚合物体系上，来提高研磨表面的湿润性。SBS聚合物体系的一种所需的改性可通过磺化嵌段共聚物的苯乙烯基团部分来完成，能改善其通常用于CMP法的水性化学作用的能力，使磨具在使用时润湿得更好，并降低摩擦和/或促进对从半导体片表面上去除的金属或金属离子发生螯合作用。
在所述的实施方式中，研磨复合体44具有可辨认的顶部切去的锥体形状。但是，复合体可以是任何形状，如圆柱形(柱形)、棱形、立方形等。或者，一个磨具上可以包括结构不同的复合体。复合体44可以如图4所示，其形状为包括基本共平面的工作表面48。各工作表面可以倾斜于基座42，致使它们不处于同一平面内、而是处于一个以上的平面内。有些复合体的工作表面可处于同一平面内，而这同一磨具中的另一些复合体可以处于不同平面内。各复合体可以是两种构造的结合，一类构造是在磨具底座上，另一类构造是在复合体的工作表面上。例如，复合体可以在底座具备一种对应于六角星的截面、而在初始工作表面为圆形截面。任何单一复合体中一种构造到另一种构造的转变可以是连续转变，也可以是突然转变或不连续转变。
为了简化制造过程，复合体可以成形为周期性排列。但是，用于本发明的磨具可以包括由混乱排列的复合体构成的工作表面。研磨表面41的复合体44优选是上述的相分离聚合物。但是，也可以设想各单个复合体能包含除相分离共聚物以外的其它材料。例如，复合体可包括在从工作表面48延伸到一定距离的一个区域的相分离聚合物。其余的复合体可包含另一种适于支撑该相分离聚合物的材料。相分离聚合物可以是覆盖在波形磨具上的薄涂层，而该波形磨具可以根据工件件的特征，是比相分离聚合物刚性更高或更低。复合体的工作表面还可以包括一种精密结构，如槽子等，用来改进工作液体的局部供给/排出，并避免或减少会产生刮伤的碎屑聚集。
虽然研磨表面41优选包含许多像图4所示的复合体44那样的研磨复合体，但有其它构造的研磨表面也在本发明的范围内，并且本领域技术人员了解，本发明不受任何的研磨表面特定构造的限制。磨具的工作表面优选用一些方式产生织构，并且可包含和前述内容相一致的聚合物体系。本发明有织构的研磨表面应能进行CMP过程时在被抛光的工件上施加基本均匀的压力。通常，非常适用于本发明的磨具的特点在于其研磨表面包含有相分离聚合物，该聚合物包括本文所述的硬链段和软链段。
适用于本发明的磨具可以用一些不同但公知的制造方法来制造，如模塑法或压花法。压花法应该使用压板或压花辊来进行，压花步骤时聚合物的温度应该高于相分离步骤聚合物硬链段的玻璃化转变温度。实施例中进一步描述了这些磨具的制造方法。用于本发明方法的磨具可以制成任何构造。例如，磨具可以制成其与晶片接触的研磨表面基本为圆形的垫。或者，磨具可以制成带状或片状，可以在合适的CMP机上滚动，并安装为成卷的形式，使CMP操作过程中的任何时候都提供新制的研磨表面。磨具也可以有其它形式，本领域的技术人员会了解，本发明不受任何特定形式磨具使用方式的限制。
预计用前述磨具处理的半导体片会具有高于常规浆液基处理的半导体片的选择性平整度，因为所选聚合物体系中的硬链段可以例如选择性地除去金属，同时留下未接触的电介材料。另外，晶片整平过程所用的工作液体基本不含磨粒，因此工作液体无需花大力气来净化。工作液体应该易于通过使用简单过滤法或其它去除碎屑的已知方法来再循环。其它抛光操作中也会出现相似的优点。
下面用一些非限制性实施例进一步描述本发明。
实施例
本文使用下述步骤。
步骤I
由直径为100毫米、厚度约0.5毫米的单晶硅基片制成用铜覆盖的晶片；该单晶硅基片购自WaferNet或硅谷微电子公司，圣何塞，CA，加里福尼亚州。沉积金属层之前，在硅片上生长厚度约5,000埃的二氧化硅层。在金属沉积之前，钛粘附层/阻挡层沉积在二氧化硅层上。钛的厚度一般为200埃，但可以在100-300埃范围内。然后用汽相沉积(PVD)法让均匀的Cu层沉积在硅基片上。金属层的厚度一般为11,000-12,000埃，是用TENCOR Instruments，Prometrix Dovision，圣克拉拉，加里福尼亚州生产的Omnimap NC110非接触型金属检测系统测量的。
试验机是改良型Strasbaugh抛光机，6Y-1型。晶片工作安放在购自Rodel ofNewark，DE，商品名为“DF200”的泡沫背衬垫上进行实验，该组件放入装有弹簧的塑料扣环中。本实施例的磨具粘着在一个支承垫上，该垫是20密耳“PCF20”聚碳酸酯片(购自General Electric Structured Plastics，General Electric Corp.，斯卡奈塔，纽约州)用购自3M，圣保罗，明尼苏达州的3M粘合剂442DL或9671LE层压到购自Voltek，Division of Sekisui America Corp.，劳伦斯，马萨诸塞州的90密耳乙烯乙酸乙烯酯闭孔泡沫材料上；支承垫固定到Strasbaugh的压板上。
固定晶片的载体头与本文步骤III的磨具接触。晶片约以40转/分旋转，然后压板以相同于载片头的速度旋转。晶片和磨具都按顺时针方向旋转。除了旋转以外，晶片还沿着一个圆弧(约31毫米，周期为9秒)运动，该圆弧开始于磨具边缘约13毫米处。压板的直径为12英寸。如果没有另外指出，磨具和载体头以约350千帕(50磅)的向下力相互接触。磨具与晶片接触前，将工作液体泵送到磨具上。在抛光时，工作液体以约40毫升/分钟的流量泵送到晶片和研磨表面上。磨具用来对覆有Cu的晶片进行1分钟(60秒)的抛光。抛光时间过后，从支架上卸下每个晶片，并更换之。
金属的去除速率用确定金属膜厚度变化来计算。在晶片上的同一部位测出初始(即抛光前)和最终(即抛光后)厚度。对五个读数取平均，得出以埃/分钟计的去除速率。用差值的平均去除差值的标准误差报告为％NU即％不均匀性。“不均匀性”是晶片表面上铜的去除速率的均匀性的度量。通常需要低的不均匀性(如2-3％)。
步骤II(工作液体)
用下面列出的成分制备工作液体。半导体级过氧化氢的30％溶液购自Olin公司(诺沃克，康奈提格州)，如有需要则稀释。磷酸氢铵(ACS试剂级)、亚氨基二乙酸、柠檬酸铵(螯合剂)和1-氢-苯并三唑(BHT)都购自Aldrich化学公司，密尔沃基，威斯康辛州。对固体分别称重，并溶解于水中，最后(要抛光时)加入30％过氧化氢溶液，制成适当稀释液。每种溶液中的余量是去离子水。工作液体的总重为1000克，相应于约1升。最终溶液的pH值约为7.4。
工作液体的组成：
3.0％磷酸氢铵
3.3％过氧化氢
0.5％柠檬酸铵
0.10％1-氢-苯并三唑
93.1％水
步骤III(磨具的制造)
由嵌段聚合物体系制成磨具，用于铜的抛光操作。磨具由商品名为KRATONG1650和KRATON D1101的市售聚合物制造。通过依次堆积下述物件制出用于模压用的试样：硬纸板、镀铬黄铜板、16英寸×16英寸(40.6厘米×40.6厘米)镍制压花工具、聚合物颗粒层、第二块镀铬黄铜板和第二块硬纸板。该堆积物置于模压机(Wabash的V75H-24-CLX型，购自Wabash MPI，Wabash，ID)中，以规定的压力、时间和温度进行模压。然后将堆积物在压力下冷却到所需温度。从模压机上卸下堆积物，将其拆开，得到单片聚合物试样。
镍制压花工具的构造能产生一阵列的顶部切去的锥体，它们标称上高0.0035英寸(88.9微米)，在0.00585英寸(148.6微米)的中心呈正方阵列。柱顶开始的形状为0.00341英寸(86.6微米)的正方形，侧坡与垂直线呈10°。柱占研磨表面(例如锥体底面和锥体顶部所包括的平面之间)约47％的的体积，研磨表面体积的53％是流动用的槽子。
实施例1
按照步骤III，使用约900毫升KRATON D1101 SBS嵌段共聚物粒料制成磨具。以30吨(30,480千克)的力，在160℃模压2分钟，冷却到低于70℃，从堆积物中卸下，从而产生约75密耳(1.9毫米)厚的磨具。在覆有铜的晶片上对该磨具进行试验。根据步骤I对该晶片进行试验。过程操作条件包括40转/分的压板速度、40转/分的载体头速度和40毫升/分钟的工作液体流量。使用一单个磨具进行试验，每隔60秒试验时间后对新的晶片进行试验。结果示于表1。
                                 表1
    晶片   时间(秒)  残留铜(埃)  去除速率(埃/分钟)     ％NU
    12     60   11800     35.36     134
    11     60   10930     255.2     48.3
    10     60   10640     1049     35.1
    9     60   9000     2826     5.77
    8     60   8163     2804     10.0
    7     60   8136     2836     8.01
    6     60   8122     2812     10.9
    5     60   8161     2772     10.9
    4     60   8095     2837     6.99
    3     60   8055     2863     11.0
实施例2
根据步骤III，使用约400毫升KRATON G1650 SBS嵌段共聚物粒料制成磨具。以50吨(50,800千克)的力，在160℃模压2分钟，冷却到低于70℃，从堆积物中卸下，从而产生约25-30密耳(1.9毫米)厚的磨具。在覆有铜晶片上对该磨具进行试验。根据步骤I对该晶片进行试验。过程操作条件包括40转/分的压板速度、40转/分的载体头速度和40毫升/分钟的工作液体流量。使用单个磨具进行试验，每隔60秒试验时间后对新的晶片进行试验。结果示于表2。
                               表2
    晶片   时间(秒)  残留铜(埃)  去除速率(埃/分钟)     ％NU
    25     60     10220     2074     8.89
    24     60     9922     2422     5.12
    23     60     9685     2622     4.50
    22     60     9978     2335     4.64
    21     60     9894     2412     1.49
    20     60     9898     2463     4.34
    19     60     9895     2428     2.90
    18     60     9831     2516     3.59
    17     60     9778     2581     2.36
    16     60     9807     2585     2.14
    15     60     9692     2687     3.73
    14     60     9196     2633     1.77
    13     60     9202     2649     4.10
根据前述试验结果，实施例2的磨具达到了2527埃/分钟的平均去除速率，最终的12个晶片是3.39％NU(不均匀性)。在抛光试验后，用肉眼检查抛光垫，发现抛光垫工作表面上存在若干个直径约2毫米的斑。这些斑看来似乎是未正确压花的聚合物的不完全受热部位。实施例1的磨具达到了2821埃/分钟的平均去除速率，最终7个晶片是9.08％NU。在实施例1的试验中观察到第四次试验(晶片9)时的工作液体由澄清变成绿色，这表示铜开始被去除。预计在抛光之前调节磨具能获得用这些磨具对铜的立即去除。
虽然本发明的前述优选实施方式描述了半导体表面的化学机械平整法，应当了解所述方法能用于改善任何种类的表面。具体地说，所述的磨具可以用于计算机储存盘用的各种溅射金属涂层的表面改善，该金属涂层一般沉积(如通过溅射)在玻璃、铝、玻璃陶瓷或其它合适底材上。使用本发明方法，所述的金属涂层可以从底材上去除或进行改善。所述的磨具及其改善表面时的使用方法通常可适应任何类型的研磨操作，并特别适用于对符合前述硬度标准的表面进行表面改善。
虽然详细描述了本发明的一个优选实施方式，但本领域的技术人员应当了解，可以在不违背本发明精神的情况下对所述的实施方式进行改变。

Claims (14)

1.表面改善方法，其特征在于它包括下述步骤：
(a)将要改善的表面与磨具的工作表面接触，该磨具包含具有第一相和第二相的相分离聚合物，其第一相比第二相硬；
(b)将要改善的表面和固定的磨具作相对运动，在不用磨料浆液的条件下从要改善的表面上除去材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的相分离聚合物的破坏功大于从晶片表面除去的材料的破坏功。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述相分离聚合物的第一相比从所述晶片表面除去的材料硬。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的相分离聚合物是嵌段共聚物，选自A-B双嵌段共聚物、A-B-A三嵌段共聚物、A-B-A-B四嵌段共聚物和A-B多嵌段共聚物和星型嵌段共聚物。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的相分离复合物是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述的相分离聚合物中苯乙烯的存在量足以形成平均直径约50-100埃的硬链段。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于固定的所述磨具还包括上面有研磨层的背衬，该研磨层包含相分离聚合物。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述的背衬包括聚合物薄膜和用于提高所述研磨层和所述背衬间粘附力的底涂层。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述有织构的磨具的表面是易侵蚀的。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述固定的磨具包含以预定图案排列的许多研磨复合体。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述的研磨复合体的形状选自立方形、圆柱形、棱柱形、棱锥形、顶部切去的棱锥形、圆锥形、顶部切去的圆锥形、有平顶面的类柱形、半球形和它们的组合。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于研磨复合体是互相隔开的。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述固定的磨具包括背衬，该背衬具有包含涂层形式的所述研磨复合体的表面，各个研磨复合体相对于背衬的取向基本相同。
14.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述的磨具固定在一个垫子上。
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