CN1738698A - 应用于化学机械平面化的垫结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含固定研磨元件和附垫的磨具。固定研磨元件和附垫共同延伸。附垫含有一个弹性元件。该弹性元件的肖氏A硬度不大于60(ASTM－2240测量)。

Description

应用于化学机械平面化的垫结构
发明领域
本发明涉及磨具和应用这些磨具的方法。
发明背景
半导体晶片含有一个半导体基片。半导体基片可由任何适合的材料制得，例如单晶硅、砷化镓和其他业内已知的半导体材料。在半导体基片的表面上是一层介电层。介电层一般含有二氧化硅，然而在该行业内也可使用其他合适的介电层。
在介电层的正面上有许多不连续的金属互连部分(例如金属导体块)。金属互连部分可由例如铝、铜、铝铜合金、钨和类似的金属制得。制备这些金属互连部分一般是首先在介电层上沉积上一层连续的金属层。然后，此金属层被蚀刻，除去多余的金属，就制得了所需类型的金属互连部分。随后，在各金属互连部分的上面、金属互连部分之间与介电层表面上施加一层绝缘覆盖层。该绝缘覆盖层一般是一种金属氧化物例如二氧化硅、BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)、PSG(磷硅酸盐玻璃)或它们的组合。得到的绝缘覆盖层的正面往往可能不具有所需的“平坦性”和/或“均匀性”。
在使用光刻法制备电路层之前，需要对绝缘覆盖层的正面进行处理，以达到所需的“平坦度”和/或“均匀度”，具体程度由许多因素决定，包括晶片的种类和晶片的用途，以及晶片随后工序的性质。为了简化，在本申请的其余部分中，这个步骤将被称为“平面化”。经平面化处理后，绝缘覆盖层的正面应具有足够的平整度，这样使用后续的光刻法来形成新电路的图案时，临界的尺寸特征才能清晰显示出来。这些临界尺寸特征形成了电路图案。
在制造晶片的过程中，其他层也可以进行平面化处理。实际上，在金属互连部分上施加了每一层绝缘覆盖层后，都需要进行平面化。空白晶片也需要进行平面化。此外，晶片上可能有例如铜的导电层，也需进行平面化。这种工艺的一个具体例子是金属镶嵌(Damascene)工艺。在沉积任意一层的同时可进行平面化处理。
在镶嵌工艺中，一层氧化物介电(例如二氧化硅)层上蚀刻出一个图案。其他适合的介电层可包括低介电常数(K)层，例如碳掺杂氧化物、多孔碳掺杂氧化物、在电介电上的多孔丝(porous spin)和聚合物膜，以及其他介电常数一般为1.0~3.5例如1.5～3.5的材料。也可以将一层绝缘覆盖层沉积在介电层上。绝缘覆盖层的例子包括碳化硅和氮化硅。还可以将粘着/屏障层沉积在整个表面上。典型的屏障层包括例如钽、氮化钽、钛或氮化钛。随后，将一种金属(例如铜)沉积到介电和电层粘着/屏障层上。从介电层表面上除去沉积的金属和可用的部分粘着/屏障层，来对沉积的金属层进行修整、精整或修饰。一般而言，要除去足够的表面金属，使得晶片外露的经修整表面包含金属和屏障层、绝缘覆盖层或氧化物介电材料中的一种或它们的组合。俯视晶片的外露表面，显示是一个平整的表面，含有与蚀刻图案相应的金属和与金属相邻的介电材料。晶片的经修整表面上的各种材料天生地具有不同的物理性质，例如不同的硬度。用来修整通过镶嵌工艺制造的晶片的研磨处理，通常要能够同时对金属和/或粘着/屏障层和/或绝缘覆盖层和/或介电材料进行修整。
一种传统的修整或精整有表面织构的晶片的方法，是利用一种含大量分散在一种液体中的松散磨粒的浆料来处理晶片表面。这种浆料施加在一抛光垫上，然后使晶片在抛光垫上移动进行研磨，以除去晶片表面上的材料。浆料也可能含有化学试剂或工作液体，它们能与晶片表面反应从而提高材料的去除速率。上述工艺通常被称为化学机械平面化工艺(CMP)。
一种CMP浆料方法的替代方法，是使用一种磨具来修整或精整半导体表面，从而不需使用上述的浆料。磨具一般包括一个附垫结构。这种磨具的例子见于美国专利No.5,958,794、6,194,317、6,234,875、5,692,950和6,007,407，其内容参考结合于此。磨具一般有一个有有织构的研磨表面，这个表面含有分散于一种胶粘剂中的磨粒。使用过程中，磨粒与一个半导体晶片的表面接触并进行适宜的移动，此时通常使用工作液，片上的单层材料进行，得到一个平坦、均匀的晶片表面。在晶片表面上使用工作液，以进行化学修整，或在磨粒的作用下促进材料从晶片表面上除去。
发明简述
在晶片平面化中使用一种具有附垫的固定磨具可能导致一些不良影响。例如，某些晶片在层界面上发生分层。本发明申请涉及一种新型的附垫和一种使用该附垫的方法。这种新型的附垫和使用该附垫的方法具有更好的平面化效果，且不产生不良影响。
本发明涉及一种含一层固定研磨层和一层附垫的磨具。固定研磨元件和附垫共同延伸。附垫含有一种弹性元件。该弹性元件的肖氏A硬度不大于60(ASTM-2240测量)。
本申请书中使用了以下定义：
“表面修整”指晶片表面处理工艺，例如抛光和平面化；
“固定研磨元件”指几乎不含游离的磨粒的磨具，除非在修整工件表面时(例如平面化)所产生的磨粒。这种固定研磨元件可能含或不含游离的磨粒；
描述固定研磨元件时所使用的“三维”，是指一种固定研磨元件，尤其是固定磨具，在至少其部分厚度内含有大量的磨粒，这样在平面化过程中表面的一些颗粒除去后，其他的磨粒就暴露出来，仍能进行平面化；
描述固定研磨元件时所使用的“有织构的”，是指一种固定研磨元件，尤其是固定磨具，具有凸起和凹陷部分；
“研磨复合体”是许多成形体中的一个，这些成形体合起来提供一个表面粗糙的三维研磨元件，这些成形体含有磨粒和粘合剂。
“精确成形的研磨复合体”是指一个具有与模腔相反的形状的研磨复合体，当此复合体从模具中移走后，其形状仍保留；如美国专利No.5,152,917(Pieper等人)所述，在磨具使用前，复合体的外露表面上几乎不含磨粒。
图例简述
图1是连接于一个三维的有织构的固定研磨元件上的一个本发明的附垫的第一个实施方式的一部分的剖视图。
图2是连接于一个三维的有织构的固定研磨元件上的一个本发明的附垫的第二个实施方式的一部分的剖视图。
图3是连接于一个三维的有织构的固定研磨元件上的一个本发明的附垫的第三个实施方式的一部分的剖视图。
图4A-4F是本发明许多实施方式的剖视图。
发明详述
本发明提供了一种用于修整某个工件例如半导体晶片的外表面的磨具。该磨具包含一个有织构的固定研磨元件和一个含弹性元件的附垫。这些元件基本上共同延伸。固定研磨元件优选地为固定磨具。合适的三维的有织构的固定磨具一般含有一个背衬，在其上是含许多磨粒和一种胶粘剂的呈预定图案的研磨层，在半导体晶片工艺中应用该磨具的方法见述于例如美国专利No.5,958,794中，其内容参考结合于此。
本发明的磨具的附垫中至少含有一个弹性元件。为达到本发明的目的，该弹性元件的肖氏A，硬度(ASTM-2240测量)不大于60左右。在其他实施方式中，弹性元件的肖氏A硬度不大于30左右，例如不大于20左右。在某些实施方式中，弹性元件的肖氏A硬度不大于10左右，而在有些实施方式中，弹性元件的肖氏A硬度不大于4左右。在某些实施方式中，弹性元件的肖氏A硬度大于1左右，而在有些具体的实施方式中，弹性元件的肖氏A硬度大于2左右。
图1是本工艺所使用的固定磨具6的一个实施方式的一个例子的剖视图，它包括附垫10和固定研磨元件16。如图1的实施方式所示，附垫10含有至少一个刚性元件12和至少一个连接在固定研磨元件16上的弹性元件14。然而，在某些实施方式中，附垫只含有弹性元件14。此外，在某些实施方式中，附垫含有不止一个弹性元件、不止一个刚性元件、或弹性和刚性元件的任意组合。在图1所示的实施方式中，刚性元件12位于弹性元件14和固定研磨元件16之间。固定研磨元件16的表面17与工件接触。这样，在本发明中所使用的磨具结构中，刚性元件12和弹性元件14与固定研磨元件16是共连续和平行的，这样三种元件共同延伸(coextensive)。虽然图1并未示出，弹性元件14的表面18一般连接在一台用于半导体晶片修整的机器的一个台板上，固定研磨元件16的表面17则与半导体晶片接触。
如图1所示，固定研磨元件16的这个实施方式包括一个背衬22，其一个表面粘合在具有由许多精确成形的研磨复合体26组成的预定图案的固定研磨层24上，研磨复合体26含有分散于胶粘剂30中的磨粒28。然而，如前所述，固定研磨元件，因此研磨层可以不含离散的磨粒。在其他实施方式中，固定研磨元件是随机的，例如在有织构的固定研磨元件如IC-1000和IC-1010(可从Rodel，Inc.，Newark，DE购得)和其他经调适固定研磨元件中。研磨层24在背衬上可能是连续或不连续的。在某些实施方式中，固定研磨层的杨氏模量小于300MPa左右，例如小于75MPa，在另外的例子中小于35MPa左右。
虽然图1显示一个具有精确成形研磨复合体的有织构的三维的固定研磨元件，本发明的研磨组合物并不局限于精确成形复合体。即也可能是其他有织构的三维的固定研磨元件，例如美国专利No.5,958,794和美国专利申请No.2002/0151253所公开的那些，其内容参考结合于此。
在此磨具结构的各种组件之间，可能有胶粘剂组成的中间层或粘合方式。例如，如图1的实施方式所示，胶粘剂层20介于刚性元件12和固定研磨元件16的背衬22之间。虽然图1未示出，在刚性元件12和弹性元件14之间和弹性元件14的表面18上也可能存在胶粘剂层。
使用时，固定磨具16的表面17与工件例如半导体晶片接触，修整工件的表面以得到一个相对处理前更平整和/或更均匀和/或有粗糙度较小的表面。在位于下面的附垫的刚性和弹性元件的组合使得磨具结构在表面修整时，能与工件的整个表面(例如一块半导体晶片的整个表面)形貌吻合，而不是只和工件的部分表面(例如一块半导体晶片表面上邻近特征之间的空间)形貌吻合。因此，本发明的磨具结构将对工件的表面进行修整，能获得所需的类别平整度、均匀度和/或有织构度。所需的具体的平整度、均匀度和/或有织构度由晶片和晶片的预期用途，以及晶片随后所需进行的工艺步骤的性质决定。
图2为本发明磨具206的另一个实施方式。固定研磨元件216和弹性元件214通过一层压敏胶粘剂层220结合在一起。图3为本发明的磨具306的另一个实施方式，其中，固定研磨层324直接与弹性元件314接触。
图4a至4F为本发明磨具具体实施方式的一些例子。图4A包括固定研磨层401、背衬402、第一压敏胶粘剂层403、刚性元件404、第二压敏胶粘剂层405、弹性元件406和第三压敏胶粘剂层407。图4B包括固定研磨层408、背衬409、第一压敏胶粘剂层410、弹性元件411和第二压敏胶粘剂层412。图4C包括固定研磨层413、背衬414、第一压敏胶粘剂层415、弹性元件416、第二压敏胶粘剂层417、刚性元件418和第三压敏胶粘剂层419。图4D包括固定研磨层420、弹性元件421和第一压敏胶粘剂层422。图4E包括固定研磨层423、弹性元件424、第一压敏胶粘剂层425、刚性元件426和第二压敏胶粘剂层427。图4F包括固定研磨层428、第一压敏胶粘剂层430、第一个刚性元件431、第二压敏胶粘剂层432、弹性元件433、第三压敏胶粘剂层434、第二个刚性元件435和第四压敏胶粘剂层436。
虽然本发明的磨具结构尤其适用于加工过的半导体晶片(即有电路图案的半导体晶片、或空白而无图案的晶片)它们也可用于未加工过的或空白(例如硅)晶片。这样，本发明的磨具结构能用于抛光或平面化一块半导体晶片。
弹性元件材料的选择由工件表面和固定研磨元件的组合物、工件表面的形状和初始平整度、表面修整(例如对表面平面化)所采用的装置类型和修整过程中所采用的压力等因素决定。本发明的磨具结构可用于许多种半导体晶片的修整用途中。
可以采用例如ASTM的标准测试方法来对附垫的合适材料进行表征。任意给定的材料都具有其固有的性质，例如密度、拉伸强度、肖氏硬度和弹性模量。刚性材料的静态拉伸试验可用来测量材料平面上的杨氏模量(常称为弹性模量)。ASTME345-93(金属箔的拉伸试验的标准测试方法)可用来测量金属的杨氏模量。ASTMD638-84(塑料的拉伸性质的标准测试方法)和ASTM D882-88(薄塑料片的标准拉伸性质)可用来测量有机聚合物(例如塑料或增强塑料)的杨氏模量。而对于含多层各种材料的叠层元件，可通过用于最高模量的材料的测试来测量整体元件(即叠层元件)的杨氏模量。
弹性材料的动态压缩试验可用来测量材料在厚度方向上的杨氏模量(常称为储能或弹性模量)。在这里，对于弹性材料，可使用ASTM D5024-94(测量压缩时塑料的动态机械性质的标准测试方法)，不管弹性元件是单层或是含多层材料的叠层元件。弹性材料(或整个弹性元件本身)的弹性模量优选小于100MPa左右，例如小于50MPa左右。在这里，弹性元件的杨氏模量按ASTM D5024-94在厚度方向上测量，测量条件为20℃、0.1Hz、预载为34.5KPa。
还可通过评估材料的应力松弛来选择合适的弹性材料。评估材料的应力松弛是使材料变形，并保持其变形状态，同时测量保持变形所需的力或应力。是合适的弹性材料(或整个弹性元件本身)优选地在120秒后仍能保持最初所施加的应力的至少约60％(优选至少为70％左右)。在这里以及权利要求中，这个被称为“残余应力”，其测量方法为：室温下(20～25℃)以25.4mm/分钟的速度将一个厚度不小于0.5mm材料样品先压至初始应力达到83kPa，2分钟后测量残余应力。
磨具结构中所采用的弹性材料可选自许多种材料。弹性材料一般为有机物聚合物，可以是热塑性或热固性的，可以是或不是固有弹性体材料。一般可用作弹性材料的是通过发泡或吹塑制得的多孔有机结构的有机聚合物，通常称为泡沫材料。这种泡沫材料可由天然或合成橡胶或其他热塑性弹性体例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺和它们的共聚物制得。合适的合成热塑性弹性体包括，但不局限于氯丁二烯橡胶、乙烯/丙稀橡胶、丁基橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、EPDM聚合物、聚氯乙烯、聚氯丁二烯或苯乙烯/丁二烯共聚物。适用的弹性材料的一个具体例子是泡沫材料形式的聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
如果具有合适的机械性质(例如杨氏模量和压缩残余应力)，弹性材料也可以是其他结构的。例如，也可使用传统抛光垫中所使用的聚氨酯浸渍毡基材料。弹性材料也可以是非织造或机织织物，例如经树脂(例如聚氨酯)浸渍的聚烯烃、聚酯或聚酰胺纤维的织物。在织物中这些纤维可能有有限的长度(即切段纤维)或基本上是连续的。
本发明的磨具结构所使用的具体的弹性材料包括，但不局限于VOLTEC VOLARA牌EO型闭孔泡沫材料，这些产品可从Voltek(Sekisui America Corp.，Lawrence，MA的分公司)购得。
本发明的磨具结构可能进一步包括各种组件间的连接方式。例如，图1所示的结构是通过将一片刚性材料和一片弹性材料层压在一起制得。可通过许多种已知的粘合方法来将两种元件层压在一起，例如用热熔胶粘剂、压敏胶粘剂、胶、连结层、胶粘剂、机械紧固装置、超声焊接、热粘合、微波活化粘合等等。附垫的刚性部分和弹性部分也可通过共挤出而连接在一起。
通常是使用一种压敏或热熔型胶粘剂来使各元件层压在一起。合适的压敏胶粘剂可以是通常使用的多种压敏胶粘剂，包括但不限于那些基于天然橡胶、(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物、热塑性橡胶的AB或ABA嵌段共聚物例如商标名称为KRATON(Shell Chemical Co.，Huston，Tex)的苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物、或聚烯烃的胶粘剂。合适的热熔胶粘剂可以是通常使用的许多种热熔胶粘剂，包括但不限于那些基于聚酯、乙烯-乙酸酯(EVA)、聚酰胺、环氧树脂等的胶粘剂。胶粘剂的主要要求是它应具有足够的内聚强度和耐剥离强度，使附垫的各元件在使用过程中能固定在位，并在应用条件下能抗剪切作用和抗化学降解。
固定研磨元件可通过上述的同样方式连接到结构中的附垫部分，如用胶粘剂、共挤出、热粘合、机械紧固装置等。然而，它不必被连接到附垫上，但可维持在直接与附垫相邻的位置，并与附垫共同延伸。这种情况下，将需要采用一些机械方法使固定研磨层在应用过程中保持在位，例如用定位销、扣环、张力、真空等。
本文所描述的磨具被放置在一个机械台板上，用来修整例如硅晶片的表面。磨具可通过胶粘剂或机械方式例如定位销、扣环、张力、真空等附着在台板上。
本发明的磨具结构可用于许多类型的半导体晶片进行平面化的机器，业内熟知的是用抛光垫和研磨浆料。合适的机器的例子包括那些商品名称为MIRRA和REFLEXION WEB POLISHER的机器(Applied Materials，Santa Clara，CA生产)
这种机器一般有一个带有晶片架的机头装置，晶片架有一个扣环和一个晶片支撑垫，用来保持住半导体晶片。半导体晶片和磨具通常作相对运动。晶片架以圆形、螺旋形、椭圆形、不均匀的方式或随机的运动方式进行旋转。磨具可以旋转相对晶片表面作线性移动、或保持静止不动。晶片架旋转的速度由具体的装置、平面化条件、磨具和所需的平面化程度所决定。然而，晶片架的旋转速度一般为2-1000转/分(rpm)。
本发明的的磨具结构一般为圆形，直径约10-200cm，优选约为20-150cm，更优选约为25-100cm。它也可以旋转，旋转速度一般约为5-10,000rpm，优选约为10-1000rpm，更优选约为10-250rpm。磨具也可以是连续的条带形式。在这些情况下，磨具可以一定的线性速度移动，例如0.038-75m/sec。采用本发明的磨具结构进行表面修整的工艺一般需使用6.9-138kPa的压力。
此工艺通常需使用一种工作液体。这种工作液体可含或不含磨粒。美国专利No.6,194,317和美国专利申请No.2002/0151253描述了这些合适的工作液体，其内容参考结合于此。
对本行业内的专业人员而言，不偏离本发明的范围或精神的对本发明进行各种改进和变化都是很清楚的，应当理解本发明并不局限于本文所说明的各个实施方式。
实施例
测试过程
杨氏模量
本发明所用的固定研磨复合体材料的杨氏模量是采用与ASTM D638-84(塑料拉伸性质的标准测试方法)和ASTM D882-88(薄塑料片的标准拉伸性质)所述方法类似的静态拉伸试验来测量的。对该测试步骤进行的改变包括使用了从固定磨具的模制板切下的小哑铃形状的试样；其计量长度为12.7mm，宽3.2mm，厚0.43-0.71mm。试验中的拉伸速率为0.0212mm/s。
晶片分层
直接目测观察了晶片分层情况。制定了一套评估体系，即以1-5的相对等级来衡量分层程度。1表示少于1％的晶片表面发生分层。5表示超过10％的晶片表面发生分层。
材料
固定研磨层
本试验中采用的一种涂膜形式的固定研磨层为外径20英寸的Cu CMP盘M6100(产品号为60-0700-0523-0，从3M公司(St.Paul，MN)购得)。获得该产品后，将此固定研磨层涂覆在3密耳厚的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)背衬上，然后再层压到一个指明的附垫上。商品名为MWR73的具有类似组成的第二种产品(外径为20英寸的涂膜)也进行了试验。它与M6100固定研磨层近似相同，只是其杨氏模量的测量值较小。
MWR66研磨复合体的杨氏模量＝72.4MPa
MWR73研磨复合体的杨氏模量＝33.1MPa
附垫
刚性元件
本发明所用的刚性成分为聚碳酸酯，是8010MC Lexan聚碳酸酯(PC)薄片GEPolymershapes(Mount vernon，IN)。使用的薄片的厚度为0.508mm(20密耳)。虽然只使用了一种厚度的薄片，但PC片的厚度可在0.0508~2.5mm的范围内变化。其他聚合物和材料也可用作这种元件。
弹性元件
在以下实施例中所用的全部弹性元件都是来自Voltk(Sekisui America Corp.(Lawrence，MA)的一个分公司)的闭孔泡沫材料。
VOLTEC VOLARA EO型泡沫材料2pcf(磅每立方英尺，泡沫材料的密度)，3.175mm厚(125密耳)。
VOLTEC VOLARA EO型泡沫材料4pcf，2.38-3.175mm厚(90-125密耳)。
VOLTEC VOLARA EO型泡沫材料6pcf，2.38-3.175mm厚(90-125密耳)。
VOLTEC VOLARA EO型泡沫材料12pcf，2.38-3.175mm厚(90-125密耳)。
这些泡沫材料的代表性性质由供应商提供，列于下表1。
                                   表1
                     VOLTEC VOLARA EO型闭孔泡沫材料的性质
  性质   2pcf   4pcf   6pcf   12pcf
  密度(kg/m3)密度范围(kg/m3)   0.0032+/-0.00032   0.00641+/-0.000641   0.00961+/-0.000961   0.0176+/-0.00176
  压缩强度MPa@25％MPa@50％(ASTM D3575) 0.02760.0828 0.04830.1103 0.05520.1379 0.919*0.2066*
  拉伸强长M(Mpa)拉伸强长CM(Mpa)(ASTM D3575)   0.4760.31   0.9590.697   1.5311.097   2.962*2.076*
  断撕裂伸度M(％)断撕裂伸度CM(％)(ASTM D3575)   253232   329324   361364   503*536*
  抗拉强度M(Mpa)抗拉强度CM(Mpa)(ASTM D3575)   0.06210.0759   0.1240.1448   0.1790.2069   0.3259*0.3713*
  压缩率(％原厚度)(ASTM D3575)   29   18   7   -
  肖氏A硬度肖氏00硬度(ASTM D2240)   445   1055   3065   60*90*
*表示数据是由性质(y-轴)对于泡沫材料密度(x-轴)的曲线通过外推法估计得到的。
除非另外指出，所用的泡沫材料的厚度为2.38mm。虽然使用的是2.38mm厚的泡沫材料，附垫结构内的泡沫材料的厚度可在0.127～5mm的范围内变化。其他泡沫材料也可用作这种元件。此外，弹性元件可以由两个或更多的共同延伸的弹性元件组成。
压敏胶粘剂(PSA)
3M 442 DL(双面PSA)、3M 9471 FL和3M 9671 PSA(从3M公司，St.Paul，MN购得)被用作图4A-4F中所示的PSAs。垫结构中使用的具体PSA在说明具体实施例时将进行详细说明。其他PSA和胶粘剂也可被用作各种垫结构的PSA层。
附垫和垫的层压
将附垫和附垫压在一起时，需防止在层间夹入空气或碎屑。此外，在层压过程中还需防止研磨元件、刚性元件和弹性元件起皱。
CMP
抛光溶液
本试验中使用了Cu CMP溶液CPS-11(产品号为60-4100-0563-5)和Cu CMP溶液CPS-12(产品号为60-4100-0575-9)。它们是从3M公司(St.Paul，MN)获得的。将适量的30％(重量百分数)的双氧水在抛光前加入到溶液中。CPS-11/30％H2O2的重量比为945/55。CPS-12/30％H2O2的重量比为918/82。
晶片
金属级2(M2)的晶片由International Sematech(Austion，TX)提供。超低K值的基片为JSR LKD-5109(JSR微电子，Sunnyvale，CA提供)。使用JSR LKD-5109和ISMT 800AZ双镶嵌分划板装置(reticle set)对晶片进行了加工。
通用抛光过程
将一块抛光垫通过PSA底层层压在MIRRA抛光设备的台板上。用去离子水高压冲洗抛光垫10秒。用一台MIRRA 3400化学机械抛光系统(应用材料公司，SantaClara，CA)，对一块直径为8英寸的铜(Cu)盘抛光6分钟，台板速度为101rpm，载体速度为99rpm，以120ml/min的流量在抛光垫中心附近的位置供给一种抛光液(CPS-11/双氧水)，从而调适抛光垫。在这个抛光过程中，施加在TITAN载体的载体内管、扣环和膜上的压力分别为4.5psi(磅/平方英寸)、5.0psi和4.5psi。在调适好抛光垫后，采用了两步铜抛光顺序来抛光M2型晶片。第一步使用含双氧水的CPS-11抛光液，向靠近抛光垫中心的位置供应，流量为180ml/min。施加在TITAN载体的载体内管、扣环和膜上的压力分别为1.0psi、1.5psi和1.0psi。台板和载体的速度为31rpm和29rpm。在这些条件下进行45秒的抛光。抛光后，基片表面主要是铜，其下面的ILD/绝缘覆盖/屏障层未暴露。取下晶片，裸眼观察基片的分层情况。抛光垫经10秒的高压冲洗后，进行第二次抛光，使用含双氧水的CPS-12抛光液，向靠近抛光垫中心的位置供应，流量为180ml/min。施加在TITAN载体的载体内管、扣环和膜上的压力分别为1.0psi、1.5psi和1.0psi。台板和载体的速度为31rpm和29rpm。抛光时间各不相同，量修整晶片所需的时间，一般为170-190秒，然后在同样条件下进行20秒的过度抛光。抛光后，裸眼观察晶片的分层情况。脱离(dechuck)条件
在MIRRA软件的晶片除去部分中，可设置各种脱离条件。下面列出实施例1A-1D和实施例2A-2D脱离条件的不同。实施例3的脱离条件与实施例2A-2D的脱离条件相同。
实施例1A-1D的脱离条件(标准脱离条件)
6-TITAN载体脱离：膜真空前内管压力为3.0p.s.i.
7-TITAN载体脱离：膜真空前扣环压力为2.0p.s.i.
8-TITAN载体脱离：膜真空前膜压力为1.0p.s.i.
9-TITAN载体脱离：膜真空前上述压力的保持时间为2500毫秒
10-TITAN载体脱离：施加膜真空的时间为3000毫秒
11-TITAN载体脱离：膜真空后内管压力为1.0p.s.i.
12-TITAN载体脱离：等待第二个内管落下的时间为2500毫秒
13-TITAN载体脱离：等待机头将晶片从抛光垫上拉开的时间为3000毫秒
实施例2A-2C和实施例3的脱离条件(温和的脱离条件)
6-TITAN载体脱离：膜真空前内管压力为0.8p.s.i.
7-TITAN载体脱离：膜真空前扣环压力为0.5p.s.i.
8-TITAN载体脱离：膜真空前膜压力为-1.0p.s.i.
9-TITAN载体脱离：膜真空前上述压力的保持时间为250毫秒
10-TITAN载体脱离：施加膜真空的时间为750毫秒
11-TITAN载体脱离：膜真空后内管压力为0.8p.s.i.
12-TITAN载体脱离：等待第二个内管落下的时间为250毫秒
13-TITAN载体脱离：等待机头将晶片从抛光垫上拉离的时间为750毫秒
实施例1A-1D
依照上述的通用抛光过程，用两种不同的固定研磨层对两种垫结构进行了考察。图4A所示的垫结构1包括固定研磨层401、背衬402、第一压敏胶粘剂层403、刚性元件404、第二压敏胶粘剂层405、弹性元件406和第三压敏胶粘剂层407。压敏胶粘剂层407是3M 442 DL，压敏胶粘剂层403是3M 9471 FL，压敏胶粘剂层405是3M 9671(都从3M公司，St.Paul，MN获得)。图4C所示的垫结构3包括固定研磨层413、背衬414、第一压敏胶粘剂层415、弹性元件416、第二压敏胶粘剂层417、刚性元件418和第三压敏胶粘剂层419。第三压敏胶粘剂层419为3M 9471FL，第一压敏胶粘剂层415为3M 442 DL，第二压敏胶粘剂层417为3M 9671(从3M公司，St.Paul，MN获得)。垫结构、固定研磨层以及两步Cu抛光工序后的结果列于表2(如下)。
                    表2
实施例1的垫结构、固定研磨层类型、晶片检查和抛光结果
  实施例   固定研磨层   垫结构   晶片分层等级
  1A   MWR66   1   5
  1B   MWR73   1   4
  1C   MWR66   3   4
  1D   MWR73   3   3
垫结构3比垫结构1给出较轻的晶片分层现象。同样，MWR73研磨复合体比MWR66研磨复合体给出较轻的晶片分层现象。
实施例2A-2C
依照上述的通用抛光过程，采用表1所示的12pcf、6pcf和4pcf Voltek泡沫材料制备的垫和MWR73固定的研磨层对垫结构2(如图4B所示，包括固定研磨层408、背衬409、第一压敏胶粘剂层410、弹性元件411和第二压敏胶粘剂层412)进行了考察。对实施例2A-2C的垫而言，3M 442 DL被用作压敏胶粘剂层410和412。通用抛光过程的一个变体是，将内管压力降低至0.6psi。而且，两步抛光步骤的抛光时间与实施例1A-1D所述的时间有细微的区别。在这些实施例中，CPS-11和CPS-12抛光的抛光时间列于表3。采用标准抛光条件和CPS-12抛光液，对实施例2B的晶片进行过度抛光(over-polished)20秒。在第一步用CPS-11的铜抛光后，所有晶片都无分层现象。
分层结果列于表3。含较低密度/硬度/拉伸强度的弹性元件的磨具显示较佳的分层观察。再这些工艺条件下(实施例2B)，过度抛光并未显著增加分层程度。比较实施例1D和实施例2A，可知晶片脱离条件更温和，就能减轻分层现象。
                    表3
垫结构2：实施例2的抛光参数、晶片检查和抛光结果
  实施例   泡沫材料   时间(s)   抛光溶液   晶片分层等级
  2A2A   12pcf12pcf   50150   CPS-11CPS-12 2
  2B2B2B   6pcf6pcf6pcf   4517620   CPS-11CPS-12CPS-12 1.51.5
  2C2C   4pcf4pcf   50150   CPS-11CPS-12 1
实施例3：脱离条件的比较
采用MWR66固定研磨层和12pcfVoltek泡沫材料对垫结构1进行考察。以较温和的脱离条件进行抛光。抛光工艺的条件和实施例1A-1D的相同，但CPS-11抛光的抛光时间为65秒，CPS-12抛光时间为100秒加上5秒的过度抛光。
该晶片的晶片分层等级为3.5。相比于实施例1A的晶片，使脱离条件更温和，能减轻晶片的分层现象。

Claims (16)

1.一种包括固定研磨层和含弹性元件的附垫的磨具，其特征在于固定研磨元件和附垫共同延伸，该弹性元件的肖氏A硬度不大于60(ASTM-2240测量)。
2.一种包括固定研磨层和含弹性元件的附垫的磨具，其特征在于固定研磨元件和附垫共同延伸，该弹性元件的肖氏A硬度不大于30(ASTM-2240测量)。
3.权利要求2中的磨具，其特征在于弹性元件的肖氏A硬度不大于20(ASTM-2240测量)。
4.权利要求2中的磨具，其特征在于弹性元件的肖氏A硬度不大于10(ASTM-2240测量)。
5.权利要求2中的磨具，其特征在于弹性元件的肖氏A硬度不大于4(ASTM-2240测量)。
6.一种包括固定研磨层和含弹性元件的附垫的磨具，其特征在于固定研磨元件和附垫共同延伸，该弹性元件的肖氏A硬度大于1(ASTM-2240测量)。
7.权利要求6中的磨具，其特征在于弹性元件的肖氏A硬度大于2(ASTM-2240测量)。
8.权利要求1、2或6中的磨具，其特征在于附垫包括在固定研磨层和弹性元件之间有一个刚性元件。
9.权利要求1、2或6中的磨具，还包括在固定研磨层和弹性元件之间有一层背衬。
10.权利要求1、2或6中的磨具，还包括在研磨层和附垫之间有一层压敏胶粘剂层。
11.权利要求8中的磨具，还包括在刚性元件和弹性元件之间有一层压敏胶粘剂层。
12.权利要求1、2或6中的磨具，其特征在于固定研磨层的杨氏模量小于300MPa左右。
13.权利要求1、2或6中的磨具，其特征在于固定研磨层的杨氏模量小于75MPa左右。
14.权利要求1、2或6中的磨具，其特征在于固定研磨层的杨氏模量小于35MPa左右。
15.一种抛光半导体晶片的方法，包括提供一个权利要求1、2或6所述的磨具；将该磨具与晶片的表面接触；使磨具与表面作相对移动。
16.权利要求15的方法，其特征在于晶片含有一种介电常数小于3.5的材料。
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