專利名稱：應用于化學機械平面化的墊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨具和應用這些磨具的方法。
背景技術(shù)：
半導體晶片含有一個半導體基片。半導體基片可由任何適合的材料制得，例如單晶硅、砷化鎵和其他業(yè)內(nèi)已知的半導體材料。在半導體基片的表面上是一層介電層。介電層一般含有二氧化硅，然而在該行業(yè)內(nèi)也可使用其他合適的介電層。
在介電層的正面上有許多不連續(xù)的金屬互連部分(例如金屬導體塊)。金屬互連部分可由例如鋁、銅、鋁銅合金、鎢和類似的金屬制得。制備這些金屬互連部分一般是首先在介電層上沉積上一層連續(xù)的金屬層。然后，此金屬層被蝕刻，除去多余的金屬，就制得了所需類型的金屬互連部分。隨后，在各金屬互連部分的上面、金屬互連部分之間與介電層表面上施加一層絕緣覆蓋層。該絕緣覆蓋層一般是一種金屬氧化物例如二氧化硅、BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)、PSG(磷硅酸鹽玻璃)或它們的組合。得到的絕緣覆蓋層的正面往往可能不具有所需的“平坦性”和/或“均勻性”。
在使用光刻法制備電路層之前，需要對絕緣覆蓋層的正面進行處理，以達到所需的“平坦度”和/或“均勻度”，具體程度由許多因素決定，包括晶片的種類和晶片的用途，以及晶片隨后工序的性質(zhì)。為了簡化，在本申請的其余部分中，這個步驟將被稱為“平面化”。經(jīng)平面化處理后，絕緣覆蓋層的正面應具有足夠的平整度，這樣使用后續(xù)的光刻法來形成新電路的圖案時，臨界的尺寸特征才能清晰顯示出來。這些臨界尺寸特征形成了電路圖案。
在制造晶片的過程中，其他層也可以進行平面化處理。實際上，在金屬互連部分上施加了每一層絕緣覆蓋層后，都需要進行平面化?？瞻拙残枰M行平面化。此外，晶片上可能有例如銅的導電層，也需進行平面化。這種工藝的一個具體例子是金屬鑲嵌(Damascene)工藝。在沉積任意一層的同時可進行平面化處理。
在鑲嵌工藝中，一層氧化物介電(例如二氧化硅)層上蝕刻出一個圖案。其他適合的介電層可包括低介電常數(shù)(K)層，例如碳摻雜氧化物、多孔碳摻雜氧化物、在電介電上的多孔絲(porous spin)和聚合物膜，以及其他介電常數(shù)一般為1.0~3.5例如1.5～3.5的材料。也可以將一層絕緣覆蓋層沉積在介電層上。絕緣覆蓋層的例子包括碳化硅和氮化硅。還可以將粘著/屏障層沉積在整個表面上。典型的屏障層包括例如鉭、氮化鉭、鈦或氮化鈦。隨后，將一種金屬(例如銅)沉積到介電和電層粘著/屏障層上。從介電層表面上除去沉積的金屬和可用的部分粘著/屏障層，來對沉積的金屬層進行修整、精整或修飾。一般而言，要除去足夠的表面金屬，使得晶片外露的經(jīng)修整表面包含金屬和屏障層、絕緣覆蓋層或氧化物介電材料中的一種或它們的組合。俯視晶片的外露表面，顯示是一個平整的表面，含有與蝕刻圖案相應的金屬和與金屬相鄰的介電材料。晶片的經(jīng)修整表面上的各種材料天生地具有不同的物理性質(zhì)，例如不同的硬度。用來修整通過鑲嵌工藝制造的晶片的研磨處理，通常要能夠同時對金屬和/或粘著/屏障層和/或絕緣覆蓋層和/或介電材料進行修整。
一種傳統(tǒng)的修整或精整有表面織構(gòu)的晶片的方法，是利用一種含大量分散在一種液體中的松散磨粒的漿料來處理晶片表面。這種漿料施加在一拋光墊上，然后使晶片在拋光墊上移動進行研磨，以除去晶片表面上的材料。漿料也可能含有化學試劑或工作液體，它們能與晶片表面反應從而提高材料的去除速率。上述工藝通常被稱為化學機械平面化工藝(CMP)。
一種CMP漿料方法的替代方法，是使用一種磨具來修整或精整半導體表面，從而不需使用上述的漿料。磨具一般包括一個附墊結(jié)構(gòu)。這種磨具的例子見于美國專利No.5,958,794、6,194,317、6,234,875、5,692,950和6,007,407，其內(nèi)容參考結(jié)合于此。磨具一般有一個有有織構(gòu)的研磨表面，這個表面含有分散于一種膠粘劑中的磨粒。使用過程中，磨粒與一個半導體晶片的表面接觸并進行適宜的移動，此時通常使用工作液，片上的單層材料進行，得到一個平坦、均勻的晶片表面。在晶片表面上使用工作液，以進行化學修整，或在磨粒的作用下促進材料從晶片表面上除去。
發(fā)明簡述在晶片平面化中使用一種具有附墊的固定磨具可能導致一些不良影響。例如，某些晶片在層界面上發(fā)生分層。本發(fā)明申請涉及一種新型的附墊和一種使用該附墊的方法。這種新型的附墊和使用該附墊的方法具有更好的平面化效果，且不產(chǎn)生不良影響。
本發(fā)明涉及一種含一層固定研磨層和一層附墊的磨具。固定研磨元件和附墊共同延伸。附墊含有一種彈性元件。該彈性元件的肖氏A硬度不大于60(ASTM-2240測量)。
本申請書中使用了以下定義“表面修整”指晶片表面處理工藝，例如拋光和平面化；“固定研磨元件”指幾乎不含游離的磨粒的磨具，除非在修整工件表面時(例如平面化)所產(chǎn)生的磨粒。這種固定研磨元件可能含或不含游離的磨粒；描述固定研磨元件時所使用的“三維”，是指一種固定研磨元件，尤其是固定磨具，在至少其部分厚度內(nèi)含有大量的磨粒，這樣在平面化過程中表面的一些顆粒除去后，其他的磨粒就暴露出來，仍能進行平面化；描述固定研磨元件時所使用的“有織構(gòu)的”，是指一種固定研磨元件，尤其是固定磨具，具有凸起和凹陷部分；“研磨復合體”是許多成形體中的一個，這些成形體合起來提供一個表面粗糙的三維研磨元件，這些成形體含有磨粒和粘合劑。
“精確成形的研磨復合體”是指一個具有與模腔相反的形狀的研磨復合體，當此復合體從模具中移走后，其形狀仍保留；如美國專利No.5,152,917(Pieper等人)所述，在磨具使用前，復合體的外露表面上幾乎不含磨粒。
圖例簡述

圖1是連接于一個三維的有織構(gòu)的固定研磨元件上的一個本發(fā)明的附墊的第一個實施方式的一部分的剖視圖。
圖2是連接于一個三維的有織構(gòu)的固定研磨元件上的一個本發(fā)明的附墊的第二個實施方式的一部分的剖視圖。
圖3是連接于一個三維的有織構(gòu)的固定研磨元件上的一個本發(fā)明的附墊的第三個實施方式的一部分的剖視圖。
圖4A-4F是本發(fā)明許多實施方式的剖視圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供了一種用于修整某個工件例如半導體晶片的外表面的磨具。該磨具包含一個有織構(gòu)的固定研磨元件和一個含彈性元件的附墊。這些元件基本上共同延伸。固定研磨元件優(yōu)選地為固定磨具。合適的三維的有織構(gòu)的固定磨具一般含有一個背襯，在其上是含許多磨粒和一種膠粘劑的呈預定圖案的研磨層，在半導體晶片工藝中應用該磨具的方法見述于例如美國專利No.5,958,794中，其內(nèi)容參考結(jié)合于此。
本發(fā)明的磨具的附墊中至少含有一個彈性元件。為達到本發(fā)明的目的，該彈性元件的肖氏A，硬度(ASTM-2240測量)不大于60左右。在其他實施方式中，彈性元件的肖氏A硬度不大于30左右，例如不大于20左右。在某些實施方式中，彈性元件的肖氏A硬度不大于10左右，而在有些實施方式中，彈性元件的肖氏A硬度不大于4左右。在某些實施方式中，彈性元件的肖氏A硬度大于1左右，而在有些具體的實施方式中，彈性元件的肖氏A硬度大于2左右。
圖1是本工藝所使用的固定磨具6的一個實施方式的一個例子的剖視圖，它包括附墊10和固定研磨元件16。如圖1的實施方式所示，附墊10含有至少一個剛性元件12和至少一個連接在固定研磨元件16上的彈性元件14。然而，在某些實施方式中，附墊只含有彈性元件14。此外，在某些實施方式中，附墊含有不止一個彈性元件、不止一個剛性元件、或彈性和剛性元件的任意組合。在圖1所示的實施方式中，剛性元件12位于彈性元件14和固定研磨元件16之間。固定研磨元件16的表面17與工件接觸。這樣，在本發(fā)明中所使用的磨具結(jié)構(gòu)中，剛性元件12和彈性元件14與固定研磨元件16是共連續(xù)和平行的，這樣三種元件共同延伸(coextensive)。雖然圖1并未示出，彈性元件14的表面18一般連接在一臺用于半導體晶片修整的機器的一個臺板上，固定研磨元件16的表面17則與半導體晶片接觸。
如圖1所示，固定研磨元件16的這個實施方式包括一個背襯22，其一個表面粘合在具有由許多精確成形的研磨復合體26組成的預定圖案的固定研磨層24上，研磨復合體26含有分散于膠粘劑30中的磨粒28。然而，如前所述，固定研磨元件，因此研磨層可以不含離散的磨粒。在其他實施方式中，固定研磨元件是隨機的，例如在有織構(gòu)的固定研磨元件如IC-1000和IC-1010(可從Rodel，Inc.，Newark，DE購得)和其他經(jīng)調(diào)適固定研磨元件中。研磨層24在背襯上可能是連續(xù)或不連續(xù)的。在某些實施方式中，固定研磨層的楊氏模量小于300MPa左右，例如小于75MPa，在另外的例子中小于35MPa左右。
雖然圖1顯示一個具有精確成形研磨復合體的有織構(gòu)的三維的固定研磨元件，本發(fā)明的研磨組合物并不局限于精確成形復合體。即也可能是其他有織構(gòu)的三維的固定研磨元件，例如美國專利No.5,958,794和美國專利申請No.2002/0151253所公開的那些，其內(nèi)容參考結(jié)合于此。
在此磨具結(jié)構(gòu)的各種組件之間，可能有膠粘劑組成的中間層或粘合方式。例如，如圖1的實施方式所示，膠粘劑層20介于剛性元件12和固定研磨元件16的背襯22之間。雖然圖1未示出，在剛性元件12和彈性元件14之間和彈性元件14的表面18上也可能存在膠粘劑層。
使用時，固定磨具16的表面17與工件例如半導體晶片接觸，修整工件的表面以得到一個相對處理前更平整和/或更均勻和/或有粗糙度較小的表面。在位于下面的附墊的剛性和彈性元件的組合使得磨具結(jié)構(gòu)在表面修整時，能與工件的整個表面(例如一塊半導體晶片的整個表面)形貌吻合，而不是只和工件的部分表面(例如一塊半導體晶片表面上鄰近特征之間的空間)形貌吻合。因此，本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)將對工件的表面進行修整，能獲得所需的類別平整度、均勻度和/或有織構(gòu)度。所需的具體的平整度、均勻度和/或有織構(gòu)度由晶片和晶片的預期用途，以及晶片隨后所需進行的工藝步驟的性質(zhì)決定。
圖2為本發(fā)明磨具206的另一個實施方式。固定研磨元件216和彈性元件214通過一層壓敏膠粘劑層220結(jié)合在一起。圖3為本發(fā)明的磨具306的另一個實施方式，其中，固定研磨層324直接與彈性元件314接觸。
圖4a至4F為本發(fā)明磨具具體實施方式
的一些例子。圖4A包括固定研磨層401、背襯402、第一壓敏膠粘劑層403、剛性元件404、第二壓敏膠粘劑層405、彈性元件406和第三壓敏膠粘劑層407。圖4B包括固定研磨層408、背襯409、第一壓敏膠粘劑層410、彈性元件411和第二壓敏膠粘劑層412。圖4C包括固定研磨層413、背襯414、第一壓敏膠粘劑層415、彈性元件416、第二壓敏膠粘劑層417、剛性元件418和第三壓敏膠粘劑層419。圖4D包括固定研磨層420、彈性元件421和第一壓敏膠粘劑層422。圖4E包括固定研磨層423、彈性元件424、第一壓敏膠粘劑層425、剛性元件426和第二壓敏膠粘劑層427。圖4F包括固定研磨層428、第一壓敏膠粘劑層430、第一個剛性元件431、第二壓敏膠粘劑層432、彈性元件433、第三壓敏膠粘劑層434、第二個剛性元件435和第四壓敏膠粘劑層436。
雖然本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)尤其適用于加工過的半導體晶片(即有電路圖案的半導體晶片、或空白而無圖案的晶片)它們也可用于未加工過的或空白(例如硅)晶片。這樣，本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)能用于拋光或平面化一塊半導體晶片。
彈性元件材料的選擇由工件表面和固定研磨元件的組合物、工件表面的形狀和初始平整度、表面修整(例如對表面平面化)所采用的裝置類型和修整過程中所采用的壓力等因素決定。本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)可用于許多種半導體晶片的修整用途中。
可以采用例如ASTM的標準測試方法來對附墊的合適材料進行表征。任意給定的材料都具有其固有的性質(zhì)，例如密度、拉伸強度、肖氏硬度和彈性模量。剛性材料的靜態(tài)拉伸試驗可用來測量材料平面上的楊氏模量(常稱為彈性模量)。ASTME345-93(金屬箔的拉伸試驗的標準測試方法)可用來測量金屬的楊氏模量。ASTMD638-84(塑料的拉伸性質(zhì)的標準測試方法)和ASTM D882-88(薄塑料片的標準拉伸性質(zhì))可用來測量有機聚合物(例如塑料或增強塑料)的楊氏模量。而對于含多層各種材料的疊層元件，可通過用于最高模量的材料的測試來測量整體元件(即疊層元件)的楊氏模量。
彈性材料的動態(tài)壓縮試驗可用來測量材料在厚度方向上的楊氏模量(常稱為儲能或彈性模量)。在這里，對于彈性材料，可使用ASTM D5024-94(測量壓縮時塑料的動態(tài)機械性質(zhì)的標準測試方法)，不管彈性元件是單層或是含多層材料的疊層元件。彈性材料(或整個彈性元件本身)的彈性模量優(yōu)選小于100MPa左右，例如小于50MPa左右。在這里，彈性元件的楊氏模量按ASTM D5024-94在厚度方向上測量，測量條件為20℃、0.1Hz、預載為34.5KPa。
還可通過評估材料的應力松弛來選擇合適的彈性材料。評估材料的應力松弛是使材料變形，并保持其變形狀態(tài)，同時測量保持變形所需的力或應力。是合適的彈性材料(或整個彈性元件本身)優(yōu)選地在120秒后仍能保持最初所施加的應力的至少約60％(優(yōu)選至少為70％左右)。在這里以及權(quán)利要求中，這個被稱為“殘余應力”，其測量方法為室溫下(20～25℃)以25.4mm/分鐘的速度將一個厚度不小于0.5mm材料樣品先壓至初始應力達到83kPa，2分鐘后測量殘余應力。
磨具結(jié)構(gòu)中所采用的彈性材料可選自許多種材料。彈性材料一般為有機物聚合物，可以是熱塑性或熱固性的，可以是或不是固有彈性體材料。一般可用作彈性材料的是通過發(fā)泡或吹塑制得的多孔有機結(jié)構(gòu)的有機聚合物，通常稱為泡沫材料。這種泡沫材料可由天然或合成橡膠或其他熱塑性彈性體例如聚烯烴、聚酯、聚酰胺和它們的共聚物制得。合適的合成熱塑性彈性體包括，但不局限于氯丁二烯橡膠、乙烯/丙稀橡膠、丁基橡膠、聚丁二烯、聚異戊二烯、EPDM聚合物、聚氯乙烯、聚氯丁二烯或苯乙烯/丁二烯共聚物。適用的彈性材料的一個具體例子是泡沫材料形式的聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
如果具有合適的機械性質(zhì)(例如楊氏模量和壓縮殘余應力)，彈性材料也可以是其他結(jié)構(gòu)的。例如，也可使用傳統(tǒng)拋光墊中所使用的聚氨酯浸漬氈基材料。彈性材料也可以是非織造或機織織物，例如經(jīng)樹脂(例如聚氨酯)浸漬的聚烯烴、聚酯或聚酰胺纖維的織物。在織物中這些纖維可能有有限的長度(即切段纖維)或基本上是連續(xù)的。
本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)所使用的具體的彈性材料包括，但不局限于VOLTEC VOLARA牌EO型閉孔泡沫材料，這些產(chǎn)品可從Voltek(Sekisui America Corp.，Lawrence，MA的分公司)購得。
本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)可能進一步包括各種組件間的連接方式。例如，圖1所示的結(jié)構(gòu)是通過將一片剛性材料和一片彈性材料層壓在一起制得?？赏ㄟ^許多種已知的粘合方法來將兩種元件層壓在一起，例如用熱熔膠粘劑、壓敏膠粘劑、膠、連結(jié)層、膠粘劑、機械緊固裝置、超聲焊接、熱粘合、微波活化粘合等等。附墊的剛性部分和彈性部分也可通過共擠出而連接在一起。
通常是使用一種壓敏或熱熔型膠粘劑來使各元件層壓在一起。合適的壓敏膠粘劑可以是通常使用的多種壓敏膠粘劑，包括但不限于那些基于天然橡膠、(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物、熱塑性橡膠的AB或ABA嵌段共聚物例如商標名稱為KRATON(Shell Chemical Co.，Huston，Tex)的苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物、或聚烯烴的膠粘劑。合適的熱熔膠粘劑可以是通常使用的許多種熱熔膠粘劑，包括但不限于那些基于聚酯、乙烯-乙酸酯(EVA)、聚酰胺、環(huán)氧樹脂等的膠粘劑。膠粘劑的主要要求是它應具有足夠的內(nèi)聚強度和耐剝離強度，使附墊的各元件在使用過程中能固定在位，并在應用條件下能抗剪切作用和抗化學降解。
固定研磨元件可通過上述的同樣方式連接到結(jié)構(gòu)中的附墊部分，如用膠粘劑、共擠出、熱粘合、機械緊固裝置等。然而，它不必被連接到附墊上，但可維持在直接與附墊相鄰的位置，并與附墊共同延伸。這種情況下，將需要采用一些機械方法使固定研磨層在應用過程中保持在位，例如用定位銷、扣環(huán)、張力、真空等。
本文所描述的磨具被放置在一個機械臺板上，用來修整例如硅晶片的表面。磨具可通過膠粘劑或機械方式例如定位銷、扣環(huán)、張力、真空等附著在臺板上。
本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)可用于許多類型的半導體晶片進行平面化的機器，業(yè)內(nèi)熟知的是用拋光墊和研磨漿料。合適的機器的例子包括那些商品名稱為MIRRA和REFLEXION WEB POLISHER的機器(Applied Materials，Santa Clara，CA生產(chǎn))這種機器一般有一個帶有晶片架的機頭裝置，晶片架有一個扣環(huán)和一個晶片支撐墊，用來保持住半導體晶片。半導體晶片和磨具通常作相對運動。晶片架以圓形、螺旋形、橢圓形、不均勻的方式或隨機的運動方式進行旋轉(zhuǎn)。磨具可以旋轉(zhuǎn)相對晶片表面作線性移動、或保持靜止不動。晶片架旋轉(zhuǎn)的速度由具體的裝置、平面化條件、磨具和所需的平面化程度所決定。然而，晶片架的旋轉(zhuǎn)速度一般為2-1000轉(zhuǎn)/分(rpm)。
本發(fā)明的的磨具結(jié)構(gòu)一般為圓形，直徑約10-200cm，優(yōu)選約為20-150cm，更優(yōu)選約為25-100cm。它也可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度一般約為5-10,000rpm，優(yōu)選約為10-1000rpm，更優(yōu)選約為10-250rpm。磨具也可以是連續(xù)的條帶形式。在這些情況下，磨具可以一定的線性速度移動，例如0.038-75m/sec。采用本發(fā)明的磨具結(jié)構(gòu)進行表面修整的工藝一般需使用6.9-138kPa的壓力。
此工藝通常需使用一種工作液體。這種工作液體可含或不含磨粒。美國專利No.6,194,317和美國專利申請No.2002/0151253描述了這些合適的工作液體，其內(nèi)容參考結(jié)合于此。
對本行業(yè)內(nèi)的專業(yè)人員而言，不偏離本發(fā)明的范圍或精神的對本發(fā)明進行各種改進和變化都是很清楚的，應當理解本發(fā)明并不局限于本文所說明的各個實施方式。
實施例測試過程楊氏模量本發(fā)明所用的固定研磨復合體材料的楊氏模量是采用與ASTM D638-84(塑料拉伸性質(zhì)的標準測試方法)和ASTM D882-88(薄塑料片的標準拉伸性質(zhì))所述方法類似的靜態(tài)拉伸試驗來測量的。對該測試步驟進行的改變包括使用了從固定磨具的模制板切下的小啞鈴形狀的試樣；其計量長度為12.7mm，寬3.2mm，厚0.43-0.71mm。試驗中的拉伸速率為0.0212mm/s。
晶片分層直接目測觀察了晶片分層情況。制定了一套評估體系，即以1-5的相對等級來衡量分層程度。1表示少于1％的晶片表面發(fā)生分層。5表示超過10％的晶片表面發(fā)生分層。
材料固定研磨層本試驗中采用的一種涂膜形式的固定研磨層為外徑20英寸的Cu CMP盤M6100(產(chǎn)品號為60-0700-0523-0，從3M公司(St.Paul，MN)購得)。獲得該產(chǎn)品后，將此固定研磨層涂覆在3密耳厚的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)背襯上，然后再層壓到一個指明的附墊上。商品名為MWR73的具有類似組成的第二種產(chǎn)品(外徑為20英寸的涂膜)也進行了試驗。它與M6100固定研磨層近似相同，只是其楊氏模量的測量值較小。
MWR66研磨復合體的楊氏模量＝72.4MPaMWR73研磨復合體的楊氏模量＝33.1MPa附墊剛性元件本發(fā)明所用的剛性成分為聚碳酸酯，是8010MC Lexan聚碳酸酯(PC)薄片GEPolymershapes(Mount vernon，IN)。使用的薄片的厚度為0.508mm(20密耳)。雖然只使用了一種厚度的薄片，但PC片的厚度可在0.0508~2.5mm的范圍內(nèi)變化。其他聚合物和材料也可用作這種元件。
彈性元件在以下實施例中所用的全部彈性元件都是來自Voltk(Sekisui America Corp.(Lawrence，MA)的一個分公司)的閉孔泡沫材料。
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)。
這些泡沫材料的代表性性質(zhì)由供應商提供，列于下表1。
表1VOLTEC VOLARA EO型閉孔泡沫材料的性質(zhì)
*表示數(shù)據(jù)是由性質(zhì)(y-軸)對于泡沫材料密度(x-軸)的曲線通過外推法估計得到的。
除非另外指出，所用的泡沫材料的厚度為2.38mm。雖然使用的是2.38mm厚的泡沫材料，附墊結(jié)構(gòu)內(nèi)的泡沫材料的厚度可在0.127～5mm的范圍內(nèi)變化。其他泡沫材料也可用作這種元件。此外，彈性元件可以由兩個或更多的共同延伸的彈性元件組成。
壓敏膠粘劑(PSA)3M 442 DL(雙面PSA)、3M 9471 FL和3M 9671 PSA(從3M公司，St.Paul，MN購得)被用作圖4A-4F中所示的PSAs。墊結(jié)構(gòu)中使用的具體PSA在說明具體實施例時將進行詳細說明。其他PSA和膠粘劑也可被用作各種墊結(jié)構(gòu)的PSA層。
附墊和墊的層壓將附墊和附墊壓在一起時，需防止在層間夾入空氣或碎屑。此外，在層壓過程中還需防止研磨元件、剛性元件和彈性元件起皺。
CMP拋光溶液本試驗中使用了Cu CMP溶液CPS-11(產(chǎn)品號為60-4100-0563-5)和Cu CMP溶液CPS-12(產(chǎn)品號為60-4100-0575-9)。它們是從3M公司(St.Paul，MN)獲得的。將適量的30％(重量百分數(shù))的雙氧水在拋光前加入到溶液中。CPS-11/30％H2O2的重量比為945/55。CPS-12/30％H2O2的重量比為918/82。
晶片金屬級2(M2)的晶片由International Sematech(Austion，TX)提供。超低K值的基片為JSR LKD-5109(JSR微電子，Sunnyvale，CA提供)。使用JSR LKD-5109和ISMT 800AZ雙鑲嵌分劃板裝置(reticle set)對晶片進行了加工。
通用拋光過程將一塊拋光墊通過PSA底層層壓在MIRRA拋光設(shè)備的臺板上。用去離子水高壓沖洗拋光墊10秒。用一臺MIRRA 3400化學機械拋光系統(tǒng)(應用材料公司，SantaClara，CA)，對一塊直徑為8英寸的銅(Cu)盤拋光6分鐘，臺板速度為101rpm，載體速度為99rpm，以120ml/min的流量在拋光墊中心附近的位置供給一種拋光液(CPS-11/雙氧水)，從而調(diào)適拋光墊。在這個拋光過程中，施加在TITAN載體的載體內(nèi)管、扣環(huán)和膜上的壓力分別為4.5psi(磅/平方英寸)、5.0psi和4.5psi。在調(diào)適好拋光墊后，采用了兩步銅拋光順序來拋光M2型晶片。第一步使用含雙氧水的CPS-11拋光液，向靠近拋光墊中心的位置供應，流量為180ml/min。施加在TITAN載體的載體內(nèi)管、扣環(huán)和膜上的壓力分別為1.0psi、1.5psi和1.0psi。臺板和載體的速度為31rpm和29rpm。在這些條件下進行45秒的拋光。拋光后，基片表面主要是銅，其下面的ILD/絕緣覆蓋/屏障層未暴露。取下晶片，裸眼觀察基片的分層情況。拋光墊經(jīng)10秒的高壓沖洗后，進行第二次拋光，使用含雙氧水的CPS-12拋光液，向靠近拋光墊中心的位置供應，流量為180ml/min。施加在TITAN載體的載體內(nèi)管、扣環(huán)和膜上的壓力分別為1.0psi、1.5psi和1.0psi。臺板和載體的速度為31rpm和29rpm。拋光時間各不相同，量修整晶片所需的時間，一般為170-190秒，然后在同樣條件下進行20秒的過度拋光。拋光后，裸眼觀察晶片的分層情況。脫離(dechuck)條件在MIRRA軟件的晶片除去部分中，可設(shè)置各種脫離條件。下面列出實施例1A-1D和實施例2A-2D脫離條件的不同。實施例3的脫離條件與實施例2A-2D的脫離條件相同。
實施例1A-1D的脫離條件(標準脫離條件)6-TITAN載體脫離膜真空前內(nèi)管壓力為3.0p.s.i.
7-TITAN載體脫離膜真空前扣環(huán)壓力為2.0p.s.i.
8-TITAN載體脫離膜真空前膜壓力為1.0p.s.i.
9-TITAN載體脫離膜真空前上述壓力的保持時間為2500毫秒10-TITAN載體脫離施加膜真空的時間為3000毫秒11-TITAN載體脫離膜真空后內(nèi)管壓力為1.0p.s.i.
12-TITAN載體脫離等待第二個內(nèi)管落下的時間為2500毫秒13-TITAN載體脫離等待機頭將晶片從拋光墊上拉開的時間為3000毫秒實施例2A-2C和實施例3的脫離條件(溫和的脫離條件)6-TITAN載體脫離膜真空前內(nèi)管壓力為0.8p.s.i.
7-TITAN載體脫離膜真空前扣環(huán)壓力為0.5p.s.i.
8-TITAN載體脫離膜真空前膜壓力為-1.0p.s.i.
9-TITAN載體脫離膜真空前上述壓力的保持時間為250毫秒10-TITAN載體脫離施加膜真空的時間為750毫秒
11-TITAN載體脫離膜真空后內(nèi)管壓力為0.8p.s.i.
12-TITAN載體脫離等待第二個內(nèi)管落下的時間為250毫秒13-TITAN載體脫離等待機頭將晶片從拋光墊上拉離的時間為750毫秒實施例1A-1D依照上述的通用拋光過程，用兩種不同的固定研磨層對兩種墊結(jié)構(gòu)進行了考察。圖4A所示的墊結(jié)構(gòu)1包括固定研磨層401、背襯402、第一壓敏膠粘劑層403、剛性元件404、第二壓敏膠粘劑層405、彈性元件406和第三壓敏膠粘劑層407。壓敏膠粘劑層407是3M 442 DL，壓敏膠粘劑層403是3M 9471 FL，壓敏膠粘劑層405是3M 9671(都從3M公司，St.Paul，MN獲得)。圖4C所示的墊結(jié)構(gòu)3包括固定研磨層413、背襯414、第一壓敏膠粘劑層415、彈性元件416、第二壓敏膠粘劑層417、剛性元件418和第三壓敏膠粘劑層419。第三壓敏膠粘劑層419為3M 9471FL，第一壓敏膠粘劑層415為3M 442 DL，第二壓敏膠粘劑層417為3M 9671(從3M公司，St.Paul，MN獲得)。墊結(jié)構(gòu)、固定研磨層以及兩步Cu拋光工序后的結(jié)果列于表2(如下)。
表2實施例1的墊結(jié)構(gòu)、固定研磨層類型、晶片檢查和拋光結(jié)果
墊結(jié)構(gòu)3比墊結(jié)構(gòu)1給出較輕的晶片分層現(xiàn)象。同樣，MWR73研磨復合體比MWR66研磨復合體給出較輕的晶片分層現(xiàn)象。
實施例2A-2C依照上述的通用拋光過程，采用表1所示的12pcf、6pcf和4pcf Voltek泡沫材料制備的墊和MWR73固定的研磨層對墊結(jié)構(gòu)2(如圖4B所示，包括固定研磨層408、背襯409、第一壓敏膠粘劑層410、彈性元件411和第二壓敏膠粘劑層412)進行了考察。對實施例2A-2C的墊而言，3M 442 DL被用作壓敏膠粘劑層410和412。通用拋光過程的一個變體是，將內(nèi)管壓力降低至0.6psi。而且，兩步拋光步驟的拋光時間與實施例1A-1D所述的時間有細微的區(qū)別。在這些實施例中，CPS-11和CPS-12拋光的拋光時間列于表3。采用標準拋光條件和CPS-12拋光液，對實施例2B的晶片進行過度拋光(over-polished)20秒。在第一步用CPS-11的銅拋光后，所有晶片都無分層現(xiàn)象。
分層結(jié)果列于表3。含較低密度/硬度/拉伸強度的彈性元件的磨具顯示較佳的分層觀察。再這些工藝條件下(實施例2B)，過度拋光并未顯著增加分層程度。比較實施例1D和實施例2A，可知晶片脫離條件更溫和，就能減輕分層現(xiàn)象。
表3墊結(jié)構(gòu)2實施例2的拋光參數(shù)、晶片檢查和拋光結(jié)果
實施例3脫離條件的比較采用MWR66固定研磨層和12pcfVoltek泡沫材料對墊結(jié)構(gòu)1進行考察。以較溫和的脫離條件進行拋光。拋光工藝的條件和實施例1A-1D的相同，但CPS-11拋光的拋光時間為65秒，CPS-12拋光時間為100秒加上5秒的過度拋光。
該晶片的晶片分層等級為3.5。相比于實施例1A的晶片，使脫離條件更溫和，能減輕晶片的分層現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種包括固定研磨層和含彈性元件的附墊的磨具，其特征在于固定研磨元件和附墊共同延伸，該彈性元件的肖氏A硬度不大于60(ASTM-2240測量)。
2.一種包括固定研磨層和含彈性元件的附墊的磨具，其特征在于固定研磨元件和附墊共同延伸，該彈性元件的肖氏A硬度不大于30(ASTM-2240測量)。
3.權(quán)利要求2中的磨具，其特征在于彈性元件的肖氏A硬度不大于20(ASTM-2240測量)。
4.權(quán)利要求2中的磨具，其特征在于彈性元件的肖氏A硬度不大于10(ASTM-2240測量)。
5.權(quán)利要求2中的磨具，其特征在于彈性元件的肖氏A硬度不大于4(ASTM-2240測量)。
6.一種包括固定研磨層和含彈性元件的附墊的磨具，其特征在于固定研磨元件和附墊共同延伸，該彈性元件的肖氏A硬度大于1(ASTM-2240測量)。
7.權(quán)利要求6中的磨具，其特征在于彈性元件的肖氏A硬度大于2(ASTM-2240測量)。
8.權(quán)利要求1、2或6中的磨具，其特征在于附墊包括在固定研磨層和彈性元件之間有一個剛性元件。
9.權(quán)利要求1、2或6中的磨具，還包括在固定研磨層和彈性元件之間有一層背襯。
10.權(quán)利要求1、2或6中的磨具，還包括在研磨層和附墊之間有一層壓敏膠粘劑層。
11.權(quán)利要求8中的磨具，還包括在剛性元件和彈性元件之間有一層壓敏膠粘劑層。
12.權(quán)利要求1、2或6中的磨具，其特征在于固定研磨層的楊氏模量小于300MPa左右。
13.權(quán)利要求1、2或6中的磨具，其特征在于固定研磨層的楊氏模量小于75MPa左右。
14.權(quán)利要求1、2或6中的磨具，其特征在于固定研磨層的楊氏模量小于35MPa左右。
15.一種拋光半導體晶片的方法，包括提供一個權(quán)利要求1、2或6所述的磨具；將該磨具與晶片的表面接觸；使磨具與表面作相對移動。
16.權(quán)利要求15的方法，其特征在于晶片含有一種介電常數(shù)小于3.5的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含固定研磨元件和附墊的磨具。固定研磨元件和附墊共同延伸。附墊含有一個彈性元件。該彈性元件的肖氏A硬度不大于60(ASTM－2240測量)。
文檔編號B24D11/00GK1738698SQ200380108636
公開日2006年2月22日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月10日
發(fā)明者J·S·科隆吉, C·N·羅徹 申請人:3M創(chuàng)新有限公司