[发明专利]用于化学机械抛光的多层抛光垫材料

说明书

技术领域

本发明涉及用于化学机械抛光的多层抛光垫材料。

背景技术

在微电子器件的制造中使用化学机械抛光(“CMP”)处理以在半导体晶片、场发射显示器及许多其它微电子基板上形成平坦的表面。例如，半导体器件的制造通常涉及形成各种处理层，选择性移除或图案化这些层的一部分，以及在半导体基板表面上沉积额外的处理层以形成半导体晶片。这些处理层可包括例如绝缘层、栅极氧化层、导电层以及金属层或玻璃层等。在晶片处理的某些步骤中，通常需要这些处理层的最上表面成平面，即是平坦的，以用于后续层的沉积。使用CMP来平坦化处理层，其中沉积材料例如导电或绝缘材料进行抛光用于后续处理步骤。

在典型CMP工艺中，将晶片以上端朝下的方式安放在CMP工具内的夹持器(carrier)上。施加力将夹持器和晶片向下推向抛光垫。在该CMP工具的抛光台上的旋转抛光垫的上方旋转载体和晶片。在抛光处理过程中，通常在旋转晶片与旋转抛光垫之间引入抛光组合物(也称为抛光浆料)。抛光组合物一般含有与最上面的晶片层的一部分发生相互作用或将其溶解的化学药品及物理性移除这层或这些层的一部分的研磨材料。晶片与抛光垫可以同向或反向旋转，无论哪种方式均是实施特殊的抛光处理所需要的。夹持器还可以振动越过抛光台上的抛光垫。CMP抛光垫通常包含两层或更多层，例如抛光层和底(例如副垫)层，其通过使用例如热熔性粘合剂或压敏粘合剂的粘合剂而接合在一起。这种多层抛光垫公开在例如美国专利5257478中。

在工件表面的抛光中，原位监控抛光过程通常是有利的。一种原位监控抛光过程的方法涉及使用具有“窗口”的抛光垫，该“窗口”提供光可通过其以允许在抛光过程中检测工件表面的入口。这种具有窗口的抛光垫在本领域中是已知的，并且已用于抛光工件，例如半导体器件。例如，美国专利5893796公开了移除抛光垫的一部分以提供孔并将透明的聚氨酯或石英塞子放置到该孔中以提供透明窗口。类似地，美国专利5605760提供了具有透明窗口的抛光垫，该窗口由铸成杆或塞子的固体均一聚合物材料形成。该透明塞子或窗口一般在形成抛光垫的过程中(例如在该垫的模制过程中)与抛光垫整体结合，或通过使用粘合剂固定在抛光垫的孔中。

依靠粘合剂将抛光垫层接合在一起或固定抛光垫内窗口的现有技术中的抛光垫具有许多不足之处。例如，这些粘合剂通常具有与其关联的刺激性气味，并且一般需要固化24小时或更长时间。此外，粘合剂易于受到抛光组合物的组分的化学侵蚀，因此用于接合垫层或将窗口连接到该垫上的粘合剂的类型得以使用何种类型的抛光系统为基础进行选择。而且，这些垫层的结合或窗口与抛光垫的结合有时是不完全的或随时间而退化。这可以导致垫层的分层和弯曲和/或垫与窗口之间抛光组合物的泄漏。在某些情况下，窗口可随时间而从该抛光垫移开。形成整体模制抛光垫窗口的方法可成功避免这些问题中的至少一些，然而这些方法通常成本高，并且受到可使用的垫材料的类型以及可制造的垫结构的类型的限制。

因此，仍然需要可以使用高效且便宜的方法不依靠使用粘合剂进行制造的有效多层抛光垫以及包含半透明区域(例如窗口)的抛光垫。本发明提供这种抛光垫及其使用方法。从此处提供的对本发明的描述中，本发明的这些和其它优点以及另外的发明特点将变得明显。

发明内容

本发明提供一种用于化学机械抛光的多层抛光垫。该抛光垫包含多孔抛光层和多孔底层，其中该抛光层与底层基本上共同扩张，并且未使用粘合剂而接合在一起。该抛光层具有平均表面粗糙度Ra，其大于该底层的平均表面粗糙度。本发明还提供一种包含多层光学可透射区域的抛光垫，该区域包含两层或更多层基本上共同扩张并且未使用粘合剂而接合在一起的层。

本发明进一步提供一种化学机械抛光装置以及一种抛光工件的方法。该CMP装置包含：(a)旋转的工作台、(b)本发明的抛光垫、以及(c)夹持待通过接触该旋转的抛光垫而进行抛光的工件的夹持器。该抛光方法包含以下步骤：(i)提供本发明的抛光垫，(ii)使工件与该抛光垫接触，以及(iii)相对于该工件移动该抛光垫以磨损该工件，从而抛光该工件。