[发明专利]用于化学机械抛光的分层冷冻磨料抛光垫及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于化学机械抛光的分层冷冻磨料抛光垫及其制备方法，尤其是一种利用液体作为粘结剂，通过分层冷冻分别将去离子水、纳米磨料及微米磨料粘结形成的抛光垫及其制备方法，具体地说是一种用于化学机械抛光的分层冷冻磨料抛光垫及其制备方法。

背景技术

众所周知，传统的CMP(化学机械抛光法)系统是由一个旋转的工件夹持装置、承载抛光垫的工作台和抛光液(浆料)供给系统三大部分组成。抛光时，旋转的工件以一定的压力压在随工作台一起旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨料和化学液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并在工件表面产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械摩擦作用去除。由于选用比工件软或者与工件硬度相当的游离磨料，在化学成膜和机械成膜的交替过程中，通过化学和机械的共同作用从工件表面去除极薄的一层材料，实现超精密表面加工。尽管这种传统的CMP技术在超精密表面加工中得到广泛应用，但在实际应用中也显现出一定的缺点：(1)传统的CMP是基于三体(游离磨料、抛光垫和硅片)磨损机理，工艺参数多、加工过程不稳定，不易实现自动控制，生产效率低。(2)由于抛光垫是具有一定弹性的有机织物，抛光时对材料去除的选择性不高，导致产生过度抛光(Over polishing)、碟形凹陷(Dishing)、氮化物腐蚀(Nitride erosion)等缺陷。(3)抛光后一部分游离磨料会镶嵌在薄膜层表面，不易清洗。而且浆料成分复杂，抛光表面残留浆料的清除是CMP后清洗的难题。(4)由于在抛光垫和工件之间磨粒分布不均匀，工件各部分的材料去除率不一致，影响表面平坦度。特别是对大尺寸工件，这种影响更突出。(5)抛光过程中，抛光垫产生塑性变形而逐渐变得光滑，或抛光垫表面微孔表面发生堵塞使其容纳浆料和排除废屑的能力降低，导致材料去除率随时间下降。需要不断地修整和润湿抛光垫以恢复其表面粗糙度和多孔性。此外抛光垫的不均匀磨损，使得抛光过程不稳定，很难进行参数优化。(6)CMP浆料、抛光垫、修整盘等耗材的成本占CMP总成本的70％左右，而抛光浆料的成本就占耗材的60％～80％。(7)抛光浆料管理和废浆料处理也相当麻烦。(8)粗抛和精抛过程分开，需多次装夹工件，工件的加工定位基准会发生改变，从而影响最终的加工精度和效率。

综上所述，随着对CMP平坦化的效率、成本、均匀性、可靠性、工艺控制能力等的要求越来越高。目前在利用抛光垫进行加工时，急需一种适应性强，制造方便，磨削热小，能进一步提高加工精度和加工效率，采用固结磨料的分层抛光垫代替传统CMP中的游离磨料和抛光垫供使用，使工件在一次装夹下就能完成粗抛光和精抛光。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于化学机械抛光的分层冷冻磨料抛光垫及其制备方法，以适应目前各类光电子晶体、光学元器件、计算机硬盘基片及铜连接的半导体集成电路等的CMP精加工的需求。

本发明的技术方案是：

一种用于化学机械抛光的分层冷冻磨料抛光垫，其特征是自底层往上共有四层：第一层为去离子水层，第二层为纳米磨料层，第三层也为去离子水层，第四层为微米磨料层，其中微米磨料层占抛光垫总重量的30％～40％，纳米磨料层占总重量的20％～30％，余量为去离子水层，且第一层去离子水层占余量去离子水层总重量的20～40％。

所述的第二层纳米磨料层主要由纳米级磨料、添加剂和冷冻后起到粘结作用的液体组成，其中纳米级磨料占该层总重量的10％～70％，添加剂占该层总重量的5％～9％，余量为最终结成冰的液体；所述的第四层微米磨料层主要由微米级磨料、添加剂和冷冻后起到粘结作用的液体组成，其中微米级磨料占微米磨料层总重量的10％～70％，添加剂占总重量的5％～9％，余量为最终结成冰的液体。

所述的添加剂由多羟基二胺、烷基醇聚氧乙烯醚、乙二胺四乙酸二钠盐以及十六烷基三甲基氯化铵或六偏磷酸钠组成，它们的配比关系为：  多羟基二胺占纳米磨料层或微米磨料层重量的2％～3％、烷基醇聚氧乙烯醚占纳米磨料层或微米磨料层重量的2％～3％、乙二胺四乙酸二钠盐占纳米磨料层或微米磨料层重量的0.5％～1％，十六烷基三甲基氯化铵或六偏磷酸钠占纳米磨料层或微米磨料层重量的0.5％～2％。