[发明专利]具有不均匀间隔的凹槽的化学机械抛光垫

说明书

技术领域

本发明一般涉及化学机械抛光(CMP)领域。具体来说，本发明涉及具有不均匀间隔的凹槽的CMP垫。

背景技术

在集成电路和其他电子器件的制造中，在半导体晶片的表面上沉积多层导电材料、半导体材料和介电材料，或者将多层导电材料、半导体材料和介电材料从半导体晶片的表面上蚀刻除去。这些材料的薄层可通过许多种沉积技术沉积。现代晶片处理中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD，也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷(ECP)。常规的蚀刻技术包括湿法和干法的各向同性蚀刻和各向异性蚀刻等。

随着材料层按照顺序被沉积和蚀刻，晶片的表面变得不平坦。由于随后的半导体加工(例如光刻)要求该晶片具有平坦表面，所以需要对晶片周期性地进行平面化。平面化可用于除去不希望有的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、成团材料、晶格损坏、划痕和被污染的层或材料。

化学机械平面化，即化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片和其它工件进行平面化的常规技术。在使用双轴旋转抛光机的常规CMP中，在支架组件上安装有晶片支架或抛光头。所述抛光头固定着晶片，使晶片定位在与抛光机中抛光垫的抛光层相接触的位置。所述抛光垫的直径大于被平面化晶片的直径的两倍。在抛光过程中，抛光垫和晶片各自围绕其中心旋转，同时使晶片与抛光层相接触。所述晶片的旋转轴通常相对于抛光垫的旋转轴偏移一段大于晶片半径的距离，使得抛光垫的旋转在抛光垫的抛光层上扫出一个环形的“晶片轨迹”。当晶片仅进行旋转运动的时候，所述晶片轨迹的宽度通常等于晶片的直径。但是在一些双轴抛光机中，所述晶片在垂直于其旋转轴的平面内进行振动。在此情况下，晶片轨迹的宽度比晶片直径宽，所宽出的程度取决于振动造成的位移。所述支架组件在所述晶片和抛光垫之间提供了可控的压力。在抛光过程中，浆液或其它抛光介质流到抛光垫上，流入晶片和抛光层之间的间隙，。通过抛光层和表面上的抛光介质对晶片表面的化学作用和机械作用，晶片表面得到抛光并变平。

人们对CMP过程中抛光层、抛光介质和晶片表面之间相互作用的研究越来越多，以便使得抛光垫的设计最优化。这些年来，大部分的抛光垫开发本身是经验性的。许多抛光面或抛光层的设计将注意力集中在为这些层提供各种孔穴图案和凹槽排列，并声称这些设计能够提高浆液利用率和抛光的均匀性。这些年来，人们使用了许多种不同的凹槽和孔穴的图案和排列。现有技术的凹槽图案包括辐射形、同心圆形、笛卡尔格栅形和螺旋形图案等。现有技术的凹槽构型包括所有凹槽的宽度和深度均一的构型，以及凹槽的宽度和深度相互间发生变化的构型。

更具体来说，现有技术中大量用于旋转抛光垫的凹槽图案包括从抛光垫同心中心附近或同心中心处延伸到抛光垫外部周边处或其附近的位置的凹槽。径向凹槽和螺旋凹槽的这些图案的例子见述于Muldowney的美国专利第6783436号。在Muldowney的专利中描述的所有这些径向图案和螺旋图案在围绕各抛光垫的方向上具有固定的角节距，这样的凹槽图案通常都是这种情况。Muldowney的专利还显示了具有笛卡尔栅格图案和同心圆凹槽图案的抛光垫。这两种图案中的凹槽都具有固定的间隔，即相邻凹槽的间距是相同的。Bennrtt等人的美国专利第5984769号在一个例子中揭示了一种具有同心圆排列的凹槽的抛光垫，其中凹槽的节距随着凹槽在抛光垫上的位置而变化。在另一个例子中，Bennett等人的专利揭示了一种抛光垫，其中单螺旋凹槽的相邻弧段之间的节距随着该凹槽在抛光垫上的位置而变化。

尽管现有技术包括具有许多种凹槽图案的抛光垫，但是这些凹槽图案的效果随着图案的不同以及抛光方法的不同而变化。抛光垫设计者仍在持续地探索使抛光垫比现有的抛光垫更高效、更有用的凹槽图案。

发明内容

在本发明的一个方面，抛光垫包括：设计用来在抛光介质的存在下对磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种进行抛光的抛光层，所述抛光层包括抛光面，该抛光面具有同心中心，在抛光晶片的过程中在其上限定出的晶片轨迹，以及外部周边，所述晶片轨迹具有内部边界和与所述内部边界间隔开的外部边界；位于所述抛光面中的多个凹槽，所述多个凹槽中的各个凹槽延伸穿过所述晶片轨迹，从而与内部边界和外部边界相交叉，所述多个凹槽的角节距以预定的方式变化，对于晶片轨迹中所有相邻的凹槽，沿着从同心中心到外部周边的径向方向测量的凹槽之间的径向节距是不相等的；还包括位于所述晶片轨迹中的大量凹槽组，所述大量凹槽组各自由大量的凹槽形成。