[发明专利]具有重叠的固定面积螺旋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，本发明涉及具有重叠的固定面积螺旋凹槽的CMP垫。

背景技术

在半导体晶片上的集成电路和其他电子器件的制造中，在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，或称化学机械抛光(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。所述抛光头保持晶片，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，抛光垫和晶片围绕它们各自的同心中心旋转，同时使晶片与抛光层相接触。所述晶片的旋转轴线相对于抛光垫的旋转轴线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线的平面内进行振动。在此情况下，使得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向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空隙图案和凹槽排列，并声称这些设计能够提高浆液利用能力和抛光的均匀性。这些年来，人们使用了许多种不同的凹槽和空隙的图案和排列。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彼此不同的构型。

更具体来说，大量现有技术的用于旋转抛光垫的凹槽图案包括互相交叉一次或多次的凹槽。例如，Talieh在美国专利第5，650，039号中的图3揭示了一种圆形抛光垫，该抛光垫具有螺旋形或圆弧形的凹槽段设计，使得紧邻的凹槽段以相反的方向弯曲并互相交叉。Doi等人在日本专利公开第2001-138212号中揭示了一种圆形抛光垫，该抛光垫具有两组螺旋形凹槽，这些凹槽从抛光垫的同心中心附近延伸到抛光垫的边缘，沿着它们的长度互相交叉数次。尽管已知了这些凹槽图案，但是抛光垫设计者仍在持续地探索使得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中，抛光垫包括构造成用来在存在抛光介质的情况下对磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种进行抛光的抛光层，所述抛光层包括圆形抛光面，该抛光面具有同心中心和外部周边；形成于所述圆形抛光面中的至少一个第一凹槽；以及形成于所述圆形抛光面中的至少一个第二凹槽，使得所述至少一个第二凹槽与所述至少一个第一凹槽交叉至少两次，从而限定出至少一个具有四个弯曲侧面的四面形凸块(1anding)；其中，所述至少一个第一凹槽和所述至少一个第二凹槽各自为圆形抛光面提供了从靠近同心中心的第一位置到靠近外部周边的第二位置的对应圆周开槽率(circumferencefraction grooved)，所述各圆周开槽率具有平均值，并保持在该平均值的大约25％以内。