[发明专利]杠杆式多孔抛光垫

说明书

本发明提供了一种包括多孔基体的多孔聚氯酯抛光垫。多孔基体具有从基表面向上延伸并向上表面开口的大孔。大孔与三级孔互连，大孔的一部分向顶部抛光表面开口，并且大孔的至少一部分延伸到顶部抛光表面。弹簧臂区段连接大孔的下区段和上区段。弹簧臂区段全部在从竖直取向测量的相同水平方向上，并且它们组合以增加抛光过程中抛光垫的压缩率和顶部抛光表面的接触面积。

背景技术

本发明涉及化学机械抛光垫和形成抛光垫的方法。更具体地，本发明涉及多孔化学机械抛光垫和形成多孔抛光垫的方法。

在集成电路以及其他电子装置的制造中，将多层导电材料、半导电材料以及介电材料沉积到半导体晶片的表面上以及从半导体晶片的表面上移除。可以使用许多沉积技术来沉积导电材料、半导电材料以及介电材料的薄层。在现代晶片加工中常见的沉积技术包括尤其物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、以及电化学镀覆。常见的移除技术包括尤其湿法和干法各向同性和各向异性刻蚀。

随着材料层被依次地沉积和移除，晶片的最上表面变成非平面的。因为后续的半导体加工(例如光刻)要求晶片具有平坦的表面，所以需要对晶片进行平坦化。平坦化用于移除不期望的表面形貌和表面缺陷，比如粗糙表面、附聚的材料、晶格损伤、划痕、以及被污染的层或材料。

化学机械平坦化、或化学机械抛光(CMP)是用于将工件(比如半导体晶片)平坦化或抛光的常见技术。在常规CMP中，将晶片托架或抛光头安装在托架组件上。抛光头保持晶片并使晶片定位成与抛光垫的抛光层接触，所述抛光垫安装在CMP设备内的工作台或压板上。托架组件在晶片和抛光垫之间提供可控制的压力。同时，将抛光介质(例如，浆料)分配到抛光垫上并吸入晶片和抛光层之间的间隙中。为了进行抛光，抛光垫和晶片典型地相对于彼此旋转。当抛光垫在晶片下方旋转时，晶片扫出典型地环形抛光轨迹或抛光区域，其中晶片的表面直接面对抛光层。通过抛光层和表面上的抛光介质的化学和机械作用来抛光晶片表面并使之平坦。

CMP过程通常在单个抛光工具上在两个步骤或三个步骤中发生。第一步骤是将晶片平坦化并移除大量多余的材料。在平坦化之后，随后的一个或多个步骤将移除在平坦化步骤期间引入的划痕或擦痕。用于这些应用的抛光垫必须柔软且适形，以在不刮划的情况下抛光衬底。此外，用于这些步骤的这些抛光垫和浆料通常需要进行选择性地移除材料，比如高的TEOS-金属移除速率。为了本说明书的目的，TEOS是四乙氧基硅烷(tetraethyloxysilicate)的分解产物。由于TEOS是比比如铜等金属更硬的材料，因此这是制造商多年来一直在解决的难题。

在过去的几年中，半导体制造商已日益转向用于精加工或最终抛光操作的多孔抛光垫(例如Politex^TM和Optivision^TM聚氯酯垫)，其中低缺陷率是更重要的要求(Politex和Optivision是DuPont de Nemours公司或其一个或多个子公司的商标)。为了本说明书的目的，术语多孔是指通过从水溶液、非水溶液或水溶液与非水溶液的组合中凝固而产生的多孔聚氯酯抛光垫。这些抛光垫的优点在于它们提供缺陷率低的高效移除。缺陷率的这种降低可以使得晶片产出显著增加。

特别重要的抛光应用是铜阻挡抛光，其中要求低缺陷率以及能够同时移除铜和TEOS电介质二者，使得TEOS移除速率高于铜移除速率，以满足先进的晶片集成设计。商用垫(比如Politex抛光垫)无法为未来的设计提供足够低的缺陷率，而且TEOS：Cu的选择性比率也不够高。其他商用垫包含表面活性剂，这些表面活性剂在抛光过程中浸出以产生过量的泡沫，这些泡沫破坏抛光。此外，表面活性剂可能包含碱金属，这些碱金属会毒害电介质并降低半导体的功能性能。

尽管与多孔抛光垫相关联的TEOS移除速率低，但由于与其他垫类型(比如IC1000^TM抛光垫)相比，多孔垫具有实现更低缺陷率的潜力，一些先进的抛光应用正转向全多孔垫CMP抛光操作。尽管这些操作提供了低缺陷，但是存在的挑战是进一步减少垫引起的缺陷并增加抛光速率。

发明内容