具有多孔界面及实心核心的抛光垫、以及相关的装置和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]化学机械抛光(“CMP”)工艺用于制造微电子器件以在半导体晶片、场发射显示器及许多其它微电子基板上形成平坦表面。例如，半导体器件的制造通常包括形成各种工艺层、对这些层的部分进行选择性移除或图案化、及在半导体基板表面上方沉积另外的其它工艺层以形成半导体晶片。举例来说，所述工艺层可包括绝缘层、栅极氧化物层、导电层、以及金属或玻璃的层等。在晶片工艺的一些步骤中，通常期望的是，工艺层的最上部表面是平面的(即平坦的)，以用于沉积后续的层。CMP用于工艺层的平坦化，其中，将沉积的材料(例如导电材料或绝缘材料)抛光以使晶片平坦化而用于后续的工艺步骤。
[0002]在典型的CMP工艺中，晶片倒置安装于CMP工具中的载体上。用力将载体及晶片朝着抛光垫向下推动。使载体及晶片在该CMP工具的抛光台上的旋转着的抛光垫上方旋转。抛光组合物(也称作抛光浆料)在抛光过程期间加入到旋转着的晶片和旋转着的抛光垫之间。该抛光组合物典型地含有与部分最上部晶片层相互作用或溶解部分最上部晶片层的化学物质，以及以物理方式移除部分所述层的研磨材料。晶片及抛光垫可以相同方向或相反方向旋转，对于正在进行的特定抛光过程，无论哪一种旋转方式均是合乎需要的。该载体还可横跨抛光台上的抛光垫振荡。
[0003]由较硬的材料制成的抛光垫呈现高移除速率且具有长的可用垫寿命，但倾向于在正在被抛光的基板上产生许多刮痕。由较软的材料制成的抛光垫呈现低的基板刮伤，但倾向于呈现较低的移除速率且具有较短的可用垫寿命。因此，本领域中仍需要提供有效的移除速率且具有延长的垫寿命并且还产生有限刮伤的抛光垫。
【发明内容】
[0004]在一个方面中，本发明提供用于化学机械抛光的抛光垫。抛光垫包含(a)基本上无孔的核心区及(b)位于该核心区的两侧(either side)上的两个相对的表面区。所述表面区的至少一个中定义有孔隙以形成多孔表面区。抛光垫为单片的，且多孔表面区直接接触核心区而其间没有任何中间层。核心区比多孔表面区硬。
[0005]在另一方面中，本发明提供化学机械抛光装置，其包含(a)旋转的压板；(b)置于该压板上的抛光垫;及(C)固持待通过接触旋转抛光垫而抛光的工件的载体。抛光垫包含(i)基本上无孔的核心区及(ii)位于该核心区的两侧上的两个相对的表面区。所述表面区的至少一个中定义有孔隙以形成多孔表面区。抛光垫为单片的，且多孔表面区直接接触核心区而其间没有任何中间层。核心区比多孔表面区硬。
[0006]在一些实施方式中，该装置进一步包含(d)用于将化学机械抛光组合物输送至抛光垫与工件之间的构件(工具，means)。
[0007]在另一方面中，本发明提供一种抛光工件的方法，该方法包括(i)提供抛光垫；
(ii)使工件与该抛光垫接触;及(iii)相对于该工件移动抛光垫以研磨该工件且由此抛光该工件。抛光垫包含(a)基本上无孔的核心区及(b)位于该核心区的两侧上的两个相对的表面区。所述表面区的至少一个中定义有孔隙以形成多孔表面区。抛光垫为单片的，且多孔表面区直接接触核心区而其间没有任何中间层。核心区比多孔表面区硬。
[0008]在另一方面中，本发明提供一种制备抛光垫的方法，该方法包括(a)向容器中提供经挤出的聚合物片，其中该聚合物片为单片的且具有两个相对的表面;及(b)在足以形成与所述表面中的至少一个相邻的多孔表面区及形成基本上无孔的核心区的条件下，向容器中的聚合物片中引入惰性气体。
【附图说明】
[0009]图1为根据本发明的实施方式，抛光垫的横截面在54倍放大倍率下的扫描电子显微照片(SEM)，其说明在具有基本上无孔的核心的两个表面区处的孔隙。
[0010]图2为根据本发明的实施方式，与图1中所述相同的SEM，但进一步说明待移除的表皮层。
[0011]图3为根据本发明的实施方式，与图1中所述相同的SEM，但进一步说明将产物削成两个抛光垫，其中每个垫仅在一个表面区具有孔隙且各自具有基本上无孔的核心。
[0012]图4为包含多孔热塑性层及扩散阻挡物的抛光垫的示意性说明。
[0013]图5阐述抛光垫的横截面的一系列SEM显微照片，各放大54倍，其中样品如实施例1中所述制备。
[0014]图6阐述抛光垫的横截面的一系列SEM显微照片，各放大54倍，其中样品如实施例2中所述制备。
【具体实施方式】
[0015]本发明至少部分地基于惊人且出人意料地发现具有良好平坦化效率及降低的缺陷度(例如刮痕)的用于化学机械抛光的抛光垫。抛光垫为单片结构且具有靠近垫的至少一个表面的集中的孔隙(即，闭孔)，同时抛光垫的核心为基本上无孔的实心本体(块状，bulk)材料，从而产生所需的双重形态。根据本发明的实施方式，已发现这样的双重形态结构当用于抛光诸如晶片的基板时，惊人且出人意料地提供增强的平坦化效率同时还降低缺陷度的显著优点。在其它方面中，本发明还提供制备及使用抛光垫的相关装置以及方法。
[0016]根据本发明的实施方式，提供单片结构及双重形态的抛光垫，其中孔隙以在表面处实现压缩性的方式分布，在该表面处进行抛光的同时在该多孔表面下方的核心中还具有更硬、实心、基本上无孔的本体材料。无需使用通过外部组分(诸如通过粘着剂)粘着的单独的复合或中间层(例如粘着于硬副垫上的软垫)便实现本发明实施方式的抛光垫的独特及有利的形态。此外，不同于常规的系统，本发明的抛光垫不依赖于在整个抛光垫体积中的孔隙。
[0017]本发明抛光垫的实施方式惊人且出人意料地实现平坦化效率及低缺陷度的所需组合，这二者均为CMP工艺中的重要参数，且在常规的系统中通常彼此冲突。不同于在抛光垫的整个核心中具有孔隙率及/或使用多片式复合系统的常规系统，在本发明抛光垫的实施方式中，孔隙在靠近进行抛光的表面处分布，由此形成表面压缩性、但具有硬的、基本上无孔的核心。这样的双重形态使得缺陷(例如刮痕)数目减少，这又提高了制造期间的晶片产率，原因为因对电学问题(诸如在使用中电流如何分布的连续性损失)的担忧而需要丢弃的晶片较少。同时，本发明实施方式的抛光垫惊人地可经抛光而具有良好的平坦化效率。就此而言，平坦化效率定义为I减去底部结构的移除速率除以顶部结构的移除速率的比率的无单位公式。参见例如Y.Li ,Microelectronics Applicat1ns of Chemical MechanicalPlanarizat1n, J.Wi ley&Sons ,2008，第517页。通过着重调节(focus)靠近抛光垫的表面处的孔隙以实现压缩性(在该表面处与待抛光的基板发生接触)同时维持硬质本体核心以使无中间层的整体单片结构具有潜在的强度，本发明惊人地且出人意料地实现了平坦化效率与低缺陷度的所需组合。
[0018]本发明的抛光垫适用于对集成电路及其它微型器件制造中所用的各种半导体晶片进行抛光。在一些实施方式中，这样的晶片可为常规的结点(node)结构，例如65nm或更小、45nm或更小、32nm或更小等的技术结点(technology node)。然而，在一些实施方式中，本发明抛光垫尤其适用于高级结点应用(例如2 2nm或更小、18nm或更小、16nm或更小、14nm或更小等的技术结点)。应理解，随着结点技术变得更先进，在平坦化技术中无缺陷变得更重要，因为随着晶片上的特征的相对尺寸变得更小，每个刮痕的作用的影响更大。根据本发明的实施方式，由于本发明的抛光垫与常规抛光垫相比提供了优于现有技术的显著改进(包括孔隙在靠近具有基本上无孔的核心、呈单片结构的抛光垫的表面处的再分布)，因此，缺陷度降低且可实现更高级的结点抛光(node poI ishing)以及较少的刮痕。同样地，本发明的抛光垫的实施方式可以较低的绝对移除速率、低的缺陷度及良好的平坦化效率向具有较小特征的晶片提供更精确的平坦化。然而，如所指出的，本发明的抛光垫不限于用于高级结点晶片且可如所期望地用于抛光其它工件。
[0019]该抛光垫可包含其中引入了孔隙的任何适合的材料、基本上由其中引入了孔隙的任何适合的材料组成、或由其中引入了孔隙的任何适合的材料组成。期望地，抛光垫包含聚合物树脂、基本上由聚合物树脂组成、或由聚合物树脂组成。聚合物树脂可为任何适合的聚合物树脂。典型地，聚合物树脂选自:热固性材料、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、苯乙烯类聚合物、聚芳族化物、含氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性体聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚亚芳基、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、它们的共聚物和嵌段共聚物、以及它们的混合物和共混物。优选地，聚合物树脂为聚氨酯，更优选地为热塑性聚氨酯。
[0020]聚合物树脂典型地为预成型聚合物树脂;然而，聚合物树脂还可根据任何适合方法原位形成，其中许多方法为本领域中已知的(参见例如Szycher ’ s Handbook ofPolyurethanes CRC Press:New York，1999，第3章)。举例而言，热塑性聚氨酯可通过氨