用于下一代氧化物/金属CMP的优化的CMP修整器设计.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200880101156.1

申请日:

2008.08.21

公开号:

CN101983116A

公开日:

2011.03.02

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):B24B 37/04申请日:20080821授权公告日:20121024终止日期:20160821|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B24B 37/04申请日:20080821|||公开

IPC分类号:

B24B37/04; B24B53/12; B24D3/06

主分类号:

B24B37/04

申请人:

圣戈班磨料磨具有限公司; 法国圣戈班磨料磨具公司

发明人:

T·黄; J·G·巴尔多尼; T·珀坦纳恩加迪

地址:

美国马塞诸塞州

优先权:

2007.08.23 US 60/965862

专利代理机构:

上海专利商标事务所有限公司 31100

代理人:

顾敏

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内容摘要

对几个关键性修整器设计参数进行了研究。其目的是通过考虑多个因素,如晶片缺陷、抛光垫寿命以及修整器寿命,来改进修整器的性能。为了这一研究,选择了几个关键性修整器设计参数,如金刚石类型、金刚石尺寸、金刚石形状、金刚石浓度以及分布,以确定它们对CMP性能和工艺稳定性的影响。进行了实验验证。将修整器规格与每一个具体的CMP环境(预计的应用)进行匹配,以便改进特别地用于出现的技术节点的工艺稳定性和CMP的性能。在本领域中开发并成功地运行了几种修整器设计。根据一个实施方案实现了对300mm的CMP工艺的显著的平面性改进,并且用另一个实施方案同时实现了抛光垫寿命与晶片抛光率的提高。

权利要求书

1: 一种用于 CMP 抛光垫修整的研磨工具, 该研磨工具包括磨料颗粒、 粘合剂以及一个 基片, 这些磨料颗粒由该粘合剂以一个单层阵列粘附到该基片上, 其特征在于 : 这些磨料颗粒相对于颗粒尺寸、 颗粒分布、 颗粒形状、 颗粒浓度以及颗粒凸出高度的分 布进行了优化, 由此使其能够实现一种所希望的 CMP 抛光垫质地。
2: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中将这些磨料颗粒根据一种非均匀图案在该阵列 中定向, 该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区, 并且每个隔离区具有一个最小半径, 该最小半径超过所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸的最大半径
3: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中 ( 按重量计 ) 至少 50%的这些磨料颗粒独立地 具有小于约 75 微米的微粒尺寸。
4: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中所希望的 CMP 抛光垫质地是 Ra 值小于 1.8μm 的一种表面精整度。
5: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中将这些磨料颗粒粘附到该基片上的粘合剂是铜 焊带或铜焊箔中的一种。
6: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中由该工具提供的所希望的 CMP 抛光垫质地是抗 磨料附聚的, 由此减少了在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。
7: 一种 CMP 抛光垫修整器, 包括 : 粘合剂 ; 对于颗粒尺寸、 颗粒分布、 颗粒形状、 颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布优化的磨料颗 粒, 由此使其能够实现一种所希望的 CMP 抛光垫质地, 其中 ( 按重量计 ) 至少 50%的磨料颗 粒独立地具有小于约 75 微米的微粒尺寸 ; 以及 一个基片, 这些磨料颗粒在一个单层阵列中被该粘合剂粘附到该基片上 ; 其中, 这些磨料颗粒根据一个非均匀图案在该阵列中定向, 该图案具有围绕每个磨料 颗粒的一个隔离区, 并且每个隔离区具有一个最小半径, 该最小半径超过所希望的磨料颗 粒砂砾尺寸的最大半径。
8: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中所希望的 CMP 抛光垫质地是 Ra 值小于 1.8μm 的一种表面精整度。
9: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中将这些磨料颗粒粘附到该基片上的粘合剂是铜 焊带或铜焊箔中的一种。
10: 如权利要求 1 所述的研磨工具, 其中由该工具提供的所希望的 CMP 抛光垫质地是抗 磨料附聚的, 由此减少了由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。
11: 一种用于 CMP 抛光垫修整的研磨工具, 该研磨工具包括磨料颗粒、 粘合剂以及一个 基片, 这些磨料颗粒由该粘合剂以一个单层阵列粘附到该基片上, 其特征在于 : 至少 50% ( 按重量计 ) 的这些磨料颗粒独立地具有小于约 75 微米的微粒尺寸, 并且这 些磨料颗粒相对于颗粒尺寸、 颗粒分布、 颗粒形状、 颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布是优化 的, 由此使其能够实现一种希望的 CMP 抛光垫质地 ; 其中, 由该工具提供的所希望的 CMP 抛光垫质地是抗磨料附聚的, 由此提供对在由该 抛光垫加工的晶片上的凹形变形的抵抗作用。
12: 一种用于 CMP 抛光垫修整的研磨工具, 该工具能提供一种希望的 CMP 抛光垫质地, 这种抛 光垫质地是抗磨料附聚的, 由此提供了对于在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形的抵抗作用。

说明书


用于下一代氧化物 / 金属 CMP 的优化的 CMP 修整器设计

    相关申请
     本申请根据 35 USC 119(e) 要求 2007 年 8 月 23 日的提交的美国临时申请号 60/965,862 的权益, 该申请通过引用全文结合在此。
     技术领域
     本发明涉及磨料技术, 并且更具体地讲涉及 CMP 修整器。背景技术 随着集成电路 (IC) 技术继续缩小到 45 纳米 (nm) 和 32nm 特征的尺寸, 平面性与 严格的缺陷控制正在变得日益重要。这些要求使不同的化学机械平整化 (CMP) 消耗品的供 应商所面临的挑战加剧, 这些消耗品包括抛光垫、 浆液以及修整器。在修整过程中, 通过修 整抛光垫的打光的表面以便简单地维持工艺的稳定性是不够的。此外, 该修整器还负责产 生抛光垫质地或形貌, 这显著影响晶片的表面质量。不适当的修整器选择可在抛光的晶片 表面产生微刮痕并且增加凹形变形。
     因此, 对于开发满足严格的缺陷要求 ( 特别是对先进的 50nm 以下的技术节点 ) 的 抛光垫修整器存在一种需要。
     发明内容
     本发明的一个实施方案提供了一种用于 CMP 抛光垫修整的研磨工具。该工具包括 磨料颗粒、 粘合剂以及一个基片。这些磨料颗粒由该粘合剂以一个单层阵列粘附到该基片 上。这些磨料颗粒相对于颗粒尺寸、 颗粒分布、 颗粒形状、 颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布 进行了优化, 由此使其能够实现一种希望的 CMP 抛光垫质地。例如, 能够将这些磨料颗粒根 据一个非均匀图案在该阵列中定向, 该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区, 并且每 个隔离区具有一个最小半径, 该最小半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大半径。在 一个具体情况中, 至少 50% ( 按重量计 ) 的这些磨料颗粒独立地具有小于约 75 微米的微粒 尺寸。在另一个具体情况中, 所希望的 CMP 抛光垫质地是 Ra 值小于 1.8 微米 (μm) 的一种 表面精整度。在又一个具体情况中, 将这些磨料颗粒粘附到该基片上的粘合剂是铜焊带或 铜焊箔中的一种。在一个进一步的具体情况中, 由该工具提供的所希望的 CMP 抛光垫质地 是抗磨料附聚的, 由此减少了在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。
     本发明的另一个实施方案提供了一种 CMP 抛光垫修整器。该修整器包括相对于颗 粒尺寸、 颗粒分布、 颗粒形状、 颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布被优化的磨料颗粒, 由此使 其能够实现一种希望的 CMP 抛光垫质地 ( 例如, Ra 值小于 1.8μm 的抛光垫表面精整度 )。 至少 50% ( 按重量计 ) 的这些磨料颗粒独立地具有小于约 75 微米的微粒尺寸。这些磨料 颗粒是由一种粘合剂 ( 例如, 铜焊带或铜焊箔 ) 以一个单层阵列粘附到一个基片上。这些 磨料颗粒根据一个非均匀图案在该阵列中定向, 该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离 区, 并且每个隔离区具有一个最小半径, 该最小半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大半径。在一个具体情况中, 由该工具提供的所希望的 CMP 抛光垫质地是抗磨料附聚的, 由 此减少在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。
     本发明的再一个实施方案提供了一种用于 CMP 抛光垫修整的研磨工具。该工具包 括磨料颗粒、 粘合剂以及一个基片。用该粘合剂将这些磨料颗粒以一个单层阵列粘附到该 基片上。至少 50% ( 按重量计 ) 的这些磨料颗粒独立地具有小于约 75 微米的一个微粒尺 寸, 并且对于颗粒尺寸、 颗粒分布、 颗粒形状、 颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布这些磨料颗 粒进行了优化, 由此使其能够实现一种希望的 CMP 抛光垫质地。 由该工具提供的希望的 CMP 抛光垫质地是抗磨料附聚的, 由此提供了对在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形的耐受 性。
     根据本披露, 其他的多个实施方案将是清楚的, 包括修整 CMP 抛光垫的多种方法 以及制造这种 CMP 抛光垫的多种技术。
     在此描述的特征和优点不是全盘包纳的, 并且具体地讲, 本领域的普通技术人员 将通过阅读附图、 说明书以及权利要求书而明了许多另外的特征和优点。 此外, 应指出在本 说明书中使用的语言主要是为可读性和指导性目的来进行选择的, 而不是为了限制本发明 主题的范围。 附图说明 在这些附图中, 参考符号指的是贯穿不同视图的相同的部分。这些附图并不一定 按比例绘制 ; 而重点则放在说明本发明的原理上。在这些图中 :
     图 1 展示了 1、 3 和 6 类金刚石微粒的光学图像。
     图 2 展示了对于六种磨料类型的抛光垫磨损率与金刚石锋利度之间的关系。
     图 3 展示了两种设计 ( 高和低金刚石浓度 ) 的抛光垫磨损率曲线。
     图 4 展示了在一个修整器表面上的不同的金刚石分布。
     图 5 展示了抛光垫凸凹性的高度分布。
     图 6 展示了金刚石凸出高度分布函数的概率。
     图 7 展示了自 300mm 的产品晶片的后 -CMP 氧化物沟槽深度。
     具体实施方式
     表面粗糙度更光滑。还应注意常规产品 B 打磨机的抛光垫的切削率在五个打磨机 中是最低的但 Ra 值是最高的。如先前提到的, 因为在晶片表面产生缺陷的更高的在此披露 了一种 CMP 修整器设计以及多种相关的技术。正如通过本披露将会认识到, 通过对不同的 抛光垫修整器设计参数的优化可产生最佳的 CMP 抛光垫质地。这样的最佳的抛光垫质地进 而导致晶片缺陷的减少。
     修整器设计参数的优化
     根据本发明的实施方案, 通过产生人们希望的抛光垫质地能够将几项修整器设计 参数优化以改进晶片缺陷率。 在一个具体的实施方案中, 这些设计参数包括磨料尺寸、 磨料 分布、 磨料形状以及磨料浓度。将逐一讨论这些修整器设计参数中的每个参数以及与它与 最佳的抛光垫质地的相关性。
     磨料类型 : 金刚石是用在 CMP 修整器应用中的典型的磨料。考虑了金刚石类型的适当选择, 因为它能够直接影响所造成的抛光垫表面质地。就几种形状参数, 如长径比、 凸 度以及锋利度而言, 能够对不同的金刚石类型进行表征。根据本发明的不同实施方案的基 础性原理, 对 6 种类型的金刚石微粒进行了研究。如可以看到, 图 1 示出了三种选定类型的 光学显微图像 ( 示出了 1、 3 和 6 类, 并且可以推断出 2、 4 和 5 类, 因为不规则性随着类型编 号的增加而增加 )。 图 1 中的类型 1 由八面体颗粒以及立方八面体颗粒构成, 其中这些拐角 被切去顶端并且微粒具有最小磨削性。相对于类型 1 和 2, 类型 3 具有更锋利的角和更大 的磨削性。类型 6 是在所有类型 1 到 6 中形状最不规则的。这样的磨料微粒易遭受金刚石 破裂, 它们能够在晶片上产生刮痕并因此而通常不适合于 CMP 修整器应用。因此, 用于 CMP 修整器的金刚石磨料类型的选择需要在形状和抗破裂性能之间的一种适当的平衡。 用这六 种类型的金刚石微粒制造了 CMP 修整器, 并且在一个聚氨酯 CMP 抛光垫上产生抛光垫切削 率以估算修整器的进攻能力。然后将这些结果进一步与每种磨料类型的锋利度进行关联。 锋利度与抛光垫磨损率之间的关系遵循如图 2 中所示的线性表现, 并且相关系数接近于 1。 总体上讲, 随着磨料类型的锋利度增加, 抛光垫的磨损率增加。 因此, 就抛光垫切削率而言, 锋利度能够被有效地用于预测金刚石的进攻能力。
     金刚石的浓度和尺寸 : 根据本发明的一个具体实施例, 金刚石的尺寸和浓度的选 择是相互关联的。在一个修整器表面上可放置的金刚石微粒的数目受到微粒尺寸的限制。 利用更精细的尺寸, 金刚石微粒的数目可显著地增加。 对于一个给定的金刚石尺寸, 金刚石 浓度的增加提高了抛光垫的切削率。通过测量在整个打磨机 ( 一个修整抛光垫有时被称为 一个打磨机 ) 寿命期间的抛光垫切削率, 能够估算时间相关的的修整器表现。对用低金刚 石浓度和高金刚石浓度制造的两个修整器分别进行测试, 并且在整个修整时间上测量抛光 垫的磨损率。在图 3 中示出的抛光垫切削率曲线清楚揭示了时间相关的不同的行为。具有 较高金刚石浓度的修整器表现出在初始的切入阶段之后的更加稳定的性能和较长的打磨 机寿命, 但由于较高的抛光垫切削率而抛光垫寿命较短。于 2006 年 9 月 22 日提交的发明 名称为 “Conditioning Tool for Chemical Mechanical Planarization” 的美国临时申 请号 60/846,416、 于 2007 年 9 月 19 日提交的美国非临时专利申请号 11/857,499、 以及于 2008 年 3 月 27 日公开的发明名称为 “Conditioning Tools and Techniques forChemical Mechanical Planarization” 的国际公开号 WO 2008/036892 A1 提供了关于 CMP 修整器的 另外的细节, 包括使用精细金刚石 ( 例如, 75 微米以及更小 ), 所有三项申请所传授的内容 均通过引用全部结合在此。
     正如在本申请中所描述的, 通过将磨料微粒例如通过铜焊、 烧结或电镀结合到一 个支撑构件的前侧或后侧之一上能够产生用于修整 CMP 抛光垫的工具。该支撑件的前侧和 后侧优选基本上相互平行并且优选地将该工具制成具有小于约 0.002 英寸的不平整度。在 一个实例中, 至少 50% ( 按重量计 ) 的磨料微粒如金刚石微粒具有小于 75 微米的微粒尺 寸。在另一个实例中, 95% ( 按重量计 ) 的磨料微粒具有小于约 85 微米的微粒尺寸。这些 磨料微粒能够形成包括一种子图案的图案、 如 SARDTM( 在下面进一步讨论 )、 一种面心立方 的、 立方的、 六角形的、 菱形的、 螺旋的或随机的图案, 并且能够具有大于约 4000 个磨料微 2 粒 / 平方英寸 (620 个磨料微粒 /cm ) 的微粒浓度。在特定实例中, 通过使用一种铜焊膜如 铜焊带、 铜焊箔、 带穿孔的铜焊带或带穿孔的铜焊箔的合金铜焊来连接这些磨料微粒。 该铜 焊膜可具有的厚度是, 例如, 磨料微粒的最小微粒尺寸的约 60%或更小。金刚石分布 : 传统上, 金刚石颗粒总体上以随机分布或图案化分布已经被置于修 整器的表面上, 如图 4(a, b) 所示。一个随机分布的修整器由于它固有的缺乏制造一致性 而可能具有可重复性和再现性的问题。具有一个规则的图案化阵列的修整器具有在笛卡 尔坐标中金刚石固有的周期性, 这种周期性可在抛光垫上压印不希望的规则性。根据本发 明的一个实施方案, 在图 4(c) 中展示的一种自我消除随机分布 (self-avoiding random distribution)(SARDTM) 是由圣戈本磨料股份有限公司开发的, 以克服这两种不足。总体 TM 上, 可设计一个 SARD 阵列, 这样就不存在重复图案, 并且也不存在无金刚石的区域, 在真 TM 实的随机阵列中是预期有这些区域的。此外, 每个 SARD 修整器是通过每个金刚石位置的 精确复制来制造的并且具有就工艺稳定性、 批次的一致性以及晶片均匀性而言优越的抛光 性能。某些抛光数据在后来的部分中给出, 用于这三种类型的金刚石分布的比较。于 2006 年 1 月 19 日公开的发明名称为 “Abrasive Tools Made with a Self-AvoidingAbrasive Grain Array” 的美国专利申请号 2006/0010780 提供了关于 SARDTM 的另外的细节, 该申请 的传授内容通过引用全部结合在此。
     例如, 美国专利申请公开号 2006/0010780 描述了包括磨料颗粒、 粘合剂以及一 个基片的研磨工具, 这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围, 并 且由粘合剂将这些磨料颗粒以单层阵列粘附到基片上, 其特征在于 : (a) 这些磨料颗粒根 据一个非均匀图案在该阵列中被定向, 该非均匀图案具有围绕每个磨料颗粒一个隔离区 (exclusionary zone), 以及 (b) 每个隔离区具有一个最小半径, 该半径超过所希望的磨料 颗粒砂砾尺寸的最大半径。 一种用于制造研磨工具的方法, 这些研磨工具具有在每个磨料颗粒周围的一个选 定的隔离区, 这种方法包括以下步骤 : (a) 选择具有限定的尺寸和形状的一个二维平面区 域; (b) 选择用于该平面区域的一个希望的磨料颗粒砂砾尺寸和浓度 ; (c) 随机产生一系列 二维坐标值 ; (d) 将随机产生的每对坐标值限制在以一个最小值 (k) 与任何相邻的坐标值 不同的坐标值上 ; (e) 产生这些限定的的随机产生的坐标值的一个阵列, 该阵列具有充足 的对, 这些对在曲线图上绘制成多个点, 以产生对于选定的二维平面区域以及选定的磨料 颗粒砂砾尺寸的所希望的磨料颗粒浓度 ; 并且将一个磨料颗粒置于该阵列上的每一个点的 中心。
     用于制造围绕每个磨料颗粒具有一个选定的隔离区的研磨工具的另一种方法包 括以下步骤 : (a) 选择具有限定的尺寸和形状的一个二维平面区域 ; (b) 选择用于该平面区 域的所希望的磨料颗粒砂砾尺寸和浓度 ; (c) 选择一系列的坐标值对 (x1, y1), 这样沿着 至少一个轴的坐标值被限制为一个数字序列, 其中每个值以一个常量不同于下一个值 ; (d) 将每个选择的坐标值对 (x1, y1) 解除配对以提供一组选定的 x 值和一组选定的 y 值 ; (e) 随机从 x 值和 y 值的组中选择一系列的随机坐标值对 (x、 y), 每对具有以一个最小值 (k) 与任何相邻坐标值对的坐标值不同的坐标值 ; (f) 产生这些随机选择的坐标值对的一个阵 列, 这些坐标值具有足够的对, 这些对绘制成一条曲线图上的多个点, 以产生用于选定的二 维平面区域以及选定的磨料颗粒砂砾尺寸的所希望的磨料颗粒浓度 ; 并且 (g) 将一个磨料 颗粒置于在该阵列上的每一个点的中心处。
     实验验证
     分别选择并测试根据本发明的实施方案制造的三个 CMP 修整器设计 ( 分别是
     SGA-A、 SGA-B 和 SGA-C) 以及通过常规产品 A 与常规产品 B 制造的两个常规的 CMP 修整器设 计, 以比较打磨机性能。对于 SGA-A、 B 以及 C, 全部用相同的金刚石 SARDTM 分布和先进的铜 焊技术来制造, 包括使用如在美国临时申请号 60/846,416、 美国非临时申请号 11/857,499 或国际公开号 WO 2008/036892 A1 中讨论的铜焊膜 ( 例如, 铜焊带和铜箔 )。与铜焊糊相 比, 铜焊带和铜焊箔具有的优点是它们产生一种一致的铜焊公差 ( 铜焊的厚度 )。 与铜焊糊 和铜焊带相比, 铜焊箔熔化更加均匀并且更加迅速, 从而允许在 CMP 打磨机的制造时更高 的生产率。除了 SGA-A 采用了较少的攻击性的金刚石之外, SGA-A 和 SGA-B 的规格是相同 的。常规产品 A 是具有规则的金刚石分布的一种电镀产品, 而常规产品 B 是具有随机分布 的金刚石的一种被铜焊的产品。
     对抛光垫表面和抛光垫切削率的分析 : 在一个商用的聚氨酯双重叠加的抛光垫上 用列于表 1 中的带有在该抛光工具上的 12 磅的向下修整力的五个打磨机进行非原位修整。 通过连接到一个计算机数据采集系统上的一个断面仪和一个传感器来测量表面粗糙度和 抛光垫切削率。表 1 中还列出了抛光垫表面精整度 Ra(μm) 以及标准化的抛光垫切削率。 由 SGA-A 和 SGA-B 打磨机产生的表面粗糙度比由常规产品 A 与常规产品 B 打磨机产生的概 率, 对于先进的 50nm 以下的 CMP 工艺, 一个粗糙的抛光垫表面是人们不希望的。
     金刚石形状尺 寸分布浓度粘合抛光垫切 Ra 削率 ( 任 (μm) 意单位 ) 1.44 1 1.2 1.54SGA-A立方八面体 被切去了顶76 76SARDTM SARDTM32 32铜焊的 铜焊的SGA-B端的八面体 被切去了顶 端的八面体 不规则立方 八面体 不规则的块 状的 181 随机的 2 铜焊的 126 SARDTM 16 铜焊的1 1.88SGA-C 常规产品 A151图案化6电镀的1.86 1.40.7 1.97常规产品 B
     表1: 详细的修整器规格以及 Ra 和抛光垫切削率结果。
     这能够通过抛光垫凸凹性分析进一步得到证明。 从被修整的这些抛光垫获得的抛 光垫凸凹性高度分布揭示出 : 与其他的两种设计相比用 SGA-A 的分布与要均匀得多, 如在 图 5 中所示。这种更加严格并更加均匀的凸凹性分布应增加在抛光垫与晶片之间的接触面 积并因此而减少局部的高压力峰值, 这将减少晶片缺陷。抛光垫制造商们还尝试了增加在 该抛光垫与该晶片之间的接触面积以减少缺陷。
     类似于在抛光垫与晶片之间的接触面积的分析的情况, 通过产生如在图 6 中所示 的金刚石凸出高度的一个概率分布函数, 可估算在修整过程中抛光垫与这些金刚石磨料之 间的接触点。因为 X- 轴代表这些颗粒的凸出高度, 并且若假定这些有作用的修整颗粒是在 标准化的颗粒高度 ( 图 6 中的垂直线 ) 的 0.5 以上, 则可估算出有作用的修整颗粒的数目。
     从图 6 可以看出, 对于常规产品 A 和 B 的估算的活性修整颗粒的百分比分别是约 25%和 30%, 而 SGA-A 的该百分比是高于 75%。常规产品 B 的平均凸出高度是大约三倍地 高于 SGA-A 和常规产品 A 的平均凸出高度。SGA-A 的活性修整颗粒的数目与常规产品 A 的 活性修整颗粒的数目之比可估算为 (C1*0.75)/(C3*0.25), 其中, C1 等于 32 并且 C3 等于 6( 如在表 1 中可见 )。有作用的修整颗粒在数目上的差异还将在确定表 1 和图 5 中不同的 表面精整度和抛光垫凸凹性高度分布上发挥重要作用。
     CMP 测试
     进行了实验验证以便在晶片缺陷率、 材料 ( 晶片 ) 去除率 (MRR) 以及均匀性方面 比较修整器的性能。选择了先前已经讨论过的两个设计, SGA-B 和常规产品 A, 用于在实验 室设置 (SGA Lab) 和在加工车间设置 (Fab 1) 二者中进行基准测试。用带有 5 磅的一个固 定的向下力的原位 100%修整模式进行 SGA 实验室测试。在这两个测试点上的抛光和修整 方式是不同的。表 2 中列出的结果表明用 SGA-B 的晶片去除率高于常规产品 A 的晶片去除 率。用 SGA-B 的缺陷率还低于常规产品 A 的缺陷率, 但对于这两个打磨机来说, WIWNU( 晶 片内不均匀性 ) 是可比的。
     表2: CMP 性能数据比较
     表 3 还示出从来自另一个加工车间 (Fab 2) 的图案化的晶片获得的 CMP 数据。 SGA-A 和常规产品 A 对于一个给定的修整器寿命均是合格的, 且并未尝试超过这个时间进 行测试。再一次, 用 SGA-A 的去除率比常规产品 A 高出约 10%, 甚至具有 35%的更长的抛 光垫寿命。 这清楚地表明一个最佳的修整器设计可实现更高的晶片去除率和更长的抛光垫 寿命二者。
     表3: 来自图案化的产品晶片的 CMP 性能数据
     图 7 展示了从 300mm 的图案化的产品晶片获得的后 -CMP 氧化物沟槽深度的平面 性数据。 可以看出, 用 SGA-A 的平均氧化物保持沟槽深度显著高于用常规产品 B 的情况。 这
     种结果清楚地展示了在凹形变形方面的改进, 其中这种改进归因于这种优化的 SGA-A 修整 器设计。更详细地来讲, 该 SGA-A 修整器将一种优化的质地赋予该抛光垫表面。该有质地 的抛光垫表面具有更小的凹槽和特征, 这些凹槽和特征对晶片抛光过程中的附聚或以其他 方式截留大量的浆料 ( 或研磨材料 ) 是更有抵抗力的。发生在 ( 由常规的抛光垫修整器引 起的 ) 较大的抛光垫凹槽 / 特征中的浆料的这种附聚和 / 或大量收集浆料的作用是更具进 攻性地切削, 由此去除更多的沟槽层, 这最终导致凹形变形 ( 实质上是一种沉积在正在被 加工的晶片的沟槽层上的层中的凹窝 )。 在这个意义上, 根据本发明的一个实施方案来配置 的一个抛光垫修整器的作用是减少凹形变形。
     因此, 关键性修整器设计参数的优化, 诸如磨料尺寸、 磨料分布、 磨料形状、 磨料浓 度、 磨料凸出高度分布以及凸凹性分布, 已经展示出产生所希望的抛光垫质地并因此减少 的晶片缺陷率。根据本发明的实施方案优化的修整器的益处已在先进的 50nm 以下的 CMP 工艺中得到了验证, 其中对缺陷的严格控制对于 IC 制造工艺的进一步的成功的整合是至 关重要的。
     为了解说和描述的目的已经给出了以上对本发明的实施方案的说明。 它并不旨在 是穷尽性的或者将本发明限制在所披露的确切形式上。根据本披露可进行许多修改和变 化。此处的意图是使本发明的范围不受本详细说明的限制, 而是受所附的权利要求书的限 制。

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1、10申请公布号CN101983116A43申请公布日20110302CN101983116ACN101983116A21申请号200880101156122申请日2008082160/96586220070823USB24B37/04200601B24B53/12200601B24D3/0620060171申请人圣戈班磨料磨具有限公司地址美国马塞诸塞州申请人法国圣戈班磨料磨具公司72发明人T黄JG巴尔多尼T珀坦纳恩加迪74专利代理机构上海专利商标事务所有限公司31100代理人顾敏54发明名称用于下一代氧化物/金属CMP的优化的CMP修整器设计57摘要对几个关键性修整器设计参数进行了研究。其目的。

2、是通过考虑多个因素,如晶片缺陷、抛光垫寿命以及修整器寿命,来改进修整器的性能。为了这一研究,选择了几个关键性修整器设计参数,如金刚石类型、金刚石尺寸、金刚石形状、金刚石浓度以及分布,以确定它们对CMP性能和工艺稳定性的影响。进行了实验验证。将修整器规格与每一个具体的CMP环境预计的应用进行匹配,以便改进特别地用于出现的技术节点的工艺稳定性和CMP的性能。在本领域中开发并成功地运行了几种修整器设计。根据一个实施方案实现了对300MM的CMP工艺的显著的平面性改进,并且用另一个实施方案同时实现了抛光垫寿命与晶片抛光率的提高。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010012986PCT申请的。

3、申请数据PCT/US2008/0738232008082187PCT申请的公布数据WO2009/026419EN2009022651INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图3页CN101983118A1/1页21一种用于CMP抛光垫修整的研磨工具,该研磨工具包括磨料颗粒、粘合剂以及一个基片,这些磨料颗粒由该粘合剂以一个单层阵列粘附到该基片上,其特征在于这些磨料颗粒相对于颗粒尺寸、颗粒分布、颗粒形状、颗粒浓度以及颗粒凸出高度的分布进行了优化,由此使其能够实现一种所希望的CMP抛光垫质地。2如权利要求1所述的研磨工具,其中将这些磨料颗粒根据一种非均匀图。

4、案在该阵列中定向,该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区,并且每个隔离区具有一个最小半径,该最小半径超过所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸的最大半径3如权利要求1所述的研磨工具,其中按重量计至少50的这些磨料颗粒独立地具有小于约75微米的微粒尺寸。4如权利要求1所述的研磨工具,其中所希望的CMP抛光垫质地是RA值小于18M的一种表面精整度。5如权利要求1所述的研磨工具,其中将这些磨料颗粒粘附到该基片上的粘合剂是铜焊带或铜焊箔中的一种。6如权利要求1所述的研磨工具,其中由该工具提供的所希望的CMP抛光垫质地是抗磨料附聚的,由此减少了在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。7一种CMP抛光垫修整器,包括粘合剂。

5、;对于颗粒尺寸、颗粒分布、颗粒形状、颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布优化的磨料颗粒,由此使其能够实现一种所希望的CMP抛光垫质地,其中按重量计至少50的磨料颗粒独立地具有小于约75微米的微粒尺寸;以及一个基片,这些磨料颗粒在一个单层阵列中被该粘合剂粘附到该基片上;其中,这些磨料颗粒根据一个非均匀图案在该阵列中定向,该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区,并且每个隔离区具有一个最小半径,该最小半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大半径。8如权利要求1所述的研磨工具,其中所希望的CMP抛光垫质地是RA值小于18M的一种表面精整度。9如权利要求1所述的研磨工具,其中将这些磨料颗粒粘附到该基片上的粘合剂是。

6、铜焊带或铜焊箔中的一种。10如权利要求1所述的研磨工具,其中由该工具提供的所希望的CMP抛光垫质地是抗磨料附聚的,由此减少了由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。11一种用于CMP抛光垫修整的研磨工具,该研磨工具包括磨料颗粒、粘合剂以及一个基片,这些磨料颗粒由该粘合剂以一个单层阵列粘附到该基片上,其特征在于至少50按重量计的这些磨料颗粒独立地具有小于约75微米的微粒尺寸,并且这些磨料颗粒相对于颗粒尺寸、颗粒分布、颗粒形状、颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布是优化的,由此使其能够实现一种希望的CMP抛光垫质地;其中,由该工具提供的所希望的CMP抛光垫质地是抗磨料附聚的,由此提供对在由该抛光垫加工的晶片上的。

7、凹形变形的抵抗作用。12一种用于CMP抛光垫修整的研磨工具,该工具能提供一种希望的CMP抛光垫质地,这种抛光垫质地是抗磨料附聚的,由此提供了对于在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形的抵抗作用。权利要求书CN101983116ACN101983118A1/7页3用于下一代氧化物/金属CMP的优化的CMP修整器设计0001相关申请0002本申请根据35USC119E要求2007年8月23日的提交的美国临时申请号60/965,862的权益,该申请通过引用全文结合在此。技术领域0003本发明涉及磨料技术,并且更具体地讲涉及CMP修整器。背景技术0004随着集成电路IC技术继续缩小到45纳米NM和32NM。

8、特征的尺寸,平面性与严格的缺陷控制正在变得日益重要。这些要求使不同的化学机械平整化CMP消耗品的供应商所面临的挑战加剧,这些消耗品包括抛光垫、浆液以及修整器。在修整过程中,通过修整抛光垫的打光的表面以便简单地维持工艺的稳定性是不够的。此外,该修整器还负责产生抛光垫质地或形貌,这显著影响晶片的表面质量。不适当的修整器选择可在抛光的晶片表面产生微刮痕并且增加凹形变形。0005因此,对于开发满足严格的缺陷要求特别是对先进的50NM以下的技术节点的抛光垫修整器存在一种需要。发明内容0006本发明的一个实施方案提供了一种用于CMP抛光垫修整的研磨工具。该工具包括磨料颗粒、粘合剂以及一个基片。这些磨料颗粒。

9、由该粘合剂以一个单层阵列粘附到该基片上。这些磨料颗粒相对于颗粒尺寸、颗粒分布、颗粒形状、颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布进行了优化,由此使其能够实现一种希望的CMP抛光垫质地。例如,能够将这些磨料颗粒根据一个非均匀图案在该阵列中定向,该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区,并且每个隔离区具有一个最小半径,该最小半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大半径。在一个具体情况中,至少50按重量计的这些磨料颗粒独立地具有小于约75微米的微粒尺寸。在另一个具体情况中,所希望的CMP抛光垫质地是RA值小于18微米M的一种表面精整度。在又一个具体情况中,将这些磨料颗粒粘附到该基片上的粘合剂是铜焊带或铜焊箔中的一种。

10、。在一个进一步的具体情况中,由该工具提供的所希望的CMP抛光垫质地是抗磨料附聚的,由此减少了在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。0007本发明的另一个实施方案提供了一种CMP抛光垫修整器。该修整器包括相对于颗粒尺寸、颗粒分布、颗粒形状、颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布被优化的磨料颗粒,由此使其能够实现一种希望的CMP抛光垫质地例如,RA值小于18M的抛光垫表面精整度。至少50按重量计的这些磨料颗粒独立地具有小于约75微米的微粒尺寸。这些磨料颗粒是由一种粘合剂例如,铜焊带或铜焊箔以一个单层阵列粘附到一个基片上。这些磨料颗粒根据一个非均匀图案在该阵列中定向,该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区,并且。

11、每个隔离区具有一个最小半径,该最小半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最说明书CN101983116ACN101983118A2/7页4大半径。在一个具体情况中,由该工具提供的所希望的CMP抛光垫质地是抗磨料附聚的,由此减少在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形。0008本发明的再一个实施方案提供了一种用于CMP抛光垫修整的研磨工具。该工具包括磨料颗粒、粘合剂以及一个基片。用该粘合剂将这些磨料颗粒以一个单层阵列粘附到该基片上。至少50按重量计的这些磨料颗粒独立地具有小于约75微米的一个微粒尺寸,并且对于颗粒尺寸、颗粒分布、颗粒形状、颗粒浓度以及颗粒凸出高度分布这些磨料颗粒进行了优化,由此使其能够实现。

12、一种希望的CMP抛光垫质地。由该工具提供的希望的CMP抛光垫质地是抗磨料附聚的,由此提供了对在由该抛光垫加工的晶片上的凹形变形的耐受性。0009根据本披露,其他的多个实施方案将是清楚的,包括修整CMP抛光垫的多种方法以及制造这种CMP抛光垫的多种技术。0010在此描述的特征和优点不是全盘包纳的,并且具体地讲,本领域的普通技术人员将通过阅读附图、说明书以及权利要求书而明了许多另外的特征和优点。此外,应指出在本说明书中使用的语言主要是为可读性和指导性目的来进行选择的,而不是为了限制本发明主题的范围。附图说明0011在这些附图中,参考符号指的是贯穿不同视图的相同的部分。这些附图并不一定按比例绘制;而。

13、重点则放在说明本发明的原理上。在这些图中0012图1展示了1、3和6类金刚石微粒的光学图像。0013图2展示了对于六种磨料类型的抛光垫磨损率与金刚石锋利度之间的关系。0014图3展示了两种设计高和低金刚石浓度的抛光垫磨损率曲线。0015图4展示了在一个修整器表面上的不同的金刚石分布。0016图5展示了抛光垫凸凹性的高度分布。0017图6展示了金刚石凸出高度分布函数的概率。0018图7展示了自300MM的产品晶片的后CMP氧化物沟槽深度。具体实施方式0019表面粗糙度更光滑。还应注意常规产品B打磨机的抛光垫的切削率在五个打磨机中是最低的但RA值是最高的。如先前提到的,因为在晶片表面产生缺陷的更高。

14、的在此披露了一种CMP修整器设计以及多种相关的技术。正如通过本披露将会认识到,通过对不同的抛光垫修整器设计参数的优化可产生最佳的CMP抛光垫质地。这样的最佳的抛光垫质地进而导致晶片缺陷的减少。0020修整器设计参数的优化0021根据本发明的实施方案,通过产生人们希望的抛光垫质地能够将几项修整器设计参数优化以改进晶片缺陷率。在一个具体的实施方案中,这些设计参数包括磨料尺寸、磨料分布、磨料形状以及磨料浓度。将逐一讨论这些修整器设计参数中的每个参数以及与它与最佳的抛光垫质地的相关性。0022磨料类型金刚石是用在CMP修整器应用中的典型的磨料。考虑了金刚石类型的说明书CN101983116ACN101。

15、983118A3/7页5适当选择,因为它能够直接影响所造成的抛光垫表面质地。就几种形状参数,如长径比、凸度以及锋利度而言,能够对不同的金刚石类型进行表征。根据本发明的不同实施方案的基础性原理,对6种类型的金刚石微粒进行了研究。如可以看到,图1示出了三种选定类型的光学显微图像示出了1、3和6类,并且可以推断出2、4和5类,因为不规则性随着类型编号的增加而增加。图1中的类型1由八面体颗粒以及立方八面体颗粒构成,其中这些拐角被切去顶端并且微粒具有最小磨削性。相对于类型1和2,类型3具有更锋利的角和更大的磨削性。类型6是在所有类型1到6中形状最不规则的。这样的磨料微粒易遭受金刚石破裂,它们能够在晶片上。

16、产生刮痕并因此而通常不适合于CMP修整器应用。因此,用于CMP修整器的金刚石磨料类型的选择需要在形状和抗破裂性能之间的一种适当的平衡。用这六种类型的金刚石微粒制造了CMP修整器,并且在一个聚氨酯CMP抛光垫上产生抛光垫切削率以估算修整器的进攻能力。然后将这些结果进一步与每种磨料类型的锋利度进行关联。锋利度与抛光垫磨损率之间的关系遵循如图2中所示的线性表现,并且相关系数接近于1。总体上讲,随着磨料类型的锋利度增加,抛光垫的磨损率增加。因此,就抛光垫切削率而言,锋利度能够被有效地用于预测金刚石的进攻能力。0023金刚石的浓度和尺寸根据本发明的一个具体实施例,金刚石的尺寸和浓度的选择是相互关联的。在。

17、一个修整器表面上可放置的金刚石微粒的数目受到微粒尺寸的限制。利用更精细的尺寸,金刚石微粒的数目可显著地增加。对于一个给定的金刚石尺寸,金刚石浓度的增加提高了抛光垫的切削率。通过测量在整个打磨机一个修整抛光垫有时被称为一个打磨机寿命期间的抛光垫切削率,能够估算时间相关的的修整器表现。对用低金刚石浓度和高金刚石浓度制造的两个修整器分别进行测试,并且在整个修整时间上测量抛光垫的磨损率。在图3中示出的抛光垫切削率曲线清楚揭示了时间相关的不同的行为。具有较高金刚石浓度的修整器表现出在初始的切入阶段之后的更加稳定的性能和较长的打磨机寿命,但由于较高的抛光垫切削率而抛光垫寿命较短。于2006年9月22日提交。

18、的发明名称为“CONDITIONINGTOOLFORCHEMICALMECHANICALPLANARIZATION”的美国临时申请号60/846,416、于2007年9月19日提交的美国非临时专利申请号11/857,499、以及于2008年3月27日公开的发明名称为“CONDITIONINGTOOLSANDTECHNIQUESFORCHEMICALMECHANICALPLANARIZATION”的国际公开号WO2008/036892A1提供了关于CMP修整器的另外的细节,包括使用精细金刚石例如,75微米以及更小,所有三项申请所传授的内容均通过引用全部结合在此。0024正如在本申请中所描述的,通。

19、过将磨料微粒例如通过铜焊、烧结或电镀结合到一个支撑构件的前侧或后侧之一上能够产生用于修整CMP抛光垫的工具。该支撑件的前侧和后侧优选基本上相互平行并且优选地将该工具制成具有小于约0002英寸的不平整度。在一个实例中,至少50按重量计的磨料微粒如金刚石微粒具有小于75微米的微粒尺寸。在另一个实例中,95按重量计的磨料微粒具有小于约85微米的微粒尺寸。这些磨料微粒能够形成包括一种子图案的图案、如SARDTM在下面进一步讨论、一种面心立方的、立方的、六角形的、菱形的、螺旋的或随机的图案,并且能够具有大于约4000个磨料微粒/平方英寸620个磨料微粒/CM2的微粒浓度。在特定实例中,通过使用一种铜焊膜。

20、如铜焊带、铜焊箔、带穿孔的铜焊带或带穿孔的铜焊箔的合金铜焊来连接这些磨料微粒。该铜焊膜可具有的厚度是,例如,磨料微粒的最小微粒尺寸的约60或更小。说明书CN101983116ACN101983118A4/7页60025金刚石分布传统上,金刚石颗粒总体上以随机分布或图案化分布已经被置于修整器的表面上,如图4A,B所示。一个随机分布的修整器由于它固有的缺乏制造一致性而可能具有可重复性和再现性的问题。具有一个规则的图案化阵列的修整器具有在笛卡尔坐标中金刚石固有的周期性,这种周期性可在抛光垫上压印不希望的规则性。根据本发明的一个实施方案,在图4C中展示的一种自我消除随机分布SELFAVOIDINGRA。

21、NDOMDISTRIBUTIONSARDTM是由圣戈本磨料股份有限公司开发的,以克服这两种不足。总体上,可设计一个SARDTM阵列,这样就不存在重复图案,并且也不存在无金刚石的区域,在真实的随机阵列中是预期有这些区域的。此外,每个SARDTM修整器是通过每个金刚石位置的精确复制来制造的并且具有就工艺稳定性、批次的一致性以及晶片均匀性而言优越的抛光性能。某些抛光数据在后来的部分中给出,用于这三种类型的金刚石分布的比较。于2006年1月19日公开的发明名称为“ABRASIVETOOLSMADEWITHASELFAVOIDINGABRASIVEGRAINARRAY”的美国专利申请号2006/0010。

22、780提供了关于SARDTM的另外的细节,该申请的传授内容通过引用全部结合在此。0026例如,美国专利申请公开号2006/0010780描述了包括磨料颗粒、粘合剂以及一个基片的研磨工具,这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围,并且由粘合剂将这些磨料颗粒以单层阵列粘附到基片上,其特征在于A这些磨料颗粒根据一个非均匀图案在该阵列中被定向,该非均匀图案具有围绕每个磨料颗粒一个隔离区EXCLUSIONARYZONE,以及B每个隔离区具有一个最小半径,该半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大半径。0027一种用于制造研磨工具的方法,这些研磨工具具有在每个磨料颗粒周围的一个选定的隔离区,。

23、这种方法包括以下步骤A选择具有限定的尺寸和形状的一个二维平面区域;B选择用于该平面区域的一个希望的磨料颗粒砂砾尺寸和浓度;C随机产生一系列二维坐标值;D将随机产生的每对坐标值限制在以一个最小值K与任何相邻的坐标值不同的坐标值上;E产生这些限定的的随机产生的坐标值的一个阵列,该阵列具有充足的对,这些对在曲线图上绘制成多个点,以产生对于选定的二维平面区域以及选定的磨料颗粒砂砾尺寸的所希望的磨料颗粒浓度;并且将一个磨料颗粒置于该阵列上的每一个点的中心。0028用于制造围绕每个磨料颗粒具有一个选定的隔离区的研磨工具的另一种方法包括以下步骤A选择具有限定的尺寸和形状的一个二维平面区域;B选择用于该平面区。

24、域的所希望的磨料颗粒砂砾尺寸和浓度;C选择一系列的坐标值对X1,Y1,这样沿着至少一个轴的坐标值被限制为一个数字序列,其中每个值以一个常量不同于下一个值;D将每个选择的坐标值对X1,Y1解除配对以提供一组选定的X值和一组选定的Y值;E随机从X值和Y值的组中选择一系列的随机坐标值对X、Y,每对具有以一个最小值K与任何相邻坐标值对的坐标值不同的坐标值;F产生这些随机选择的坐标值对的一个阵列,这些坐标值具有足够的对,这些对绘制成一条曲线图上的多个点,以产生用于选定的二维平面区域以及选定的磨料颗粒砂砾尺寸的所希望的磨料颗粒浓度;并且G将一个磨料颗粒置于在该阵列上的每一个点的中心处。0029实验验证00。

25、30分别选择并测试根据本发明的实施方案制造的三个CMP修整器设计分别是说明书CN101983116ACN101983118A5/7页7SGAA、SGAB和SGAC以及通过常规产品A与常规产品B制造的两个常规的CMP修整器设计,以比较打磨机性能。对于SGAA、B以及C,全部用相同的金刚石SARDTM分布和先进的铜焊技术来制造,包括使用如在美国临时申请号60/846,416、美国非临时申请号11/857,499或国际公开号WO2008/036892A1中讨论的铜焊膜例如,铜焊带和铜箔。与铜焊糊相比,铜焊带和铜焊箔具有的优点是它们产生一种一致的铜焊公差铜焊的厚度。与铜焊糊和铜焊带相比,铜焊箔熔化更加。

26、均匀并且更加迅速,从而允许在CMP打磨机的制造时更高的生产率。除了SGAA采用了较少的攻击性的金刚石之外,SGAA和SGAB的规格是相同的。常规产品A是具有规则的金刚石分布的一种电镀产品,而常规产品B是具有随机分布的金刚石的一种被铜焊的产品。0031对抛光垫表面和抛光垫切削率的分析在一个商用的聚氨酯双重叠加的抛光垫上用列于表1中的带有在该抛光工具上的12磅的向下修整力的五个打磨机进行非原位修整。通过连接到一个计算机数据采集系统上的一个断面仪和一个传感器来测量表面粗糙度和抛光垫切削率。表1中还列出了抛光垫表面精整度RAM以及标准化的抛光垫切削率。由SGAA和SGAB打磨机产生的表面粗糙度比由常规。

27、产品A与常规产品B打磨机产生的概率,对于先进的50NM以下的CMP工艺,一个粗糙的抛光垫表面是人们不希望的。0032金刚石形状尺寸分布浓度粘合RAM抛光垫切削率任意单位SGAA立方八面体76SARDTM32铜焊的1441SGAB被切去了顶端的八面体76SARDTM32铜焊的15412SGAC被切去了顶端的八面体126SARDTM16铜焊的1881常规产品A不规则立方151图案化6电镀的18614八面体常规产品B不规则的块状的181随机的2铜焊的1970700330034表1详细的修整器规格以及RA和抛光垫切削率结果。0035这能够通过抛光垫凸凹性分析进一步得到证明。从被修整的这些抛光垫获得的抛。

28、光垫凸凹性高度分布揭示出与其他的两种设计相比用SGAA的分布与要均匀得多,如在图5中所示。这种更加严格并更加均匀的凸凹性分布应增加在抛光垫与晶片之间的接触面积并因此而减少局部的高压力峰值,这将减少晶片缺陷。抛光垫制造商们还尝试了增加在该抛光垫与该晶片之间的接触面积以减少缺陷。说明书CN101983116ACN101983118A6/7页80036类似于在抛光垫与晶片之间的接触面积的分析的情况,通过产生如在图6中所示的金刚石凸出高度的一个概率分布函数,可估算在修整过程中抛光垫与这些金刚石磨料之间的接触点。因为X轴代表这些颗粒的凸出高度,并且若假定这些有作用的修整颗粒是在标准化的颗粒高度图6中的垂。

29、直线的05以上,则可估算出有作用的修整颗粒的数目。0037从图6可以看出,对于常规产品A和B的估算的活性修整颗粒的百分比分别是约25和30,而SGAA的该百分比是高于75。常规产品B的平均凸出高度是大约三倍地高于SGAA和常规产品A的平均凸出高度。SGAA的活性修整颗粒的数目与常规产品A的活性修整颗粒的数目之比可估算为C1075/C3025,其中,C1等于32并且C3等于6如在表1中可见。有作用的修整颗粒在数目上的差异还将在确定表1和图5中不同的表面精整度和抛光垫凸凹性高度分布上发挥重要作用。0038CMP测试0039进行了实验验证以便在晶片缺陷率、材料晶片去除率MRR以及均匀性方面比较修整器。

30、的性能。选择了先前已经讨论过的两个设计,SGAB和常规产品A,用于在实验室设置SGALAB和在加工车间设置FAB1二者中进行基准测试。用带有5磅的一个固定的向下力的原位100修整模式进行SGA实验室测试。在这两个测试点上的抛光和修整方式是不同的。表2中列出的结果表明用SGAB的晶片去除率高于常规产品A的晶片去除率。用SGAB的缺陷率还低于常规产品A的缺陷率,但对于这两个打磨机来说,WIWNU晶片内不均匀性是可比的。00400041表2CMP性能数据比较0042表3还示出从来自另一个加工车间FAB2的图案化的晶片获得的CMP数据。SGAA和常规产品A对于一个给定的修整器寿命均是合格的,且并未尝试。

31、超过这个时间进行测试。再一次,用SGAA的去除率比常规产品A高出约10,甚至具有35的更长的抛光垫寿命。这清楚地表明一个最佳的修整器设计可实现更高的晶片去除率和更长的抛光垫寿命二者。00430044表3来自图案化的产品晶片的CMP性能数据0045图7展示了从300MM的图案化的产品晶片获得的后CMP氧化物沟槽深度的平面性数据。可以看出,用SGAA的平均氧化物保持沟槽深度显著高于用常规产品B的情况。这说明书CN101983116ACN101983118A7/7页9种结果清楚地展示了在凹形变形方面的改进,其中这种改进归因于这种优化的SGAA修整器设计。更详细地来讲,该SGAA修整器将一种优化的质地。

32、赋予该抛光垫表面。该有质地的抛光垫表面具有更小的凹槽和特征,这些凹槽和特征对晶片抛光过程中的附聚或以其他方式截留大量的浆料或研磨材料是更有抵抗力的。发生在由常规的抛光垫修整器引起的较大的抛光垫凹槽/特征中的浆料的这种附聚和/或大量收集浆料的作用是更具进攻性地切削,由此去除更多的沟槽层,这最终导致凹形变形实质上是一种沉积在正在被加工的晶片的沟槽层上的层中的凹窝。在这个意义上,根据本发明的一个实施方案来配置的一个抛光垫修整器的作用是减少凹形变形。0046因此,关键性修整器设计参数的优化,诸如磨料尺寸、磨料分布、磨料形状、磨料浓度、磨料凸出高度分布以及凸凹性分布,已经展示出产生所希望的抛光垫质地并因。

33、此减少的晶片缺陷率。根据本发明的实施方案优化的修整器的益处已在先进的50NM以下的CMP工艺中得到了验证,其中对缺陷的严格控制对于IC制造工艺的进一步的成功的整合是至关重要的。0047为了解说和描述的目的已经给出了以上对本发明的实施方案的说明。它并不旨在是穷尽性的或者将本发明限制在所披露的确切形式上。根据本披露可进行许多修改和变化。此处的意图是使本发明的范围不受本详细说明的限制,而是受所附的权利要求书的限制。说明书CN101983116ACN101983118A1/3页10图1图2图3图4说明书附图CN101983116ACN101983118A2/3页11图5图6说明书附图CN101983116ACN101983118A3/3页12图7说明书附图CN101983116A。

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