专利名称：抛光垫及其使用方法
背景技术：
本发明涉及在化学机械平面化工艺中增加抛光组合物相对于接触面积的有关体积。
三维固定研磨抛光垫已经用于化学机械平面化工艺，以便对制造半导体器件用的晶片表面上存在的绝缘件、金属线和互连件进行平面化和抛光。这些抛光垫上的三维结构以圆柱、四方柱、六角柱、棱锥和截棱锥的形式从基底表面上伸出来。
在众多的化学机械平面化工艺中，抛光组合物与半导体晶片表面接触。抛光组合物以化学方式修饰晶片表面，使该表面更易于进行清理。化学机械平面化工艺用的固定研磨抛光垫与带颗粒浆液的垫子能够去除晶片的修饰层和废弃抛光组合物，使得表面修饰/清理过程得以重复，直至得到所需的最终晶片表面性质。
概述本发明一方面提供了一种化学修饰生产半导体器件用的晶片的方法，它包括(1)使晶片表面与整个表面上有着许多重复单元的制品接触，每个单元至少包含一部分三维结构，其特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞5其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积；(2)在抛光组合物存在的条件下，至少相对移动晶片和制品中的一个，抛光组合物能与晶片表面发生化学反应，从而能提高或者降低去除至少一部分晶片表面的速度。
在一个实施方式中，晶片的一部分包含晶片的一个化学独立相。在另一个实施方式中，所述单元包含许多三维结构。在其他实施方式中，[(V1-Vs)/Aas]/√Auc≥10。在某些实施方式中，[(V1-Vs)/Aas]/√Auc≥15。在一个实施方式中，[(V1-Vs)/Aas]/√Auc≥20。
在另一个实施方式中，决定所述结构表观接触面积的至少一个尺寸在1μm至不超过500μm之间。在其他实施方式中，决定所述结构表观接触面积的至少一个尺寸在1μm至不超过200μm之间。在另一个实施方式中，一个结构的表观接触面积在1μm2-200 000μm2之间。
在一个实施方式中，所述结构的高度为10μm-500μm。在某些实施方式中，15μm≥√Auc≥2000μm。
在其他实施方式中，单元包含一种三维结构。在另一个实施方式中，单元包含几个三维结构。在某些实施方式中，所述单元包含几个三维结构的一部分。
在某些实施方式中，制品是用来修饰制造半导体器件用的晶片的表面的固定磨擦制品，它包含许多以预定方式排列在该磨具一定区域的固定研磨结构，这些区域的尺寸足以满足对制造半导体器件用的晶片的表面进行平面化。
在另一个实施方式中，所述区域包含至少约10个结构/线厘米，至少约50个结构，或者至少约500个结构/线厘米。
在某些实施方式中，三维结构均匀分布在所述区域中。在其他实施方式中，三维结构以一定方式周期性排列。在一个实施方式中，至少有些三维结构是呈簇的。
在一个实施方式中，三维结构还包含一种粘合剂和分布在粘合剂中的磨粒。在其他实施方式中，三维结构基本上不含无机磨粒。在一个实施方式中，三维结构基本上不含能与晶片反应的组分。
在某些实施方式中，三维结构的形状选自立方柱、圆柱、矩形柱、棱柱、棱锥、截棱锥、圆锥、截圆锥、十字形、半球形以及它们的组合。在一个实施方式中，三维结构包含具有相对于棱锥底面倾斜度不同的侧面的棱锥体。在另一个实施方式中，基本上所有的三维结构都具有相同的形状和尺寸。
在某些实施方式中，三维结构位于抛光部件上，且该制品进一步包括(1)弹性部件，(2)位于抛光部件和弹性部件之间的刚性部件。在另一个实施方式中，刚性部件粘合于抛光部件和弹性部件。
在一个实施方式中，所述方法包括对适于制造半导体器件的晶片的表面进行平面化。在另一个实施方式中，所述方法包括对制造半导体器件用的晶片的金属(例如铜)表面进行平面化。在其他实施方式中，所述方法包括对适于制造半导体器件的晶片的绝缘表面进行平面化。在某些实施方式中，所述方法基本上听不见振动。
在某些实施方式中，所述方法在没有无机磨粒的情况下进行。在其他实施方式中，抛光组合物包含磨粒。在另一个实施方式中，抛光组合物基本上不含磨粒。
在一个实施方式中，所述方法还包括在至少约200分钟的时间内，每分钟从至少一个晶片的表面上除去至少约500的材料。在其他实施方式中，所述方法还包括每分钟从至少一个晶片的表面上除去至少约500的材料，从而提供非均匀性不超过约10％的晶片。
在另一个实施方式中，所述结构是长的棱柱结构。在另一个实施方式中，所述结构包含长形的脊。
本发明另一方面提供了一种对生产半导体器件用的晶片进行化学修饰的方法，它包括(1)使晶片表面与整个表面上有着许多重复单元的制品接触，每个单元至少包含一部分三维结构，其特征单元参数[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞1，其中，V1是由单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积，三维结构基本上不含无机磨粒；(2)在抛光组合物的存在下，至少相对移动晶片和所述制品中的一个，所述抛光组合物能与晶片表面发生化学反应，从而能提高或者降低去除至少一部分晶片表面的速度。
在其他方面，本发明提供了一种修饰制造半导体器件用的晶片的表面的制品，该制品包括(1)在所述制品整个表面上具有许多重复单元的第一部件，每个单元至少包含三维结构的一部分，其特点是单元参数[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞1，其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积，这些三维结构基本上不含无机磨粒；(2)弹性相对较大的弹性部件；(3)位于第一部件和弹性部件之间刚性较大的刚性部件。
在某些实施方式中，三维结构有助于对适于制造半导体器件的晶片表面进行化学修饰。在一个实施方式中，制品是带材形式。在其他实施方式中，制品是圆形抛光垫的形式。
一方面，本发明提供一种适用于化学机械平面化工艺的制品，在其整个表面上有许多重复单元的部件，所述每个单元包含至少一部分基本上不含无机磨粒且有助于对制造半导体器件用的晶片表面进行化学修饰的三维结构，所述单元的特点是单元参数[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞1，其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积。在某些实施方式中，制品还包括弹性相对较大的弹性元件和位于弹性相对较大的弹性部件与第一部件之间的刚性相对较大的刚性部件。
另一方面，本发明提供一种制品，它包括一个在该制品整个表面上含有许多重复单元的部件，每个单元至少包含一部分三维结构，其特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞5其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积。在某些实施方式中，三维结构包含磨粒。在其他实施方式中，三维结构有助于对适于制造半导体器件的晶片的表面进行化学修饰。在一个实施方式中，制品还包含弹性相对较大的弹性部件和位于弹性相对较大的弹性部件与第一部件之间刚性相对较大的刚性。
在另一个实施方式中，所述制品能够在至少约200分钟的时间内，每分钟从适于制造半导体器件的晶片上除去至少约500的材料。在其他实施方式中，所述制品能够每分钟从适于制造半导体器件的多个晶片的表面上除去至少约500的材料，从而提供非均匀性不超过约10％的晶片表面。在某些实施方式中，制品是个带材。在其他实施方式中，制品是圆形抛光垫的形式。
术语“单元”是指平铺在用来修饰适于制造半导体器件的晶片表面的制品平面上的二维阵列结构的最小重复单元。单元类似于结晶物质的晶胞。所述单元在平铺在平面上时可以是沿着线或对于点进行平移、旋转、反射，或这几种操作的组合。平铺在平面上的单元可以多于一个。例如在
图1中，平铺在制品平面上的最小重复单元是三角形。出于本发明的目的，对于上述定义的单元有一个例外的情况，即制品包括一些长的平行结构，也就是说，此结构的长度尺寸比宽度尺寸大，以致其长宽比至少为2∶1，相互平行排列。对于包括长平行结构的制品，单元人为地设定为边长结构的宽度与结构间距宽度之和的一个正方形，即长度尺寸人为地设定为等于所述结构的宽度与相邻结构间距宽度之和。
术语“表观接触面积”是指一个物体，例如一个结构或抛光垫的上表面的面积，当两个物体在某种外加负重下相互接触时，所述物体看上去能够接触适于制造半导体器件的晶片表面。与适于制造半导体器件的晶片表面接触的实际面积，即实际接触面积，一般认为小于表观接触面积。
术语“％表观承受面积”是指制品上，相对于所述制品上某个区域之内总平面面积的表观接触面积的百分数。所述区域的尺寸适合于对制造半导体器件的晶片表面进行平面化。
具有满足不等式[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞5的单元的抛光垫，能在足够时间内为晶片表面提供足够量的抛光组合物，使得晶片表面发生化学反应。抛光垫还能在单位时间内对表面进行足够次数的清扫(即用抛光垫上的结构对晶片表面进行清扫的次数)，以便去除晶片表面上的废弃化学物质及其他副产物，为反应提供新的表面。抛光垫还提供了良好的液体流动性和足够体积的抛光组合物，这样在抛光操作中就不断有新的抛光组合物与晶片表面接触。
此外，抛光垫还给载具带来的总摩擦力比较小，在抛光过程中去除速度和温度都相当稳定。在某些实施方式中，有些抛光垫由于表观接触面的面积减少而必须对它进行修饰而操作中断时间比较短。在某些实施方式中，抛光垫能在很长抛光时间内具有可重复的去除速度。
从下面对优选实施方式的描述和权利要求书中，可以了解本发明的其他结构。
附图简述图1是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的单元顶视图。
图2是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的第二个实施方式的单元透视图，所述制品包含截棱柱结构。
图3是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的第三个实施方式的单元透视图，所述制品包含截棱柱结构。
图4是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的第四个实施方式的透视图，所述制品包含三棱锥结构。
图5是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的第五个实施方式的透视图，所述制品包含截棱锥结构。
图6是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的第六个实施方式的透视图，所述制品包含棱柱结构。
图7是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的第七个实施方式的透视图，所述制品包含圆柱结构。
图8是用来对适于制造半导体器件的晶片进行抛光的制品的第八个实施方式的透视图，所述制品包含截圆锥结构。
图9是一种截棱锥结构的电子显微图。
图10是一种十字形结构的电子显微图。
图11是一种六边形结构的电子显微图。
图12是一种圆柱形结构的电子显微图。
发明详述对制造半导体器件用的晶片进行化学修饰的方法包括(1)使晶片表面与一个制品接触，(2)在抛光组合物存在条件下，使晶片和制品相对移动；抛光组合物能与晶片发生化学反应，从而提高或者降低被修饰晶片至少部分表面的清理速度。举例来说，修饰方法可以包括平面化、抛光及其组合；所述晶片表面可以是金属、绝缘材料及其组合的表面。
制品包括在整个制品表面上的许多重复单元。图1所示为晶片抛光制品10的一个实施方式，它包括由边14a、14b和14c确定的三角形单元12和圆柱形结构20。三角形单元12的点18a、18b和18c位于圆柱20的中心，这样，所述单元包括三个圆柱20的一部分。三角形单元12平铺在制品10的平面上。
图2所示为晶片抛光制品24的四方单元22，它包括长的截棱柱结构30。每个单元22可由结构30的宽28确定，宽28可以看作第一结构30a的远边34到相邻第二结构30b的主边36的距离32，如单元22a所示，或者看作第一底边40a到相背面的底边40b的距离32，如单元22b所示。单元22的纵向尺寸选择为等于结构30的宽28。方形单元22平铺在制品24的平面上。
图3所示为晶片抛光制品50，它包括彼此相邻但相互间间隔距离54的长截棱柱结构52。单元58的宽度56包括相邻长截棱柱结构52之间的距离和长截棱柱结构52的宽度56。单元58的纵向尺寸62选择为等于结构52的宽度56与间距60之和。
单个单元至少包括部分三维结构，其特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc。较好的是，单元参数，即[(V1-Vs)/Aas]/√Auc的计算结果大于5，至少大于约10较好，至少大于约15更好，至少大于约20最好。V1由单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积。对于单元包括结构一部分的制品，Vs是结构那部分的体积。对于单元包括几个结构的一部分的制品，Vs是那些部分的体积之和，而当单元包含几个结构时，Vs是那些结构的体积之和。Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积。√Auc是单元面积的平方根，约等于相邻单元结构之间的间距；√Auc较好在15μm-2000μm之间。
不想受到理论的限制，本发明人认为，有流动通道的存在，单元体积的优化和单元自由体积即(V1-Vs)的优化(使得[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞5)就使得向晶片表面供应新鲜化学物质并对废弃化学物质和抛光组合物与晶片表面之间反应产生的其他副产物从晶片表面上去除的优化。可以认为，对单元自由体积的优化就优化了流动通道的间距和深度，使得抛光组合物在抛光垫表面上能保持流动，即抛光组合物在通道中不会停滞不动。
制品宜能够提供至少约500厚材料/分钟的去除速度，至少约2000厚材料/分钟更好，至少约6000材料厚分钟最好。去除速度是指从晶片上去除被修饰(例如平面化)的层的速度。去除速度是测量被修饰层从起始(即修饰前)厚度到终止(即修饰后)厚度的厚度之差来确定的。在某些实施方式中，制品能够提供对各晶片基本上相同的去除速度，即各晶片间的％非均匀性小于10％。制品可以制成能在至少200分钟的抛光时间里提供恒定的去除速度，至少约500分钟较好，至少约700分钟更好，至少约800分钟更好。
制品还能这样修饰晶片层，使得晶片的被修饰层显示出低的％非均匀性，即低的％晶片非均匀性。较好的是，制品产生的修饰晶片表面的非均匀性不超过约10％，不超过约5％更好，不超过约2％最好。
一个单元至少包含三维结构的一部分，也可以包含n个三维结构的一部分、一个三维结构，几个包含(例如)簇的三维结构，以及它们的组合。举例来说，对于长的三维结构，单元包含长的三维结构一部分。应当理解，存在于一个单元中的三维结构，相对于制品上其他单元的三维结构，至少在一个尺寸上可以有微小的差异；单元参数是指制品的平均单元参数。
三维结构从制品的基面上伸出，终止于一个连续的顶表面。一个结构的顶表面宜为平面。在某些实施方式中，三维结构是具有连续平面顶表面的连续长结构，例如棱柱结构和长的脊。开始顶表面不是平面的结构可以通过较短时间的预调适处理使其成为平面。一个三维非长形结构的表观接触面积宜为0μm2(即一个点)-200 000μm2，为1μm2-200 000μm2较好，为5μm2-200 000μm2更好。一个结构的顶表面面积较好由至少1μm-500μm，更好由1μm-200μm的尺寸所决定。如果制品具有许多结构，即该制品的平面顶表面不连续，那么该制品上单个结构的平面顶表面面积宜较好不超过标称面积的1/50，不超过约1/10000更好，不超过约1/100000000最好；所述标称面积是可在对晶片表面平面化的制品上任何区域内与晶片接触的面积。
制品在每厘米长的线上包含约1-500个结构，至少约10个结构较好，至少约50个结构更好，约50-500个结构最好。结构的数目和间距可以相对于结构尺寸变化，以达到所需平面化效果和所需的表观接触面积。结构的分布可以是均匀的，也可以具有位置相对靠近的一些结构构成的簇。
制品宜包含至少约10个结构/cm2，至少约100个结构/cm2较好，至少约5000个结构/cm2更好。
结构的各个顶部宜基本上位于同一个平面上。所述结构的有用高度，即用于晶片平面化过程的结构部分，其高度宜为10μm-约500μm。
各个结构宜按一预定方式排列在制品的表面上，以便于能够确定单元。也就是说，所述各个结构要安排在一些预定位置上。举例来说，结构的排到可以根据产生该结构的模具上的凹陷或突起的排到来预先确定。例如，对于通过在背衬和带凹陷的模具之间灌浆制成的制品，结构的预定排到图案对应于模具上凹陷的排到图案。这种图案从一个制品到另一个制品是可重现的。所述结构宜按重复图案来排到。
适用的结构可以具有规则形状，也可以具有不规则形状。制品可以包含规形状规则结构和形状不规则结构的组合。举例来说，合适的结构形状可以为立方形、圆柱、棱柱、矩形截面柱、棱锥、截棱锥、圆锥、截圆锥、十字形、带顶表面的类柱形，顶表面可以基本上是平的、半球形的(如WO 95/224436所述)，以及它们的组合。结构也可以是其侧面相对于其底面倾斜度不同的棱锥。图9-12所示分别为截棱锥形、十字形、六角柱形和圆柱形三维结构的例子。
结构可以包含垂直于其底平面的侧面、宽度向底平面方向渐增的渐变侧面，以及它们的组合。对于通过凹陷型模具制成的结构(下面将更详细地描述其例子)，如果它们的侧面是渐变的，那么结构或结构层更容易从模具上取下来。渐变的角度可以通过测量所述结构底面的内部到结构侧面之间的角度来确定，它可以在约1度-89度范围内，较好在约2度-80度范围内，更好在约10度-75度范围内，最好在约25度-60度范围内。
若是棱锥体或截棱锥体，棱锥体可以有至少三个侧面，如果是非截棱锥，宜具有4-5个侧面；如果是截棱锥，则宜具有5-6个侧面。所述棱锥体和截棱锥体还有一个底面。当棱锥形或截棱锥形用作复合形状时，所述底面的边长可约为50-5000μm。
结构宜为三维磨擦复合体，如美国专利第5958794和5152917所述，在此参考结合之。
在另一个实施方式中，结构是长形的，例如长棱柱和长脊，它们相互平行排列。这些长结的构在顶部是隔开的，而长结构在连接于抛光制品的背衬上可以是连着的，也可以是隔开的。相邻结构可在顶端和与背衬连接的端都是完全隔开的，这样在这些长的结构之间背衬就会露出来。
长的结构之间的间隔或者说间距，不管是连续的还是中断的，可由一个长结构上的某个点到相邻或最近长结构上对应点的距离来表示，如图6中的“p”，它的值应选定为一个统一值。就本说明的目的而言，相邻的长结构是指隔开一个共用凹槽的两个长结构，它们之间不存在把它们隔开的长结构。间距“p”的值通常设定在约3-500μm，约1-150μm更好，约1-50μm最好。
制品的底面可以是一个单一的结构，其上面有抛光制品的许多三维结构。举例来说，当用一种带许多凹陷的模具来模制为数众多的三维结构时，就得到了这种底面。底面的组成可与三维结构一样。当用带许多凹陷的模具形成抛光制品时，每个三维结构都限定在一个边界范围内，边界范围的底部就是与固定着三维结构的背衬之间的界面。边界范围的余下部分由模具表面上的凹陷，结构就是在凹陷中固化所限定。三维结构的整个外表面都是在形成过程中由背衬和凹陷限定的。
三维结构之间存在凹陷的区域。这些凹陷区域可以呈沟状，有助于在化学机械平面化过程中将抛光组合物分布在晶片的整个表面上。凹陷区域还可作为槽子帮助从晶片表面上去除废弃化学物质和其他碎屑。这些槽子宜为连续的。槽子的形成也可能是在制品表面上有意形成槽子的结果，也可以是制品表面上许多排结构，有至少一排被除去或漏掉的结果。
所述制品可以包括将预定方式排到的三维结构连接到其至少一个主表面上的背衬。合适的背衬包括例如聚合物膜(例如聚酯)、纸、布、金属膜、硫化纤维、非织造基材及其组合，这些背衬还可以经过某种表面处理。在某些情况下，使用能透过紫外辐射的背衬是有用的。背衬上还可以打底涂上一层材料，提高微结构单元与背衬间的附着效果。
结构包含聚合物，还可以包含磨粒。三维结构的聚合物，或者粘合如果有磨粒的话，可以用来将结构粘附到背衬上(如果存在背衬的话)。举例来说，适用的聚合物包括热塑聚合物、热固聚合物、以及它们的组合。其他适用的聚合物可见美国专利5958794和美国专利申请09/328916，题目为“修饰表面的方法”，申请日期为1999年6月9日，在此参考结合之。
如果存在磨粒，则可以均匀或不均匀地分散在聚合物组合物即粘合剂中，用以形成研磨结构。此研磨结构可以固定在制品上。
磨粒的适用粒径可在约0.001μm-1000μm之间变化。对于半导体晶片的平面化用途，宜用微细的磨粒。磨粒的平均粒径宜为0.001μm-50μm，更宜为0.01μm-10μm。对于金属表面的平面化，平均粒径宜为0.005μm-1μm，更宜为0.01μm-0.5μm。对于含金属氧化物的层(例如含二氧化硅的层)的平面化，粒径宜小于约1μm，更宜小于约0.5μm。需要时，可以更加严格地控制粒径分布，加以选择，得到所需的表面光洁度。
合适的磨粒包括无机磨粒。适用的磨粒的例子，包括熔凝氧化铝、热处理氧化铝、白熔凝氧化铝、黑碳化硅、绿碳化硅、二硼化钛、碳化硼、氮化硅、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、六角氮化硼、石榴石、熔凝氧化锆铝、氧化铝基溶胶衍生的磨粒，以及它们的混合物。氧化铝基溶胶衍生的磨粒描述于美国专利4314827、4623364、4744802、4770671和4881951等，在此参考结合之。其他合适的无机磨粒的例子包括氧化硅、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、氧化钛、氧化锡、伽马氧化铝和其他过渡相氧化铝，以及它们的混合物。
其他适用的颗粒描述于美国专利5958794中，在此参考结合之。
选择磨粒的硬度和粒径，以便在表面平面化中达到所需的去除速度和表面光洁度。
磨粒也可以呈磨料团粒的形式，它包含许多个磨粒，这些磨粒粘合在一起形成磨料团粒。磨料团粒可以具有不规则形状，也可以具有预定的形状。磨料团粒可以利用有机粘合剂或无机粘合剂把磨粒粘合在一起。磨料团粒的粒径宜小于约100μm，小于约50μm更好，小于约25μm最好。磨料团粒的例子进一步描述于美国专利4652275、4799939和5500273中，在此参考结合之。
磨粒应该不受抛光组合物影响，使得它们的物理性质在其与抛光组合物接触时基本上不会降低其作用。
在某些实施方式中，三维结构包含能与晶片表面发生反应的磨粒。这样的磨粒例如是氧化铈。
研磨结构可由磨粒分散于未固化或未胶凝的粘合剂例如粘合剂前体中的浆液形成。所述浆液可包含约1份-90份(重量)磨粒和10份-99份(重量)粘合剂，约30份-85份(重量)磨粒和15份-70份(重量)粘合剂更好，约40份-70份(重量)磨粒和约30份-60份(重量)粘合剂前体最好。
粘合剂前体具有一种流动性足够好以便涂覆然后硬化的相。硬化过程可通过ldd化(例如聚合、交联及其组合)，通过干燥(例如赶走液体)、冷却及其组合来完成。前体组合物可以含在有机溶剂中、水中，或者是100％固体(即基本上没有载体)。热固成分、热塑成分及其组合都可用作粘合剂前体。
所述粘合剂前体宜为可固化的有机物质，即该物质在受到包括加热、辐射(例如电子束、紫外线、可见光)等能量及其组合的作用下，同时加入化学催化剂、湿气及其组合，能够发生聚合、交联或其组合。
合适的粘合剂前体包括氨基树脂(例如氨基塑料树脂)，例如包括烷基化尿甲醛树脂、蜜胺-甲醛树脂和烷基化苯基胍胺-甲醛树脂；丙烯酸酯树脂(例如丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)，例如包括丙烯酸乙烯酯、丙烯酸酯环氧化物、丙烯酸酯尿烷、丙烯酸酯聚酯、丙烯酸酯化丙烯酸类化合物、丙烯酸酯化聚醚、乙烯醚、丙烯酸酯油和丙烯酸酯硅树脂；醇酸树脂，如尿烷醇酸树脂、聚酯树脂、活性尿烷树脂；酚醛树脂如甲阶段酚醛树脂和线型酚醛清漆树脂、酚醛/乳胶树脂；环氧树脂如双酚环氧树脂、异氰酸酯、异氰尿酸酯；聚硅氧烷树脂，例如包括烷基烷氧基硅烷树脂、活性乙烯树脂。这些树脂的形式可以是单体、低聚体、聚合物及其组合。合适的粘合剂前体的例子描述于美国专利5958794等中，在此参考结合之。
粘合剂组合物还可包含其他组分，例如包括增塑剂、引发剂、磨粒表面改性添加剂、偶联剂、填充剂、膨胀剂、纤维、抗静电剂、悬浮剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、UV稳定剂、络合剂、链转移剂、加速剂、催化剂和活化剂。
适合于制备研磨结构的另一种类型的组合物是陶瓷材料。合适的陶瓷材料描述于美国专利第5391210和5958794号，在此参考结合之。制备陶瓷前体和陶瓷组合物的有效方法描述于美国专利5958794中，在此参考结合之。
用来抛光晶片表面的制品可以具有多种形状，例如带状、盘状(例如磨盘)和环带状。制品的形状也可以是椭圆形、多边形，例如包括三角形、正方形、矩形、五边形和六边形。
适用制品的形状也可以是能卷起来的带子。在使用时，带状制品可以从辊上解开，也可以卷到辊上，或者同时进行，并且作以标记(indexing)以达到所需平面化要求。可以在对制造半导体器件用的晶片进行平面化的过程中，在晶片之间，或者这两种情况下进行标记。带状制品也可以逐段标记，使得在抛光了给定数量的晶片并在每个晶片抛光过程之后进行标记以后，在带状制品的整个抛光表面上存在均衡的％表观承受面积。均衡％表观承受面积实质上是将每个晶片暴露于相同的抛光表面，这就可以提高晶片之间抛光操作的重复性和均匀性。
所述带状制品的厚度远小于网的宽度，使得网能够卷起来，从而便于贮藏和运输。
制品可通过多种方法制备，例如包括美国专利5958794所介绍的制备固定磨擦制品的复制法以及美国专利第5152917和5435816所介绍的方法，它们都参考结合于此。其他合适方法的介绍描述于美国专利5437754、5454844、5437543、5435816和5304223中，在此参考结合之。
制造制品的有效方法包括制备含有磨粒和粘合剂前体的浆液，准备具有前表面和许多从前表面延伸的凹陷的模具，将浆液倒入模具的凹陷中，给模具的前表面加一个背衬，使得浆液润湿背衬的一个主表面，从而形成制品，在制品脱离模具的外表面之前，至少要使粘合剂前体部分固化或胶凝，从模具上取下制品，就得到包含按预定排到方式粘合在背衬上的结构的制品。从模具上取下制品之后，或可还将粘合剂前体进一步固化。
制品可用于静态过程，也可用于连续和半连续过程。
在另一个实施方式中，上述制品是一个抛光部件，制品结构中还包括一个次级垫，它包括一个弹性相对较大(即模量较低)的部件和一个刚性相对较大(即模量更高)的部件，后者位于弹性部件和抛光部件之间。通常，弹性部件的模量(即材料厚度方向上的杨氏模量)至少约比刚性部件的模量少25％，至少少约50％更好。较好的是，刚性部件的杨氏模量至少约为100Mpa，弹性部件的杨氏模量小于约100Mpa，弹性部件的杨氏模量小于约50Mpa更好。
刚性和弹性部件可相互粘合在一起，而刚性部件可粘合于抛光部件。
另一些制品的构型示于图4-8。试看图4，制品110包括背衬112，其上粘有三维结构116的底面114(例如是结构组合物的一个连续层或另一组成的打底层)。结构116是四棱锥(包括底面)，排列成排118。相邻结构116之间存在凹陷区域120，例如沟谷。第二排122棱锥结构116与第一排118错开。结构116最外面的点或顶端124在平面化过程中与制造半导体器件用的晶片接触。
图5所示制品130的三维结构132，从底面136伸出来的截棱锥。截棱锥形结构132的顶部平面134在平面化过程中用来与晶片接触。
图6所示为制品140的一个实施方式，它包括许多截棱柱结构142，这些结构被连续的凹进区域146即沟槽所隔开。结构142的顶面在平面化过程中用来与晶片接触。在此抛光制品40的使用过程中，棱柱结构142上的点会受到磨损形成截棱柱结构。
图7所示为制品150的另一个实施方式，它包括圆柱结构152。
图8所示为制品160的一个实施方式，它包括截圆锥结构162。
适合于制造半导体器件用的晶片的化学修饰方法宜在一种液体抛光组合物存在的条件下进行。抛光组合物根据受修饰晶片表面的组成进行选择，以便提供所需的修饰，例如抛光、平面化及其组合，但又不得影响(例如损坏)晶片的质量。
抛光组合物的选择还要能够改变受修饰晶片表面的去除速度。抛光组合物对去除速度的改变可以是降低去除速度，也可以是提高去除速度。降低去除速度的抛光组合物的例子是钝化晶片表面的组合物。提高去除速度的抛光组合物的例子是腐蚀剂。改变晶片表面去除速度的抛光组合物的其他例子，包括氧化剂、还原剂、钝化剂、络合剂、缓冲剂、酸、碱和综合具有上述各性质的组合物。
抛光组合物的pH会影响性能，要根据受修饰晶片表面的本性进行选择，包括晶片表面的化学组成和形貌。例如，在某些情况下，当晶片表面包含金属氧化物，如二氧化硅时，液体介质可以是pH大于5的水性介质，大于6比较好，大于10更好。在某些情况下，pH在10.5-14.0之间，较好在约10.5-12.5之间。适用于含金属氧化物的晶片的抛光组合物的例子，包括氢氧化物水溶液和碱性化合物的水溶液。所述氢氧化物例如包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化钡；所述碱性化合物例如胺。碱性抛光组合物也可以含有一种以上的碱性物质，例如氢氧化钾和氢氧化锂的混合物。
在其他情况下，pH不超过约6-8，不超过约4较好，不超过约3-3.5最好。液体抛光组合物可以是pH一般在约6-8之间的蒸馏水或去离子水。
抛光组合物也可以含有化学腐蚀剂。化学腐蚀剂的例子包括强酸(例如硫酸和氢氟酸)和氧化剂(例如过氧化物)。
抛光组合物还可以含有一些添加剂，例如表面活性剂、润湿剂、缓冲剂、防锈剂、润滑剂和肥皂。
抛光组合物中还以有含无机颗粒。无机颗粒的例子有氧化硅、氧化锆、碳酸钙、氧化铬、氧化铈、铈盐(例如硝酸铈)、氧化铝、石榴石、硅酸盐和二氧化钛。无机颗粒的平均粒径宜小于约1000，小于约500更好，小于约250最好。
虽然抛光组合物中可以有无机颗粒，但优选的抛光组合物基本上不含无机颗粒。抛光组合物中的无机颗粒宜低于1％(重量)，低于0.1％(重量)更好，最好为0％。
抛光过程在不产生听得见和看得见的振动下进行较好。
现在结合下面的一些实施例进一步描述本发明。除非另行指出，实施例中所有的份数、比例、百分数和量都以重量计。
实施例测试方法实施例中所用测试方法包括如下几项。
去除速度的测定去除速度通过测量被抛光层从起始(即平面化之前)厚度到最终(即平面化之后)厚度的厚度的变来计算。对于直径为8英寸的晶片，其厚度用ResMap168-4点探针Rs Mapping Tool(Credence Design Engineering，Inc.，Cupertino，CA)测定。采用80点直径扫描。
％晶片非均匀性的测定计算晶片表面上若干点位置抛光层厚度改变的标准偏差(在去除速度的测定中可以获得)，将此标准偏差除以抛光层厚度改变的平均值，然后将得到的值乘以100，就是％晶片非均匀性。
晶片之间％非均匀性的测定通过测量一系列用抛光制品相继抛光的各个晶片的层厚改变(根据去除速度的测定方法)，计算该系列晶片厚度改变的标准偏差，将所得值除以该系列晶片厚度改变的平均值，然后将所得值乘以100，就是晶片之间％非均匀性。
抛光组合物1混合16990g蒸馏水、200g亚氨基二乙酸、600g磷酸氢铵、10g 5-甲基-1H-苯并三唑和2200g 30％过氧化氢制备第一抛光组合物。
抛光组合物2混合18195g蒸馏水、400g亚氨基二乙酸、300g磷酸氢铵、5g 5-甲基-1H-苯并三唑和1100g 30％过氧化氢制备第二抛光组合物。
对比例1对比例1的抛光垫包含三维固定研磨结构，它含有许多高38μm、直径约200μm的圆柱。
所述固定研磨结构通过混合下述组分形成磨料浆液来制备8268.8g SR339 2-苯氧乙基丙烯酸酯(Sartomer，Exton，PA)、5512.5g SR 9003丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯(Sartomer)、922.9g Disperbyk 111磷酸化聚酯位置基团(BYK Chemie，Wallingford，CT)、396.8g Sipomer β-CEA羧酸乙基丙烯酸酯(Rhodia Inc.，Cranbury，NJ)、147.0g Irgacure 819二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯膦氧化物(Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，NY)、39750.0gTizox 8109氧化铝(Ferro Electronic Materials，Penn Yan，NY)。然后按照美国专利第5958794号(第50栏)制造磨擦制品一般步骤II将磨料浆液制成磨擦制品，所述专利在此参考结合之。
用Mirra 3400CMP(化学机械抛光)系统(Applied Materials，Inc.，SantaClara，CA)抛光直径8英寸的铜(Cu)盘20分钟，研磨平台速度41rpm，载具速度39rpm，这样来调理所制成的抛光垫。施加在传输内管、维持环和膜上的压力分别为3.0psi/3.5psi/3.0psi。
接着，用Mirra 3400 CMP系统按表5中所述时间对8英寸直径级别的晶片和8英寸直径模拟铜盘进行抛光，研磨平台速度41rpm，载具速度39rpm。施加在载具内管、维持环和膜的压力分别为3.0psi/3.5psi/3.0psi。在抛光过程中，将抛光组合物2的流量120ml/min加到盘片和晶片表面上，时间为表1所述的时间。
总抛光时间为490分钟。
抛光垫的表观承受面积始终保持18％。单元柱状结构的表观接触面积为15708μm2，单元面积为87266μm2，结构体积为596904μm3，单元体积为3316108μm3，单元自由体积为2719204μm3，单元面积的平方根为295.4μm，单元参数为0.59。
计算了去除速度和％晶片非均匀性，结果示于表1。
平均去除速度为4174/min，标准偏差为661.62/min，晶片间％非均匀性为15.85％。
表1
NA＝无法应用％NU＝％晶片非均匀性当去除速度开始缓慢达到4000(/min)以上时，观察到载具的轻微振动。当去除速度从这点开始大时，载具振动也增强。在实验快结束时，振动很剧烈。
实施例1实施例1的抛光垫包括三维固定研磨结构，它是许多三面棱锥，高度63μm，各边虽然不同，但长度约125μm，顶角分别为55.5度、59度和55.5度。
此固定研磨结构通过混合下述组分形成磨料浆液来制备8268.8g SR 3392-苯氧乙基丙烯酸酯(Sartomer)、5512.5g SR 9003丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯(Sartomer)、922.9g Disperbyk 111磷酸化聚酯位阻基团(BYK Chemie)、396.8g Sipomer β-CEA羧酸乙基丙烯酸酯(Rhodia Inc.)、147.0g Irgacure 819二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯膦氧化物(Ciba Specialty Chemicals)、39750.0g Tizox 8109氧化铝(Ferro Electronic Materials)。然后按照美国专利5958794(第50栏)制备磨擦制品一般步骤II，用此将磨料浆液制成磨擦制品，所述专利在此参考结合之。
用Mirra 3400 CMP系统抛光直径8英寸的铜盘2分钟，研磨平台速度41rpm，载具速度39rpm，以此来调理抛光垫。施加在载具内管、维持环和膜上的压力分别为3.0psi/3.5psi/3.0psi。
用Mirra 3400 CMP系统如下所述对8英寸直径级别的晶片和8英寸直径模拟铜盘进行抛光施加在载具内管、维持环和膜上的压力分别为2.0psi/2.5psi/20psi。研磨平台速度41rpm，载具速度39rpm。在抛光过程中，将抛光组合物以流量180ml/min加到盘或晶片的表面上，时间为2表2所述的时间。
总抛光时间为548分钟。
抛光垫的表观承受面积随着时间从基本上为0％(即一个点)增加到最后表观承受面积为6.5％。在表观承受面积为6.5％时，单元棱锥结构的表观接触面积为439.78μm2，单元面积为6765.82μm2，结构高度为54.20μm，结构体积为118349.59μm3，单元体积为366720.82μm3，单元自由体积为248371.24μm3，单元面积的平方根为82.25μm，单元参数为6.87。
计算了去除速度和％晶片非均匀性，观察了振动情况，结果示于表2。平均去除速度为4011/min，标准偏差为93.01/min，晶片间％非均匀性为2.32％。
观察到抛光晶片的表面有少量至没有刮痕。
在抛光过程中，没有观察到载具的振动。
表2
NA＝无法应用％NU＝％晶片非均匀性实施例2实施例2的抛光垫按照上述实施例1中的方法制备，它包括三维固定研磨复合层，它含有三面棱锥，高度63μm，各边虽然不同，但宽度约125μm，顶角分别为55.5度、59度和55.5度。
用Mirra 3400 CMP系统抛光直径8英寸的铜盘2分钟，研磨平台速度41rpm，载具速度39rpm，以此来调理抛光垫。施加在载具内管、维持环和膜的压力分别为3.0psi/3.5psi/3.0psi。
用Mirra 3400 CMP系统对8英寸直径级别的晶片和8英寸直径模拟铜盘进行抛光。施加在载具内管、维持环和膜上的压力分别为2.0psi/2.5psi/20psi，研磨平台速度41rpm，载具速度39rpm。在抛光过程中，将抛光组合物1在以流动速度180ml/min加到盘片或晶片表面上，时间为表3所示的时间。
抛光垫的表观承受面积随着时间从基本上为0％(即一个点)增加到最后表观承受面积为3.1％。在表观承受面积为3.1％时，单元棱锥结构的表观接触面积为209.74μm2，单元面积为6765.82μm2，结构高度为58.2μm，结构体积为134289.87μm3，单元体积为393876.35μm3，单元自由体积为259586.48μm3，单元面积的平方根为82.25μm，单元参数为15.05。
计算了去除速度和％晶片非均匀性，观察了振动情况，结果示于表2。
平均去除速度为1887/min，标准偏差为67.70/min，晶片间％非均匀性为3.59％。
观察到抛光晶片的表面上有少量或没有刮痕。
在抛光过程中，没有观察到载具的振动。
表3
NA＝无法应用％NU＝％晶片非均匀性实施例3实施例3的20英寸直径抛光垫包括一层VIKUITTTM增量膜II(MinnesotaMining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota)，其每厘米长度上约有200个长棱柱结构。所述层粘附于泡沫次级垫上。在Mirra 3400 CMP系统上用抛光组合物2以180ml/min的流量抛光铜盘1-2分钟，以此调理所述抛光垫。施加在载具内管、维持环和膜上的压力分别为3.0psi/3.5psi/3.0psi。
然后在Mirra 3400 CMP系统上用抛光组合物2以180ml/min的流量对5个8英寸直径级别的电镀铜晶片分别抛光2分钟。施加在载具内管、维持环和膜上的压力分别为2.0psi/2.5psi/20psi，研磨平台速度41rpm，载具速度39rpm。
抛光垫的表观承受面积随着时间从基本上为0％(即一个点)增加到最后表观承受面积为4％。在表观承受面积为4％时，单元棱柱结构的表观接触面积为50.00μm2，单元面积为2500.00μm2，结构高度为36.00μm，结构体积为45000.00μm3，单元体积为90000.00μm3，单元自由体积为45000.00μm3，单元面积的平方根为50.00μm，单元参数为18.00。
计算了去除速度和％晶片非均匀性，结果示于表4。在抛光过程中，对温度进行了控制，维持在78-83°F。没有观察到振动。
平均去除速度为3161/min，标准偏差为58.43/min，晶片间％非均匀性为1.85％。
表4
％NU＝％晶片非均匀性其他实施方式都包括在权利要求范围之内。例如，在用来修饰制造半导体器件用的晶片表面的制品的另一个实施方式中，其三维结构基本上不含磨粒，单元参数[(V1-Vs)/Aas]/√Auc大于1。
在其他实施方式中，抛光制品包括具有许多多个单元的区域和不含单元的区域。
权利要求
1.一种化学修饰适于制造半导体器件的晶片的方法，其特征在于所述方法包括(1)使晶片表面与整个表面上包含许多重复单元的制品接触，每个单元至少包含三维结构的一部分，其特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞5其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积；(2)在抛光组合物存在条件下，至少相对移动晶片和所述制品中的一个，所述抛光组合物能与晶片表面发生化学反应，从而能提高或者降低去除至少一部分晶片表面的速度。
2.权利要求1所述方法，其特征在于所述单元包含多个三维结构。
3.权利要求1所述方法，其特征在于所述单元包含一个三维结构。
4.权利要求1所述方法，其特征在于[(V1-Vs)/Aas]/√Auc≥10。
5.权利要求1所述方法，其特征在于[(V1-Vs)/Aas]/√Auc≥15。
6.权利要求1所述方法，其特征在于[(V1-Vs)/Aas]/√Auc≥20。
7.权利要求1所述方法，其特征在于界定所述结构表观接触面积的至少一个尺寸为1μm至不超过500μm。
8.权利要求1所述方法，其特征在于所述结构的高度为10μm-500μm。
9.权利要求1所述方法，其特征在于15μm≥√Auc≥2000μm。
10.权利要求1所述方法，其特征在于单个结构的表观接触面积为1μm2-200000μm2。
11.权利要求1所述方法，其特征在于所述制品包括适合用来修饰制造半导体器件用的晶片的定磨擦制品，所述制品还包括多个以预定方式排到于所述制品区域内的固定研磨结构，所述区域的尺寸足以使制造半导体器件用的晶片表面平面化。
12.权利要求11所述方法，其特征在于所述区域在每厘米长的线上包含至少约10个结构。
13.权利要求11所述方法，其特征在于所述区域在每厘米长的线上包含至少约500个结构。
14.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构按一重复的周期排到。
15.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构聚集成簇。
16.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构还包含粘合剂和分散在粘合剂中的磨粒。
17.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构基本上不含无机磨粒。
18.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构的形状选自立方柱、圆柱、矩形柱、棱柱、棱锥、截棱锥、圆锥、截圆锥、十字形、半球形以及它们的组合。
19.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构包含其几个侧面相对于其底面的倾斜度不同的棱锥体。
20.权利要求1所述方法，其特征在于基本上所有的所述结构都具有基本上相同的形状和尺寸。
21.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构位于抛光部件上，所述制品还包括(1)弹性部件；(2)位于所述抛光部件和所述弹性部件之间的刚性部件。
22.权利要求21所述方法，其特征在于所述刚性部件粘合于所述抛光部件和所述弹性部件。
23.权利要求1所述方法，其特征在于所述方法包含对适合制造半导体器件的晶片的金属表面进行平面化。
24.权利要求23所述方法，其特征在于所述金属是铜。
25.权利要求1所述方法，其特征在于所述方法包括对适合制造半导体器件用的晶片的电介质表面进行平面化。
26.权利要求1所述方法，其特征在于所述方法基本上听不见振动。
27.权利要求1所述方法，其特征在于所述方法在没有无机磨粒存在的情况下实施。
28.权利要求1所述方法，其特征在于所述抛光组合物包含磨粒。
29.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构包含长的棱柱结构。
30.权利要求1所述方法，其特征在于所述三维结构包含长的脊。
31.一种化学修饰适于生产半导体器件的晶片的方法，其特征在于所述方法包括(1)使晶片表面与整个表面上包含许多重复单元的制品接触，每个单元至少包含三维结构的一部分，所述三维结构基本上不含无机磨粒，所述单元的特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞1其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积；(2)在抛光组合物存在的条件下，至少相对移动晶片和所述制品中的一个，所述抛光组合物能与晶片表面发生化学反应，从而能提高或者降低去除至少一部分晶片表面的速度。
32.一种适用于化学机械平面化工艺的制品，其特征在于所述制品包括(1)在所述制品整个表面上具有许多重复单元的第一部件，每个单元至少包含三维结构的一部分，所述三维结构基本上不含无机磨粒，所述单元的特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞1其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积；(2)弹性相对较大的部件；(3)位于所述弹性相对较大的部件和所述第一部件之间的刚性相对较大的部件。
33.一种适用于化学机械平面化工艺的制品，其特征在于所述制品包括在所述部件整个表面上含有许多重复单元的部件，所述每个单元至少包含三维结构的一部分，所述三维结构基本上不含无机磨粒，能有助于对制造半导体器件用的晶片表面进行化学修饰，所述单元的特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞1其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积。
34.权利要求33所述制品，其特征在于它还包括(1)弹性相对较大的部件；(2)位于所述弹性较大的部件和所述第一部件之间的刚性相对较大的部件。
35.一种适用于化学机械平面化工艺的制品，其特征在于所述制品包括在该制品整个表面上含有许多重复单元的部件，所述每个单元至少包含三维结构的一部分，所述单元的特点是单元参数如下[(V1-Vs)/Aas]/√Auc＞5其中，V1是单元面积乘以单元结构的高度得到的体积，Vs是单元结构的体积，Aas是单元结构的表观接触面积，Auc是单元的面积。
36.权利要求35所述制品，其特征在于所述三维结构包含磨粒。
37.权利要求36所述制品，其特征在于它还包括(1)弹性相对较大的部件；(2)位于所述弹性相对较大的部件与所述第一部件之间的刚性相对较大的部件。
38.权利要求36所述制品，其特征在于所述制品能在至少约200分钟的时间，每分钟从至少一个制造半导体器件用的晶片上除去至少约500的材料。
全文摘要
化学修饰制造半导体器件用的晶片的方法，包括(1)使晶片表面与在整个表面上包含许多重复单元的制品(10)接触，每个单元(12)至少包含三维结构(20)的一部分，其特点是单元参数如下[(V
文档编号B24B37/04GK1486233SQ01821824
公开日2004年3月31日 申请日期2001年6月15日 优先权日2001年1月8日
发明者J·S·科隆吉, R·P·梅斯纳, J S 科隆吉, 梅斯纳 申请人:3M创新有限公司