[发明专利]化学机械抛光垫及化学机械抛光方法

说明书

技术领域

本发明属于抛光技术领域，特别涉及一种化学机械抛光垫和化学机械抛光方法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization/Polishing，简称CMP)，被认为是目前实现全局平面化的最有效方法。CMP的应用已经扩展到金属材料(如Al、Cu、Ti、Ta、W等)、介质材料(如SiO₂、Si₃N₄、各种Low-k材料等)、多晶硅、陶瓷、磁盘、磁头以及MEMS等材料或器件的加工。

在传统的化学机械抛光工艺中，抛光头携带晶片在一定压力下接触含有磨料和化学剂的抛光液抛光垫表面，晶片和抛光垫之间通过相对运动，利用晶片表面与抛光垫和抛光液中磨料之间的机械作用，以及与抛光液之间的化学作用，实现晶片表面的材料去除和平坦化。现有技术中的典型抛光垫是多孔聚氨酯型抛光垫，采用复杂的发泡工艺制成，如IC业界应用的标准抛光垫——罗门哈斯(Rohm & Haas，美国)的IC1000^TM抛光垫。

随着集成电路线宽特征尺寸的不断降低和集成度的不断提高，化学机械抛光技术面临新的挑战。如Cu/Low-k材料的使用成为必然趋势，若仍使用常规的CMP技术进行平坦化，由于铜导线与Low-k介质材料强度的差异，势必会引起铜与Low-k材料界面间的剥离，目前业界的方法是使用低压力(≤2psi)甚至超低压力(≤0.5psi)进行抛光，但在这么低的压力下，若仍使用常规的高硬度多孔抛光垫，会出现因材料去除速率低造成产出效率低的问题。此外，由于高硬度的抛光垫在使用过程中，与被抛光材料表面接触不均匀，在同等压力下容易造成局部“热点”，引起局部应力剥离和(或)划痕损伤等缺陷问题。

中国专利200680003086.7公开了一种用于低压研磨的研磨垫(即抛光垫)，通过调节抛光垫研磨层和背衬层的厚度和硬度，来获得较高质量的表面，但这种研磨垫与传统的抛光垫没有本质的区别，硬度仍较高，因此不能从根本上解决低压力和超低压力下材料去除速率低、局部应力集中和划痕损伤等问题。

中国专利02819886.7公开了一种表面具有有机纤维露出的研磨垫片(即抛光垫)，来提高被抛光物的平坦化效率和减少抛光损伤发生的概率。但这种抛光垫采用的是直径较粗大的杂乱短纤维(纤维直径优选为1μm～1mm，长度≤1cm)。这些粗大的纤维在低压和超低压力下仍会引起抛光压力分布的不均匀，进而引起材料去除的不均匀、局部高应力和划痕损伤等问题；同时，这些杂乱的短纤维，在抛光过程中，更易于从抛光垫表面脱落，又会进一步划伤表面。因此，这种抛光垫只能满足其在常规压力下(2psi～6psi)较硬材料的CMP要求，不能满足类似于Cu/Low-k等易损伤材料在低压力和超低压力下的CMP要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学机械抛光垫及其化学机械抛光方法。

一种化学机械抛光垫，其特征在于：所述的抛光垫至少包括一层纳米纤维层1，或纳米纤维层1底部还有衬底层2，或衬底层2底部还通过压敏胶或粘结剂3粘结上一层子垫4。

所述纳米纤维层1为非织布结构，纤维层厚度为0.1μm-3cm，纳米纤维平均直径为1nm-1μm，长度＞1cm，纳米纤维轴向平行于抛光垫工作表面。

所述纳米纤维层为聚合物材料，选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚砜和聚醚中的一种或几种的混合物或共聚物。

所述衬底层为与纳米纤维层结合性较好的聚合物材料，选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚砜、聚醚、酚醛树脂、尿醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、丙烯基树脂和有机硅树脂中的一种或几种的混合物或共聚物。

所述子垫为多孔泡沫、无孔聚合物板、无纺布、人造革或毛毡。

所述抛光垫工作表面为光滑平面或有宏观的沟槽或孔洞，所述的沟槽或孔洞由去除材料、滚压或压印的方法获得。

一种化学机械抛光方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)提供一种化学机械抛光垫，其中所述的抛光垫至少包括一层纳米纤维层1，或纳米纤维层1底部还有衬底层2，或衬底层2底部还通过压敏胶或粘结剂3粘结上子垫4；其中所述的纳米纤维层1为非织布结构，纤维层厚度为0.1μm-3cm，纳米纤维平均直径为1nm-1μm，长度＞1cm，纳米纤维轴向平行于抛光垫工作表面；

(2)将抛光液施加到抛光垫工作表面或被抛光材料表面；

(3)使抛光垫工作表面与被抛光材料表面接触；