涂附磨具网

       抛光性能的特征在于几个参数，这些参数取决于被抛光特征的规模。通常它被分为三个尺度：晶圆尺度、裸片尺度和特征尺度。在晶圆规模上，抛光性能主要包括材料去除率、抛光不均匀性、边缘效应、宏观裂纹和研磨垫寿命。在芯片规模上，它包括平面化和缺陷性。在特征尺度上，它包括凹陷、侵蚀、缺陷和表面粗糙度。抛光性能和研磨垫性能之间的关系非常复杂，目前还没有完全了解。这是因为研磨垫的物理性质强烈地相互依赖，并且通过调节而改变的研磨垫表面形貌也取决于研磨垫的性质。此外，抛光性能不仅取决于研磨垫，还取决于许多其他非参数因素，如研磨液、设备（抛光机和修整器）和抛光条件（研磨垫和研磨头速度、研磨液流速、背压）。所有这些因素使得很难区分研磨垫性能和抛光性能之间的关系。表列出了研磨垫性能和抛光性能之间的一些主要关系，下面将对其中一些关系进行详细讨论。

       1研磨垫粗糙度影响

       研磨垫表面粗糙度（微观结构为局部粗糙度）既来自研磨垫调节，也来自研磨垫内的孔隙率。粗糙的研磨垫可能导致更高的材料去除率。当抛光过程中或抛光后未对研磨垫进行处理时，研磨垫表面的凹凸会磨损并变得光滑（变平）。这导致研磨垫和晶片表面之间的直接接触面积增加，同时降低平均接触压力，材料去除率迅速下降。此外，更粗糙的研磨垫可能会在抛光的晶片表面上导致更多的缺陷，如划痕和残留颗粒。对于更粗糙的研磨垫，更多的凹凸（与晶片表面接触）处于更高的接触压力下，而总接触面积更小。因此，截留在凹凸-晶片接触区域内的颗粒会更深地缩进晶片表面，当这些颗粒与研磨垫一起在晶片表面滑动时，可能会形成更多的划痕和凹坑。抛光晶片表面上的这些划痕和凹坑使CMP后的清洁更加困难，并允许更多的残留颗粒留在抛光晶片表面。对于图案化晶片抛光，可以通过降低研磨垫表面粗糙度来减少凹陷量，因为在抛光过程中，较低高度的研磨垫粗糙度将更难接触图案化特征的下部金属部分。    

       2研磨垫孔隙/密度影响

       研磨垫孔隙有助于在研磨垫表面保留和运输研磨液。如前所述，许多研磨垫特性（强度、硬度、刚度、模量等）都与研磨垫的孔隙率/密度有关；因此，预计研磨垫孔隙率对抛光性能有显著影响。较高密度（或较低孔隙率）的研磨垫产生较低的去除率，因为在晶片表面下输送足够研磨液的效率较低。然而，它们在抛光的晶片表面上产生更好的抛光均匀性。极端是IV型无孔（非电池，固体）研磨垫。由于无孔垫具有高得多的强度、硬度和杨氏模量，并且这些物理性质的变化比多孔垫小得多，因此与多孔垫相比，无孔垫可以实现更一致的抛光性能。当比较氧化物晶片在多孔IC1000研磨垫和无孔NCP研磨垫上抛光的MRR时，表明无孔NCP研磨垫上的MRR略低于多孔IC1000垫，并且MRR的WTWNU与NCP和IC1000研磨垫相当。这表明NCP研磨垫上的晶片表面抛光均匀性比IC1000研磨垫上更好。

       在抛光中使用无孔研磨垫的另一个好处是改善了管芯尺度特征的平坦化，因为无孔研磨垫中具有高得多的杨氏模量，因此在具有相似研磨垫厚度的情况下具有高得多的刚度，并且更高的刚度可以帮助实现更好的平坦化。图显示了在多孔IC1000研磨垫和无孔NCP研磨垫上抛光的图案化晶片轮廓和台阶高度降低效率的比较。在图中，NCP研磨垫抛光后的特征轮廓比IC100研磨垫抛光前的特征轮廓平坦得多。在图c和d中，从上到下的线用于不同的图案密度（分别为80%、60%、40%、20%、10%），显示了台阶高度与去除量的关系。显然，在无孔NCP研磨垫上抛光SHRE比在多孔IC1000研磨垫上高得多。

       这也如图所示，用于在多孔IC1000研磨垫和各种无孔NCP研磨垫上抛光。    

       由于无孔垫比多孔垫具有高得多的硬度和强度，因此它们在抛光过程中具有高得多的耐磨性和更低的垫磨损率；因此它们在类似的抛光和研磨垫调节下比多孔研磨垫具有更长的研磨垫寿命。图显示，在相同研磨垫条件下，NCP研磨垫的磨损率不到IC1000研磨垫的三分之一。    

       无孔研磨垫也可以减少缺陷，特别是对于铜CMP抛光。对于多孔研磨垫，研磨垫表面的孔隙会将抛光碎屑和磨料颗粒截留在研磨液中。这些颗粒和抛光碎屑可能刮擦晶片表面（尤其是当研磨颗粒和抛光碎片比晶片表面材料（如软Cu、Al膜）更硬时），或者在抛光的晶片表面上留下残留颗粒。研磨垫表面上的孔隙越少，抛光晶片表面上出现划痕和残留颗粒的可能性就越小。图显示，与各种无孔NCP研磨垫相比，使用多孔IC1000研磨垫的抛光铜毯晶片表面上的缺陷（残留）颗粒数量更高。

       研磨垫温度不仅影响研磨垫物理性质，而且影响研磨垫上研磨液的化学性质，尤其是当抛光反应性金属膜时，因为含有氧化剂和络合剂的金属研磨液对温度变化更敏感。抛光过程中，由于晶片和研磨垫表面之间的磨损摩擦力，研磨垫温度升高。在各种抛光压力和研磨垫/研磨头速度下，尤其是当抛光300mm晶片时，NCP研磨垫在抛光过程中的研磨垫表面温度升高远低于IC1000研磨垫（见图a和b）。显然，在所有情况下，NCP垫上的温度升高都低于IC1000多孔垫上的。这与NCP垫的热容明显高于多孔垫的热容这一事实相一致。与多孔IC1000研磨垫相比，表面带有凹槽的无孔NCP研磨垫更容易将新鲜研磨液输送到研磨垫-晶片接触区域，并从该区域冲洗掉用过的研磨液，这有助于更快地消散晶片-晶片接触区摩擦力产生的热量。

       尽管抛光中的无孔垫比多孔垫有很多优点，但它确实显示出一些缺点。无孔研磨垫需要更长、更苛刻的处理，以形成表面微观结构（粗糙度、凹凸）以及作为凹槽的宏观结构，从而更好地在研磨垫表面承载和输送研磨液，从而实现最佳抛光性能此外，使用更难弯曲和更硬的无孔垫进行抛光可能会导致比使用更软和更灵活的多孔垫更严重的“边缘效应”。

       3研磨垫硬度、杨氏模量、刚度和厚度影响

       研磨垫硬度对抛光性能的许多方面都有影响。更硬的研磨垫可能导致更高的材料去除率、更好的平坦化和增加的缺陷率。对于单层研磨垫，不容易同时实现良好的平坦化和抛光均匀性，因为硬垫和硬垫可以实现良好的平面化，但很难适应晶片表面平坦度的变化；因此抛光均匀性较差。相反，软研磨垫和柔性研磨垫可以适应晶片表面平坦度的变化，并实现良好的抛光均匀性，但平坦化非常差，因为晶片表面的较低部分和较高部分以相似的速率抛光。具有顶部硬、硬层和软、柔性子层的堆叠研磨垫可以实现良好的平坦化和抛光均匀性，因为软、柔性的子层使研磨垫能够适应晶片表面平坦度的变化，而顶部硬、刚性层仍然保持高平坦化。压力不均匀性（因此MRR不均匀性）随着硬硬层和厚软层的组合而增加，而随着硬软层和厚硬层的组合则降低。杨氏模量（或刚度）会影响抛光去除率、平坦化、凹陷、侵蚀等。当研磨垫和晶圆相互接触时（对于软研磨垫和低磨料浓度状态），研磨垫刚度越高，MRR越高。平坦化长度高度依赖于研磨垫的体积模量。碟形量主要由研磨垫表层（通常为几十微米厚）的弹性模量决定，并通过增加开放层的弹性模量来减少。研磨垫的弯曲能力直接影响凹陷量，因为它与研磨垫的刚度直接相关。较高的弯曲系数或较低的弯曲能力（对应于较高的刚度）可以减少凹陷量。增加研磨垫厚度将增加研磨垫的寿命（较厚的研磨垫使用寿命更长），但也会显著增加研磨垫的刚度。这可以帮助获得更好的凹陷性能（更低的凹陷量），同时抛光均匀性由于更硬的垫更难适应晶片表面平坦度的变化而恶化。

       4研磨垫凹槽影响

       大多数研磨垫表面都有凹槽。研磨垫表面的凹槽具有许多重要功能：

       防止晶圆在研磨垫上打滑；因此晶片可以在抛光过程中与垫紧密接触；

       确保研磨液均匀分布在研磨垫表面上，并将研磨液输送到晶圆中心，以保持从晶圆中心到边缘的均匀抛光。这对于较大尺寸的晶片（300mm）和抛光反应性金属如Cu尤其重要，因为研磨液与金属层的化学反应与机械作用一样对抛光速率至关重要；

       调整和控制整体和局部研磨垫刚度，以控制晶片表面的抛光均匀性和平坦化。凹槽设计可以在研磨垫表面上变化，以调整机械响应并减少边缘效应；

       提供用于从垫表面去除抛光碎屑和热量的通道，以减少由于碎屑积聚在垫表面上而产生划痕和其他缺陷的可能性，并避免由于摩擦和化学反应热而在局部高温区域发生快速化学反应；

       为了在抛光后通过破坏表面吸力来促进晶片从垫表面释放。

       凹槽有许多不同的设计。最佳凹槽设计取决于许多因素，包括垫类型、待抛光材料、抛光设备（抛光机），甚至抛光条件（下压力、转速度、研磨液流速等）。凹槽宽度、深度和密度都会影响带凹槽垫的刚度。有槽研磨垫的刚度低于无槽研磨垫。随着凹槽密度和宽度的增加，研磨垫刚度变得较少地依赖于凹槽深度，而更多地依赖于研磨垫的剩余未凹槽层的厚度。但是，凹槽深度是决定带槽垫寿命的关键因素，因为只有当垫磨损到凹槽太浅而无法分散研磨液和清除抛光碎屑时，才有可能获得可接受的抛光性能。为了实现可接受的研磨垫刚度和较长的研磨垫寿命，深沟槽是必要的，但研磨垫必须保持足够的深度以提供足够的刚度。由于研磨垫表面的凹槽有助于研磨液输送和降低研磨垫刚度（主要是堆叠研磨垫中的顶部硬/硬层），这可以导致更一致的材料去除率、更好的抛光均匀性和减轻边缘效应。研究表明，由于压花研磨垫上存在凹槽，因此与常规politex研磨垫相比，压花politex垫在整个晶片上获得了更好的均匀性。对于不同的凹槽模式，由螺旋凹槽和对数凹槽组成的组合模式显示出对介电和铜CMP工艺的几个关键属性的影响，如研磨液保持率、流体动力压力、摩擦学机制和材料去除率。与穿孔或K型槽研磨垫相比，研磨垫上的XY型槽并不能完全提供假定的卓越性能。研磨垫表面上的凹槽除了改变研磨垫刚度之外，还改变研磨垫的其他物理特性。研磨垫的机械性能（硬度、杨氏模量等）取决于研磨垫上凹槽的方向。在ILD CMP中，最软的K槽研磨垫显示出最大的去除率和平均摩擦系数（COF），而最硬的XY槽研磨垫则显示出最低的去除率值和COF值。