Cmp墊調整器的製造方法
2023-10-11 03:57:24
Cmp 墊調整器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種CMP墊調整器，其具有基板及形成於該基板的至少一個表面上的切削刀片圖形，且具體涉及一種具有切削刀片圖形的CMP墊調整器，其中該切削刀片圖形具有可提高生產率且通過改進切削刀片圖形的結構，可充分確保微細切削刀片圖形的強度及穩定性的結構。
【專利說明】CMP墊調整器
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有基板及形成於該基板的至少一個表面上的切削刀片圖形的化學機械拋光(CMP)墊調整器，具體涉及一種具有切削刀片圖形的CMP墊調整器，其中，該切削刀片圖形具有可增加CMP墊調整器的生產率且可充分確保切削刀片圖形的強度及安全的改進的結構。
【背景技術】
[0002]目前，半導體電路的速度及集成密度逐漸增加，且因此半導體晶片的尺寸逐漸增力口。此外，為了提供多層互連結構，互連的寬度逐漸小型化，且晶圓直徑變得更大。
[0003]然而，在裝置的集成密度增加且最小線寬減少的情況下，以至於遭遇到無法根據相關技術藉助局部平坦化來克服的限制。為了增進處理效率或質量，藉助化學機械拋光(CMP, chemical mechanical planarization)來執行晶圓的整體平坦化(globalplanarization)。利用CMP的整體平坦化是現有晶圓處理的必要部分。
[0004]CMP是其中半導體晶圓藉助化學及機械處理而加以平坦化的拋光處理。
[0005]原理上，CMP拋光是藉助按壓拋光墊及晶圓而彼此抵住並使其彼此相對移動、同時對拋光墊供給由研磨粒子及化學品的混合物組成的研磨漿。在此，由聚氨酯製成的拋光墊的表面上的許多孔洞用來接收新鮮拋光液，因此可獲得晶圓表面的高的拋光效率及均勻拋光。
[0006]然而，由於在拋光處理期間施加壓力及相對速度，因此拋光墊的表面在拋光期間隨時間經過而不均勻地變形，且拋光墊上的孔洞變得被拋光殘留物所阻塞，使得拋光墊無法執行其預期功能。針對此理由，無法完成藉助整體平坦化來均勻拋光晶圓表面。
[0007]為了克服CMP拋光墊的不均勻變形及孔洞阻塞，因此藉助使用CMP墊調整器對拋光墊的表面精細拋光來執行CMP墊調整處理，以形成新的孔洞。
[0008]CMP墊調整處理可在與CMP處理相同時間執行，以增加生產率。此即所謂「原位調整(in-situ conditioning)，，。
[0009]用於CMP處理的拋光液含有例如二氧化矽、氧化鋁或氧化鈰的研磨粒子，且CMP處理根據所使用的拋光處理種類而大致上分類為氧化物CMP及金屬(metal) CMP。用於氧化物CMP的拋光液一般具有10-12的pH值，且用於金屬CMP的拋光液具有4或更低的酸性pH值。
[0010]傳統的CMP墊調整器包括藉助電鍍處理而製造的電鍍型CMP墊調整器、及藉助在高溫下熔化CMP墊調整器及金屬粉末而製造的熔化型CMP墊調整器。
[0011]然而，這些傳統的電鍍型及熔化型CMP墊調整器在以下方面具有問題:當將其使用於金屬CMP處理中的原位調整時，附著於CMP墊調整器的表面的鑽石粒子藉助利用CMP漿的拋光粒子及酸性溶液所致的表面侵蝕的拋光動作而變得自該表面分離。
[0012]當分離的鑽石粒子在CMP拋光處理期間卡在CMP拋光墊時，其刮傷晶圓表面而增加處理瑕疵率，且使得必須更換CMP拋光墊。[0013]此外，藉助侵蝕而從金屬粘接劑釋放的金屬離子在金屬CMP處理期間移動至半導體電路的金屬線路，而導致金屬離子汙染(metal ion contamination),其造成短路。因為金屬離子汙染所造成的短路僅在已完成所有處理之後顯現，所以由金屬離子汙染所致的製造成本的損失顯著。
[0014]在解決上述發生於已知CMP墊調整器中的問題的嘗試中，韓國專利公開公報第2000-24453號公開一種拋光墊調整器及其製造方法。此專利公開公報公開處理具有多個多邊形柱體的基板，這些多邊形柱體利用CVD處理而自該基板的至少一個表面突出至大致上相同的高度，因而在該表面上形成鑽石薄膜。在此，這些多邊形柱體為突出的切削刀片。
[0015]此拋光墊調整器包括突出大致上相同距離的多個切削刀片。這些刀片可在調整處理期間在聚氨酯拋光墊上產生小刻痕，但無法微細地壓碎調整處理期間所產生的大碎片、或有效率地清除自晶圓產生的泥漿。
[0016]針對如這些功能，除了用以切削拋光墊的切削刀片之外，拋光墊調整器還應具有不同高度的切削刀片，其減小調整處理期間產生的碎片(debris)的尺寸，並使泥漿的流動順暢。
[0017]圖1顯示已知的具有切削刀片的CMP墊調整器101。如圖1所示，為了在基板110上形成多個個獨立的切削刀片圖形120，故在基板110上澱積鑽石，且然後使用蝕刻屏蔽使其圖案化。然後，在切削刀片圖形120上澱積鑽石塗層130。
[0018]然而，此CMP墊調整器具有以下兩問題。首先，為了藉助第一鑽石澱積處理而在基板上形成切削刀片圖形，因此必須在基板上使鑽石層形成為對應至切削刀片的高度的高度。
[0019]使用各種處理以利用化學氣相沉積(CVD)處理來形成鑽石澱積層。其中，通常使用熱絲(thermal filament)處理形成具有相對大面積的基板,例如CMP墊調整器。
[0020]當使用熱絲處理時，因為鑽石的增加率低達約0.1-0.3 μ m/hr (微米/小時)，所以需要100-200小時的塗布時間以使鑽石增加至30-60 μ m的高度，使得形成CMP墊調整器用的切削刀片圖形。由此原因，CMP墊調整器的生產率顯著降低。
[0021]另一問題為即使鑽石具有高硬度，但其因高脆性而具有極低的衝擊強度。考慮到藉助在CMP系統中的拋光墊的拋光期間精細地切削刀片圖形而經歷的調整器壓力及藉助與拋光材料的摩擦的研磨，無法確保切削刀片圖形的對抗破損及分離的穩定性。此切削刀片圖形的破損及分離導致在形成矽晶圓上刮傷。
[0022]因此，確保切削刀片圖形的衝擊穩定性極為重要。然而，因為CVD鑽石生長為柱狀結構，使其對於調整處理期間所施加的剪切負載而言極為脆弱，故難以形成具有ΙΟΟμπι的尺寸的精細切削刀片圖形。
【發明內容】
[0023]技術問題
[0024]因此，本發明的目的為提供一種具有切削刀片圖形的CMP墊調整器，該切削刀片圖形快速且輕易地形成，使得CMP墊調整器的生產率可獲得增加。
[0025]本發明的另一目的為提供一種CMP墊調整器，其中切削刀片圖形具有微細結構，同時可確保其強度及穩定性。[0026]本發明的又另一目的為提供一種具有切削刀片圖形的CMP墊調整器，其在調整處理期間有效地執行碎片的移除及例如泥漿的外來物的排出。
[0027]本發明的目的並不限於上述的目的，且其他目的將由本領域技術人員自以下說明而了解。
[0028]技術手段
[0029]為了達到上述目的，本發明提供一種CMP墊調整器，其具有基板及形成於該基板的至少一個表面上的切削刀片圖形，其中切削刀片圖形包括:多個基板刀片部，彼此隔開地形成於基板上；及鑽石澱積刀片部，形成於該多個基板刀片部上。
[0030]在此，多個基板刀片部可形成為具有相同高度，且形成於該多個基板刀片部上的鑽石澱積刀片部可形成為具有相同厚度，使得切削刀片圖形的切削刀片具有相同高度。然而，在一些情況中，多個基板刀片部的一些基板刀片部可形成為具有不同高度，或鑽石澱積刀片部中的一些可具有不同厚度，使得切削刀片圖形的切削刀片可具有不同高度。尤其，若切削刀片圖形的切削刀片將具有不同高度，則優選地使多個基板刀片部形成為具有不同高度，並使鑽石澱積刀片部在基板刀片部上形成為相同厚度。
[0031]本發明還提供一種CMP墊調整器，其具有基板及形成於該基板的至少一個表面上的切削刀片圖形，其中該切削刀片圖形包括:多個基板刀片部，彼此隔開地形成於該基板上；及鑽石澱積刀片部，形成於該多個基板刀片部的一些基板刀片部上。
[0032]優選地，多個基板刀片部形成為具有相同高度，且鑽石澱積刀片部具有相同厚度、形成於相鄰基板刀片部中的一個基板刀片部、且不形成於另一基板刀片部，使得切削刀片圖形的切削刀片具有不同高度。
[0033]更優選地，基板刀片部藉助基板上的凹部而彼此分隔。
[0034]在此，基板刀片部優選地具有多邊形的截面形狀。
[0035]並且，基板刀片部優選地具有多邊形、圓形或橢圓形的平面形狀。
[0036]再者，鑽石澱積刀片部優選地具有1-10 μ m的厚度。
[0037]在此，切削刀片圖形的上表面優選地利用包括SiC研磨材料的輪件或包括鑽石砂礫的樹脂輪加以修整。
[0038]此外，CMP墊調整器優選地還包括鑽石塗布層，其形成於基板及切削刀片圖形二者上。
[0039]另外，藉助此構造，切削刀片圖形可具有ΙΟΟμπι或更小的微細結構。
[0040]有益效果
[0041 ] 本發明具有以下有益效果。
[0042]首先，在根據本發明的CMP墊調整器中，可利用快速且簡單的方式形成切削刀片圖形，使可增加得CMP墊調整器的生產率。
[0043]再者，在本發明的CMP墊調整器中，所形成的切削刀片圖形可具有精細結構，並且可確保其強度及穩定性。
[0044]此外，在本發明的CMP墊調整器中，切削刀片圖形在調整處理期間有效地移除碎片(debris)及如泥眾的外來物。
【專利附圖】
【附圖說明】[0045]圖1為已知的CMP墊調整器的截面圖。
[0046]圖2a及圖2b為根據本發明的一個實施方式的CMP墊調整器的截面圖。
[0047]圖3a及圖3b為根據本發明的另一實施方式的CMP墊調整器的截面圖。
[0048]圖4a及圖4b為根據本發明的再另一實施方式的CMP墊調整器的截面圖。
[0049]圖5a及圖5b為根據本發明的又另一實施方式的CMP墊調整器的截面圖。
[0050]圖6為顯示針對圖1的CMP墊調整器的切削刀片圖形的耐久性測試的照片。
[0051]圖7為顯示針對根據本發明的CMP墊調整器的切削刀片圖形的耐久性測試的照片。
【具體實施方式】
[0052]以下將參照附圖來詳細說明本發明。
[0053]圖2a、圖2b、圖3a及圖3b為CMP墊調整器的截面圖，其中切削刀片圖形的所有切削刀片均包括基板刀片部及澱積刀片部。圖4a、圖4b、圖5a及圖5b為CMP墊調整器的截面圖，其中僅有一些切削刀片圖形的切削刀片包括基板刀片部及澱積刀片部。如這些附圖所示，根據本發明的CMP墊調整器I包括基板10及形成於基板10的至少一個表面上的切削刀片圖形20。
[0054]基板10可由高硬度材料(例如一般鐵合金、超硬合金或陶瓷材料)製成，且可具有圓盤形狀。
[0055]在此，基板10的材料優選地為選自SiC、Si3N4, WC、及其混合物中至少一種。
[0056]在一些情況中，基板10可由選自基於碳化鎢(WC)的超硬合金(包括碳化鎢-鈷(WC-Co)、碳化鎢-碳化鈦-鈷(WC-TiC-Co)、及碳化鎢-碳化鈦-碳化鉭-鈷(WC-TiC-TaC-Co))、與基於金屬陶瓷(TiCN)、碳化硼(B4C)、及二硼化鈦(TiB2)的超硬合金中的一種或更多種製成。此外，基板可優選地由例如氮化矽(Si3N4)或矽(Si)的陶瓷材料製成。基板10的材料的其他示例包括氧化招(A1203)、氮化招(A1N)、氧化鈦(Ti02)、氧化錯(ZrOx)、二氧化娃(SiO2)、碳化娃(SiC)、氮氧化娃(SiOxNy )、氮化鶴(WNx)、氧化鶴(WOx)、DLC (diamond-like coating,類鑽膜)、氮化硼(BN)、或氧化鉻(Cr203)。
[0057]再者，當由上方查看時，基板優選地具有圓盤形狀，且在一些情況中，其可具有多邊形狀。
[0058]在優選實施方式中，在形成切削刀片圖形20前，基板10的至少一個表面藉助研磨或研光而加以平坦化、並在沉積鑽石澱積刀片部23前以超音波加以處理。
[0059]切削刀片圖形20包括形成於基板10的一個表面上的多個基板刀片部21、及形成於多個基板刀片部21的一些基板刀片部或全部上的鑽石澱積刀片部23。
[0060]基板刀片部21可在基板上彼此分隔地形成為相同或不同高度。如圖2a至圖4b所示，基板刀片部21可為具有矩形截面形狀的部份，其藉助凹部25彼此分隔。或者，如圖5a及圖5b所示，基板刀片部21可具有以下結構:具有矩形截面形狀的基板刀片部與具有三角截面形狀的基板刀片部2Ia彼此交替並藉助凹部25彼此分隔。此外，當由上方查看時，基板刀片部21可具有多邊形、圓形或卵形。儘管並未顯示於附圖中，仍應了解當由側面及由上方查看時，基板刀片部21可具有多邊喇叭形、或多邊圓錐或橢圓錐形、或圓柱或橢圓柱形。
[0061]基板刀片部21可藉助例如機械處理、雷射處理或蝕刻的方法而形成。[0062]並且，鑽石澱積刀片部23繫於多個基板刀片部21上形成為相同厚度。如圖2a至圖3b所示，鑽石澱積刀片部23可形成於所有基板刀片部21上、或僅形成於多個基板刀片部21的一些基板刀片部上。在優選實施方式中，如圖4a至圖5b所示，鑽石澱積刀片部23形成於相鄰基板刀片部21中的一個基板刀片部21上，且未形成於另一基板刀片部21上。
[0063]如圖5a及圖5b所示，當基板刀片部21由彼此交替的具有矩形截面形狀的基板刀片部21與具有三角截面形狀的基板刀片部21a組成時，鑽石澱積刀片部23優選地形成於具有矩形截面形狀的基板刀片部21上。
[0064]在此，鑽石澱積刀片部23可使用化學氣相沉積(CVD)形成於基板刀片部21上。舉例來說，在形成基板刀片部21前，可使鑽石沉積層形成於基板10的一個表面上並加以平坦化，而後局部地移除鑽石沉積層而留下位於將形成基板刀片部21的區域中的鑽石沉積層。
[0065]在此，鑽石沉積層的化學氣相沉積系優選地在以下條件下執行:壓力:10-55Torr ;氫及甲烷的流量:分別為1-2SLM及約25SCCM ;基板10的溫度:約900°C ;熱絲(filament)溫度:1900-2000°C ;及基板10與熱絲的間的距離:10_15_。
[0066]為了確保鑽石沉積層的整體平均度，因此優選地在平坦化處理中使用具有2000目(mesh)或更大的粒子的樹脂或陶瓷拋光碟將如此沉積的鑽石沉積層加以平坦化至1-10 μ m的厚度。然後，可將鑽石澱積刀片部23在基板刀片部21上均勻地形成為1-1Oym的厚度。
[0067]並且，鑽石沉積層的移除可藉助蝕刻(例如反應性離子蝕刻、幹法蝕刻、溼法蝕刻或電漿蝕刻)、或機械處理或雷射處理來執行。
[0068]在已將鑽石沉積層移除後，切削刀片圖形20的上表面優選地藉助蝕刻或機械處理加以修整，以消除高度上的差異、角落的崩塌、或彎曲截面部份。此修整處理可使用包括SiC研磨材料的輪件、或包括鑽石砂礫的樹脂輪來執行。在此，鑑於表面粗糙度或切削刀片的穩定性，因此研磨輪或包括鑽石砂礫的樹脂輪優選地包括具有2000目或更大的尺寸的細研磨粒子。
[0069]另外，如圖2a、圖3a、圖4a及圖5a所不，鑽石塗布層30可使用化學氣相沉積在基板10及切削刀片圖形20上形成為比鑽石澱積刀片部23更薄的厚度。在形成鑽石塗布層30前，其上形成有基板刀片部21及鑽石澱積刀片部23的基板10優選地接受超音波預處理。在此超音波預處理處理中，使用微細鑽石粒子使微細刮傷形成於澱積刀片部23、剩餘的凹部25及基板刀片部21上，以使鑽石塗布層更堅硬。在已形成鑽石塗布層30後，切削刀片圖形20的切削刀片的高度以交替形式不同，如圖3a、圖4a及圖5a所示。
[0070]如圖2b、圖3b、圖4b及圖5b所示，在藉助基板刀片部21及鑽石刀片部而充分確保例如切削刀片圖形20的耐久性的一些情況中、或考慮使用的條件，便可省略鑽石塗布層30。
[0071]如上所述，根據本發明的CMP墊調整器具有鑽石澱積刀片部23形成於基板刀片部21上的結構。因此，切削刀片圖形20中的澱積刀片部23的厚度可相當小，且因此被沉積以形成切削刀片圖形20的鑽石澱積刀片部23的鑽石可被沉積至較小厚度。於是，因為用作調整器I的切削刀片的切削刀片圖形20的高度的顯著部份(30-60 μ m)由基板刀片部21組成，所以即使在熱絲處理中的鑽石的生長率低達約0.1-0.3 μ m/hr (微米/小時)時，用以形成鑽石澱積刀片部23的鑽石的沉積時間仍明顯減少。此可增加CMP墊調整器I的生產率。
[0072]此外，根據本發明，切削刀片圖形20由形成於基板10上的基板刀片部21及鑽石澱積刀片部23形成。因此，不同於其中切削刀片圖形120僅由鑽石層形成的已知CMP墊調整器，充分地確保具有微細結構的切削刀片圖形20的強度、穩定性及耐久性。因此，可預防調整處理中的切削刀片圖形20的破損及分離，使得刮傷晶圓的問題可獲得解決。
[0073]根據本發明的CMP墊調整器(尤其是具有切削刀片圖形20包括高度不同的切削刀片的結構CMP墊調整器I)具有以下的有益效果:拋光墊拋光藉助較高的切削刀片圖形20所執行、調整處理期間產生的碎片被較低的切削圖形細微地壓碎、且拋光晶圓導致的泥漿經由切削刀片圖形20之間的高度差異所提供的空間而有效地排出至外側。
[0074]測試根據本發明的CMP墊調整器I的切削刀片圖形20的耐久性，且測試的結果系顯示於以下表1及圖6及圖7中。
[0075]在耐久性測試中，樣本I為包括僅由鑽石形成的切削刀片圖形的已知CMP墊調整器；且樣本2為發明性的CMP墊調整器，其中如圖2a所示地構造的切削刀片圖形由基板刀片部21及鑽石澱積刀片部23組成。
[0076]在此，樣本I藉助以下方式獲得:在20mm超硬基板上使鑽石沉積至35 μ m的厚度、使用雷射以Imm的間隔形成切削刀片圖形(各為50μπι (L)X50ym (W))、以超音波清洗及預處理所產生的結構、及藉助熱絲處理在圖形上形成5 μ m鑽石塗布層。
[0077]樣本2藉助以下方式獲得:在20mm超硬基板10上形成35 μ m厚的由5 μ m厚的鑽石澱積刀片部23及基板刀片部21組成的切削刀片圖形20、以超音波清洗及預處理所產生的結構、及藉助熱絲處理在所產生的結構上形成5 μ m鑽石塗布層。
[0078][表 I]
[0079]`
【權利要求】
1.一種化學機械拋光CMP墊調整器，該CMP墊調整器具有基板及形成於所述基板的至少一個表面上的切削刀片圖形，其中，所述切削刀片圖形包括: 多個基板刀片部，彼此隔開地形成於所述基板上 '及 鑽石澱積刀片部，形成於所述多個基板刀片部上。
2.根據權利要求1所述的CMP墊調整器，其中，所述多個基板刀片部的一些基板刀片部形成為具有不同高度。
3.—種CMP墊調整器，所述CMP墊調整器具有基板及形成於所述基板的至少一個表面上的多個切削刀片圖形，其中，所述多個切削刀片圖形包括: 多個基板刀片部，彼此隔開地形成於所述基板上；及 鑽石澱積刀片部，形成於所述多個基板刀片部中的一些基板刀片部上。
4.根據權利要求3所述的CMP墊調整器，其中， 所述多個基板刀片部(可以對一下韓文)形成為具有相同高度，且 所述鑽石澱積刀片部具有相同厚度、形成於相鄰基板刀片部中的一個基板刀片部上、且不形成於另一個基板刀片部上。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的CMP墊調整器，其中，所述基板刀片部藉助所述基板上的凹部而彼此分隔。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的CMP墊調整器，其中，所述基板刀片部具有多邊形的截面形狀。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的CMP墊調整器，其中，所述基板刀片部具有多邊形、圓形或橢圓形的平面形狀。
8.根據權利要求1至4中任一項所述的CMP墊調整器，其中，所述鑽石澱積刀片部具有1-10 μ m的厚度。
9.根據權利要求8所述的CMP墊調整器，其中，所述切削刀片圖形的上表面(可以根據韓文確定一下)利用包括SiC研磨材料的輪件或包括鑽石砂礫的樹脂輪修整。
10.根據權利要求1至4中任一項所述的CMP墊調整器，其中，所述CMP墊調整器進一步包括鑽石塗布層，所述鑽石塗布層形成於所述基板及所述多個切削刀片圖形二者上。
11.根據權利要求1至4中任一項所述的CMP墊調整器，其中，所述切削刀片圖形具有.100 μ m或更小的微細結構。
【文檔編號】H01L21/304GK103688344SQ201280035966
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年7月16日 優先權日:2011年7月18日
【發明者】李世珖, 李周翰 申請人:二和鑽石工業股份有限公司