背景技术
随着超大规模集成电路ULSI(Ultra Large Scale Integration)的飞速发展,集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细,对晶片表面的平整度要求也越来越严格。而现在广泛应用的多层布线技术会造成晶片表面起伏不平,对图形制作极其不利,为此,需要对晶片进行平坦化(Planarization)处理,使每一层都具有较高的全局平整度。目前,化学机械研磨法(CMP,Chemical Mechanical Polishing)是达成全局平坦化的最佳方法,尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub-micron)领域后,化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。
化学机械研磨法(CMP)是通过晶片和研磨头之间的相对运动来平坦化晶片表面的。图1为现有的化学机械研磨设备的结构示意图,如图1所示,化学机械研磨时,通过转动的研磨头101将晶片102以一定的压力压置于旋转的转盘104上的研磨垫103上,混有极小磨粒的研磨液105通过研磨液输送管106滴落于研磨垫103上,并在研磨垫103的传输和旋转离心力的作用下,均匀分布于其上,在晶片102和研磨垫103之间形成一层流体薄膜,流体中的化学成分与晶片产生化学反应,将不溶物质转化为易溶物质,然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从晶片表面去除,溶入流动的流体中带走,从而获得光滑无损伤的平坦化表面。
其中,粘附在转盘104上表面的研磨垫103是在CMP中决定研磨速率和平坦化能力的一个重要部件,其对研磨工艺的稳定性、重复性及均匀性都有重大影响。研磨垫通常用聚亚胺脂(Polyurethane resin)制成,其表面粗糙且具有孔洞,在进行CMP时,大部分研磨产生的颗粒会被流动的流体带走,然而仍有少部分的颗粒会渐渐累积在研磨垫的孔洞中,使得研磨垫表面愈来愈不粗糙,研磨速率降低,造成CMP工艺的不稳定,并使研磨垫快速耗损。因此,需要有一个研磨垫整理装置,其用于将研磨垫表面的颗粒移除,并修复研磨垫,使研磨垫恢复粗糙的表面,以确保研磨工艺更为稳定。通常所用的研磨垫整理装置如图1所示,由支撑臂108和修正盘107组成。
图2为现有的化学机械研磨设备的工作情况示意图,如图2所示,化学机械研磨时,研磨液通过研磨液输送管203滴落于研磨垫201上;研磨垫201与研磨头202分别沿图中所示的方向211和212进行转动,对晶片进行平坦化处理;研磨垫整理装置通过支撑臂204带动修正盘205沿图中213所示方向往返运动,同时,修复盘205还进行图中214所示的旋转运动,以实现对研磨垫的整理和修复。
现有的研磨垫整理装置的修正盘往往镶有金刚石颗粒,图3为现有的研磨垫整理装置的修正盘剖面图,如图3所示,其由本体301和金刚石颗粒302组成,且该金刚石颗粒302通过中间层303镶于本体301上,其的分布可以是散乱分布、环状分布或均匀分布等方式。用于镶嵌颗粒302的中间层303可以是利用焊接方式固定颗粒的镍层,也可以是利用热压烧结的方式固定颗粒的陶瓷粉末等。但是,在研磨过程中,无论是以哪种方式镶于修正盘上的金刚石颗粒302,都常会因应力的关系而从修正盘上脱落,该脱落的颗粒残留于研磨垫中,会在晶片表面形成表面擦痕(Scratch),这些擦痕易在金属间引起短路或开路现象,降低产品的成品率。
图4为现有的说明表面擦痕引起金属间短路的示意图,如图4所示,因为晶片表面存在的擦痕401,造成了连接孔402和403之间电短路。为了减少研磨后晶片表面的擦痕,除了通常采用的对研磨工艺进行改进,对研磨垫进行维护外,还需要对由修正盘脱落至研磨垫中的颗粒进行去除。
于2006年3月15日授权公开的公告号为CN1245742C的中国专利公开了一种研磨垫整理装置,其的修正盘采用了在本体上配置一层部分相稳定化金属氧化层,再在该层上分布金刚石颗粒的方法形成。该装置利用部分相稳定化金属氧化层具有的抗酸腐蚀等特性,达到延长修正盘寿命,避免金刚石颗粒脱落的目的。但是采用该方法仅能起到降低金刚石颗粒脱落几率的作用,并不能确保没有金刚石颗粒脱落于研磨垫中。
发明内容
本发明提供一种研磨垫整理装置及研磨垫整理方法,以改善现有的化学机械研磨过程中因修正盘上的颗粒脱落而导致的划伤晶片的现象。
本发明提供的一种研磨垫整理装置,包括支撑臂和修正盘,其中,所述支撑臂上还安装有吸附器,所述吸附器包含磁性收集体,所述修正盘上镶有由不锈钢材料制成的颗粒,且所述磁性收集体与所述颗粒中一个为磁体,另一个为磁体或磁性材料。
其中,所述颗粒由磁化后的马氏体铬不锈钢磁体或马氏体铬镍不锈钢磁体制成,所述磁性收集体由铁、钴、镍合金中的一种制成。
其中,所述不锈钢磁体由马氏体铬不锈钢磁体或马氏体铬镍不锈钢磁体制成,所述磁性收集体为磁体。
其中,所述吸附器还包括与所述支撑臂相连接的底座,所述底座的下表面安装有所述磁性收集体,且所述磁性收集体与所述研磨垫间保持一定间距。
其中,所述吸附器还包括与所述支撑臂相连接的底座,所述底座的上表面安装有所述磁性收集体,且所述底座与所述研磨垫间保持一定间距。此时,还可以在所述吸附器的底座的下表面,与所述磁性收集体对应的位置安装有粘附体。
其中,所述吸附器的磁性收集体直接安装于所述支撑臂上,且所述磁性收集体与所述研磨垫间保持一定间距。
其中,所述磁性收集体安装于所述支撑臂的下表面。
其中,所述吸附器安装于所述支撑臂靠近研磨垫中心的一边,且其与所述支撑臂间的夹角在10°至90°之间。
其中,所述吸附器的磁性收集体的形状可以为圆弧形,且相对于所述吸附器而言,所述圆弧形的圆心与所述修正盘在同一侧。
其中,所述吸附器的形状可以为条形。
本发明具有相同或相应技术特征的一种研磨垫的整理方法,包括步骤:
利用镶有不锈钢颗粒的修正盘对所述研磨垫进行整理和修复;
利用与所述不锈钢颗粒之间具有磁吸引力的磁性收集体吸附脱落于研磨垫内的所述不锈钢颗粒。
其中,利用镶有不锈钢颗粒的修正盘对所述研磨垫进行整理和修复,包括步骤:
令研磨垫旋转;
令研磨垫整理装置的支撑臂沿所述研磨垫径向往返运动;
令与所述支撑臂相连的所述研磨垫整理装置的修正盘进行与所述研磨垫同向的旋转。
其中,所述磁性收集体与所述支撑臂相连,并随所述支撑臂一起沿所述研磨垫径向进行往返运动。
其中,在所述支撑臂进行往返运动的过程中,与所述支撑臂相连的所述修正盘最多会有半个盘面运动至所述研磨垫外。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明的研磨垫整理装置,将用于整理和修复研磨垫的修正盘上镶的传统的金钢石颗粒改为不锈钢颗粒,再在支撑臂上安装与颗粒间具有磁吸引力的吸附器,该吸附器可以将脱落于研磨垫内的不锈钢颗粒吸附出来。避免了现有的研磨垫整理装置中颗粒脱落于研磨垫后划伤晶片的现象,提高了生产的成品率。
本发明的研磨垫整理方法,先利用镶有不锈钢颗粒的修正盘对研磨垫进行整理和修复;再利用与不锈钢颗粒之间具有磁吸引力的磁性收集体吸附脱落于研磨垫内的所述不锈钢颗粒。避免了因修正盘上颗粒脱落于研磨垫而损伤晶片的现象。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中,并且可利用许多适当的材料制作,下面是通过具体的实施例来加以说明,当然本发明并不局限于该具体实施例,本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。
其次,本发明利用示意图进行了详细描述,在详述本发明实施例时,为了便于说明,表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大,不应以此作为对本发明的限定,此外,在实际的制作中,应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本发明中,具有磁性的物体称为磁体(包括被磁化后具有磁性的物体,如永磁体);很容易磁体吸引的材料称为磁性材料,如铁、钴、镍的合金或铁和其他金属的氧化物等。
为了解决现有的研磨垫整理装置中修正盘上的颗粒脱落于研磨垫内,导致晶片划伤的问题,本发明提出了一种新的研磨垫整理装置。
图5为本发明第一实施例中的研磨垫整理装置的结构示意图,如图5所示,该研磨垫整理装置包括修正盘510、支撑臂520和吸附器,本实施例中,吸附器由磁性收集体530组成,修正盘510上镶的颗粒511由传统的金刚石颗粒改为由不锈钢材料制成,且磁性收集体530与颗粒511中一个为磁体,另一个为磁体或磁性材料。这样,由磁性收集体530组成的吸附器与颗粒511间会具有一定的吸力,可以将研磨过程中脱落于研磨垫中的颗粒吸附出来,防止其划伤晶片。
本实施例中,修正盘上镶的不锈钢颗粒为具有磁性的磁体,则磁性收集体530既可以由易被磁体吸引的磁性材料制成,如铁、钴、镍合金中的一种,也可以由具有磁性的磁体制成。采用具有磁性的磁体制作修正盘510上镶的颗粒511,除了可以通过吸附器将脱落于研磨垫内的颗粒吸附出来外,还可以通过修正盘510上镶有的颗粒511所具有的磁性将脱落的颗粒吸附回来。
另外,本发明中的不锈钢颗粒也是利用中间层镶于修正盘的本体上的,如镍层或陶瓷粉末等。本实施例中采用的是镍中间层,不锈钢颗粒是通过焊接的方式固定于该镍中间层上的。由于镍本身为磁性材料,易被磁体吸引,具有磁性的不锈钢颗粒与镍层间也会具有一定的磁吸引力,这一方面降低了颗粒脱落的几率,另一方面也加大了修正盘本身将脱落于研磨垫内的颗粒吸附回来的可能。
需要注意的是,并不是所有的具有磁性的磁体都可以用于制作修正盘510上的颗粒,化学机械研磨工艺本身的工作特点要求修正盘510上所镶的颗粒511具有高强度、高硬度及良好的抗酸腐蚀性等特点,为此,本发明中的颗粒511采用了具有上述特点的、被磁化了的、形成永磁体的马氏体铬不锈钢材料制成。
本实施例中,该磁性不锈钢材料可以为马氏体铬不锈钢材料9Cr18、9Cr18MoV、4Cr9Si2等中的任一种,该类不锈钢材料易被磁化形成永磁体,且其随着碳(C)含量的增加,强度及硬度会进一步提高。如,其强度通常可高达1400MPa以上,洛氏硬度(HRC)可高达60以上。另外,该类材料还具有较好的抗酸腐蚀性及高达1400℃以上的熔点,能很好地抵抗研磨液的腐蚀作用及因机械研磨而产生的高热量。
除了本实施例中采用的马氏体铬不锈钢材料外,在本发明的其它实施例中,也可以采用其他不锈钢磁体材料,如磁化后的马氏体铬镍不锈钢材料等。
本实施例中,组成吸附器的磁性收集体530的形状为条形的,其可以采用焊接、铆接或镙钉固定等多种方式安装于支撑臂520上。本实施例中,采用焊接的方式将磁性收集体530直接固定于支撑臂520的一侧,作为吸附器使用(在本发明的其它实施例中,其还可以安装于支撑臂520的上表面或下表面等位置处)。注意到,该磁性收集体530在随着支撑臂520作往返运动的过程中,是利用其具有的磁吸引力将可能由修正盘510上脱落的磁性颗粒吸附于其上,以起到防止因该磁性颗粒陷于研磨垫中而划伤晶片的作用的,其并不需要与研磨垫相接触,事实上,为了更好地保护研磨垫,应将该磁性收集体530设计为不与研磨垫相接触。
此外,为了达到较佳的吸附效果,本实施例中将由磁性收集体530组成的吸附器安装于了支撑臂520靠近研磨垫中心的一侧,其与所述支撑臂间的夹角可以在10°至90°之间,如15°、30°、60°等。
图6为本发明第一实施例中的研磨垫整理装置的工作情况示意图,如图6所示,研磨时,将研磨液通过研磨液输送管603滴落于研磨垫601上,再令研磨垫601与研磨头602分别沿图中所示的方向611和612进行转动,对晶片进行平坦化处理;同时,本发明的研磨垫整理装置中的修正盘510不仅在支撑臂520的带动下沿图中613所示方向往返运动,还同时进行着图中614所示的旋转运动,以实现对研磨垫的整理和修复。
注意到,本实施例中将由磁性收集体530组成的吸附器安装于支撑臂520靠近研磨垫中心的一侧,以达到更好的吸附效果的原因在于:在本发明的研磨垫整理装置中的支撑臂520沿图中613所示方向(沿研磨垫601的径向)往返运动的过程中,研磨垫601在沿图中所示的611方向旋转,即,在修正盘510对其进行整理、修复后,其会继续转至磁性收集体530(吸附器)的下方,这样,在修正盘510对其进行整理、修复时可能脱落的磁性颗粒就可以直接被磁性收集体530所吸附,吸附效果较好。
图7为本发明第二实施例中的研磨垫整理装置的结构示意图,如图7所示,该研磨垫整理装置包括修正盘710、支撑臂720和吸附器,本实施例中,吸附器由磁性收集体730组成,修正盘710上镶的颗粒711由不锈钢材料制成,且磁性收集体730与颗粒711中一个为磁体,另一个为磁体或磁性材料。
本实施例中,修正盘上镶的不锈钢颗粒由本身不具有磁性、但易被磁体吸引的磁性材料制成,对应地,磁性收集体730由本身具有磁性的磁体制成。这样,本实施例中的研磨垫整理装置中,脱落的由磁性材料制成的不锈钢颗粒仅可以由磁性收集体730吸附。
为了满足化学机械研磨工艺对修正盘710上所镶的颗粒711提出的具有高强度、高硬度及良好的抗酸腐蚀性的要求,本发明中的颗粒711采用了具有上述特点的不锈钢材料,其可以是铁素体不锈钢材料、未被磁化的马氏体不锈钢材料等。
本实施例中,组成吸附器的磁性收集体730的形状为圆弧形的,具有更大的吸附面积。其可以采用焊接、铆接或镙钉固定等多种方式安装于支撑臂720上。本实施例中,将磁性收集体730固定于支撑臂720的一侧作为吸附器使用。注意到,为了更好地保护研磨垫,该磁性收集体730应设计为不与研磨垫相接触。
此外,为了达到较佳的吸附效果,本实施例中将由磁性收集体730组成的吸附器安装于了支撑臂720靠近研磨垫中心的一侧,其与所述支撑臂间的夹角可以在10°至90°之间,如15°、30°、60°等。
图8为本发明第二实施例中的研磨垫整理装置的工作情况示意图,如图8所示,研磨时,将研磨液通过研磨液输送管803滴落于研磨垫801上,再令研磨垫801与研磨头802分别沿图中所示的方向811和812进行转动,对晶片进行平坦化处理;同时,本发明的研磨垫整理装置中的修正盘710不仅在支撑臂720的带动下沿图中813所示方向往返运动,还同时进行着图中814所示的旋转运动,以实现对研磨垫的整理和修复。
除了将磁性收集体直接安装于支撑臂的一侧作为吸附器使用外,还可以直接将磁性收集体安装于支撑臂的下表面上作为吸附器使用。
图9为本发明第三实施例中的研磨垫整理装置的结构示意图,如图9所示,该研磨垫整理装置包括修正盘910、支撑臂920和吸附器,本实施例中,吸附器由安装于支撑臂920下表面的磁性收集体930组成,修正盘910上镶的颗粒911由不锈钢材料制成,且磁性收集体930与颗粒911中一个为磁体,另一个为磁体或磁性材料。
采用本发明第三实施例中的方式安装磁性收集体930,同样可以起到吸附由修正盘910上脱落的颗粒的作用,且比较节约用于制作磁性收集体的材料。当研磨垫整理装置中的支撑臂920沿研磨垫的径向进行往返运动时,研磨垫本身也在旋转,在修正盘910对其进行整理、修复后,其会继续向研磨垫整理装置中的支撑臂方向旋转,到达磁性收集体930(吸附器)的下方,这样,在修正盘910进行整理、修复时可能脱落的磁性颗粒就可以直接被磁性收集体930所吸附,达到较好的吸附效果。
除了直接将磁性收集体安装于支撑臂上形成吸附器外,还可以利用一个底座连接磁性收集体与支撑臂,同样可以在吸附效果基本相同的情况下,达到节约磁性收集体制作材料的目的。
图10为本发明第四实施例中的研磨垫整理装置的结构示意图,如图10所示,该研磨垫整理装置包括修正盘1010、支撑臂1020和吸附器,本实施例中,吸附器由安装于支撑臂1020一侧的底座1031(本发明的其它实施例中也可以安装于支撑臂1020的上表面),安装于底座1031下表面的磁性收集体1030组成,修正盘1010上镶的颗粒1011由不锈钢材料制成,且磁性收集体1030与颗粒1011中一个为磁体,另一个为磁体或磁性材料。
吸附器中的底座1031既可以由磁性材料制成也可以由无磁性材料制成,如,其可以为陶瓷、塑料、树脂等多种材料中的任一种。另外,注意到,为了避免磁性收集体1030接触到研磨垫,该底座1031可以设计得较薄。
同样,为了达到较佳的吸附效果,本实施例中的吸附器安装于了支撑臂1020靠近研磨垫中心的一侧,其与所述支撑臂间的夹角可以在10°至90°之间,如15°、30°、60°等。
在本发明的其它实施例中,还可以将磁性收集体安装于底座的上表面(此时底座的厚度仍有一定限制,以防止因其过厚而影响到磁性收集体对颗粒的吸附),此时,可以在底座的下表面,与磁性收集体对应的位置安装一个粘附体,其可以为可更换的。因为磁性收集体所吸附的颗粒都会依附于该粘附体上,当所吸附的颗粒总量已较多时,会影响到吸附的效果,此时可以再更换一个新的粘附体。为了增强吸附效果,该粘附体还可以具有一定的粘性,如可以用粘性薄膜、石蜡等形成。
在本发明上述实施例的启示下,本领域的普通技术人员还可以得到更多的具有相同设计思路的研磨垫整理装置,这一应用的延伸对于本领域普通技术人员而言是易于理解和实现的,其均应属于本发明的保护范围之内,在此不再赘述。
本发明还提出了一种新的研磨垫的整理方法,该整理方法中,将传统的镶有金钢石颗粒的修正盘改为镶有不锈钢颗粒的修正盘,在利用该修正盘对研磨垫进行整理和修复后;再利用与不锈钢颗粒之间具有磁吸引力的磁性收集体吸附脱落于研磨垫内的不锈钢颗粒。避免了因该颗粒脱落于研磨垫内,而导致的晶片划伤的问题。图11为本发明的研磨垫整理方法的具体实施例的流程图,下面结合图11对本发明的研磨垫整理方法的具体实施例进行详细的介绍。
在进行化学机械研磨时(也可以在不进行研磨时,专门利用该方法对研磨垫内的颗粒进行去除),一方面令研磨垫旋转(S1101);另一方面令研磨垫整理装置的支撑臂沿研磨垫径向进行往返运动(S1102);利用与支撑臂相连的镶有不锈钢颗粒的修正盘对研磨垫进行顺序的整理和修复。为达到更好的整理和修复效果,在研磨垫整理装置沿研磨垫径向往返运动时,研磨垫整理装置的修正盘也要进行与研磨垫同向的旋转(S1103)。
在利用修正盘对研磨垫进行整理和修复后,可以利用与修正盘上镶的颗粒之间具有的磁吸引力的磁性收集体,将脱落于研磨垫内的修正盘的颗粒吸附出来(S1104)。该磁性收集体可以与支撑臂相连,并随支撑臂一起沿研磨垫径向进行往返运动,自动实现对颗粒的吸附。
其中,为了吸附范围更大,与支撑臂相连的磁性收集体在往返运动过程中,越靠近研磨垫的边缘越好,但考虑到修正盘的工作稳定性,在支撑臂进行往返运动的过程中,还是要保证与支撑臂相连的修正盘最多仅有半个盘面运动至所述研磨垫外。
采用本发明的研磨垫整理方法,可以将脱落于研磨垫内的修正盘的颗粒吸附出来,避免了因修正盘上颗粒脱落于研磨垫而损伤晶片的现象,提高了生产的成品率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。