CN106078516A - 一种新型cmp抛光垫修整器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：包括盘型基体和位于所述盘型基体上的修整部件，所述修整部件上表面设有多个微凸起和多个微孔，所述微孔与位于所述盘型基体内的腔体连通，所述微孔的轴线与所述修整部件的上表面垂直，或有小于90°的夹角。本发明的一种新型CMP抛光垫修整器所包含的多微孔结构可以解决修整过程中的堵塞问题，减少残屑对抛光垫的损伤；本发明提出了具有一定锥度的微凸起结构，且微凸起结构的顶部尺寸要小于底部，即微凸起的切割面的角度大于90°，该结构能起到对修整过程的残屑的容屑作用，可实现对抛光垫的低损伤修整。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型CMP(化学机械抛光)抛光垫修整器，可以实现对抛光垫的高效、低损伤修整，提高化学机械抛光的抛光质量。
背景技术
随着科技的进步，对半导体、蓝宝石、陶瓷材料等的表面的精度要求增高，要求达到纳米级的高精密加工。当前，实现这种高精度要求的方法，通常是用化学机械抛光(CMP)的手段。
化学机械抛光的原理是在化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，抛光液中化学溶液与工件表面产生化学反应，改变工件表面的物理性质，使之变为一层容易去除的反应膜，工件表面形成的化学反应膜由抛光液中的磨粒通过机械作用去除。
化学机械抛光技术结合了机械研磨和化学研磨的优势。化学研磨的优点有表面精度较高，损伤低，完整性好，但研磨速率慢，材料去除率低，不能修正表面精度。机械研磨的优点有研磨一致性好，研磨效率高，材料去除率高但研磨过后的表面粗糙度值较低。化学机械抛光结合了两者的优点，既保证了材料的去除效率，并且可以获得较理想的表面质量。
抛光垫是进行CMP的关键部件，抛光垫的机械性能如硬度，弹性，表面粗糙度，表面孔洞的密度及分布情况等将会对晶圆的平整度造成重要影响。在晶片被抛光时，由于化学浆料和晶片上被化学抛光垫去除的残屑在抛光垫表面的孔洞中沉积，而且由于晶圆对化学抛光垫的打磨和挤压作用，抛光垫逐渐变硬，变光滑，降低了抛光速率和效率，所以要用修整盘对抛光垫进行“调整”或者“修整”。
修整器是与抛光垫进行直接接触，其对抛光垫的表面形状、物理特性具有直接影响，所以对修整器表面形状及结构进行优化对提高晶圆的表面质量是必要的。
传统的CMP抛光垫修整器类型有借助电镀处理而制造的电镀型CMP抛光垫修整器等。这些传统型修整器有以下几个方面的问题：修整盘上的钻石粒子易在修整盘表面脱落，有很大可能卡在化学抛光垫的表面，从而会刮伤晶圆的表面。此外，金属粘接剂会导致金属离子污染，造成电路短路。修整盘上的切削刃对化学抛光垫有过大的挤压作用也加快了抛光垫的“硬化”过程。在修整器使用过久后，抛光垫上去除的碎屑容易造成修整器堵塞，这会降低修整器对抛光垫的去除效率。
在专利《化学机械抛光垫调整器及相关方法》(专利号为CN 101557904A)中，该专利提出了一种超硬切割元件，且切割面的角度被调整为相对于CMP抛光垫的磨光表面的角度为90度或更小。在此专利中，虽然小于等于90度的切割面的角度能降低对抛光垫的刺穿破裂性，但此结构不利于加工过程中残屑的容屑作用，有时残屑对抛光垫表面的擦伤后果会比切割元件对抛光垫的损伤后果更加严重。因此，在专利《CMP垫调整器》(专利号为CN103688344A)中，该专利提出了一种具有基板且涉及一种具有切削刀片图形的CMP垫调整器，其中的切削刀片为突出的具有相同或不同高度的多边形柱体，并在其表面镀金刚石薄膜，且每个柱体之间通过凹坑相间隔，该发明可以减小修整期间产生的碎片的尺寸。但各切削刀片间容易被残屑堵塞，削弱其对抛光垫的修整效果。
发明内容
为解决当前CMP抛光垫修整器存在的问题，本发明提供了一种新型CMP抛光垫修整器。
本发明采用的技术手段如下：
一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：包括盘型基体和位于所述盘型基体上的修整部件，所述修整部件上表面设有多个微凸起和多个微孔，所述微孔与位于所述盘型基体内的腔体连通，所述微孔的轴线与所述修整部件的上表面的夹角为90°,或有小于90°的夹角。
所述修整部件为盘型修整部件或环形修整部件等。
所述修整器可通过所述盘型基体上的孔固定在抛光机上。
所述盘型基体的材质为铝合金、40Cr等金属材料，或如不锈钢等的耐腐蚀材料。
所述多个微凸起矩阵式的分布在所述修整部件上。
相邻所述微凸起之间设有至少一个所述微孔。
所述微孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，直径可为几十微米到几个毫米。
所述修整部件的下部设有密封所述腔体的密封盖板，所述密封盖板与所述腔体之间设有密封圈，所述密封盖板上至少设有一个与所述腔体连通的流道，清洗液或抛光液通过所述流道进入所述腔体，再通过所述微孔流到各所述微凸起的间隙，可对所述微凸起间及抛光垫表面的堵塞起到清洗作用。
所述修整部件上还设有至少一个以所述盘型基体的中心环形分布的凹槽，所述凹槽被所述多个微孔均匀分隔开，相邻所述微孔之间设有沿所述盘型基体径向延伸的径向凹槽。
所述凹槽的截面形状是U形、或V形、或矩形，所述凹槽为环形凹槽或折线形凹槽。
所述隔开凹槽的微孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，直径可为几十微米到几个毫米。
所述微凸起为四棱锥，所述四棱锥的外表面均设有微细金刚石涂层。
所述微凸起为梯形凸台，所述梯形凸台的上台面设有金刚石磨粒。所述上台面的面积可根据设置在所述上台面上的金刚石磨粒的大小和个数而定。
在所述修整器对抛光垫进行修整的过程中，由于接触面的接触作用，会使由所述微孔流出的清洗液或抛光液顺着所述凹槽和所述径向凹槽流向整个所述修整部件，对所述微凸起和抛光垫表面的残屑起到清洗作用，降低残屑对抛光垫的损伤。
工作状态下，具有一定锥度的所述微凸起在对抛光垫修整过程中，可以起到对残屑或大颗粒的暂时容纳作用，减少了对抛光垫的损伤。当容屑过多时，所述微孔流出的清洗液或抛光液可以对所述微凸起切削部实时的进行清洗，提高切削部的容屑能力和锐度，也可以冲走抛光垫修整区域的残屑，减小修整过程中对抛光垫的损伤，提高其加工质量。
本发明的一种新型CMP抛光垫修整器所包含的多微孔结构可以解决修整过程中的堵塞问题，减少残屑对抛光垫的损伤；本发明提出了具有一定锥度的微凸起结构，且微凸起结构的顶部尺寸要小于底部，即微凸起的切割面的角度大于90°，该结构能起到对修整过程的残屑的容屑作用，可实现对抛光垫的低损伤修整。
基于上述理由本发明可在抛光等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的实施例1中一种新型CMP抛光垫修整器的俯视图。
图2是图1中A-A向剖视图。
图3是图1中I部放大图。
图4是图2中II部放大图。
图5是图4中III部放大图。
图6是本发明的实施例2中环形修整部件的局部放大图。
图7是本发明的实施例2中环形修整部件的纵向剖视图的局部放大图。
图8是本发明的实施例3中一种新型CMP抛光垫修整器的俯视图。
图9是图8中B-B向剖视图。
图10是图8中IIII部放大图。
图11是图9中IIIII部的局部放大图。
图12是本发明的实施例4中环形修整部件的纵向剖视图的局部放大图。
图13是本发明的实施例5中一种新型CMP抛光垫修整器的俯视图。
具体实施方式
一种新型CMP抛光垫修整器，包括盘型基体和位于所述盘型基体上的修整部件，所述修整部件上表面设有多个微凸起和多个微孔，所述微孔与位于所述盘型基体内的腔体连通，所述微孔的轴线与所述修整部件的上表面垂直，或有小于90°的夹角。
所述多个微凸起矩阵式的分布在所述修整部件上。
相邻所述微凸起之间设有至少一个所述微孔。
所述微孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，直径可为几十微米到几个毫米。
所述修整部件上还设有至少一个以所述盘型基体的中心环形分布的凹槽，所述凹槽被所述多个微孔均匀分隔开。
所述凹槽的截面形状是U形、或V形、或矩形，所述凹槽为环形凹槽或折线形凹槽。
所述隔开凹槽的微孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，直径可为几十微米到几个毫米。
所述微凸起为四棱锥，所述四棱锥的外表面均设有微细金刚石涂层。
所述微凸起为梯形凸台，所述梯形凸台的上台面设有金刚石磨粒。
实施例1
如图1-图5所示，一种新型CMP抛光垫修整器，包括盘型基体1和位于所述盘型基体1上的修整部件，所述修整部件为环形修整部件2，所述环形修整部件2上表面设有多个微凸起和多个微孔3，所述微孔3通过孔道4与位于所述盘型基体1内的环形腔体5连通，所述微孔3的轴线与所述环形修整部件2的上表面的夹角为90°。
所述多个微凸起径向矩阵式的分布在所述环形修整部件2上。
每相邻四个所述微凸起之间设有一个所述微孔3。
所述修整器还包括用于密封所述环形腔体5远离所述孔道4的一端的密封盖板6，所述密封盖板6与所述环形腔体5之间设有密封圈7，所述密封盖板6上至少设有一个与所述环形腔体5连通的流道8。
所述微凸起为梯形凸台9，所述梯形凸台9的上台面设有金刚石磨粒10，所述梯形凸台9的下台面的边长为1mm，所述梯形凸台9的上台面的边长为0.2mm。
所述修整器可通过所述盘型基体1上的孔11固定在抛光机上。
所述微孔的形状为圆形，所述孔道4的深度为5mm，所述微孔3直径均小于1mm。
其中微孔和微凸起的制造，可通过微制造方法、激光加工、模具成形或3D打印等技术来实现。微孔和微凸起的分布方式不限于本实施方案中的径向矩阵分布，也可以是其他有规律或无规律的分布。金刚石层可通过电镀、粘接等方法来实现，所述金刚石层中金刚石磨粒的数量可由金刚石磨粒的大小来决定。
实施例2
如图6和图7所示，一种新型CMP抛光垫修整器，与实施例1所公开的一种新型CMP抛光垫修整器的区别特征在于，所述微凸起为四棱锥12，所述四棱锥12的外表面以及所述环形修整部件2的外表面均设有微细金刚石涂层13，所述微细金刚石涂层13的厚度为100μm，所述四棱锥12底部边长为1mm，高为1mm。微细金刚石涂层可通过电镀和化学气相沉积法等方法来实现。
实施例3
如图8-图11所示，一种新型CMP抛光垫修整器，包括盘型基体1`和位于所述盘型基体1`上的修整部件，所述修整部件为环形修整部件2`，所述环形修整部件2`上表面设有多个微凸起和多个微孔3`，所述微孔3`通过孔道4`与位于所述盘型基体1`内的环形腔体5`连通，所述微孔3`的轴线与所述环形修整部件2`的上表面的夹角为90°。所述微孔的形状为圆形，所述微孔3`的直径为2mm，所述孔道4`的深度为10mm。
所述多个微凸起径向矩阵式的分布在所述环形修整部件2`上。
所述环形修整部件2`的下部设有密封所述环形腔体5`的密封盖板6`，所述密封盖板6`与所述环形腔体5`之间设有密封圈7`，所述密封盖板6`上至少设有一个与所述环形腔体5`连通的流道13`，所述环形修整部件2`上设有一个以所述盘型基体1`的中心环形分布的凹槽，所述凹槽被所述多个微孔3`均匀分隔开。
相邻所述微孔3`之间设有沿所述盘型基体1`径向延伸的径向凹槽8`。所述凹槽和所述径向凹槽8`的宽为1mm，深度为0.5mm。
所述微凸起为四棱锥10`，所述四棱锥10`的外表面以及所述环形修整部件2`的外表面均设有微细金刚石涂层11`，所述微细金刚石涂层11`的厚度为100μm，所述四棱锥10`底部边长为1mm，高为1mm。
所述修整器可通过所述盘型基体1`上的孔12`固定在抛光机上。
实施例4
如图12所示，一种新型CMP抛光垫修整器，与实施例3所公开的一种新型CMP抛光垫修整器的区别特征在于，所述微凸起为梯形凸台14`，所述梯形凸台14`的上台面设有金刚石磨粒15`，所述梯形凸台14`的下台面的边长为1mm，所述梯形凸台14`的上台面的边长为0.2mm。
实施例5
如图13所示，一种新型CMP抛光垫修整器，与实施例3所公开的一种新型CMP抛光垫修整器的区别特征在于，所述凹槽为折线形凹槽16`。所述微孔3`位于所述折线形凹槽16`的上折点，所述径向凹槽8`穿过所述折线形凹槽15`的下折点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：包括盘型基体和位于所述盘型基体上的修整部件，所述修整部件上表面设有多个微凸起和多个微孔，所述微孔与位于所述盘型基体内的腔体连通，所述微孔的轴线与所述修整部件的上表面垂直，或有小于90°的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：所述多个微凸起矩阵式的分布在所述修整部件上。
3.根据权利要求2所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：相邻所述微凸起之间设有至少一个所述微孔。
4.根据权利要求3所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：所述微孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，直径可为几十微米到几个毫米。
5.根据权利要求1所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：所述修整部件上还设有至少一个以所述盘型基体的中心环形分布的凹槽，所述凹槽被所述多个微孔均匀分隔开。
6.根据权利要求5所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：所述凹槽的截面形状是U形、或V形、或矩形，所述凹槽为环形凹槽或折线形凹槽。
7.根据权利要求5所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：所述微孔的形状为圆形、椭圆形或多边形，直径可为几十微米到几个毫米。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：所述微凸起为四棱锥，所述四棱锥的外表面均设有微细金刚石涂层。
9.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种新型CMP抛光垫修整器，其特征在于：所述微凸起为梯形凸台，所述梯形凸台的上台面设有金刚石磨粒。
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Non-Patent Citations (1)
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