CN112223133A - 化学机械抛光垫调节器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学机械抛光垫调节器及其制造方法。化学机械抛光垫调节器包含：金属板柄；金刚石砂粒，各自具有固定到金属板柄的表面的下端；镀层，形成于金属板柄的表面和金刚石砂粒的下部部分的表面上以暴露金刚石砂粒的上部部分；以及涂层，沉积在镀层的表面和金刚石砂粒的上部部分的表面之上。
Description
技术领域
本公开涉及一种CMP垫调节器制造方法和通过所述方法来制造的CMP垫调节器，且更特定来说，涉及一种CMP垫调节器制造方法和通过所述方法来制造的CMP垫调节器，所述方法可允许提高金刚石砂粒的接合强度，提高CMP垫调节器的环境友好性以及耐腐蚀性和耐磨性，加速细线宽度半导体工艺的扩展，以及减小电子装置的体积。
背景技术
一般来说，在许多工业领域中使用化学机械抛光(chemical mechanicalpolishing；CMP)工艺来抛光特定工件的表面。
特定来说，在制造半导体装置、微电子装置或计算机产品的领域中，CMP工艺广泛用于抛光陶瓷、硅、玻璃、石英、金属和/或其晶片。
CMP工艺涉及适于在例如晶片的工件上旋转的CMP垫的使用。在晶片抛光工艺中，将含有化学物质和砂粒的液体浆料添加到CMP垫。
CMP垫调节器由以下构成：使用金属以圆盘形状制造的金属板柄(metal plateshank)、连接到金属板柄的表面以抛光晶片的表面的多个金刚石砂粒(diamond gritparticle)，以及将金刚石砂粒固定到金属板柄的表面的镀层。
在半导体装置的制造中，在CMP工艺期间形成于晶片上的刮痕或缺陷降低半导体装置的良率和生产率。特定来说，在使用对应地较大的CMP垫来使相对较大直径的晶片扁平化的CMP工艺中，将较大冲击力和应力施加于晶片和CMP垫，由此导致在晶片上出现例如刮痕的缺陷的频率增大。
典型CMP垫调节器的问题在于，在晶片抛光工艺中使用的水渗透金属板柄与每一金刚石砂粒之间的接合处(界面)，从而导致镀层腐蚀，这使得金刚石砂粒与金属板柄分离且因此在晶片的表面上出现刮痕。
作为与本公开相关的文献，韩国专利第10-1131496号(2012年3月22日)公开一种CMP垫调节器和其制造方法。
发明内容
本公开的实施例提供一种CMP垫调节器制造方法和一种通过所述方法来制造的CMP垫调节器，在所述方法中，通过镀覆方法在金属板柄与金刚石砂粒之间的界面处形成一个或多个镀层，且使涂层在镀层和金刚石砂粒的表面上沉积到预定厚度，由此实现提高金刚石砂粒的接合强度，提高CMP垫调节器的环境友好性以及耐腐蚀性和耐磨性，加速细线宽度半导体工艺的扩展，以及减小电子装置的体积。
此外，本公开的实施例提供一种CMP垫调节器制造方法和一种通过所述方法来制造的CMP垫调节器，在所述方法中，通过使用具有气相的反应物的沉积方法来进行涂层的形成，由此可以高合成速率在大面积上或以复杂形状沉积涂层，由此有助于CMP垫调节器的制造。
根据本公开的一个实施例，一种CMP垫调节器制造方法包含：掩模层形成步骤，其中在金属板柄的表面上形成具有多个插入凹槽的掩模层；金刚石砂粒放置步骤，其中将金刚石砂粒分别放置在所述插入凹槽中；金刚石砂粒固定步骤，其中在所述插入凹槽中形成定型镀覆部分以将所述金刚石砂粒的下部部分固定到所述金属板柄的所述表面；掩模去除步骤，其中从所述金属板柄的所述表面去除所述掩模层以暴露所述定型镀覆部分和所述金刚石砂粒的上部部分；镀层形成步骤，其中在所述金属板柄的所述表面、所述定型镀覆部分的表面以及所述金刚石砂粒的所述下部部分的表面上形成镀层，其中所述金刚石砂粒的所述上部部分暴露；以及涂层形成步骤，其中在所述镀层的表面和所述金刚石砂粒的暴露的上部部分的表面之上沉积涂层。
在所述涂层形成步骤中，所述涂层可以是类金刚石碳(diamond-like carbon；DLC)薄膜。
在所述涂层形成步骤中，所述涂层可形成为0.1微米到5微米的厚度。
在所述镀层形成步骤中，所述镀层可包含通过镀覆镍(Ni)来形成的单个层。
在所述镀层形成步骤中，所述镀层可包含通过依序镀覆镍(Ni)和PNC(Pd+Ni+Cr)来形成的两个层。
根据本公开的另一实施例，一种CMP垫调节器包含：金属板柄；金刚石砂粒，各自具有固定到所述金属板柄的表面的下端；镀层，形成于所述金属板柄的所述表面和所述金刚石砂粒的下部部分的表面上以暴露所述金刚石砂粒的上部部分；以及涂层，沉积在所述镀层的表面和所述金刚石砂粒的所述上部部分的表面之上。
所述CMP垫调节器可进一步包含：定型镀覆部分，通过镀覆方法形成于所述金刚石砂粒的所述下部部分的所述表面和所述金属板柄的所述表面上，所述定型镀覆部分附接到所述金属板的所述表面和所述金刚石砂粒的所述下部部分，以将所述金刚石砂粒固定到所述金属板柄的所述表面。
所述镀层可包含通过镀覆镍(Ni)来形成的单个层。
所述镀层可包含通过依序镀覆镍(Ni)和PNC(Pd+Ni+Cr)来形成的两个层。
根据本公开的实施例，通过镀覆方法在金属板柄与金刚石砂粒之间的界面处形成一个或多个镀层，且使涂层在镀层和金刚石砂粒的表面上沉积到预定厚度，由此实现提高金刚石砂粒的接合强度，提高CMP垫调节器的环境友好性以及耐腐蚀性和耐磨性，加速细线宽度半导体工艺的扩展，以及减小电子装置的体积。
此外，根据本公开的实施例，通过使用具有气相的反应物的沉积方法来进行涂层的形成，由此可以高合成速率在大面积上或以复杂形状沉积涂层，由此有助于CMP垫调节器的制造。
附图说明
本发明的以上和其它目标、优点以及特征将从参考附图对以下实施例的详细描述变得显而易见，其中：
图1是根据本公开的CMP垫调节器制造方法的流程图。
图2是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的掩模层形成步骤的视图。
图3是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的砂粒放置步骤的视图。
图4是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的砂粒固定步骤的视图。
图5是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法中的掩模去除步骤的视图。
图6是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的镀层形成步骤的视图。
图7是根据本公开的通过CMP垫调节器制造方法的涂层形成步骤来制造的CMP垫调节器的视图。
图8是根据本公开的CMP垫调节器的仰视图。
附图标号说明
10：金属板柄；
110：掩模层；
111：插入凹槽；
120：金刚石砂粒；
121：下部部分；
122：上部部分；
130：定型镀覆部分；
140：镀层；
150：涂层；
S100：掩模层形成步骤；
S200：金刚石砂粒放置步骤；
S300：金刚石砂粒固定步骤；
S400：掩模去除步骤；
S500：镀层形成步骤；
S600：涂层形成步骤。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。
本公开的以上和其它方面、特征以及优点将从结合附图对以下实施例的详细描述变得显而易见。
应理解，本公开不限于以下实施例且可以不同方式体现，且提供所述实施例以提供本公开的完整公开内容并使本领域的技术人员透彻理解本公开。本公开的范围仅由权利要求界定。
将省略可能不必要地混淆本公开的主题的对已知功能和构造的描述。
图1是根据本公开的CMP垫调节器制造方法的流程图，图2是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的掩模层形成步骤的视图，且图3是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的砂粒放置步骤的视图。
图4是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的砂粒固定步骤的视图，图5是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法中的掩模去除步骤的视图，且图6是根据本公开的示出CMP垫调节器制造方法的镀层形成步骤的视图。
图7是根据本公开的通过CMP垫调节器制造方法的涂层形成步骤来制造的CMP垫调节器的视图，且图8是根据本公开的CMP垫调节器的仰视图。
参考图1到图6，根据本公开的CMP垫调节器制造方法包含掩模层形成步骤S100、金刚石砂粒放置步骤S200、金刚石砂粒固定步骤S300、掩模去除步骤S400以及镀层形成步骤S500和涂层形成步骤S600。
首先，在掩模层形成步骤S100中，在金属板柄10的表面上形成具有多个插入凹槽111的掩模层110，如图2中所示出。
这里，插入凹槽111是下文所描述的金刚石砂粒120插入到其中的空间，且金属板柄10的表面通过插入凹槽111暴露。
在掩模层形成步骤S100中，掩模层110在金属板柄10的表面上形成为预定厚度，其中金属板柄10可使用例如不锈钢的材料以圆盘形状制作。
另外，在掩模层形成步骤S100中，掩模层110可通过光刻蚀(光刻)或类似物形成为预定厚度。
举例来说，掩模层110可经历其中用光照射掩模层的曝光工艺和后续显影工艺以具有多个插入凹槽111，金属板柄10通过所述插入凹槽111朝上暴露。
接下来，在金刚石砂粒放置步骤S200中，将多个金刚石砂粒120分别放置在插入凹槽111中，如图3中所示出。
具体来说，在金刚石砂粒放置步骤S200中，可通过以下步骤将金刚石砂粒120分别放置在插入凹槽111中：在金属板柄10的表面上放置金刚石砂粒120，随后将超声波振动施加于金属板柄10。
这里，金刚石砂粒120中的每一个可具有插入到插入凹槽111中的下部部分121和在插入凹槽111上方突出的上部部分122。
此外，金刚石砂粒120可具有90微米到240微米的粒径。然而，应理解，本公开不限于此，且金刚石砂粒120的粒径可视需要改变。
接下来，在金刚石砂粒固定步骤S300中，在插入凹槽110中形成定型镀覆部分130以将金刚石砂粒120中的每一个的下部部分121固定到金属板柄10的表面。
这里，定型镀覆部分130附接到金刚石砂粒120的下部部分121(也就是金刚石砂粒120的下部边缘)和金属板柄10的表面两者，使得金刚石砂粒120牢固地保持在金属板柄10的表面上。
也就是说，利用定型镀覆部分130，金刚石砂粒120可在金属板柄10的表面上保持稳定，由此可在金刚石砂粒120的上端接触晶片的情况下进行抛光工艺。
接下来，在掩模去除步骤S400中，从金属板柄的表面去除掩模层110以暴露定型镀覆部分130和金刚石砂粒120的上部部分122。
这里，金刚石砂粒120的下部部分121仍然经由定型镀覆部分130牢固地附接到金属板柄10表面。
接下来，在镀层形成步骤S500中，在金属板柄10的表面、定型镀覆部分130的表面以及金刚石砂粒120的下部部分121的表面上形成镀层140，其中金刚石砂粒120的上部部分122暴露。
在镀层形成步骤S500中，形成镀层140以覆盖金属板柄10的表面、定型镀覆部分130的表面以及金刚石砂粒120的下部部分121。这里，镀层140覆盖金刚石砂粒120的下端。
在一个实施例中，在镀层形成步骤S500中，镀层140可包含通过镀覆镍(Ni)来形成的单个层，如图5中所示出。
在另一实施例中，在镀层形成步骤S500中，镀层140可包含通过依序镀覆镍(Ni)和PNC(Pd+Ni+Cr)来形成的两个层(未示出)。
这里，PNC是指钯镍铬混合物且镀层140可通过依序镀覆镍(Ni)和PNC来形成。
在又一实施例中，在镀层形成步骤S500中，镀层140可包含通过依序镀覆镍(Ni)、PNC(Pd+Ni+Cr)以及铬(Cr)来形成的三个层(未示出)。
这里，PNC是指钯镍铬混合物且镀层140可通过依序镀覆镍(Ni)、PNC以及铬(Cr)来形成。
最后，在涂层形成步骤S600中，在镀层140和金刚石砂粒120的暴露的上部部分的表面之上沉积涂层150。
这里，在涂层形成步骤S600中，涂层150可以是类金刚石碳(DLC)薄膜且可形成为0.1微米到5微米的厚度。
DLC薄膜具有与金刚石类似的性质，且在其结构和性质取决于在其合成中使用的活化离子的事实方面又称为“I碳”。
此外，当含有氢时，DLC薄膜称为“氢化非晶形碳”以强调其结构特性。
在这点上，DLC薄膜由“a-C:H”标示，因为氢化非晶形硅由a-Si:H标示。另外，DLC薄膜在具有高密度和高硬度的意义上又称为“硬碳”、“致密碳”以及“致密烃”，且又称为“氢化类金刚石碳(hydrogenated diamond-like carbon；HDLC)”和“类金刚石烃(diamond-likehydrocarbon；DLHC)”。
DLC薄膜取决于其是否含有氢而大致分成两种类型。特定来说，通过使用烃化合物作为合成气体的合成方法(例如等离子体CVD、ECR、溅镀以及离子束蒸发)来合成的DLC薄膜具有20％到50％的高氢含量。
在IV族元素当中，仅碳原子可形成sp1键、sp2键以及sp3键中的所有。石墨仅由sp2键合的碳原子组成，且金刚石仅由sp3键合的碳原子组成。由以非晶相混合的sp2键合的碳原子和sp3键合的碳原子构成的材料统称为DLC膜。
DLC薄膜的特性取决于其氢含量。具有小于1％的氢含量的DLC薄膜称为“非晶形碳薄膜(a-C)”。氢化非晶形碳薄膜根据其氢含量分成聚合碳薄膜(氢含量：50％或大于50％)和DLC薄膜(氢含量：20％到30％)。
DLC薄膜已因其高硬度而广泛用作耐磨涂层，以及因其绝缘性质而用于电子行业中，而聚合碳薄膜尚未广泛使用。
表1示出这种非晶形碳薄膜的基本性质。
表1
由于DLC薄膜具有与金刚石类似的性质且可在低温(从室温到200℃)下合成，所以可将包含纸、聚合物、陶瓷以及类似物的各种材料用作其基板。
特定来说，DLC碳薄膜具有物理性质、化学性质以及光学性质，例如高硬度和高润滑性、化学稳定性以及生物相容性。
然而，存在限制DLC薄膜的使用的一些问题。特定来说，当经历高温时，DLC薄膜不稳定且具有与石墨类似的性质。此外，合成的DLC薄膜具有较差粘着性和高达10吉帕的高残余压缩应力。
对于相对较薄的DLC膜，残余压缩应力用以抑制膜的断裂，而对于相对较厚的DLC膜，残余压缩应力导致膜从基板剥离。
这种剥离现象在高湿度条件下变得严重，从而导致DLC膜的使用仅在有限环境下是可行的。因此，有必要解决这些问题以便扩展DLC薄膜的应用。
近年来，已进行许多研究以通过添加例如W、Ti、Ni、B、Si以及F的元素来解决DLC膜的问题，例如低热稳定性和高残余压缩应力。
大部分研究集中于Si掺杂的DLC(Si-doped DLC；Si-DLC)薄膜，尤其是可沉积在各种基板上且具有低残余压缩应力、高硬度、高热稳定性以及高表面粘着性的Si-DLC薄膜。
这种DLC薄膜涂层具有各种优点，例如高耐磨性、低摩擦系数、化学稳定性、在红外区中的高透射率和低反射率、高电阻和低介电常数，以及场发射特性。
归因于DLC薄膜具有这些特性和经由工艺参数的工艺可控性的事实，可将DLC薄膜应用于各种领域。在早期，DLC薄膜主要应用于汽车发动机和工具的耐磨/耐腐蚀涂层和保护涂层，例如润滑剂薄膜。
对耐磨性的集中研究已产生使用金刚石磁头鼓的新颖VCR。这种VCR磁头鼓在以极高速旋转于录像带上的同时从录像带读取信息，从而导致录像带上的大量磨损。用保护层涂布磁头鼓可提高磁头鼓的使用寿命和性能。
此外，进行了许多研究以使用DLC作为基于DLC的良好耐酸性/耐腐蚀性来抑制光纤的表面破坏的保护涂层。近年来，正在研究通过经由表面处理和添加六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane；HMDS)改善光纤的疏水性/亲水性、硬度以及对可见光的透明度来使用光纤作为汽车前灯和显示器的保护薄膜。
作为DLC薄膜涂层的合成方法，已主要报告以高沉积速率为特征的离子镀覆和使用DC或RF的等离子体CVD。此外，为了弥补等离子体CVD的缺点，已研究各种合成方法，例如使用ECR、DC、RF或离子束的溅镀。
尽管存在集中于提高DLC薄膜涂层的沉积速率和改善DLC薄膜涂层的性质的大量研究，但DLC薄膜涂层的合成方法可大致分成物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)和化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)。
PVD包含各种方法，例如蒸发、离子镀覆以及溅镀，且可通过控制碳与氢的比和离子能量来提高sp3键合的碳原子的比例，由此实现DLC薄膜涂层的硬度的提高。
CVD呈现各向同性沉积特性，且因此可用于合成具有相对复杂形状的DLC薄膜涂层。也已开发了使用等离子体的CVD技术，例如PECVD，且DLC薄膜通常具有其中sp2键合的碳原子与sp3键合的碳原子混合的结构。
通过PVD生产的DLC薄膜在其表面中具有比通过CVD生产的DLC薄膜更高的应力集中，且因此可稳定地仅沉积到有限厚度，但沉积需要相对较长的时间。
接下来，将参考图7和图8描述根据本公开的CMP垫调节器100。根据本公开的CMP垫调节器100包含金属板柄10、金刚石砂粒120、镀层140以及涂层150。
金属板柄10可具有圆盘形状。金刚石砂粒120中的每一个具有固定到金属板柄10的表面的下端。金刚石砂粒120中的每一个的下部部分121可插入到插入凹槽111中，且金刚石砂粒120中的每一个的上部部分122可在插入凹槽111上方突出。
镀层140形成于金属板柄10的表面和金刚石砂粒120的下部部分121的表面上以暴露金刚石砂粒120的上部部分122。
这里，镀层140可包含通过镀覆镍(Ni)来形成的单个层，如图5和图6中所示出。然而，应理解，本公开不限于此，且镀层140可包含通过依序镀覆镍(Ni)和PNC(Pd+Ni+Cr)来形成的两个层，或可包含通过依序镀覆镍(Ni)、PNC(Pd+Ni+Cr)以及铬(Cr)来形成的三个层。
由于镀层140附接到金属板柄10的表面以覆盖金刚石砂粒120的下部部分121，所以金刚石砂粒120可更稳定地固定到金属板柄10。
CMP垫调节器可进一步包含通过镀覆方法在金刚石砂粒120的下部部分122的表面和金属板柄10的表面上形成的定型镀覆部分130，如图4中所示出。
这里，定型镀覆部分130附接到金属板柄10的表面和金刚石砂粒120的下部部分121的表面，由此将金刚石砂粒120固定到金属板柄10的表面。
涂层150沉积在镀层140的表面和金刚石砂粒120的上部部分的表面之上。涂层150优选地沉积为类金刚石碳(DLC)薄膜且可具有0.1微米到5微米的厚度。
举例来说，当在晶片抛光工艺中使用CMP垫调节器时，沉积在金刚石砂粒120的上端上的涂层150的部分可能逐渐磨损。因此，在使用一段时间之后，金刚石砂粒120的上端暴露且金刚石砂粒120的侧表面仍然由涂层150覆盖。
在晶片抛光期间，涂层150可防止水分渗透金刚石砂粒120中的每一个与金属板柄10之间的界面。
根据本公开的实施例，通过镀覆方法在金属板柄10与金刚石砂粒120之间的界面处形成一个或多个镀层140，且使涂层150在镀层140和金刚石砂粒120的表面之上沉积到预定厚度，由此实现提高金刚石砂粒120的接合强度，提高CMP垫调节器的环境友好性以及耐腐蚀性和耐磨性，加速细线宽度半导体工艺的扩展，以及因此减小电子装置的体积。
此外，根据本公开的实施例，通过使用具有气相的反应物的沉积方法来进行涂层150的形成，由此可以高合成速率在大面积上或以复杂形状沉积涂层，由此有助于CMP垫调节器的制造。
尽管已在本文中描述CMP垫调节器制造方法和通过所述方法来制造的CMP垫调节器的一些实施例，但应理解，这些实施例可以各种其它形式体现。
因此，本公开的范围不限于这些实施例且应由所附权利要求书和其等效物界定。
换句话说，应理解，这些实施例仅出于说明目的而提供且不应以任何方式理解为限制本公开，本公开的范围由所附权利要求而非具体实施方式界定，且将衍生自权利要求和其等效概念的精神和范围的所有改变或修改理解为包含在本公开的范围内。
Claims (11)
1.一种化学机械抛光垫调节器制造方法，包括：
掩模层形成步骤，其中在金属板柄的表面上形成具有多个插入凹槽的掩模层；
金刚石砂粒放置步骤，其中将金刚石砂粒分别放置在所述插入凹槽中；
金刚石砂粒固定步骤，其中在所述插入凹槽中形成定型镀覆部分以将所述金刚石砂粒的下部部分固定到所述金属板柄的所述表面；
掩模去除步骤，其中从所述金属板柄的所述表面去除所述掩模层以暴露所述定型镀覆部分和所述金刚石砂粒的上部部分；
镀层形成步骤，其中在所述金属板柄的所述表面、所述定型镀覆部分的表面以及所述金刚石砂粒的所述下部部分的表面上形成镀层，其中所述金刚石砂粒的所述上部部分暴露；以及
涂层形成步骤，其中在所述镀层的表面和所述金刚石砂粒的暴露的上部部分的表面之上沉积涂层。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫调节器制造方法，其中在所述涂层形成步骤中，所述涂层是类金刚石碳薄膜。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光垫调节器制造方法，其中在所述涂层形成步骤中，所述涂层形成为0.1微米到5微米的厚度。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫调节器制造方法，其中在所述镀层形成步骤中，所述镀层包括通过镀覆镍来形成的单个层。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫调节器制造方法，其中在所述镀层形成步骤中，所述镀层包括通过依序镀覆镍和钯镍铬混合物来形成的两个层。
6.根据权利要求2所述的化学机械抛光垫调节器制造方法，其中在所述镀层形成步骤中，所述镀层包括通过镀覆镍、钯镍铬混合物以及铬来形成的三个层。
7.一种化学机械抛光垫调节器，包括：
金属板柄，
金刚石砂粒，各自具有固定到所述金属板柄的表面的下端；
镀层，形成于所述金属板柄的所述表面和所述金刚石砂粒的下部部分的表面上以暴露所述金刚石砂粒的上部部分；以及
涂层，沉积在所述镀层的表面和所述金刚石砂粒的所述上部部分的表面之上。
8.根据权利要求7所述的化学机械抛光垫调节器，还包括：
定型镀覆部分，通过镀覆方法形成于所述金刚石砂粒的所述下部部分的所述表面和所述金属板柄的所述表面上，所述定型镀覆部分附接到所述金属板的所述表面和所述金刚石砂粒的所述下部部分，以将所述金刚石砂粒固定到所述金属板柄的所述表面。
9.根据权利要求7所述的化学机械抛光垫调节器，其中所述镀层包括通过镀覆镍来形成的单个层。
10.根据权利要求7所述的化学机械抛光垫调节器，其中所述镀层包括通过依序镀覆镍和钯镍铬混合物来形成的两个层。
11.根据权利要求7所述的化学机械抛光垫调节器，其中所述镀层包括通过依序镀覆镍、钯镍铬混合物以及铬来形成的三个层。
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