CN1234603A - 研磨方法以及用于研磨方法中的研磨颗粒的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种将要研磨的材料进行研磨的方法,在该方法中,材料与旋转的衬布的表面相接触。使用一种含有研磨颗粒的研磨剂。研磨颗粒与要研磨材料的硬度相同或相当。硬度可通过控制研磨颗粒的浓度来调节。本发明还提供一种使用在研磨方法中的研磨颗粒的制造方法,在该方法中,硅烷和氧气在气相中进行注射从而产生具有所要求浓度的多孔的二氧化硅颗粒。

Description

研磨方法以及用于研磨方法 中的研磨颗粒的制造方法
本发明涉及一种与要研磨的材料例如半导体晶片进行研磨的方法，本发明还涉及一种用在研磨方法中的研磨颗粒的制造方法。
图1显示的是研磨半导体晶片的方法的实施例，在该实施例中，要被研磨的材料一半导体晶片与在支撑平台上的固定的衬布挤压接触。衬布放置在旋转的平台上，该平台在图中没有绘出。研磨可通过旋转衬布同时将研磨试剂供给到与晶片接触的衬布的表面上来完成。
研磨试剂是通过将二氧化硅或氧化铝研磨颗粒混合到液体溶剂中并通过调整颗粒的直径和其PH值而得到的。在传统的研磨方法中，对付划痕和表面凹陷的相反方案主要是通过调整衬布的硬度来实现的。
日本专利未审公开号为04-223852中描述了一种基于这种想法的研磨方法。在这种已知的方法中，研磨是用低粘结性型的砂轮来完成的，该砂轮含有比要研磨的材料的硬度略高的砂轮颗粒。该方法也同时使用与要研磨的材料的硬度相当或略微低一些的其它的研磨颗粒。诸如氧化铬，氧化铁，氧化硅，氧化镁和碳酸镁等金属氧化物推荐使用在研磨颗粒中。
日本专利未审公开号为08-3540披露了一个使用于研磨中的研磨颗粒的制造方法的实施例。在该传统的方法中，研磨颗粒的硬度是这样调节的：将具有金属-氧原子键的有机金属化合物进行乳液聚合形成具有相对较低硬度的金属氧化物系列化合物的微粉化颗粒并在这之后，在微粉化颗粒的周围产生又一具有相对较高硬度的金属氧化物系列化合物。
可是，在例如用于形成AL雾状花纹的AL-CMP材料的情况下，由于AL较软，所以就很容易引起表面凹陷和划痕。
另外，一种最佳的研磨颗粒是经过特意的挑选，它主要是通过改变其种类的方式从各种研磨颗粒中选择。可是，当研磨颗粒的硬度没有经过特别地调节，而仅调节衬布的硬度是不能去除由研磨颗粒引起的划痕的。这主要是由于除了衬布的硬度之外，研磨颗粒的硬度没有一起进行调整。
如在上面提及的日本专利未审公开号为08-3540所描述的制造研磨颗粒的方法可提供具有相对较高硬度的研磨颗粒。可是，其调节的范围是有限的。对于硬度的控制，可通过对作为原材料使用的有机金属化合物的结构等进行选择以及在其形成后进行煅烧来控制。这样可导致增加研磨颗粒的硬度。
本发明的一个目的是提供一种能防止表面凹陷和划痕产生的研磨方法。
本发明的另一个目的是提供一个适合于上述研磨方法的研磨颗粒的制造方法。
本发明提供了一种将要研磨材料进行研磨的方法。该方法使用一种含研磨颗粒的研磨剂，该研磨剂的浓度是可控制的以便研磨颗粒可以具有与要研磨的材料相同或相当的硬度。
适合于本发明的研磨颗粒可以包括二氧化硅颗粒，金属氧化物颗粒，金属氮化物颗粒和金属碳化物颗粒。
本发明还提供一种制造研磨颗粒的方法。该方法可通过以气相注射硅烷和氧气的方式来形成所要求浓度的多孔的二氧化硅颗粒。
根据本发明的另一方面，具有所要求浓度的多孔的金属氧化物，金属氮化物或金属碳化物可通过在气相中注射有机金属化合物和氧气，氮气，碳或含有这些元素的化合物来产生。
在本发明的一个优选方案中，研磨颗粒可通过如下方式来制造：以气相反应的速率从喷嘴中注射例如硅烷和二甲基铝氢化物的有机金属气体同时还从另一个喷嘴中注射氧气，两者均注射到真空或约有几mm乇到几个乇的气体稀少的环境下。硅或金属氧化物的多孔的微粉化颗粒可通过调节温度来产生。因此，二氧化硅或金属氧化物的硬度可调整到研磨颗粒的硬度。
将二氧化硅或氧化铝研磨颗粒制成多孔状并调节多孔的状态，这样可自由地控制其硬度。于是，在不改变液体溶剂的情况下，依据研磨颗粒的种类通过使用与要研磨的材料硬度相适应的研磨颗粒可有效地消除划痕的产生。
研磨颗粒的硬度要与研磨材料的硬度相同或相当。因此，可有效地消除由于研磨颗粒比要研磨的材料的硬度高很多引起的划痕。
因此，在不改变液体溶剂的情况下在使用中调节研磨颗粒的硬度可使研磨划痕消除到最低的程度，即使这时使用同种的研磨颗粒。
研磨颗粒的硬度优选与要研磨材料的硬度相同。可是，不需要与要研磨的材料完全相同。甚至当与要研磨的材料基本相同或相当时就可实现预期的效果。因此，在这里所使用的术语“基本上相同”详细地说意指一个范围，该范围包括通过一般的测量方法即认为是相同的。
本发明将从下面结合附图的详细说明中得到更加全面的理解。其中：
图1是现有技术研磨方法的示意图。
图2是根据本发明的方法制造研磨颗粒方法的示意图。
根据本发明的一个实施方案用于形成多孔二氧化硅颗粒的方法将参照图2进行描述。
通过机械泵和干燥泵(在图中未示)，将二氧化硅管或不锈钢容器3保持在几mm乇到几个乇的低压下。容器3配有两个喷嘴1和2。这些喷嘴1和2装有加热装置，该加热装置能加热最高达1000℃(在图中未示)。
通过第一个喷嘴1将硅烷或乙硅烷注射到容器3中，通过第二个喷嘴2将氧气注射到容器3中。注射的硅烷或乙硅烷可在气相中与注射的氧气发生反应，最终得到二氧化硅颗粒4。
在注射的时候，喷嘴1可加热的温度范围从室温到400℃，喷嘴2可加热的温度范围从400℃～1000℃，这样是为了调节氧化的速度。硅烷或乙硅烷供给的压力也可以在几mm乇到几个乇之间变化为的是调整流速。因此，形成的二氧化硅颗粒4的直径和/或硬度就能得到控制。
容器3和用于容纳产生颗粒4的盘(在图中未示)放置在靠近排气泵的地方并且优选保持在室温或更低的温度下。如果需要的话，过滤器5可安置在盘和喷嘴1-2之间从而在所有所形成的颗粒4中仅选择那些具有所需要直径的颗粒。
通过从喷嘴1中以高速注射硅烷或乙硅烷并且同时从喷嘴2中注射以加热到高温的氧气来降低颗粒4的硬度。这可通过将喷嘴1的喷嘴直径减小到1～2mm的数量级并且将喷嘴1中的气体压力提高到几乇～几十乇的范围内来实现。
每个喷嘴1和2可以是单孔型的喷嘴，也可以是喷淋头型的喷嘴，只要气体压力、成分的均匀性和反应的均匀性能够保持住。
铝，二氧化硅，氧化铝和硅的莫氏硬度分别为约2-2.9,7,8和7。在传统的研磨方法中，由二氧化硅或氧化铝组成的研磨颗粒与液体溶剂混合作为研磨试剂的料浆使用。要研磨的材料的硬度要低于二氧化硅或氧化铝研磨颗粒的硬度。因此，当研磨铝材时，材料的表面就会受到损坏。在本发明中，研磨颗粒的硬度控制成与要研磨的材料相同或相当，因此，就能防止划痕的产生。
在当前使用通用的二氧化硅或氧化铝作为用于构成研磨颗粒的原材料的情况下，不需要改变现行使用的液体溶剂。为了享有其好处，就需要控制当前二氧化硅或氧化铝的硬度以便使它能与要研磨材料的硬度相当。如果研磨颗粒的硬度高于当前二氧化硅或氧化铝的硬度话，就要让二氧化硅或氧化铝颗粒成为多孔状并且降低其硬度到与要研磨材料的硬度相同或相当，这样就可防止划痕的产生。
具有可控硬度的其它原材料包括金属氧化物，金属氮化物，金属碳化物等。
本发明的另一实施方案描述的是关于含研磨剂的料浆，该研磨剂使用由金属氮化物(AlN)组成的研磨颗粒。
在该实施方案中，使用与第一个实施方案相同的装置来生产金属氮化物研磨颗粒，该研磨颗粒的硬度调整到与要研磨材料的硬度相同或相当。首先，有机金属化合物或二甲基铝氢化物和载体气体或氢引入第一喷嘴1。这时，喷嘴的温度例如为150℃，用于引入气体的所有输送管优选加热到120～150℃。二甲基铝氢化物可与载体氢气(其流速为几个100sccm)一道从喷嘴中注射出来。
另一方面，例如氮气和氨的氮化物气体被加热到200～1000℃的高温，它们从第二个喷嘴2以与喷嘴1基本上相同的流速进行注射。因此，有机金属化合物或二甲基铝氢化物可在真空下与氮气反应。在反应时，从每个喷嘴注射的气体的流速与氮气或氮化物气体温度之间的关系可进行合适的选择。于是，具有与要研磨材料硬度相同或相当的多孔的金属氮化物研磨颗粒就形成了。对本领域的普通技术人员来说，通过简单的试验很容易发现优选的条件，这一点是显而易见的。
如果金属碳化物作为研磨颗粒使用的话，碳氢化合物气体例如甲撑和乙烯也可以作为引入的气体使用。
正如上面所述，根据本发明的研磨方法，由于使用了具有与要研磨的材料硬度相同或相当的研磨颗粒(这些颗粒包含在研磨剂中)，就能有效地消除在将要研磨的材料进行表面研磨时所引起的划痕。
此外，根据本发明制造研磨颗粒的方法，具有所要求浓度的多孔的二氧化硅颗粒可通过在气相中注射硅烷和氧气来形成。因此，就能很容易地生产出具有所要求硬度的研磨颗粒。
现已描述了本发明的优选实施方案，对于本领域的普通技术人员来说，使用包含这些观点的其它实施方案是显而易见的。因此认为，本发明不应限于所描述的实施方案，而是仅由附上的权利要求的精神和范围来限定。

Claims (6)

1．一种使用研磨剂将要研磨的材料进行研磨的方法，所说的研磨剂含有研磨颗粒，其中所说的研磨颗粒具有与所说的研磨材料相似的硬度，所说的硬度可通过控制研磨颗粒的浓度来调节，其中所说的研磨颗粒包括二氧化硅颗粒，金属氧化物颗粒，金属氮化物颗粒和金属碳化物颗粒中的至少一种。
2．一种制造研磨颗粒的方法，它包括在气相中注射硅烷和氧气的步骤，由此就可形成具有所要求浓度的多孔的二氧化硅颗粒。
3．一种制造研磨颗粒的方法，它包括在气相中注射如下物质的步骤：
一种有机金属化合物；和
至少一种物质，该物质选自氧，氮，碳中的至少一种元素和含有所说元素的化合物，所说的有机金属化合物和所说的物质相互反应，于是就形成了具有所要求浓度的多孔的二氧化硅颗粒。
4．根据权利要求3的方法，其中每个所说喷嘴的注射压力是可控的。
5．一种制造研磨颗粒的方法，它包括如下的步骤：
从第一喷嘴中将硅烷和乙硅烷中的一种注射到一低压的环境中，所说的第一喷嘴的加热温度范围从室温到400℃；
同时从第二喷嘴注射氧气到所说的环境中，所说的第二喷嘴的加热温度范围从400～1000℃，所说的氧气与所说的硅烷和乙硅烷中的一种在气相中反应，于是就形成了二氧化硅颗粒，
其中所说的第一和第二喷嘴的温度是可控的，从而决定着所说的二氧化硅颗粒的硬度。
6．一种制造研磨颗粒的方法，它包括如下的步骤：
从加热的第一喷嘴将二甲基铝氢化物和载体氢气注射到低压的环境中；
同时从第二喷嘴注射氮气或氮化物气体到所说的环境中，所说的第二喷嘴的加热温度范围从200～1000℃，所说的二甲基铝氢化物和所说的载体氢气与所说的氮气或氮化物气体在气相中反应，于是就形成了氮化铝颗粒，
其中所说的第一和第二喷嘴的温度是可控的，从而决定着所说的氮化铝颗粒的硬度。
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