CN1929955B - 绝缘衬垫调整器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种采用调整工具(14)的晶片平面化工艺。该调整工具(14)具有电绝缘体，该电绝缘体电绝缘调整工具(14)的研磨面。电绝缘体通过降低电化学导致腐蚀的程度来延长调整工具(14)的研磨面的使用寿命。

Description

绝缘衬垫调整器及其使用方法

技术领域

本发明主要涉及抛光工艺，具体地，涉及用于半导体器件加工的平面化工艺。更具体地，本发明涉及具有电绝缘衬垫调整器的平面化工艺。

背景技术

在加工期间，用于半导体制作的半导体晶片通常要经过许多加工步骤，包括、图案化以及蚀刻步骤。半导体晶片加工步骤的详细资料见Tonshoff et al.所著“Abrasive Machining of Silicon”，登在Annals ofthe international Institution for Production Engineering Research，(Volume39/2/1990)，pp.621-635。在每个加工步骤，通常有必要或期望修正或精制晶片暴露的表面，以制备晶片用于随后的制作或加工步骤。

修正或精制晶片暴露表面的一个方法包括用包含大量的掺有研磨微粒的浆料来处理晶片表面。通常，将浆料用于抛光垫，然后使晶片表面在衬垫上移动，以除去或磨掉晶片表面的材料。该浆料也可能包含这样的药剂，即与晶片表面化学反应。这类工艺通常称为化学-机械的平面化或抛光(CMP)工艺。

CMP、电化学机械平面化或抛光(ECMP)的变化增加电流流过电解液及工件的表面。例如见U.S.Pat No.5,911,619(Uzoh et al.)，其中描述了通过化学机械平面化与电化学平面化相结合的方法平面化晶片表面的方法。

电-化学机械淀积(ECMD)方法及设备在背景技术中也有描述。例如见U.S.Pat.No.6,176,992(Talieh)，其中描述对晶片的导电材料同时进行淀积和抛光的方法。电流也可用于其他目的的晶片平面化工艺，例如探测加工步骤的端点。

CMP、ECMP、ECMD以及其它晶片平面化和抛光工艺中的一个问题是工艺要被仔细地监测，以便取得期望的晶片表面形态。比如，抛光垫的使用情况会影响抛光的结果。调整抛光垫表面，以便维持适当的形式。

用通常被称为衬垫调整器的研磨物来调整抛光垫。在重复调整步骤之后，衬垫调整器最终变得不能以满意的速度和均匀度调整抛光垫。衬垫调整器经常使用的高腐蚀环境可加快衬垫调整器失去效能的速度。

晶片加工系统中对失去效能的衬垫调整器的更换可不利地影响生产效率以及对晶片加工条件带来不期望的改变。据此，如果能增加衬垫调整器的使用寿命，那么晶片平面化工艺的效率也将会增加。类似的考虑也适用于其它浆料及固定的研磨抛光工艺。

发明内容

除其它腐蚀因素外，流过衬垫调整器的电流可导致电化学带来的腐蚀。电流可被有意地引入晶片工艺中，如在ECMP或ECMD工艺中。电流的引入也可能是无意识的，如在具有杂散电流通道的CMP工艺中。

本发明提供电绝缘的研磨面。更具体地，本发明用具有电绝缘体的调整工具提供晶片平面化工艺，该电绝缘体电绝缘调整工具的研磨面。电绝缘体通过降低电化学带来的腐蚀的程度来延长调整工具的研磨面的使用寿命。

一方面，本发明提供晶片平面化系统，该系统具有带第一电极和第二电极的电源。晶片平面化系统具有与第一电极连接的抛光垫载体，以及与第二电极连接的工件载体。具有研磨面的调整工具调整抛光垫。调整工具的研磨面与至少一个电极通过电绝缘体电绝缘。在某些实施例中，调整工具具有电绝缘体。

另一方面，晶片平面化系统是电化学平面化系统。该电化学平面化系统具有与负极连接的抛光垫载体以及与正极连接的工件载体。具有研磨面的调整工具调整抛光垫。调整工具的研磨面与至少一个电极通过电绝缘体电绝缘。

另一方面，调整工具具有电绝缘的调整圆盘，该圆盘具有研磨面和基底。调整圆盘可具有附着在基底上的载体。载体是电绝缘体。

还提供的是调整电化学机械抛光垫的方法。该方法包括电绝缘调整工具的研磨面。研磨面被安置在与抛光垫接触的地方，并相对于抛光垫移动。

在本发明的又一方面，提供平面化晶片第一面的方法。该方法包括提供移动的抛光垫。晶片的第一面被安置在与抛光垫接触的地方。引起电流流过晶片第一面。与电流电绝缘的调整工具的研磨面被安置在与抛光垫接触的地方。

上述发明内容无意于对本发明的每个公开实施例或每个实现方式进行描述。随后的附图及详细描述更具体地举例说明性实施例。

附图说明

图1是示例具有电绝缘衬垫调整器的电化学机械平面化系统的示意图；

图2是示例调整圆盘组件的横截面侧视图；以及

图3是具有载体的示例调整圆盘的横截面侧视图。

具体实施方式

本发明提供电绝缘的研磨面。更具体地，本发明用具有电绝缘体的调整工具提供晶片平面化工艺，该电绝缘体电绝缘调整工具的研磨面。通过降低电化学带来的腐蚀的程度，电绝缘体延长调整工具的研磨面的使用寿命。

本申请所使用的术语“电绝缘”是相对术语，意思是基本上没有电流从参考电源到识别目标流动。例如，如果没有与参考电源的电连接，研磨面是“电绝缘”。电连接可通过多种手段实现，例如通过导线、导电的液体、金属板或紧固件、导电的研磨微粒、导电的金属基体，以及它们的结合方法。如果只与电源的一个电极电连接，并且在研磨面与连接到研磨面的任何其它电源之间基本没有电位差(也即小于大约100mV)，那么研磨面也认为与电源“电绝缘”。换句话说，如果基本没有电流从参考电源到研磨面的流动，那么研磨面是“电绝缘”。

图1表示具有电绝缘调整工具14的示例电化学机械平面化系统10的示意图。如图1所示出，晶片载体12相对于抛光垫24移动，以修正由晶片载体12所夹持的晶片表面。抛光垫24被附着至抛光垫载体26。具有第一电极20以及第二电极22的电源18被用于产生流过工件的电流，该电流由电流表19图表性地指示。第一电极通常被连接至抛光垫载体26，并且导电的液体用于流动电流到抛光垫24和工件的表面。

抛光垫24由调整工具14调整。调整工具14包括与抛光垫24接触的调整圆盘34。电流表21图表性地指示在抛光垫24的表面(包括任何与抛光垫24接触的导电液体)与调整工具14之间基本没有电流流过。换句话说，调整工具14与流过工件的任何电流电绝缘。

例如在电化学机械平面化工艺中，第一电极20将为负极(也即与电源的负极柱连接)，以及第二电极22将为正极(也即与电源的正极柱连接)。在其它配置中，极性可交换或相反。例如在电镀步骤中，第一电极20将为正极，而第二电极22将为负极。

图2表示示例调整圆盘组件的横截面侧视图。调整圆盘组件包括安装在调整圆盘夹持器32上的调整圆盘34。调整圆盘夹持器32用安装卡盘30附连至调整工具14。调整圆盘34包括在基底36上的研磨面16。

研磨面16是适于调整抛光垫的纹理粗糙的表面。例如研磨面可包括研磨微粒以及基体材料，如U.S.Pat.No.6,123,612(Goers)中所描述，此处参考引用。本领域公知的其它技术，包括，例如电镀、烧结，以及铜焊，也可被用于粘附研磨微粒到衬背，以形成研磨面。

研磨微粒的尺寸及型号是基于应用意图来选择的。合适的研磨微粒包括，比如熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、热处理的氧化铝、金刚砂、碳化硼、碳化钨、矾土氧化锆、氧化铁、金刚石(天然的或合成的)、二氧化铈、立方氮化硼、石榴石、碳化硅、低值氧化硼，以及它们的组合物。在某些优选实施例中，研磨微粒具有的莫氏硬度至少约8。在另一实施例中，莫氏硬度至少约9。在又一实施例中，莫氏硬度至少约10。

适用于本发明的研磨微粒具有的平均尺寸至少约3微米。在某些实施例中，研磨微粒具有至少约20微米的平均尺寸。在其它实施例中，研磨微粒具有至少约40微米的平均尺寸。在进一步的实施例中，研磨微粒具有至少约80微米的平均尺寸。适用于本发明的研磨微粒具有的平均尺寸小于约1000微米。在某些实施例中，研磨微粒具有小于约600微米的平均尺寸。在其它实施例中，研磨微粒具有小于约300微米的平均尺寸。

在某些实施例中，研磨微粒为研磨块形式，该研磨块包括许多被接合在一起的单个研磨微粒，形成整体的微粒团。研磨块可以不规则形状，或者可具有预定的形状。研磨微粒可进一步包括表面处理，如连接剂，或金属，或陶瓷涂层。

用于研磨层以附着研磨微粒的基体材料可包括金属，比如锡、青铜、银、铁，以及合金或它们的组合物。基体材料也可以包括其它金属以及金属合金，包括，比如不锈钢、钛、钛合金、锆、锆合金、镍、镍合金、铬，以及铬合金。基底36可由任何适合的材料制成，例如以商品名“INCONEL”出现，从McMaster-Carr Supply Co.Chicago，Illinois可获得的不锈钢薄片、镍，或镍铬铁合金。

研磨面16分别与第一和第二电极，20与22，中的至少一个电绝缘。在某些优选实施例中，研磨面与第一和第二电极，20及22，的每一个电绝缘。例如，可通过将研磨面附着至电绝缘的基底36、电绝缘的载体40或电绝缘的调整工具14来电绝缘研磨面。

各种材料和各种材料的组合物可用于电绝缘物体，包括，例如塑料、橡胶、木块、纸张、软木、玻璃、陶瓷等。例如，将研磨面附着至非导电的塑料基底，可电绝缘研磨面。

在某些实施例中，可通过调整圆盘34来电绝缘研磨面，该调整圆盘34分别与第一和第二电极，20和22，中的至少一个电绝缘。在某些实施例中，调整圆盘与第一和第二电极，20和22，中的每一个电绝缘。可通过电绝缘的调整圆盘的固定器32、电绝缘的安装卡盘30或电绝缘的调整工具14来电绝缘调整圆盘。例如，安装卡盘30可由非导电塑料制成。

在又一个实施例中，可通过与第一和第二电极，20和22，中的至少一个分别电绝缘的调整工具14来电绝缘研磨面。在某些实施例中，调整工具可与第一和第二电极，20和22，的每一个电绝缘。调整工具可与第一或第二电极之一绝缘，比如用电绝缘材料或这些材料的组合物将调整工具附着在调整工具的支架上。例如可用非导电橡胶或塑料支架来安装调整工具。

图3是具有载体40的示例调整圆盘38的横断面侧视图。如图3所示出，调整圆盘38包括附着在基底36上的研磨面16，该基底36附着在载体40上。在某些优选的实施例中，载体是电绝缘材料，比如是塑料或橡胶。在某些优选的实施例中，载体由聚碳酸酯制成。载体也可由其它材料制成，比如包括陶瓷、填充的或未填充的塑料，比如环氧树脂、聚砜(polysulfone)、酚醛塑料、聚丙稀酸脂(polyacrylates)、聚甲基丙稀酸酯、聚烯烃、苯乙烯，以及它们的组合物。在其它实施例中，载体则是金属的，例如不锈钢。

本发明的优势及其它实施例由下列示例进一步说明，但这些所描述示例的具体材料及其用量，以及其它条件和具体内容，将不对本发明构成不适当的限制。例如，研磨层与基底构成完整的整体，或可被附着在基底上。所有部分和百分比均按重量衡量，除非另有说明。

比较示例1

按照名称A160和零件号码60-9800-3429-6，从St.Paul，MN的3M得到的金刚石衬垫调整器用于调整CMP机器上的抛光垫，无需电绝缘衬垫调整器的研磨层。经过一段时间的使用，衬垫调整器出现腐蚀。

比较示例2

按照名称A160和零件号码60-9800-3429-6，从St.Paul，MN的3M得到的金刚石衬垫调整器被加热，用于软化粘合剂，以将研磨物粘结到不锈钢基板。用刮刀把金刚石研磨物刮开，加工至10cm×3.8cm。将研磨条淹没在开口大口杯中，该大口杯中有0.75摩尔的硫酸、3.75％的过氧化氢，以及充足的氢氧化钠，以提高pH值到2.0。研磨条被连接到恒流源的正极输出端。次级的镍电极也被置于大口杯中，并且1.0安培的电流流过形成的电池。由于试验被允许进行了大约16个小时，蒸发减少了研磨条暴露在电流中的区域，同时也增加了电解液的浓度和电流的密度。在板的顶端，此处电流密度最小，是绿色的，出现了金刚石周围一些金属基体的损耗。在板底部的附近，在电流密度最大的区域内，金属基体和金刚石消失，并且支持它们的基底开始溶解。起初的绿色腐蚀产物就像比较示例1中呈现的腐蚀。

示例1

除了不施加电流外，按照比较示例2同样的方法制备和测试本发明的衬垫调整器。在试验进行了大约16个小时后，没有腐蚀出现。

可以理解，即使上述描述和示例展示了本发明的大量特点和优势，同时还附有本发明在结构和功能方面的详细描述，但本公开仅为说明性的。可在由表达所附权利要求的术语的含义和那些结构与方法的等效所表示的全部范围内对细节进行改变，特别是在电绝缘衬垫调节器的外形、尺寸以及排列方面以及在本发明原理范围内的使用方法方面进行改变。

Claims (19)

1.一种晶片平面化系统，包括：

具有第一电极和第二电极的电源；

与所述第一电极连接的抛光垫载体；

与所述第二电极连接的工件载体；

调整工具，包括电绝缘的调整圆盘，所述电绝缘的调整圆盘进一步包括适于调整所述抛光垫的研磨面和接近所述研磨面的基底；以及

电绝缘体，所述研磨面与所述第一电极和所述第二电极中的至少一个电极通过所述电绝缘体绝缘。

2.权利要求1的所述系统，其中所述调整圆盘进一步包括附着至所述基底的载体。

3.权利要求2的所述系统，其中所述载体为电绝缘体。

4.权利要求3的所述系统，其中所述载体由聚碳酸酯形成。

5.权利要求1的所述系统，其中所述基底导电。

6.权利要求5的所述系统，其中所述基底包含镍。

7.权利要求6的所述系统，其中所述研磨面包括用金属基体附着至所述基底的许多研磨微粒。

8.权利要求7的所述系统，其中所述研磨微粒包括金刚石。

9.权利要求7的所述系统，其中所述金属基体包括镍。

10.一种晶片平面化系统，包括：

具有第一电极和第二电极的电源；

与所述第一电极连接的抛光垫载体；

与所述第二电极连接的工件载体；

调整工具，包括电绝缘的调整圆盘，所述电绝缘的调整圆盘进一步包括适于调整所述抛光垫的研磨面和接近所述研磨面的基底；以及

所述调整工具进一步包括电绝缘体，所述研磨面与所述第一电极和所述第二电极中的至少一个电极通过所述电绝缘体绝缘。

11.权利要求10的所述系统，其中所述晶片平面化系统为电化学平面化系统，所述第一电极为负极，所述第二电极为正极。

12.一种调整电化学机械抛光垫的方法，包括：

提供调整工具，所述调整工具包括电绝缘的调整圆盘，所述圆盘进一步包括适于调整所述抛光垫的研磨面和接近所述研磨面的基底；

将所述研磨面与所述抛光垫接触；以及

相对于所述抛光垫移动所述研磨面。

13.权利要求12的所述方法，其中所述调整工具进一步包括附着至所述基底的载体。

14.权利要求13的所述方法，其中所述载体是电绝缘体。

15.权利要求14的所述方法，其中所述载体由聚碳酸酯形成。

16.一种平面化工件第一面的方法，包括：

提供移动的抛光垫；

将所述工件的所述第一面与所述抛光垫接触；

使电流流过所述工件的所述第一面；

提供具有研磨面的调整工具，该调整工具与所述电流电绝缘，所述调整工具包括电绝缘的调整圆盘，所述圆盘包括所述研磨面和接近所述研磨面的基底；以及

将所述研磨面与所述抛光垫接触。

17.权利要求16的所述方法，其中所述调整工具进一步包括附着至所述基底的载体。

18.权利要求17的所述方法，其中所述载体是电绝缘体。

19.权利要求18的所述方法，其中所述载体由聚碳酸酯形成。

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