CMP垫调整器

摘要

本发明涉及一种CMP垫调整器，其具有基板及形成于该基板的至少一个表面上的切削刀片图形，且具体涉及一种具有切削刀片图形的CMP垫调整器，其中该切削刀片图形具有可提高生产率且通过改进切削刀片图形的结构，可充分确保微细切削刀片图形的强度及稳定性的结构。

权利要求

1.一种CMP垫调整器，所述CMP垫调整器具有基板及形成于所述基板的至少一个表面上的多个切削刀片图形，其中，所述多个切削刀片图形包括：多个基板刀片部，彼此隔开地形成于所述基板上；及

钻石淀积刀片部，形成于所述多个基板刀片部中的一些基板刀片部上，其中，所述多个基板刀片部形成为具有相同高度，且所述钻石淀积刀片部具有相同厚度、形成于相邻基板刀片部中的一个基板刀片部上、且不形成于另一个基板刀片部上。

2.根据权利要求1所述的CMP垫调整器，其中，所述基板刀片部借助所述基板上的凹部而彼此分隔。

3.根据权利要求1所述的CMP垫调整器，其中，所述基板刀片部具有多边形的截面形状。

4.根据权利要求1所述的CMP垫调整器，其中，所述基板刀片部具有多边形、圆形或椭圆形的平面形状。

5.根据权利要求1所述的CMP垫调整器，其中，所述钻石淀积刀片部具有1-10μm的厚度。

6.根据权利要求1所述的CMP垫调整器，其中，所述切削刀片图形的上表面利用包括SiC研磨材料的轮件或包括钻石砂砾的树脂轮修整。

7.根据权利要求1所述的CMP垫调整器，其中，所述CMP垫调整器进一步包括钻石涂布层，所述钻石涂布层形成于所述基板及所述多个切削刀片图形二者上。

8.根据权利要求1所述的CMP垫调整器，其中，所述切削刀片图形具有100μm或更小的微细结构。

说明书

CMP垫调整器

技术领域

[0001] 本发明涉及具有基板及形成于该基板的至少一个表面上的切削刀片图形的化学机械抛光（CMP）垫调整器，具体涉及一种具有切削刀片图形的CMP垫调整器，其中，该切削刀片图形具有可增加CMP垫调整器的生产率且可充分确保切削刀片图形的强度及安全的改进的结构。

背景技术

[0002] 目前，半导体电路的速度及集成密度逐渐增加，且因此半导体芯片的尺寸逐渐增加。此外，为了提供多层互连结构，互连的宽度逐渐小型化，且晶圆直径变得更大。

[0003] 然而，在装置的集成密度增加且最小线宽减少的情况下，以至于遭遇到无法根据相关技术借助局部平坦化来克服的限制。为了增进处理效率或质量，借助化学机械抛光（CMP,chemical mechanical planarization）来执行晶圆的整体平坦化（global planarization）。利用CMP的整体平坦化是现有晶圆处理的必要部分。

[0004] CMP是其中半导体晶圆借助化学及机械处理而加以平坦化的抛光处理。

[0005] 原理上，CMP抛光是借助按压抛光垫及晶圆而彼此抵住并使其彼此相对移动、同时对抛光垫供给由研磨粒子及化学品的混合物组成的研磨浆。在此，由聚氨酯制成的抛光垫的表面上的许多孔洞用来接收新鲜抛光液，因此可获得晶圆表面的高的抛光效率及均匀抛光。

[0006] 然而，由于在抛光处理期间施加压力及相对速度，因此抛光垫的表面在抛光期间随时间经过而不均匀地变形，且抛光垫上的孔洞变得被抛光残留物所阻塞，使得抛光垫无法执行其预期功能。针对此理由，无法完成借助整体平坦化来均匀抛光晶圆表面。

[0007] 为了克服CMP抛光垫的不均匀变形及孔洞阻塞，因此借助使用CMP垫调整器对抛光垫的表面精细抛光来执行CMP垫调整处理，以形成新的孔洞。

[0008] CMP垫调整处理可在与CMP处理相同时间执行，以增加生产率。此即所谓“原位调整（in-situ conditioning）”。

[0009] 用于CMP处理的抛光液含有例如二氧化硅、氧化铝或氧化铈的研磨粒子，且CMP处理根据所使用的抛光处理种类而大致上分类为氧化物CMP及金属（metal）CMP。用于氧化物CMP的抛光液一般具有10-12的pH值，且用于金属CMP的抛光液具有4或更低的酸性pH值。

[0010] 传统的CMP垫调整器包括借助电镀处理而制造的电镀型CMP垫调整器、及借助在高温下熔化CMP垫调整器及金属粉末而制造的熔化型CMP垫调整器。

[0011] 然而，这些传统的电镀型及熔化型CMP垫调整器在以下方面具有问题：当将其使用于金属CMP处理中的原位调整时，附着于CMP垫调整器的表面的钻石粒子借助利用CMP浆的抛光粒子及酸性溶液所致的表面侵蚀的抛光动作而变得自该表面分离。

[0012] 当分离的钻石粒子在CMP抛光处理期间卡在CMP抛光垫时，其刮伤晶圆表面而增加处理瑕疵率，且使得必须更换CMP抛光垫。

[0013] 此外，借助侵蚀而从金属粘接剂释放的金属离子在金属CMP处理期间移动至半导体电路的金属线路，而导致金属离子污染（metal ion contamination），其造成短路。因为金属离子污染所造成的短路仅在已完成所有处理之后显现，所以由金属离子污染所致的制造成本的损失显著。

[0014] 在解决上述发生于已知CMP垫调整器中的问题的尝试中，韩国专利公开公报第2000-24453号公开一种抛光垫调整器及其制造方法。此专利公开公报公开处理具有多个多边形柱体的基板，这些多边形柱体利用CVD处理而自该基板的至少一个表面突出至大致上相同的高度，因而在该表面上形成钻石薄膜。在此，这些多边形柱体为突出的切削刀片。

[0015] 此抛光垫调整器包括突出大致上相同距离的多个切削刀片。这些刀片可在调整处理期间在聚氨酯抛光垫上产生小刻痕，但无法微细地压碎调整处理期间所产生的大碎片、或有效率地清除自晶圆产生的泥浆。

[0016] 针对如这些功能，除了用以切削抛光垫的切削刀片之外，抛光垫调整器还应具有不同高度的切削刀片，其减小调整处理期间产生的碎片（debris）的尺寸，并使泥浆的流动顺畅。

[0017] 图1显示已知的具有切削刀片的CMP垫调整器101。如图1所示，为了在基板110上形成多个个独立的切削刀片图形120，故在基板110上淀积钻石，且然后使用蚀刻屏蔽使其图案化。然后，在切削刀片图形120上淀积钻石涂层130。

[0018] 然而，此CMP垫调整器具有以下两问题。首先，为了借助第一钻石淀积处理而在基板上形成切削刀片图形，因此必须在基板上使钻石层形成为对应至切削刀片的高度的高度。

[0019] 使用各种处理以利用化学气相沉积（CVD）处理来形成钻石淀积层。其中，通常使用热丝（thermal filament）处理形成具有相对大面积的基板，例如CMP垫调整器。

[0020] 当使用热丝处理时，因为钻石的增加率低达约0.1-0.3μm/hr（微米/小时），所以需要100-200小时的涂布时间以使钻石增加至30-60μm的高度，使得形成CMP垫调整器用的切削刀片图形。由此原因，CMP垫调整器的生产率显著降低。

[0021] 另一问题为即使钻石具有高硬度，但其因高脆性而具有极低的冲击强度。考虑到借助在CMP系统中的抛光垫的抛光期间精细地切削刀片图形而经历的调整器压力及借助与抛光材料的摩擦的研磨，无法确保切削刀片图形的对抗破损及分离的稳定性。此切削刀片图形的破损及分离导致在形成硅晶圆上刮伤。

[0022] 因此，确保切削刀片图形的冲击稳定性极为重要。然而，因为CVD钻石生长为柱状结构，使其对于调整处理期间所施加的剪切负载而言极为脆弱，故难以形成具有100μm的尺寸的精细切削刀片图形。

发明内容

[0023] 技术问题

[0024] 因此，本发明的目的为提供一种具有切削刀片图形的CMP垫调整器，该切削刀片图形快速且轻易地形成，使得CMP垫调整器的生产率可获得增加。

[0025] 本发明的另一目的为提供一种CMP垫调整器，其中切削刀片图形具有微细结构，同时可确保其强度及稳定性。

[0026] 本发明的又另一目的为提供一种具有切削刀片图形的CMP垫调整器，其在调整处理期间有效地执行碎片的移除及例如泥浆的外来物的排出。

[0027] 本发明的目的并不限于上述的目的，且其他目的将由本领域技术人员自以下说明而了解。

[0028] 技术手段

[0029] 为了达到上述目的，本发明提供一种CMP垫调整器，其具有基板及形成于该基板的至少一个表面上的切削刀片图形，其中切削刀片图形包括：多个基板刀片部，彼此隔开地形成于基板上；及钻石淀积刀片部，形成于该多个基板刀片部上。

[0030] 在此，多个基板刀片部可形成为具有相同高度，且形成于该多个基板刀片部上的钻石淀积刀片部可形成为具有相同厚度，使得切削刀片图形的切削刀片具有相同高度。然而，在一些情况中，多个基板刀片部的一些基板刀片部可形成为具有不同高度，或钻石淀积刀片部中的一些可具有不同厚度，使得切削刀片图形的切削刀片可具有不同高度。尤其，若切削刀片图形的切削刀片将具有不同高度，则优选地使多个基板刀片部形成为具有不同高度，并使钻石淀积刀片部在基板刀片部上形成为相同厚度。

[0031] 本发明还提供一种CMP垫调整器，其具有基板及形成于该基板的至少一个表面上的切削刀片图形，其中该切削刀片图形包括：多个基板刀片部，彼此隔开地形成于该基板上；及钻石淀积刀片部，形成于该多个基板刀片部的一些基板刀片部上。

[0032] 优选地，多个基板刀片部形成为具有相同高度，且钻石淀积刀片部具有相同厚度、形成于相邻基板刀片部中的一个基板刀片部、且不形成于另一基板刀片部，使得切削刀片图形的切削刀片具有不同高度。

[0033] 更优选地，基板刀片部借助基板上的凹部而彼此分隔。

[0034] 在此，基板刀片部优选地具有多边形的截面形状。

[0035] 并且，基板刀片部优选地具有多边形、圆形或椭圆形的平面形状。

[0036] 再者，钻石淀积刀片部优选地具有1-10μm的厚度。

[0037] 在此，切削刀片图形的上表面优选地利用包括SiC研磨材料的轮件或包括钻石砂砾的树脂轮加以修整。

[0038] 此外，CMP垫调整器优选地还包括钻石涂布层，其形成于基板及切削刀片图形二者上。

[0039] 另外，借助此构造，切削刀片图形可具有100μm或更小的微细结构。

[0040] 有益效果

[0041] 本发明具有以下有益效果。

[0042] 首先，在根据本发明的CMP垫调整器中，可利用快速且简单的方式形成切削刀片图形，使可增加得CMP垫调整器的生产率。

[0043] 再者，在本发明的CMP垫调整器中，所形成的切削刀片图形可具有精细结构，并且可确保其强度及稳定性。

[0044] 此外，在本发明的CMP垫调整器中，切削刀片图形在调整处理期间有效地移除碎片（debris）及如泥浆的外来物。

附图说明

[0045] 图1为已知的CMP垫调整器的截面图。

[0046] 图2a及图2b为根据本发明的一个实施方式的CMP垫调整器的截面图。

[0047] 图3a及图3b为根据本发明的另一实施方式的CMP垫调整器的截面图。

[0048] 图4a及图4b为根据本发明的再另一实施方式的CMP垫调整器的截面图。

[0049] 图5a及图5b为根据本发明的又另一实施方式的CMP垫调整器的截面图。

[0050] 图6为显示针对图1的CMP垫调整器的切削刀片图形的耐久性测试的照片。

[0051] 图7为显示针对根据本发明的CMP垫调整器的切削刀片图形的耐久性测试的照片。

具体实施方式

[0052] 以下将参照附图来详细说明本发明。

[0053] 图2a、图2b、图3a及图3b为CMP垫调整器的截面图，其中切削刀片图形的所有切削刀片均包括基板刀片部及淀积刀片部。图4a、图4b、图5a及图5b为CMP垫调整器的截面图，其中仅有一些切削刀片图形的切削刀片包括基板刀片部及淀积刀片部。如这些附图所示，根据本发明的CMP垫调整器1包括基板10及形成于基板10的至少一个表面上的切削刀片图形20。

[0054] 基板10可由高硬度材料（例如一般铁合金、超硬合金或陶瓷材料）制成，且可具有圆盘形状。

[0055] 在此，基板10的材料优选地为选自SiC、Si3N4、WC、及其混合物中至少一种。

[0056] 在一些情况中，基板10可由选自基于碳化钨（WC）的超硬合金（包括碳化钨-钴（WC-Co）、碳化钨-碳化钛-钴（WC-TiC-Co）、及碳化钨-碳化钛-碳化钽-钴（WC-TiC-TaC-Co））、与基于金属陶瓷（TiCN）、碳化硼（B4C）、及二硼化钛（TiB2）的超硬合金中的一种或更多种制成。此外，基板可优选地由例如氮化硅（Si3N4）或硅（Si）的陶瓷材料制成。基板10的材料的其他示例包括氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、氧化钛（TiO2）、氧化锆（ZrOx）、二氧化硅（SiO2）、碳化硅（SiC）、氮氧化硅（SiOxNy）、氮化钨（WNx）、氧化钨（WOx）、DLC（diamond-like coating，类钻膜）、氮化硼（BN）、或氧化铬（Cr2O3）。

[0057] 再者，当由上方查看时，基板优选地具有圆盘形状，且在一些情况中，其可具有多边形状。

[0058] 在优选实施方式中，在形成切削刀片图形20前，基板10的至少一个表面借助研磨或研光而加以平坦化、并在沉积钻石淀积刀片部23前以超音波加以处理。

[0059] 切削刀片图形20包括形成于基板10的一个表面上的多个基板刀片部21、及形成于多个基板刀片部21的一些基板刀片部或全部上的钻石淀积刀片部23。

[0060] 基板刀片部21可在基板上彼此分隔地形成为相同或不同高度。如图2a至图4b所示，基板刀片部21可为具有矩形截面形状的部份，其借助凹部25彼此分隔。或者，如图5a及图5b所示，基板刀片部21可具有以下结构：具有矩形截面形状的基板刀片部与具有三角截面形状的基板刀片部21a彼此交替并借助凹部25彼此分隔。此外，当由上方查看时，基板刀片部21可具有多边形、圆形或卵形。尽管并未显示于附图中，仍应了解当由侧面及由上方查看时，基板刀片部21可具有多边喇叭形、或多边圆锥或椭圆锥形、或圆柱或椭圆柱形。

[0061] 基板刀片部21可借助例如机械处理、激光处理或蚀刻的方法而形成。

[0062] 并且，钻石淀积刀片部23系于多个基板刀片部21上形成为相同厚度。如图2a至图3b所示，钻石淀积刀片部23可形成于所有基板刀片部21上、或仅形成于多个基板刀片部21的一些基板刀片部上。在优选实施方式中，如图4a至图5b所示，钻石淀积刀片部23形成于相邻基板刀片部21中的一个基板刀片部21上，且未形成于另一基板刀片部21上。

[0063] 如图5a及图5b所示，当基板刀片部21由彼此交替的具有矩形截面形状的基板刀片部21与具有三角截面形状的基板刀片部21a组成时，钻石淀积刀片部23优选地形成于具有矩形截面形状的基板刀片部21上。

[0064] 在此，钻石淀积刀片部23可使用化学气相沉积（CVD）形成于基板刀片部21上。举例来说，在形成基板刀片部21前，可使钻石沉积层形成于基板10的一个表面上并加以平坦化，而后局部地移除钻石沉积层而留下位于将形成基板刀片部21的区域中的钻石沉积层。

[0065] 在此，钻石沉积层的化学气相沉积系优选地在以下条件下执行：压力：10-55Torr；氢及甲烷的流量：分别为1-2SLM及约25SCCM；基板10的温度：约900℃；热丝（filament）温度：1900-2000℃；及基板10与热丝的间的距离：10-15mm。

[0066] 为了确保钻石沉积层的整体平均度，因此优选地在平坦化处理中使用具有2000目（mesh）或更大的粒子的树脂或陶瓷抛光盘将如此沉积的钻石沉积层加以平坦化至1-10μm的厚度。然后，可将钻石淀积刀片部23在基板刀片部21上均匀地形成为1-10μm的厚度。

[0067] 并且，钻石沉积层的移除可借助蚀刻（例如反应性离子蚀刻、干法蚀刻、湿法蚀刻或电浆蚀刻）、或机械处理或激光处理来执行。

[0068] 在已将钻石沉积层移除后，切削刀片图形20的上表面优选地借助蚀刻或机械处理加以修整，以消除高度上的差异、角落的崩塌、或弯曲截面部份。此修整处理可使用包括SiC研磨材料的轮件、或包括钻石砂砾的树脂轮来执行。在此，鉴于表面粗糙度或切削刀片的稳定性，因此研磨轮或包括钻石砂砾的树脂轮优选地包括具有2000目或更大的尺寸的细研磨粒子。

[0069] 另外，如图2a、图3a、图4a及图5a所示，钻石涂布层30可使用化学气相沉积在基板10及切削刀片图形20上形成为比钻石淀积刀片部23更薄的厚度。在形成钻石涂布层30前，其上形成有基板刀片部21及钻石淀积刀片部23的基板10优选地接受超音波预处理。在此超音波预处理处理中，使用微细钻石粒子使微细刮伤形成于淀积刀片部23、剩余的凹部25及基板刀片部21上，以使钻石涂布层更坚硬。在已形成钻石涂布层30后，切削刀片图形20的切削刀片的高度以交替形式不同，如图3a、图4a及图5a所示。

[0070] 如图2b、图3b、图4b及图5b所示，在借助基板刀片部21及钻石刀片部而充分确保例如切削刀片图形20的耐久性的一些情况中、或考虑使用的条件，便可省略钻石涂布层30。

[0071] 如上所述，根据本发明的CMP垫调整器具有钻石淀积刀片部23形成于基板刀片部21上的结构。因此，切削刀片图形20中的淀积刀片部23的厚度可相当小，且因此被沉积以形成切削刀片图形20的钻石淀积刀片部23的钻石可被沉积至较小厚度。于是，因为用作调整器1的切削刀片的切削刀片图形20的高度的显著部份（30-60μm）由基板刀片部21组成，所以即使在热丝处理中的钻石的生长率低达约0.1-0.3μm/hr（微米/小时）时，用以形成钻石淀积刀片部23的钻石的沉积时间仍明显减少。此可增加CMP垫调整器1的生产率。

[0072] 此外，根据本发明，切削刀片图形20由形成于基板10上的基板刀片部21及钻石淀积刀片部23形成。因此，不同于其中切削刀片图形120仅由钻石层形成的已知CMP垫调整器，充分地确保具有微细结构的切削刀片图形20的强度、稳定性及耐久性。因此，可预防调整处理中的切削刀片图形20的破损及分离，使得刮伤晶圆的问题可获得解决。

[0073] 根据本发明的CMP垫调整器（尤其是具有切削刀片图形20包括高度不同的切削刀片的结构CMP垫调整器1）具有以下的有益效果：抛光垫抛光借助较高的切削刀片图形20所执行、调整处理期间产生的碎片被较低的切削图形细微地压碎、且抛光晶圆导致的泥浆经由切削刀片图形20之间的高度差异所提供的空间而有效地排出至外侧。

[0074] 测试根据本发明的CMP垫调整器1的切削刀片图形20的耐久性，且测试的结果系显示于以下表1及图6及图7中。

[0075] 在耐久性测试中，样本1为包括仅由钻石形成的切削刀片图形的已知CMP垫调整器；且样本2为发明性的CMP垫调整器，其中如图2a所示地构造的切削刀片图形由基板刀片部21及钻石淀积刀片部23组成。

[0076] 在此，样本1借助以下方式获得：在20mm超硬基板上使钻石沉积至35μm的厚度、使用激光以1mm的间隔形成切削刀片图形（各为50μm（L）×50μm（W））、以超音波清洗及预处理所产生的结构、及借助热丝处理在图形上形成5μm钻石涂布层。

[0077] 样本2借助以下方式获得：在20mm超硬基板10上形成35μm厚的由5μm厚的钻石淀积刀片部23及基板刀片部21组成的切削刀片图形20、以超音波清洗及预处理所产生的结构、及借助热丝处理在所产生的结构上形成5μm钻石涂布层。

[0078] [表1]

[0079]剪切高度（μm） 剪切强度（g） 样本1在5点测量 样本2在5点测量
0 平均 44.3 864.9
20 平均 43.5 724.4
25 平均 39.3 663.7
30 平均 35.4 617.2

[0080] 如由以上的表1及图6及图7可见，其为已知CM垫调整器的样本1表现出约40g的平均剪切强度，因其由于钻石的固有特性而对冲击及负载具有低韧度。此外，当剪切高度增加（还即朝切削刀片图形的末端移动）时剪切强度减少，表示着当切削刀片图形的高度增加时，末端处的破损或分离的可能性增加。

[0081] 另一方面，可见到样本2（根据本发明的CMP垫调整器1）的剪切强度由于基板刀片部21的机械韧度而为样本1（已知）的至少10倍高。

[0082] 因而，在根据本发明的CMP垫调整器1中，充分地确保切削刀片图形20的强度、稳定性及耐久性。

[0083] 如上所述，因为以快速及简易的方式形成切削刀片图形，所以根据本发明的CMP垫调整器的生产率增加。并且，所形成的切削刀片图形可具有精细结构，同时可充分确保其强度及稳定性。

[0084] 此外，根据本发明的CMP垫调整器在调整处理期间有效地移除碎片及排除例如泥浆的外来物。

[0085] 尽管已为了说明性目的而公开本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将知道在不悖离公开于随附权利要求的范围及精神的情况下，可能有各种变化、增加及替代。