專利名稱：絕緣襯墊調(diào)整器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及拋光工藝，具體地，涉及用于半導(dǎo)體器件加工的平面化工藝。更具體地，本發(fā)明涉及具有電絕緣襯墊調(diào)整器的平面化工藝。
背景技術(shù)：
在加工期間，用于半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體晶片通常要經(jīng)過(guò)許多加工步驟，包括、圖案化以及蝕刻步驟。半導(dǎo)體晶片加工步驟的詳細(xì)資料見(jiàn)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。在每個(gè)加工步驟，通常有必要或期望修正或精制晶片暴露的表面，以制備晶片用于隨后的制作或加工步驟。
修正或精制晶片暴露表面的一個(gè)方法包括用包含大量的摻有研磨微粒的漿料來(lái)處理晶片表面。通常，將漿料用于拋光墊，然后使晶片表面在襯墊上移動(dòng)，以除去或磨掉晶片表面的材料。該漿料也可能包含這樣的藥劑，即與晶片表面化學(xué)反應(yīng)。這類工藝通常稱為化學(xué)-機(jī)械的平面化或拋光(CMP)工藝。
CMP、電化學(xué)機(jī)械平面化或拋光(ECMP)的變化增加電流流過(guò)電解液及工件的表面。例如見(jiàn)U.S.Pat No.5,911,619(Uzoh et al.)，其中描述了通過(guò)化學(xué)機(jī)械平面化與電化學(xué)平面化相結(jié)合的方法平面化晶片表面的方法。
電-化學(xué)機(jī)械淀積(ECMD)方法及設(shè)備在背景技術(shù)中也有描述。例如見(jiàn)U.S.Pat.No.6,176,992(Talieh)，其中描述對(duì)晶片的導(dǎo)電材料同時(shí)進(jìn)行淀積和拋光的方法。電流也可用于其他目的的晶片平面化工藝，例如探測(cè)加工步驟的端點(diǎn)。
CMP、ECMP、ECMD以及其它晶片平面化和拋光工藝中的一個(gè)問(wèn)題是工藝要被仔細(xì)地監(jiān)測(cè)，以便取得期望的晶片表面形態(tài)。比如，拋光墊的使用情況會(huì)影響拋光的結(jié)果。調(diào)整拋光墊表面，以便維持適當(dāng)?shù)男问健?br> 用通常被稱為襯墊調(diào)整器的研磨物來(lái)調(diào)整拋光墊。在重復(fù)調(diào)整步驟之后，襯墊調(diào)整器最終變得不能以滿意的速度和均勻度調(diào)整拋光墊。襯墊調(diào)整器經(jīng)常使用的高腐蝕環(huán)境可加快襯墊調(diào)整器失去效能的速度。
晶片加工系統(tǒng)中對(duì)失去效能的襯墊調(diào)整器的更換可不利地影響生產(chǎn)效率以及對(duì)晶片加工條件帶來(lái)不期望的改變。據(jù)此，如果能增加襯墊調(diào)整器的使用壽命，那么晶片平面化工藝的效率也將會(huì)增加。類似的考慮也適用于其它漿料及固定的研磨拋光工藝。

發(fā)明內(nèi)容
除其它腐蝕因素外，流過(guò)襯墊調(diào)整器的電流可導(dǎo)致電化學(xué)帶來(lái)的腐蝕。電流可被有意地引入晶片工藝中，如在ECMP或ECMD工藝中。電流的引入也可能是無(wú)意識(shí)的，如在具有雜散電流通道的CMP工藝中。
本發(fā)明提供電絕緣的研磨面。更具體地，本發(fā)明用具有電絕緣體的調(diào)整工具提供晶片平面化工藝，該電絕緣體電絕緣調(diào)整工具的研磨面。電絕緣體通過(guò)降低電化學(xué)帶來(lái)的腐蝕的程度來(lái)延長(zhǎng)調(diào)整工具的研磨面的使用壽命。
一方面，本發(fā)明提供晶片平面化系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有帶第一電極和第二電極的電源。晶片平面化系統(tǒng)具有與第一電極連接的拋光墊載體，以及與第二電極連接的工件載體。具有研磨面的調(diào)整工具調(diào)整拋光墊。調(diào)整工具的研磨面與至少一個(gè)電極通過(guò)電絕緣體電絕緣。在某些實(shí)施例中，調(diào)整工具具有電絕緣體。
另一方面，晶片平面化系統(tǒng)是電化學(xué)平面化系統(tǒng)。該電化學(xué)平面化系統(tǒng)具有與負(fù)極連接的拋光墊載體以及與正極連接的工件載體。具有研磨面的調(diào)整工具調(diào)整拋光墊。調(diào)整工具的研磨面與至少一個(gè)電極通過(guò)電絕緣體電絕緣。
另一方面，調(diào)整工具具有電絕緣的調(diào)整圓盤，該圓盤具有研磨面和基底。調(diào)整圓盤可具有附著在基底上的載體。載體是電絕緣體。
還提供的是調(diào)整電化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法。該方法包括電絕緣調(diào)整工具的研磨面。研磨面被安置在與拋光墊接觸的地方，并相對(duì)于拋光墊移動(dòng)。
在本發(fā)明的又一方面，提供平面化晶片第一面的方法。該方法包括提供移動(dòng)的拋光墊。晶片的第一面被安置在與拋光墊接觸的地方。引起電流流過(guò)晶片第一面。與電流電絕緣的調(diào)整工具的研磨面被安置在與拋光墊接觸的地方。
上述發(fā)明內(nèi)容無(wú)意于對(duì)本發(fā)明的每個(gè)公開實(shí)施例或每個(gè)實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行描述。隨后的附圖及詳細(xì)描述更具體地舉例說(shuō)明性實(shí)施例。


圖1是示例具有電絕緣襯墊調(diào)整器的電化學(xué)機(jī)械平面化系統(tǒng)的示意圖；圖2是示例調(diào)整圓盤組件的橫截面?zhèn)纫晥D；以及圖3是具有載體的示例調(diào)整圓盤的橫截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供電絕緣的研磨面。更具體地，本發(fā)明用具有電絕緣體的調(diào)整工具提供晶片平面化工藝，該電絕緣體電絕緣調(diào)整工具的研磨面。通過(guò)降低電化學(xué)帶來(lái)的腐蝕的程度，電絕緣體延長(zhǎng)調(diào)整工具的研磨面的使用壽命。
本申請(qǐng)所使用的術(shù)語(yǔ)“電絕緣”是相對(duì)術(shù)語(yǔ)，意思是基本上沒(méi)有電流從參考電源到識(shí)別目標(biāo)流動(dòng)。例如，如果沒(méi)有與參考電源的電連接，研磨面是“電絕緣”。電連接可通過(guò)多種手段實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)導(dǎo)線、導(dǎo)電的液體、金屬板或緊固件、導(dǎo)電的研磨微粒、導(dǎo)電的金屬基體，以及它們的結(jié)合方法。如果只與電源的一個(gè)電極電連接，并且在研磨面與連接到研磨面的任何其它電源之間基本沒(méi)有電位差(也即小于大約100mV)，那么研磨面也認(rèn)為與電源“電絕緣”。換句話說(shuō)，如果基本沒(méi)有電流從參考電源到研磨面的流動(dòng)，那么研磨面是“電絕緣”。
圖1表示具有電絕緣調(diào)整工具14的示例電化學(xué)機(jī)械平面化系統(tǒng)10的示意圖。如圖1所示出，晶片載體12相對(duì)于拋光墊24移動(dòng)，以修正由晶片載體12所夾持的晶片表面。拋光墊24被附著至拋光墊載體26。具有第一電極20以及第二電極22的電源18被用于產(chǎn)生流過(guò)工件的電流，該電流由電流表19圖表性地指示。第一電極通常被連接至拋光墊載體26，并且導(dǎo)電的液體用于流動(dòng)電流到拋光墊24和工件的表面。
拋光墊24由調(diào)整工具14調(diào)整。調(diào)整工具14包括與拋光墊24接觸的調(diào)整圓盤34。電流表21圖表性地指示在拋光墊24的表面(包括任何與拋光墊24接觸的導(dǎo)電液體)與調(diào)整工具14之間基本沒(méi)有電流流過(guò)。換句話說(shuō)，調(diào)整工具14與流過(guò)工件的任何電流電絕緣。
例如在電化學(xué)機(jī)械平面化工藝中，第一電極20將為負(fù)極(也即與電源的負(fù)極柱連接)，以及第二電極22將為正極(也即與電源的正極柱連接)。在其它配置中，極性可交換或相反。例如在電鍍步驟中，第一電極20將為正極，而第二電極22將為負(fù)極。
圖2表示示例調(diào)整圓盤組件的橫截面?zhèn)纫晥D。調(diào)整圓盤組件包括安裝在調(diào)整圓盤夾持器32上的調(diào)整圓盤34。調(diào)整圓盤夾持器32用安裝卡盤30附連至調(diào)整工具14。調(diào)整圓盤34包括在基底36上的研磨面16。
研磨面16是適于調(diào)整拋光墊的紋理粗糙的表面。例如研磨面可包括研磨微粒以及基體材料，如U.S.Pat.No.6,123,612(Goers)中所描述，此處參考引用。本領(lǐng)域公知的其它技術(shù)，包括，例如電鍍、燒結(jié)，以及銅焊，也可被用于粘附研磨微粒到襯背，以形成研磨面。
研磨微粒的尺寸及型號(hào)是基于應(yīng)用意圖來(lái)選擇的。合適的研磨微粒包括，比如熔融氧化鋁、陶瓷氧化鋁、熱處理的氧化鋁、金剛砂、碳化硼、碳化鎢、礬土氧化鋯、氧化鐵、金剛石(天然的或合成的)、二氧化鈰、立方氮化硼、石榴石、碳化硅、低值氧化硼，以及它們的組合物。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，研磨微粒具有的莫氏硬度至少約8。在另一實(shí)施例中，莫氏硬度至少約9。在又一實(shí)施例中，莫氏硬度至少約10。
適用于本發(fā)明的研磨微粒具有的平均尺寸至少約3微米。在某些實(shí)施例中，研磨微粒具有至少約20微米的平均尺寸。在其它實(shí)施例中，研磨微粒具有至少約40微米的平均尺寸。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，研磨微粒具有至少約80微米的平均尺寸。適用于本發(fā)明的研磨微粒具有的平均尺寸小于約1000微米。在某些實(shí)施例中，研磨微粒具有小于約600微米的平均尺寸。在其它實(shí)施例中，研磨微粒具有小于約300微米的平均尺寸。
在某些實(shí)施例中，研磨微粒為研磨塊形式，該研磨塊包括許多被接合在一起的單個(gè)研磨微粒，形成整體的微粒團(tuán)。研磨塊可以不規(guī)則形狀，或者可具有預(yù)定的形狀。研磨微?？蛇M(jìn)一步包括表面處理，如連接劑，或金屬，或陶瓷涂層。
用于研磨層以附著研磨微粒的基體材料可包括金屬，比如錫、青銅、銀、鐵，以及合金或它們的組合物?；w材料也可以包括其它金屬以及金屬合金，包括，比如不銹鋼、鈦、鈦合金、鋯、鋯合金、鎳、鎳合金、鉻，以及鉻合金。基底36可由任何適合的材料制成，例如以商品名“INCONEL”出現(xiàn)，從McMaster-Carr Supply Co.Chicago，Illinois可獲得的不銹鋼薄片、鎳，或鎳鉻鐵合金。
研磨面16分別與第一和第二電極，20與22，中的至少一個(gè)電絕緣。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，研磨面與第一和第二電極，20及22，的每一個(gè)電絕緣。例如，可通過(guò)將研磨面附著至電絕緣的基底36、電絕緣的載體40或電絕緣的調(diào)整工具14來(lái)電絕緣研磨面。
各種材料和各種材料的組合物可用于電絕緣物體，包括，例如塑料、橡膠、木塊、紙張、軟木、玻璃、陶瓷等。例如，將研磨面附著至非導(dǎo)電的塑料基底，可電絕緣研磨面。
在某些實(shí)施例中，可通過(guò)調(diào)整圓盤34來(lái)電絕緣研磨面，該調(diào)整圓盤34分別與第一和第二電極，20和22，中的至少一個(gè)電絕緣。在某些實(shí)施例中，調(diào)整圓盤與第一和第二電極，20和22，中的每一個(gè)電絕緣?？赏ㄟ^(guò)電絕緣的調(diào)整圓盤的固定器32、電絕緣的安裝卡盤30或電絕緣的調(diào)整工具14來(lái)電絕緣調(diào)整圓盤。例如，安裝卡盤30可由非導(dǎo)電塑料制成。
在又一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)與第一和第二電極，20和22，中的至少一個(gè)分別電絕緣的調(diào)整工具14來(lái)電絕緣研磨面。在某些實(shí)施例中，調(diào)整工具可與第一和第二電極，20和22，的每一個(gè)電絕緣。調(diào)整工具可與第一或第二電極之一絕緣，比如用電絕緣材料或這些材料的組合物將調(diào)整工具附著在調(diào)整工具的支架上。例如可用非導(dǎo)電橡膠或塑料支架來(lái)安裝調(diào)整工具。
圖3是具有載體40的示例調(diào)整圓盤38的橫斷面?zhèn)纫晥D。如圖3所示出，調(diào)整圓盤38包括附著在基底36上的研磨面16，該基底36附著在載體40上。在某些優(yōu)選的實(shí)施例中，載體是電絕緣材料，比如是塑料或橡膠。在某些優(yōu)選的實(shí)施例中，載體由聚碳酸酯制成。載體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，比如環(huán)氧樹脂、聚砜(polysulfone)、酚醛塑料、聚丙稀酸脂(polyacrylates)、聚甲基丙稀酸酯、聚烯烴、苯乙烯，以及它們的組合物。在其它實(shí)施例中，載體則是金屬的，例如不銹鋼。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)及其它實(shí)施例由下列示例進(jìn)一步說(shuō)明，但這些所描述示例的具體材料及其用量，以及其它條件和具體內(nèi)容，將不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成不適當(dāng)?shù)南拗?。例如，研磨層與基底構(gòu)成完整的整體，或可被附著在基底上。所有部分和百分比均按重量衡量，除非另有說(shuō)明。
比較示例1按照名稱A160和零件號(hào)碼60-9800-3429-6，從St.Paul，MN的3M得到的金剛石襯墊調(diào)整器用于調(diào)整CMP機(jī)器上的拋光墊，無(wú)需電絕緣襯墊調(diào)整器的研磨層。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，襯墊調(diào)整器出現(xiàn)腐蝕。
比較示例2按照名稱A160和零件號(hào)碼60-9800-3429-6，從St.Paul，MN的3M得到的金剛石襯墊調(diào)整器被加熱，用于軟化粘合劑，以將研磨物粘結(jié)到不銹鋼基板。用刮刀把金剛石研磨物刮開，加工至10cm×3.8cm。將研磨條淹沒(méi)在開口大口杯中，該大口杯中有0.75摩爾的硫酸、3.75％的過(guò)氧化氫，以及充足的氫氧化鈉，以提高pH值到2.0。研磨條被連接到恒流源的正極輸出端。次級(jí)的鎳電極也被置于大口杯中，并且1.0安培的電流流過(guò)形成的電池。由于試驗(yàn)被允許進(jìn)行了大約16個(gè)小時(shí)，蒸發(fā)減少了研磨條暴露在電流中的區(qū)域，同時(shí)也增加了電解液的濃度和電流的密度。在板的頂端，此處電流密度最小，是綠色的，出現(xiàn)了金剛石周圍一些金屬基體的損耗。在板底部的附近，在電流密度最大的區(qū)域內(nèi)，金屬基體和金剛石消失，并且支持它們的基底開始溶解。起初的綠色腐蝕產(chǎn)物就像比較示例1中呈現(xiàn)的腐蝕。
示例1除了不施加電流外，按照比較示例2同樣的方法制備和測(cè)試本發(fā)明的襯墊調(diào)整器。在試驗(yàn)進(jìn)行了大約16個(gè)小時(shí)后，沒(méi)有腐蝕出現(xiàn)。
可以理解，即使上述描述和示例展示了本發(fā)明的大量特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還附有本發(fā)明在結(jié)構(gòu)和功能方面的詳細(xì)描述，但本公開僅為說(shuō)明性的?？稍谟杀磉_(dá)所附權(quán)利要求的術(shù)語(yǔ)的含義和那些結(jié)構(gòu)與方法的等效所表示的全部范圍內(nèi)對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行改變，特別是在電絕緣襯墊調(diào)節(jié)器的外形、尺寸以及排列方面以及在本發(fā)明原理范圍內(nèi)的使用方法方面進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種晶片平面化系統(tǒng)，包括具有第一電極和第二電極的電源；與所述第一電極連接的拋光墊載體；與所述第二電極連接的工件載體；調(diào)整工具，包括適于調(diào)整所述拋光墊的研磨面；以及電絕緣體，配置為絕緣所述研磨面和所述第一電極和所述第二電極中的至少一個(gè)。
2.權(quán)利要求1的所述系統(tǒng)，其中所述調(diào)整工具包括所述電絕緣體。
3.權(quán)利要求2的所述系統(tǒng)，其中所述晶片平面化系統(tǒng)為電化學(xué)平面化系統(tǒng)，所述第一電極為負(fù)極，所述第二電極為正極。
4.權(quán)利要求2的所述系統(tǒng)，其中所述調(diào)整工具進(jìn)一步包括電絕緣的調(diào)整圓盤，該調(diào)整圓盤包括所述研磨面以及接近所述研磨面的基底。
5.權(quán)利要求4的所述系統(tǒng)，其中所述調(diào)整圓盤進(jìn)一步包括附著至所述基底的載體。
6.權(quán)利要求5的所述系統(tǒng)，其中所述載體為電絕緣體。
7.權(quán)利要求6的所述系統(tǒng)，其中所述載體由聚碳酸酯形成。
8.權(quán)利要求4的所述系統(tǒng)，其中所述基底導(dǎo)電。
9.權(quán)利要求8的所述系統(tǒng)，其中所述基底包含鎳。
10.權(quán)利要求9的所述系統(tǒng)，其中所述研磨面包括用金屬基體附著至所述基底的許多研磨微粒。
11.權(quán)利要求10的所述系統(tǒng)，其中所述研磨微粒包括金剛石。
12.權(quán)利要求10的所述系統(tǒng)，其中所述金屬基體包括鎳。
13.一種調(diào)整電化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，包括電絕緣調(diào)整工具的研磨面；將所述研磨面與所述拋光墊接觸；以及相對(duì)于所述拋光墊移動(dòng)所述研磨面。
14.權(quán)利要求13的所述方法，其中所述調(diào)整工具進(jìn)一步包括電絕緣的調(diào)整圓盤，該調(diào)整圓盤包括接近所述研磨面的基底以及附著至所述基底的載體。
15.權(quán)利要求14的所述方法，其中所述載體是電絕緣體。
16.權(quán)利要求15的所述方法，其中所述載體由聚碳酸酯形成。
17.一種平面化工件第一面的方法，包括提供移動(dòng)的拋光墊；將所述工件的所述第一面與所述拋光墊接觸；使電流流過(guò)所述工件的所述第一面；提供調(diào)整工具的研磨面，該調(diào)整工具與所述電流電絕緣；以及將所述研磨面與所述拋光墊接觸。
18.權(quán)利要求17的所述方法，其中所述調(diào)整工具包括電絕緣的調(diào)整圓盤，該調(diào)整圓盤包括接近所述研磨面的基底以及附著至所述基底的載體。
19.權(quán)利要求18的所述方法，其中所述載體是電絕緣體。
20.權(quán)利要求19的所述方法，其中所述載體由聚碳酸酯形成。
全文摘要
一種采用調(diào)整工具(14)的晶片平面化工藝。該調(diào)整工具(14)具有電絕緣體，該電絕緣體電絕緣調(diào)整工具(14)的研磨面。電絕緣體通過(guò)降低電化學(xué)導(dǎo)致腐蝕的程度來(lái)延長(zhǎng)調(diào)整工具(14)的研磨面的使用壽命。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1929955SQ200580007756
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者加里·M·帕爾姆格倫, 布賴恩·D·格斯, 道格拉斯·J·皮謝爾 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司