化學(xué)機械拋光拋光墊修整裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種化學(xué)機械拋光拋光墊修整裝置，這種修整裝置包括支撐基板、超研磨顆粒層，其與被修整的拋光墊接觸、固定結(jié)構(gòu)，其用于將超研磨顆粒層可拆卸地固設(shè)在支撐基板上、以及表面保護(hù)涂層，其位于支撐基板外圍，將支撐基板未被超研磨顆粒層覆蓋的部分與外界環(huán)境隔絕；其中，表面保護(hù)涂層能有效防止拋光液中的化學(xué)物質(zhì)對支撐基板造成腐蝕，其具有表面張力小，不易粘附的特點，能有效地防止拋光過程中拋光液中的研磨顆粒附著在拋光墊修整裝置上形成的結(jié)晶掉落在拋光墊上導(dǎo)致晶片表面缺陷的問題；相比傳統(tǒng)的拋光墊修整裝置需要整個更換，這種拋光墊修整裝置只需定期更換超研磨顆粒層，其他單元不需更換，顯著降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】化學(xué)機械拋光拋光墊修整裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種用于化學(xué)機械拋光拋光墊修整的修整裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)機械拋光(Chemical Mechanical Polishing,簡稱CMP)是半導(dǎo)體制造中的重要關(guān)鍵工藝之一，它是通過對具有圖形化的晶片表面的半導(dǎo)體材料，絕緣材料和金屬材料進(jìn)行研磨和材料去除，實現(xiàn)晶片表面全局平坦化的一種工藝。在拋光過程中，拋光墊被固定在拋光平臺上，待拋光的晶片被固定在拋光載體上，具有研磨顆粒(SuperabrasiveParticles)和化學(xué)溶液的拋光液施加在拋光墊上，通過拋光液中的化學(xué)物質(zhì)使晶片表面的材料氧化生成較軟的氧化層，再通過拋光墊、拋光液中的研磨顆粒以及晶片之間接觸摩擦作用，去除前期形成的氧化層。最后，經(jīng)多孔結(jié)構(gòu)的拋光墊通過拋光液的攜帶作用，將拋光去除的材料帶離晶片表面，露出新生表面，再形成氧化層并去除，將晶片表面凸起部分全部去除，達(dá)到表面平坦化。
[0003]拋光墊頂部通常具有纖維或孔洞等機械結(jié)構(gòu)，用于承載研磨顆粒，提供晶片表面和研磨顆粒的摩擦力以及拋光液、拋光產(chǎn)物的運輸。在拋光中，拋光產(chǎn)物和研磨顆粒的積累會使得頂部的纖維糾結(jié)和孔隙的堵塞，拋光墊頂部變得平滑(Glazing)和硬化(Hardening),導(dǎo)致拋光速率和效率的降低。利用拋光墊修整裝置對拋光墊定期的原位或非原位修整(Dressing)或調(diào)整(Conditioning),能保持拋光墊表面新鮮，使其起伏不平，多孔等特性，從而保證獲得良好的拋光性能。常見的拋光墊修整裝置，傳統(tǒng)的拋光墊修整裝置，如圖1所示，包括支撐基板11和超研磨顆粒層15 (Monolayer of SuperabrasiveParticles) 0支撐基板11多為不銹鋼，盡管不銹鋼在一般情況不容易被腐蝕，但在拋光過程中，某些強酸強堿的拋光液仍然會對其造成腐蝕，并且拋光液中的研磨顆粒容易粘附在不銹鋼表面，造成結(jié)晶，會導(dǎo)致拋光工藝的不穩(wěn)定和缺陷的產(chǎn)生。而且，當(dāng)超研磨顆粒層15到達(dá)使用壽命，必須將整個拋光墊修整裝置更換。因此，業(yè)界需要一種能夠避免金屬腐蝕和表面粘附的拋光墊修整裝置，這種拋光墊修整裝置應(yīng)該性能可靠且成本低，并且不會在化學(xué)機械拋光工藝引入變化和污染。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提出一種拋光墊修整裝置，能夠有效的防止拋光墊修整裝置金屬部分的腐蝕和解決表面的研磨顆粒粘附結(jié)晶問題，而且具有可拆卸結(jié)構(gòu)，從而降低成本。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]這種修整裝置包括支撐基板、超研磨顆粒層，其與被修整的拋光墊接觸、固定結(jié)構(gòu)，其連接于超研磨顆粒層與支撐基板相對的表面之間，用于將超研磨顆粒層可拆卸地固設(shè)在支撐基板上、以及表面保護(hù)涂層，其位于支撐基板外圍，將支撐基板未被超研磨顆粒層覆蓋的部分與外界環(huán)境隔絕。
[0007]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為壓敏粘合結(jié)構(gòu)，超研磨顆粒層的背面通過壓敏粘合結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0008]進(jìn)一步地，上述壓敏粘合結(jié)構(gòu)為聚丙烯酸酯乳液壓敏膠，熱塑性彈性體壓敏膠粘劑及再生橡膠壓敏膠中的任意一種或任意多種。
[0009]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為真空固定，超研磨顆粒層的背面通過真空固定結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0010]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為螺紋連接，超研磨顆粒層的背面或側(cè)面通過螺紋連接結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0011]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為螺栓固定，超研磨顆粒層的背面通過螺栓固定結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0012]進(jìn)一步地，上述表面保護(hù)涂層為特氟龍材料。
[0013]進(jìn)一步地，上述特氟龍材料為聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯樹脂及全氟烷氧基樹脂中的任意一種或任意多種。
[0014]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用另一技術(shù)方案如下:
[0015]這種修整裝置包括支撐基板、超研磨顆粒層，其與被修整的拋光墊接觸、固定結(jié)構(gòu)，其連接于超研磨顆粒層與支撐基板相對的表面之間，用于將超研磨顆粒層可拆卸地固設(shè)在支撐基板上、基板保護(hù)環(huán)，其將支撐基板未被超研磨顆粒層覆蓋的部分包圍、以及表面保護(hù)涂層，其將基板保護(hù)環(huán)覆蓋。
[0016]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為壓敏粘合結(jié)構(gòu)，超研磨顆粒層的背面通過壓敏粘合結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0017]進(jìn)一步地，上述壓敏粘合劑為聚丙烯酸酯乳液壓敏膠，熱塑性彈性體壓敏膠粘劑及再生橡膠壓敏膠中的任意一種或任意多種。
[0018]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為真空固定，超研磨顆粒層的背面通過真空固定結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0019]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為螺紋連接，超研磨顆粒層的背面或側(cè)面通過螺紋連接結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0020]進(jìn)一步地，上述修整裝置的固定結(jié)構(gòu)為螺栓固定，超研磨顆粒層的背面通過螺栓固定結(jié)構(gòu)固定于支撐基板。
[0021]進(jìn)一步地，上述表面保護(hù)涂層為特氟龍材料。
[0022]進(jìn)一步地，上述特氟龍材料為聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯樹脂及全氟烷氧基樹脂中的任意一種或任意多種。
[0023]進(jìn)一步地，上述基板保護(hù)環(huán)的材料為工程塑料。
[0024]本實用新型的優(yōu)點在于采用表面保護(hù)涂層或表面保護(hù)涂層加基板保護(hù)環(huán)來保護(hù)金屬支撐基板，能有效防止拋光液中的化學(xué)物質(zhì)對金屬支撐基板造成腐蝕，表面保護(hù)涂層具有表面張力小，不易粘附的特點，可以有效的防止拋光過程中拋光液中的研磨顆粒粘附在拋光墊修整裝置上形成結(jié)晶，掉落在拋光墊上導(dǎo)致晶片表面缺陷的問題。另一方面，相比傳統(tǒng)的拋光墊修整裝置需要整個更換，這種拋光墊修整裝置只需定期更換超研磨顆粒層，其他部分不需更換，顯著降低了生產(chǎn)成本?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0025]圖1為是傳統(tǒng)的拋光墊修整裝置的剖面示意圖
[0026]圖2為本實用新型拋光墊修整裝置一實施例的的剖面示意圖
[0027]圖3為本實用新型拋光墊修整裝置另一實施例的剖面示意圖
【具體實施方式】
[0028]以下將對本實用新型的拋光墊修整裝置的特征與優(yōu)點作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。應(yīng)理解的是本實用新型能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本實用新型的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上當(dāng)作說明之用，而非用以限制本實用新型。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0029]上述及其它技術(shù)特征和有益效果，將結(jié)合實施例及附圖2和圖3對本實用新型的拋光墊修整裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030]請參閱圖2，圖2為本實用新型拋光墊修整裝置的一個較佳實施例，在本實用新型化學(xué)機械拋光拋光墊修整裝置的實施例中，其包括支撐基板21、超研磨顆粒層25，其與被修整的拋光墊接觸、固定結(jié)構(gòu)24，其連接于超研磨顆粒層25與支撐基板21相對的表面之間，用于將超研磨顆粒層25可拆卸地固設(shè)在支撐基板21上、以及表面保護(hù)涂層23，其位于支撐基板21外圍，將支撐基板21未被超研磨顆粒層25覆蓋的部分與外界環(huán)境隔絕。其中，支撐基板21的一面通過固定結(jié)構(gòu)24與超研磨顆粒層25相連，其余部分均被表面保護(hù)涂層23覆蓋。
[0031]請參閱圖3，圖3為本實用新型拋光墊修整裝置的另一較佳實施例，其包括為包括支撐基板21、超研磨顆粒層25，其與被修整的拋光墊接觸、固定結(jié)構(gòu)24，其連接于超研磨顆粒層25與支撐基板21相對的表面之間，用于將超研磨顆粒層25可拆卸地固設(shè)在支撐基板21上、基板保護(hù)環(huán)22，其位于支撐基板21與表面保護(hù)涂層23之間，其中基板保護(hù)環(huán)22將支撐基板21未被超研磨顆粒層25覆蓋的部分包圍、以及表面保護(hù)涂層23，其將基板保護(hù)環(huán)22覆蓋。其中，支撐基板21的一面通過固定結(jié)構(gòu)24與超研磨顆粒層25相連，其余部分均被基板保護(hù)環(huán)22包圍，表面保護(hù)涂層23位于基板保護(hù)環(huán)外圍。
[0032]圖2及圖3實施例中的支撐基板21的材料可以為不銹鋼或鋁合金等金屬。
[0033]圖3實施例中的基板保護(hù)環(huán)22的材料需要具有耐高溫至200°C，耐腐蝕，在氧化環(huán)境中，耐酸耐堿的特性。所以，工程塑料為基板保護(hù)環(huán)22的較佳的選擇，包括聚苯硫醚(PPS)，聚醚醚酮(PEEK)，聚酰胺-酰亞胺(PAI)等，可選用其中的任一種或者任多種。圖3實施例中選用的為:聚醚醚酮(PEEK)，這種材料具有極強的抗化學(xué)腐蝕只有濃硫酸能溶解或者破壞它，連續(xù)工作溫度在250°C，在所有工程塑料中具有出眾的滑動特性，適合于嚴(yán)格要求低摩擦系數(shù)和耐磨耗的使用。在實際應(yīng)用中，拋光過程中產(chǎn)生的溫度一般在40至50°C，拋光液一般具有較強的酸堿性，并且含有氧化劑，而這種基板保護(hù)環(huán)22能有效的保護(hù)里面的不銹鋼支撐基板不受到腐蝕，提高使用壽命。基板保護(hù)環(huán)22和支撐基板21通過螺紋連接的方式進(jìn)行固定，基板保護(hù)環(huán)22的內(nèi)側(cè)與支撐基板21的外側(cè)分別具有相互吻合的公母螺紋，安裝或拆卸十分方便。基板保護(hù)環(huán)22的作用為加強對支撐基板的保護(hù)，輔助表面保護(hù)涂層25防止高溫，高腐蝕性的拋光液對支撐基板21造成的損害。通過設(shè)計基板保護(hù)環(huán)22的形狀，基板保護(hù)環(huán)22也可達(dá)到輔助支撐基板21起到支撐或連接的作用。
[0034]圖2及圖3實施例中，表面保護(hù)涂層23的材料需要具有極小的表面張力，小于25dynes/cm,耐高溫至200°C,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐酸耐堿，低摩擦系數(shù)0.05至0.2。其中特氟龍材料為較佳的選擇，特氟龍材料可以為如下材料中的任一種或任多種:聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯樹脂及全氟烷氧基樹脂，圖2實施例中表面保護(hù)涂層23為聚四氟乙烯(PTFE)，其摩擦系數(shù)很低，約為0.01至0.10之間。所以在拋光中，表面保護(hù)涂層23與拋光墊接觸產(chǎn)生的摩擦力很小，不會影響拋光工藝。同時該聚四氟乙烯涂層具有極小的表面張力，耐高溫達(dá)250°C，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其耐酸耐堿，抗氧化性能卓著，不會被拋光液腐蝕，并且拋光液中的研磨顆粒不易粘附在拋光墊修整裝置。圖3實施例中表面保護(hù)涂層23為另一種特氟龍材料-氟化乙烯丙烯樹脂(FEP)，其摩擦系數(shù)低，為0.05至0.10之間，確保在拋光中，表面保護(hù)涂層23會與拋光墊接觸產(chǎn)生的摩擦力很小，不會影響拋光工藝，同時保護(hù)涂層23不容易損耗。該氟化乙烯丙烯樹脂涂層具有極小的表面張力，耐高溫達(dá)200°C，優(yōu)異的耐化學(xué)穩(wěn)定性，不會被拋光液腐蝕，同時拋光液中的研磨顆粒不易粘附在拋光墊修整裝置。另一方面，相比先前實施例中的聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯樹脂的硬度及抗拉強度略有提高，使得這種具有氟化乙烯丙烯樹脂涂層的拋光墊修整裝置更適合用于需要高拋光壓力的拋光工藝中。因此，在工作環(huán)境下，表面保護(hù)涂層23具備耐磨損和不粘附的雙重優(yōu)點，符合拋光工藝對拋光墊修整裝置表面的要求，可以更好地保護(hù)內(nèi)部的支撐基板21和基板保護(hù)環(huán)22，使得這種具有涂層的修整裝置使用壽命增加。
[0035]圖2及圖3實施例中，圖2中固定結(jié)構(gòu)24為螺紋連接結(jié)構(gòu)，在超研磨顆粒層25外側(cè)與支撐基板21的內(nèi)側(cè)具有螺紋，上述公母螺紋相匹配，通過螺旋密接，密合強度可以滿足拋光工藝，防止任何物質(zhì)進(jìn)入支撐基板內(nèi)部，對支撐基板進(jìn)行腐蝕。圖3中固定結(jié)構(gòu)24為粘合固定結(jié)構(gòu)，較佳的可以是一種壓敏粘合劑，壓敏粘合劑為聚丙烯酸酯乳液壓敏膠，熱塑性彈性體壓敏膠粘劑及再生橡膠壓敏膠中的任意一種或任意多種。實施例中采用的是聚丙烯酸酯乳液壓敏膠，其粘合強度為Ipsi至7psi，可以滿足拋光工藝，并且具有耐濕性，耐高溫，材料穩(wěn)定性好等特點，在拋光環(huán)境下粘性不易變質(zhì)失效。這種壓敏粘合劑的保質(zhì)期一般在6個月至I年，而一般超研磨顆粒層的更換壽命在2至5個月，確保了在更換超研磨顆粒層前粘合固定結(jié)構(gòu)的有效性。通過粘合固定結(jié)構(gòu)24將超研磨顆粒層25與支撐基板21固定的方式，使得更換超研磨顆粒層25簡單易行，顯著降低了拋光墊修整裝置的使用成本。在實際應(yīng)用中，可將固定部件24更換為真空固定結(jié)構(gòu)或螺栓固定結(jié)構(gòu)等。其中真空固定結(jié)構(gòu)，將支撐基板21與超研磨顆粒層25相對的表面之間的空氣抽空，制造真空環(huán)境，利用大氣壓強使之緊固，而且在修整過程中，作用力方向為從超研磨顆粒層25向內(nèi)至支撐基板21，會加固連接效果，防止緊固失效；當(dāng)需要更換超研磨顆粒層25時，只需向支撐基板21與超研磨顆粒層25之間注入氣體，即可使之分離。螺栓固定結(jié)構(gòu)為，在超研磨顆粒層25和支撐基板21與超研磨顆粒層25接觸的部分，具有螺栓母口，使用一個耐高溫，耐腐蝕材料制成的與螺栓母口相匹配的公螺栓，旋轉(zhuǎn)公螺栓接入螺栓母口，將超研磨顆粒層25固定在支撐基板21上，緊固的公螺栓同時起到密封作用，防止任何物質(zhì)進(jìn)入支撐基板21內(nèi)部，對支撐基板21進(jìn)行腐蝕；反向旋轉(zhuǎn)公螺栓即可使之分離。圖2中的螺紋連接固定結(jié)構(gòu)在側(cè)壁上，螺紋連接固定結(jié)構(gòu)也可位于背面，超研磨顆粒層25與支撐基板21的相對表面分別設(shè)有相匹配的公母螺紋，超研磨顆粒層25上具有公螺紋，旋轉(zhuǎn)超研磨顆粒層25使之固定在帶有母螺紋的支撐基板21上；反向旋轉(zhuǎn)超研磨顆粒層25即可使之分離。
[0036]圖2及圖3實施例中，超研磨顆粒層25表面上具有鉆石，多晶鉆石，立方氮化硼，多晶立方氮化硼等任一種或任多種顆粒，背面通過固定結(jié)構(gòu)24與支撐基板21固定。
[0037]其中圖2實施例的外形設(shè)計為梯形，由于增加超研磨顆粒層25與拋光墊接觸的面積，使得修復(fù)效率提高，梯形設(shè)計可以在保證超研磨顆粒層25面積的同時，減少拋光墊修整裝置中非超研磨顆粒層25的部分(表面保護(hù)涂層23)與拋光墊的接觸面積，有效降低拋光過程中拋光液飛濺在表面保護(hù)涂層23的概率，減少在拋光墊修整裝置表面研磨顆粒結(jié)晶的可能性。圖3實施例的外形設(shè)計，目的為降低基板保護(hù)環(huán)與拋光墊的接觸面積，使之與拋光墊接觸產(chǎn)生的摩擦力小，而不會影響拋光工藝。實際應(yīng)用中可根據(jù)具體需求來設(shè)計拋光墊修整裝置的外形。
[0038]以上所述的僅為本實用新型的實施例，所述實施例并非用以限制本實用新型專利保護(hù)范圍，因此凡是運用本實用新型的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)機械拋光拋光墊修整裝置，用于對拋光墊進(jìn)行修整，其包括: 支撐基板； 超研磨顆粒層，與被修整的所述拋光墊接觸；其特征在于，還包含: 固定結(jié)構(gòu)，其位于所述超研磨顆粒層與所述支撐基板相對的表面之間，用于將所述超研磨顆粒層可拆卸地固設(shè)在所述支撐基板上；以及 表面保護(hù)涂層，位于所述支撐基板外圍，將所述支撐基板未被所述超研磨顆粒層覆蓋的部分與外界環(huán)境隔絕。
2.如權(quán)利要求1所述的修整裝置，其特征在于，包含基板保護(hù)環(huán)，位于所述支撐基板與所述表面保護(hù)涂層之間，其中所述基板保護(hù)環(huán)將所述支撐基板未被所述超研磨顆粒層覆蓋的部分包圍，所述表面保護(hù)涂層將所述基板保護(hù)環(huán)覆蓋。
3.如權(quán)利要求1或2所述的修整裝置，其特征在于，所述固定結(jié)構(gòu)的固定方式為壓敏粘合結(jié)構(gòu)，所述超研磨顆粒層的背面通過壓敏粘合結(jié)構(gòu)固定于所述支撐基板。
4.如權(quán)利要求3所述的修整裝置，其特征在于，所述壓敏粘合結(jié)構(gòu)為如下材料中的任一種或任多種:聚丙烯酸酯乳液壓敏膠，熱塑性彈性體壓敏膠粘劑，再生橡膠壓敏膠。
5.如權(quán)利要求1或2所述的修整裝置，其特征在于，所述固定結(jié)構(gòu)的固定方式為真空固定，所述超研磨顆粒層的背面通過真空固定結(jié)構(gòu)固定于所述支撐基板。
6.如權(quán)利要求1或2所述的修整裝置，其特征在于，所述固定結(jié)構(gòu)的固定方式為螺紋連接，所述超研磨顆粒層的背面或側(cè)面通過螺紋結(jié)構(gòu)固定于所述支撐基板。
7.如權(quán)利要求1或2所述的修整裝置，其特征在于，所述固定結(jié)構(gòu)的固定方式為螺栓固定，所述超研磨顆粒層的背面通過螺栓固定結(jié)構(gòu)固定于所述支撐基板。
8.如權(quán)利要求1或2所述的修整裝置，其特征在于，所述表面保護(hù)涂層為特氟龍材料。
9.如權(quán)利要求8所述的修整裝置，其特征在于，所述表面特氟龍材料為如下材料中的任一種或任多種:聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯樹脂及全氟烷氧基樹脂。
10.如權(quán)利要求2所述的修整裝置，其特征在于，所述基板保護(hù)環(huán)的材料為工程塑料。
【文檔編號】B24B53/017GK203542368SQ201320509949
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】鐘旻 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司