[发明专利]用于抛光衬垫的调节器和制造该调节器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于抛光衬垫的调节器以及制造该调节器的方法，尤其是涉及一种用于在化学机械抛光(CMP)过程中所使用的抛光衬垫的调节器以及制造该调节器的方法。

背景技术

通常，化学机械抛光广泛地用于半导体装置的加工过程中，以获得光滑的和平的晶片表面。典型地，将被抛光的一晶片由位于设置在旋转工作台(未示)上的抛光衬垫上的一载体固定，然后通过向该衬垫上使用切削液和向该载体施加压力，从而通过工作台和载体的相对运动而抛光该晶片。用于化学机械抛光过程的传统抛光衬垫通常包含：多个用于展示泵送效果的具有30-70m直径尺寸的小孔，当向抛光衬垫施加压力时以获得较高的去除率。然而，在长时间使用之后，该孔就有所磨损并且被抛光残渣堵住，这将使得抛光衬垫的表面不平整。其结果是，它用于抛光晶片的能力随着时间推移而降低，并且获得一致的平的晶片表面的CMP过程的效率也将降低。

为了重新获得抛光性能，以及修整该抛光衬垫的不平表面，在CMP过程中通常采用调节加工过程，而在调节加工过程中将使用用于去除抛光衬垫的不平表面的调节器。

图1A至图1C中示出了用于调节抛光衬垫的金刚石调节器的结构，其中该抛光衬垫是由传统电子沉积方法制造的。该金刚石调节器典型地由一电镀金刚石圆盘制成，其中金刚石粒子16散布在不锈钢体部10上，并且由例如镍的粘接金属18进行电子沉积；或由一铜焊的金刚石圆盘制成，其中金刚石粒子18通过熔化的粘接金属18而固定在体部10上。

然而，由此电子沉积和铜焊的方法制造的调节器，将具有不同高度的切削表面，这是由于如图1C中所示的切削部12中的金刚石粒子16的不规则分布和不同的尺寸造成的。特别是，在调节器的切削表面内具有超过150-250m直径尺寸的金刚石粒子，这将造成一不希望的表面粗糙度。

此外，由于具有上述结构的调节器以局部点接触的形式抛光晶片，以及由于金刚石粒子的钝的切削角度，因此由该调节器所获得的切削效率低。同样地，为了提高切削效率，有必要在传统调节过程中施加较高的压力。具有双重衬垫结构的传统抛光衬垫通常是由聚氨酯材料制成的，CMP是由上部衬垫完成的，而底部衬垫将提供调节过程所需要的压力。当在调节过程中通过调节器施加在上部衬垫的压力较高时，由于该底部衬垫的可压缩性，该调节过程不能顺利地施行。因此，修平抛光衬垫表面将成为一项艰巨的工作。

此外，由电子沉积和铜焊的方法制成的调节器，没有用于从抛光衬垫上排出粒子的凹槽或沟槽。其结果是，残余粒子沉积和聚积在调节器表面上，从而进一步降低调节效率。

传统上，该调节过程可以与CMP过程同时进行，这样即时的调节过程根据抛光过程所使用的切削液种类被分成氧化物或金属CMP过程，该切削液典型地由硅石、氧化铝、或二氧化铈等抛光材料组成。用于氧化物CMP的切削液通常具有一10-12的pH值，而用于金属CMP的切削液具有小于4的pH值，并且用于在调节器的切削表面上固定金刚石粒子16的粘接金属18是镍、铬或类似金属。在实施氧化物或金属CMP的现场调节过程中，由于该抛光过程与调节过程是同时进行的，固定该金刚石粒子16的粘接金属18也受切削液的影响，结果造成金刚石粒子16从调节器表面上频繁地脱落。此外，在金属CMP现场调节过程中，用于该加工过程中具有很强酸性的切削液，具有腐蚀粘接金属18使粘接效果减弱的趋势，这将最终导致金刚石粒子16的脱落。

脱落的金刚石粒子18通常附着在抛光衬垫的表面上，并且在抛光过程中对晶片表面有严重的划伤，这将在半导体加工过程中导致很高的次品率。因此，该抛光衬垫必须频繁地重新修整。

此外，在金属CMP现场调节过程中，从被腐蚀的粘接金属18中分离出金属离子经常附着在晶片回路的金属线上，这将导致短路。另外，从该现场调节过程中分离出的金属离子基本上归因于晶片的金属离子污染，并且由于该由污染而造成的半导体缺陷在后续加工阶段才能被发现，因此由该缺陷而导致的损失在工业上的影响是相当可观的。

发明内容

由此看来，本发明的目的是提供一种用于抛光衬垫的调节器，该抛光衬垫具有很好的和一致的表面粗糙度，用于防止由金刚石粒子的脱落和金属离子的污染而造成的缺陷，以及在用于半导体晶片的化学机械抛光过程中，在缺乏高压力的情况下，有效地调节该抛光衬垫。

本发明的第二个目的是提供一种制造用于抛光衬垫的调节器的方法，该调节器具有上述调节器的特性和功能。