[发明专利]金刚石复合物CMP垫调节器

说明书

一种化学‑机械抛光/平面化垫调节器主体，所述主体由金刚石增强的反应烧结的碳化硅制成，其中金刚石颗粒从表面的其余部分突出或“傲立”，并均匀地分布在切割表面上。在一个实施例中，这些金刚石颗粒大致均匀地分布在整个复合物中，但在其他实施例中，它们优先位于调节表面处及其附近。可以将这些金刚石颗粒的顶部设计成处于恒定的高度(即，所述调节器主体可以设计成非常平坦)。所述主体的示例性形状可以是盘或环。通过优先侵蚀Si/SiC基质，可以使这些金刚石颗粒从所述调节表面突出。所述侵蚀可以通过放电机加工或通过使用磨料研磨/抛光来完成。

相关申请的交叉引用

本专利文件要求于2016年4月6日提交的共同拥有的美国临时专利申请号62/319,283的权益。在法律允许的情况下，该母专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及机加工至非常高的平整度的含金刚石的盘，这些含金刚石的盘用于再调节化学机械抛光(CMP)垫，这些垫进而用于抛光半导体晶片。

背景技术

现代电子产品依赖于在单晶硅(Si)基底中制造的微观芯片。首先，生长单晶Si晶锭。然后，使用金刚石线锯将该晶锭切成细Si晶片(现在直径为300mm，不久的将来直径为450mm)。在这个阶段，该Si晶片厚且粗糙。下一个加工步骤涉及将这些晶片抛光至非常高的平整度(nm水平的整体平整度)和光洁度；以及小厚度(1mm)。如此生产的Si晶片用于通过使用诸如光刻、金属沉积、蚀刻、扩散、离子注入等工艺沉积微米和纳米尺寸的电路来构建微观芯片。化学机械抛光(CMP)的示例性应用是抛光未经加工的Si晶片至极高的光洁度和平整度。

现在参考图1A和图1B，它们分别是用于晶片平面化的设备的俯视图和侧视图，该设备包括用于调节CMP垫的机器。在CMP过程中，机械摩擦和化学反应两者都用于材料去除。这是使用不同的磨料/反应化合物(诸如氧化铝、二氧化铈等)的浆料103在抛光垫101(例如由多孔闭孔聚氨酯制成)上完成的。可以一次抛光多于一个硅晶片105；因此，抛光垫的直径可以超过一米。抛光垫安装在刚性基底107上，该基底在与该基底垂直的轴线109上旋转。磨料介质可以以浆料的形式提供给旋转的抛光垫。硅晶片105安装到保持器或“卡盘”111，其也在与轴线109平行的轴线113上旋转。

随着抛光继续，抛光垫中的泡孔或孔充满磨料和来自晶片的碎屑；它们形成釉并且失效。然而，抛光垫仍然具有使用寿命-它们仅需要不时地再调节以打开聚氨酯垫中的闭孔、改善浆料到晶片的输送并在垫的整个使用寿命中提供一致的抛光表面，以达到良好的晶片抛光性能。为了再调节CMP垫，使用称为CMP垫调节器的盘，这些盘在表面上具有突出的金刚石，该表面具有凹陷的金属或有机基质以保持这些突出的金刚石。在这些盘中，典型地，使用单层粗金刚石(例如直径125微米)，并且小心地控制金刚石间距(例如0.5至1mm)和突起。这些含金刚石的调节盘被机加工至非常高的平整度。提供良好性能的关键因素包括足够的金刚石突出(良好的切割能力)、与基质的强结合(防止金刚石损失、切割能力损失并防止形成损害调节的碎屑)。

垫再调节盘115典型地特征为结构117，该结构使它们能够安装或附接到机器或固定件的臂119，使得盘115的轴线121平行于CMP垫的旋转轴线109。然后，该机器使该盘与旋转的CMP垫接触，并使其从CMP垫的周边到中心或靠近中心来回地移动，但不一定径向地。该机器还可以向再调节盘施加旋转。在调节期间将液体引入CMP垫应该有助于去除被盘驱逐的碎屑。

为了节省时间并且从而提高效率，CMP垫再调节通常与晶片抛光/平面化同时进行。然而，这种同时加工的一种风险是金刚石颗粒从其基质剥落或弹出的风险。松散的金刚石材料可能凿击并毁坏正在抛光的硅晶片。

至少那些以与金属结合的金刚石微粒为特征的CMP垫调节盘在过去遇到了问题-尤其是金刚石颗粒的损失(例如，分离)。不希望受任何特定理论或解释的束缚，可能的是金刚石微粒的损失由于该金属的化学腐蚀导致，或者可能由于在加工期间由热膨胀失配和温度偏移引起的机械应力。因此，希望提供一种垫调节盘，其比现有设计更不易受金刚石微粒损失的影响。