[发明专利]抛光垫修整器及化学机械平坦化的方法

说明书

本发明涉及一种抛光垫修整器及化学机械平坦化的方法。所有CMP抛光垫修整器都以钻石为切刃，然而钻石切刃离最突出顶点的高度差大于60微米，以致切削抛光垫的工作颗粒数不到500。虽然有以钻石膜披覆雕刻陶瓷(如SiC)制造的修整器，但钻石膜易剥落造成品圆的刮伤。本发明以非钻石的超硬材料PcBN为研磨材料，直接雕刻出定制化的独立小片，再组装成CMP抛光垫修整器。PcBN的抗腐蚀性远高于钻石，而且它在超高压烧结而成。本发明可独立定制切刃大小、形状及高度，所以可以控制切刃数目及抛光垫切削深度，因此可延长CMP耗材寿命，除了降低成本(CoO)外，也能加快CMP效率及增加产能，是目前半导体产品生产的利器。

技术领域

本发明涉及一种抛光垫修整器及化学机械平坦化的方法，尤其涉及一种PcBN抛光垫修整器及使用该PcBN抛光垫修整器的化学机械平坦化的方法及积体电路的制程。

背景技术

化学机械平坦化(Chemical mechanical planarization或CMP)为制造积体电路(或称集成电路，通称IC，即Integrated circuit)必须多次使用的制程，随着摩尔定律(Moore’s Law)的电路线宽越小，CMP的要求越严苛，而且次数越多。以世界最大的晶圆代工企业，台湾积体电路(TSMC)为例，其7nm制程需把直径为300mm(12英寸)的IC晶圆进行CMP数十次，每次CMP的抛光速率要快且平，IC晶圆上没有刮痕，这样才能从完整的IC晶圆中切出小指甲尺寸的晶片，内含数十层总长超过十千米的铜导线，连接硅基材表面数十亿个晶体管(Transistors)，使芯片以0或1运算，成为CPU/GPU/NPU等用于手机、计算机、机器人、互联网等的硬件计算器。CMP不仅用于制造IC的逻辑运算体，也用于制造IC的内存(如DRAM、闪存(Flash memories)等)，甚至硅晶圆本身，乃至于存储器(如硬盘)，总之，CMP为制造大面积(如蓝宝石晶圆)高度平坦化平面必用的工艺。

具体来说，CMP是一种抛光方法，将旋转的IC晶圆压在旋转的抛光垫(材质通常为PU)上，抛光垫上涂布研磨浆料(Slurry)，内含纳米磨粒(如SiO₂及Al₂O₃)及化学反应剂(如酸、碱、过氧化氢)；而抛光垫内通常含有微气孔，用以调节压缩率及储存磨浆。抛光晶圆时必须控制晶圆和抛光垫的接触面积及分布，所以必须以钻石碟修整抛光垫才能在抛光垫表面产生大小适中及分布均匀的绒毛(Asperities)。若晶圆与抛光垫的接触面积太大，则抛光率低，CMP效率不足；反之，会局部抛光过多，造成晶圆不平(Within wafer non-uniformity，简称WIWNU)，甚至凹陷(Dishing,Erosion)，甚至刮伤的问题。除此之外，钻石碟也负责切除抛光垫上硬屑(Glaze)，所以钻石碟上钻石的顶点高度的分布控制了钻石刺入抛光垫的深度分布，影响了CMP的各种性能，因此为控制CMP性能的关键耗材。

钻石碟通常在不锈钢盘上，以金属材料(如镍或其合金)固定并排列研磨颗粒(Grind grit)，研磨颗粒采用钻石磨粒，举例可为150微米，固定的方法包括电镀、硬焊或烧结。由于钻石磨粒大小不一，顶点高度差异甚大，加上钻石磨粒的形状不规则，常含破裂面，以致切削抛光垫的锐利度难以控制，使得抛光垫上的绒毛大小及分布不均，影响CMP的效率及良率。

另一方面，CMP为界面抛光法，而界面的压力分布由抛光垫的绒毛大小与分布决定，钻石碟的钻石磨粒的顶点高度差异太大，以致实际上不到500颗钻石磨粒能刺入抛光垫而形成绒毛。更有甚者，最高十颗的钻石磨粒会有刺入太深(如大于60微米)的问题，使得比钻石碟更贵的抛光垫加倍消耗。因此，钻石磨粒的顶点高度差异太大，不仅同时缩短钻石碟和抛光垫的寿命，也使得IC晶圆发生不平整，甚至造成刮伤的问题，降低了芯片的良率，除此之外，更换钻石碟及抛光垫的停机时间也更频繁，降低了单机的出货量。