[发明专利]组合式修整器及其制造方法与化学机械抛光方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种组合式修整器、其制造方法、以及使用其的化学机械抛光(chemical-mechanical Planaization，CMP)方法，尤指一种适用于使半导体晶片表面抛光的组合式修整器、其制造方法、以及使用其的化学机械抛光方法。

背景技术

对于硅晶片表面上的微细铜电路或层间钨电路，乃至绝缘电路的氧化膜介电层，皆必须经过抛光方法使其表面抛光以利后续的工艺步骤。目前半导体晶片上制造集成电路(Interconnected Circuits，IC)的过程中，最受瞩目的抛光技术则属化学机械抛光(chemical-mechanical Planaization，CMP)，其是将晶片压于旋转的抛光垫上研磨使其表面抛光。

在化学机械抛光过程中，稳定且均匀地输送磨浆至晶片与抛光垫之间，使抛光垫表面浸满了磨浆(Slurry)，此磨浆内含有化学药剂(如酸液及氧化剂)用以侵蚀晶片表面的薄膜，磨浆内也含无数的纳米陶瓷(如SiO2、Al2O3、CeO2)磨粒，可刺入并刮除微量薄膜，同时进行化学蚀刻与机械磨削作用，移除芯片上突出的沉积层，用以抛光晶片的表面，达成抛光的目的。

整修器是化学机械抛光必要的耗材，其功能为修整(Condition)抛光垫(Pad)。所谓修整，包括切削(Shave)抛光垫表面，移除抛光垫表面累积的废弃物，由此保持抛光垫表面的粗糙度。此外，整修器亦可使表面产生微量的隆起及凹陷，其即所谓绒毛(Asperities)的高低差，这样触压抛光垫的面积可以大幅缩小，一旦接触面积越小，接触压力就越大，接触点处的磨浆才能挤压晶片的突出部位，磨浆内的化学药剂(如H2O2)则会氧化而软化或侵蚀晶片。

然而，若化学机械抛光过程中，所产生的废弃物，包括晶片的磨削，如铜导线、钨填孔、氧化膜、磨浆、磨粒、抛光垫碎削等，所述磨削通常会堆积在抛光垫表面而受挤压成硬层(Glaze)，一旦形成硬层后，抛光垫即变滑而难以维持研磨力，因此抛光每一片晶元常需要使用修整器，达成工艺的研磨效率(如抛光速度)与抛光度(如晶片镀膜的厚度分布)，进而稳定晶片质量。

然而，现有的金刚石修整器，通常是将金刚石颗粒以结合剂固定于金属台盘表面，虽适合用于整修抛光垫，但对于更精密的化学机械抛光方法，如线宽小于45纳米以下的化学机械抛光方法，却因抛光垫绒毛粗糙，容易造成晶片的刮伤(scratch)、局部的过抛(dishing)、下陷(erosion)及厚度的不均匀(non-uniformity)。随着集成电路的线宽要求日趋缩减，对于晶片表面抛光度的需求即随之提升，进而对于修整器的要求亦随之提高，造成现有的金刚石修整器无法满足45纳米以下化学机械抛光方法的先进要求。

有鉴于此，专利早期公开案TW 201038362 A1与TW 201100198分别揭示一种组合式修整器及其制法，其中将可为各种不同大小、形状、材料的研磨单元的研磨尖点尖角刺入一抛光垫，后续加压研磨单元的另一侧并填充树脂固定各研磨单元，使研磨单元的研磨尖点顶点的高度差异在20微米之内。

然而，上述专利申请案所使用的研磨尖点需使用形状规则性较高的金刚石磨粒，这种晶形的结晶面覆盖率甚高(如大于50％的表面为结晶生长面)，否则当使用结晶面覆盖率低的锐利金刚石则会造成过高的高度差异。除此之外，刺入抛光垫最深的金刚石，即所谓的「杀手金刚石」(killer diamond)，与其他金刚石的顶垫高度的差异皆没有规范。为了符合更小线宽的方法要求，则需要持续改善修整器，使用更锐利的研磨尖点时仍能保持尖角高度的抛光度(亦即研磨尖点尖角高度的差异)，使整修器在抛光垫上形成更细微与均匀的刻痕，同时提升对于抛光垫的移除率，这样才能有效去除硬层，恢复抛光垫上的绒毛，使其迅速抛光晶片上的镀膜。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种组合式修整器，其中使用锐利研磨尖点，但仍能保持尖点高度分布，避免「杀手金刚石」的存在，进而提高研磨单元上有效工作研磨尖点的比例，增加晶片移除率与修整器的使用寿命。