專利名稱：陰極保護(hù)的墊調(diào)理器及使用方法
陰極保護(hù)的墊調(diào)理器及使用方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明廣義地涉及用于半導(dǎo)體晶圓的化學(xué)機(jī)械平面化的墊調(diào)理器及其使用方法。
技術(shù)背景
化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)為在亞微米技術(shù)集成電路(IC)的制造中廣泛使用的加工 技術(shù)。由于隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的縮減而不斷降低的光刻焦點(diǎn)深度，半導(dǎo)體晶圓的工作面的平面 性已成為一種必需。CMP為其中使用了拋光墊及拋光漿料的拋光/材料移除工藝。該拋光 漿料通常具有腐蝕性。由于上光，拋光墊的材料移除效率通常在長時(shí)間使用后下降。為了 保持恒定的材料移除效率，使用墊調(diào)理器來對拋光墊進(jìn)行去光(unglaze)(即調(diào)理)。
由于晶圓平面化，產(chǎn)生了某些問題，包括微劃痕(即，微米級的劃痕)，拋光不足或 過度拋光以及形成凹陷。微劃痕的主要原因包括來自漿料的磨粒、來自拋光的松散材料、來 自墊調(diào)理器的松散金剛石以及來自墊調(diào)理器的金屬顆粒。
除了微劃痕，一些金屬例如鎳可造成污染問題。例如，在晶圓表面嵌入的鎳顆?？?造成有源/無源器件和連接體的電性能或可靠性性能的改變。例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場 效應(yīng)晶體管(MOSFET)的電性能可能受到鎳污染的不利影響。另外，當(dāng)鎳污染引起分開的銅 線路之間電氣橋接時(shí)，銅連接體可變?yōu)殡姸搪?。發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了用于化學(xué)機(jī)械平面化的陰離子保護(hù)墊調(diào)理器，包括
研磨構(gòu)件，其包括具有研磨表面和與該研磨表面相背對的背表面的金屬基板，其 中研磨表面包括固定到金屬基板的磨粒；
支撐載體，其具有容納表面以及與容納表面相鄰的周邊邊緣，其中容納表面固定 到研磨構(gòu)件的背表面并且與之相鄰；
固定到周邊邊緣的陽極；和
陰極保護(hù)電路，如果與電解質(zhì)溶液接觸，該電路被構(gòu)造為提供從陽極至金屬基板 的陰極保護(hù)電流。
在一些實(shí)施例中，陰極保護(hù)電路包括具有正端子和負(fù)端子的電池，其中正端子電 耦合至陽極，并且其中負(fù)端子電耦合至金屬基板。在一些實(shí)施例中，電池至少部分地設(shè)置在 支撐載體的腔體內(nèi)。在一些實(shí)施例中，負(fù)端子通過導(dǎo)熱性粘合劑至少部分地固定到金屬基 板。在一些實(shí)施例中，周邊邊緣具有與研磨構(gòu)件相鄰的傾斜部分，并且陽極被設(shè)置在傾斜部 分上。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明的陰離子保護(hù)墊調(diào)理器在半導(dǎo)體晶圓的化學(xué)機(jī)械平面化過 程中相對于金屬基底的氧化是受抑制的，這可導(dǎo)致半導(dǎo)體晶圓的微刮痕和/或污染。
根據(jù)本發(fā)明的墊調(diào)理器是有用的，例如，在半導(dǎo)體晶圓的化學(xué)機(jī)械平面化期間使 用。因此，在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供調(diào)理墊的方法，該方法包括根據(jù)本發(fā)明在半導(dǎo)體晶圓 的化學(xué)機(jī)械平面化過程中使用墊調(diào)理器。在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體晶圓的化學(xué)機(jī)械平面化過程中，陰極保護(hù)墊調(diào)理器與墊接觸。
上述實(shí)施例能夠以其任何組合來實(shí)施，除非根據(jù)本發(fā)明的教示，清楚地表明此類 組合是錯(cuò)誤的。本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)通過考慮具體實(shí)施方式
以及所附權(quán)利要求書而進(jìn)一步理解。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性墊調(diào)理器100的透視圖2為示于圖1中的墊調(diào)理器100的橫截面?zhèn)纫晥D3為示例性墊調(diào)理器200的示意性俯視圖；和
圖4為示例性墊調(diào)理器300的示意性俯視圖。
盡管上述各圖示出了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但如論述中所述，也可以構(gòu)想出其他 實(shí)施例。在所有情況下，本公開都是示例性而非限制性地示出本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出大量其他修改形式和實(shí)施例，這些修改形式和實(shí)施例也在本發(fā)明的原 理的范圍和精神內(nèi)。附圖可能并未按比例繪制。在所有附圖中，相同參考標(biāo)號可以用來表 示相同部件。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參見圖1和圖2，用于化學(xué)機(jī)械平面化的示例性陰極保護(hù)墊調(diào)理器100包含 研磨構(gòu)件110、支撐載體120、陽極130和陰極保護(hù)電路140。研磨構(gòu)件110包括金屬基板 112，該金屬基板112具有研磨表面114和與研磨表面114相背對的背表面116。研磨表面 114包括固定到金屬基板112的磨粒118。支撐載體120具有容納表面122和與容納表面 122相鄰的周邊邊緣124。容納表面122通過導(dǎo)熱性粘合劑119層固定到研磨構(gòu)件110的 背表面116并且與之相鄰。陽極130固定到周邊邊緣124。如果與電解質(zhì)溶液接觸，陰極保 護(hù)電路140被構(gòu)造為提供從陽極130至金屬基板112的陰極保護(hù)電流。
金屬基板包括一種或者多種金屬和/或金屬合金，并可包括磨粒周圍的硬釬焊合 金。合適金屬的實(shí)例包括不銹鋼、鉻、鈦、鈦合金、鋯、鋯合金、鎳及其合金?；蹇赏ㄟ^任何 合適的工藝包括，例如，硬釬焊或電鍍(例如鎳電鍍)形成。示例性鎳合金包括含有約80 百分比的鎳和約20百分比的鉻的鎳合金。根據(jù)需要，金屬基板可為剛性的、半剛性的或柔 性的，并可相對薄(如，金屬薄片)或厚。
研磨構(gòu)件可，例如，通過燒結(jié)成形為適當(dāng)形狀(例如，圓盤狀)的基體材料與設(shè)置 在基體材料主表面上的磨粒而形成。該基體材料包括硬釬焊合金和燒結(jié)的抗腐蝕金屬粉 末。當(dāng)加熱到預(yù)定溫度時(shí)，硬釬焊合金變成液體并圍繞磨粒流動(dòng)。另外，硬釬焊合金與磨粒 反應(yīng)并形成化學(xué)鍵。為了形成化學(xué)鍵，硬釬焊合金的組合物包括已知與具體磨粒反應(yīng)，從而 形成化學(xué)鍵的元素。例如，如果使用金剛石磨粒，硬釬焊合金可包含可與金剛石反應(yīng)并形成 化學(xué)鍵的下列元素中的至少一種鉻、鎢、鈷、鈦、鋅、鐵、錳或硅。作為進(jìn)一步的例子，如果使 用立方氮化硼磨粒，硬釬焊合金可以包含可與磨粒形成化學(xué)鍵的下列元素中的至少一種 鋁、硼、碳以及硅，如果使用氧化鋁磨粒，硬釬焊合金可以包含鋁、硼、碳和硅中的至少一種。 然而，應(yīng)該認(rèn)識到，硬釬焊合金除了包含與磨粒反應(yīng)并形成化學(xué)鍵的一種或多種元素外，還 可包含多種惰性元素。
示例性磨粒包括具有至少8且更通常的，至少9的摩氏硬度的磨粒。合適的磨粒 包括(例如)熔融氧化鋁、陶瓷氧化鋁、熱處理氧化鋁、碳化硅、碳化硼、碳化鎢、氧化鋁-氧 化鋯、氧化鐵、金剛石(天然的和合成的)、二氧化鈰、立方氮化硼(CBN)、金剛石、石榴石、金 剛砂、氧化亞硼以及它們的組合。磨粒還可包括表面處理或涂層，諸如偶聯(lián)劑或金屬或陶瓷 涂層。可用于本發(fā)明的磨粒通常具有的平均粒度范圍為20微米至1000微米，但也可使用 其他粒度。更通常地，磨粒具有的平均粒度為約45微米至625微米，或約75微米至300微 米。
通常，研磨構(gòu)件的形狀為盤形或者環(huán)形或其部分，但也可使用其它形狀。如果在 支撐載體上安裝多個(gè)研磨構(gòu)件，那么可取的是針對每個(gè)研磨構(gòu)件均存在相應(yīng)的陰極保護(hù)電 路。研磨表面的一部分，通常鄰近盤的邊緣，可基本上不含磨粒。適于用作研磨構(gòu)件的示例 性研磨盤也在美國專利No. 5，620，489 (Tselesin)和6，123，612 (Goers)有所描述。
研磨構(gòu)件固定到支撐載體上，使得研磨構(gòu)件的研磨表面暴露并可用于研磨。
支撐載體能夠安裝在CMP裝置內(nèi)，該支撐載體在形狀和尺寸的變化取決于待使用 的設(shè)備。通常，支撐載體基本上為盤形，但這不是必須的。支撐載體具有容納表面和周邊邊 緣。在一些實(shí)施例中，周邊邊緣包括傾斜部分。支撐載體可由，例如，合成聚合物材料(例 如，塑料或者熱固塑料)、陶瓷材料和/或合適抗腐蝕金屬形成。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該 支撐載體由聚碳酸酯形成。
研磨構(gòu)件可使用任何合適緊固技術(shù)包括，例如粘合劑(例如，導(dǎo)電性粘合劑)和/ 或機(jī)械緊固件固定到支撐載體，前提條件是保持足夠的陰極保護(hù)電路。
陽極材料的選擇將會(huì)受到在CMP過程中所使用材料的影響并在本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員的能力范圍內(nèi)。示例性陽極包括已知用于外加電流陰極防護(hù)(ICCP)的那些陽極。陽 極可具有對研磨構(gòu)件的研磨功能無不當(dāng)干擾的任何形狀。通常，至少一部分的陽極安裝在 約與研磨表面相同高度的支撐載體上，使得在CMP過程中，漿料將能夠同時(shí)與陽極和金屬 基板接觸。此外，陽極和金屬基板之間的距離通常應(yīng)基本上最小化以避免當(dāng)電流通過漿料 時(shí)的過度電壓降。例如，陽極130可裝在周邊邊緣124的傾斜部分126(即，斜面)，如圖1 所示。示例性合適陽極材料包括混合金屬氧化物；鉬；鉬鈦、鉭和/或鈮；金；鈀；銀鈀；以 及石墨。石墨在加工過程中對晶圓造成不利污染可能性低，但是更易于受環(huán)境惡化的影響， 尤其在低pH值的水性環(huán)境中。
陽極必須與金屬基板絕緣，否則將導(dǎo)致短路。因此，如果支撐載體為導(dǎo)電的，則將 陽極放置在絕緣墊上或者以其它方式使陽極與支撐載體絕緣是必要的。如果支撐載體為電 介質(zhì)材料(例如，絕緣體)，這通常不是問題。陽極可通過任何合適的方法(包括例如粘合 劑和/或機(jī)械緊固件)固定到支撐載體上。
陰極保護(hù)的原理為通過將外部陽極連接至擬防腐蝕的材料，并傳輸足夠強(qiáng)度的電 DC電流和電壓，材料的所有區(qū)域變?yōu)殛帢O并且不會(huì)腐蝕。正如在本發(fā)明中所實(shí)踐的，這通過 陰極保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)。
陰極保護(hù)電路將陽極電耦合至電池的正端子，同時(shí)將研磨構(gòu)件的金屬基板電耦合 至電池的負(fù)端子。當(dāng)處于未使用狀態(tài)時(shí)，電路是打開的。在使用過程中，在CMP過程中所使 用的漿料中的電解質(zhì)通過跨接金屬基板和陽極關(guān)閉電路?，F(xiàn)在參見圖2，示例性的陰極保護(hù) 電路140包括電池150、陽極130和金屬基板112。設(shè)置在腔體128中的電池150包括負(fù)端子152和正端子154，該負(fù)端子152和正端子154通過設(shè)置于鄰近腔體128的通道129中的 絕緣線158電耦合至陽極130。為了防止污染(例如，在CMP期間由漿料引起)，在通道129 和腔體128的殘余空間通常填充有抗腐蝕電絕緣材料160，例如得自明尼蘇達(dá)州圣保羅的 3M公司(3M Company of Saint Paul，Minnesota)、商品名稱為 3MESPE VINYL P0LYSIL0XANE IMPRESSION MATERIAL的熱固性有機(jī)硅樹脂。腔體128的形狀可根據(jù)所使用電池的類型和 數(shù)目而變化。
現(xiàn)在參見圖3，示例性墊調(diào)理器200具有研磨構(gòu)件110、陽極130和腔體228，能夠 包含兩個(gè)幣形電池(未示出)和相鄰?fù)ǖ?29。相似地，如圖4所示，另一個(gè)示例性墊調(diào)理 器300具有研磨構(gòu)件110、陽極130和腔體328，能夠包含三個(gè)幣形電池(未示出)和相鄰 通道329。
如圖2所示，電池150為幣形電池，但其它電池設(shè)計(jì)也是可用的。對于電池電壓的 選擇通常受到金屬基板的組合物和墊調(diào)理器的設(shè)計(jì)參數(shù)的影響；例如，如在上文中討論的。 一般來講，電池的電壓應(yīng)足以還原由于金屬基體導(dǎo)致的氧化金屬物質(zhì)。通常，具有至少3伏 特、6伏特或者更大的電壓的電池對于陰極保護(hù)墊調(diào)理器的多個(gè)具體實(shí)施是足夠的，但在某 些具體實(shí)施中較小的電壓也是可用的。另外，通常選擇具有足夠電流容量的電池以在陰極 保護(hù)墊調(diào)理器的使用壽命內(nèi)持續(xù)供電，但這不是必須的。
通過以下非限制性實(shí)例，進(jìn)一步說明了本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，但這些實(shí)例中所述 的具體材料及其用量以及其他條件和細(xì)節(jié)均不應(yīng)視為對本發(fā)明進(jìn)行不當(dāng)限制。
實(shí)魁
除非另外指明，否則在實(shí)例和說明書的其余部分中的所有份數(shù)、百分比、比率等都 是以重量計(jì)。
實(shí)例I
—般性制備直徑為4. 25英寸(10.8厘米)陰極保護(hù)墊調(diào)理器，如圖1和2所示。 支撐載體由聚碳酸酯制成。陽極由Ag-Pd合金制成。使用得自明尼蘇達(dá)州圣保羅的3M公 司(3M Company of Saint Paul,Minnesota)的3M ESPE VINYL POLYSILOXANE IMPRESSION MATERIAL來填充絕緣線和電池周圍的支撐載體的通道和腔體的空隙空間使用3伏特的 幣形電池作為電池。使用得自3M公司的商品名稱為3M XYZ/1S0TR0PIC ELECTRICALLY CONDUCTIVE ADHESIVE TRANSFER TAPE 9709S的導(dǎo)熱性粘合劑將電池的正端子粘結(jié)至研磨 構(gòu)件的背表面。研磨構(gòu)件基本上與由3M公司銷售的在3M A188 DIAMOND PAD CONDITIONER 中使用的研磨構(gòu)件相同。該3M A188 DIAMOND PAD CONDITIONER具有研磨構(gòu)件，該研磨構(gòu) 件可被移除和清潔，通過壓敏粘合劑附接至聚碳酸酯載體。研磨構(gòu)件的金屬基體主要由鎳 組成，包括作為微量合金元素的鉻，并且可包含諸如P、S1、Fe、C和Mn的其它微量組分及雜 質(zhì)。
比較墊調(diào)理器
如實(shí)例I所述制備墊調(diào)理器，但是無電池。
該比較墊調(diào)理器與實(shí)例I中的墊調(diào)理器分別接觸得自伊利諾伊州奧羅拉的卡博 特微電子(Cabot Microelectronics of Aurora, Illinois)的商品名稱為 SEM1-SPERSE W2000-P0LISHING SLURRY FOR ADVANCED TUNGSTEN CMP，使得漿料在研磨構(gòu)件的陽極和金 屬基板之間形成電橋(即，陰極保護(hù)電路被閉合)。使用丁二酮肟Ni2+絡(luò)合物測試條隨時(shí)間推移監(jiān)測漿料中的鎳離子濃度變化。結(jié)果見下表I。
表I
權(quán)利要求
1.一種用于化學(xué)機(jī)械平面化的陰極保護(hù)墊調(diào)理器，包括研磨構(gòu)件，所述研磨構(gòu)件包括具有研磨表面和與所述研磨表面相背對的背表面的金屬基板，其中所述研磨表面包括固定到所述金屬基板上的磨粒；支撐載體，所述支撐載體具有容納表面以及與所述容納表面相鄰的周邊邊緣，其中所述容納表面固定到所述研磨構(gòu)件的所述背表面并且與之相鄰；固定到所述周邊邊緣的陽極；和陰極保護(hù)電路，所述陰極保護(hù)電路被構(gòu)造為如果與電解質(zhì)溶液接觸則提供從所述陽極至所述金屬基板的陰極保護(hù)電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極保護(hù)墊調(diào)理器，其中所述陰極保護(hù)電路包括具有正端子和負(fù)端子的電池，其中所述正端子電耦合至所述陽極，并且其中所述負(fù)端子電耦合至所述金屬基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰極保護(hù)墊調(diào)理器，其中所述電池至少部分地設(shè)置在所述支撐載體的腔體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰極保護(hù)墊調(diào)理器，其中所述負(fù)端子通過導(dǎo)熱性粘合劑至少部分地固定到所述金屬基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極保護(hù)墊調(diào)理器，其中所述周邊邊緣具有與所述研磨構(gòu)件相鄰的傾斜部分，并且其中所述陽極設(shè)置在所述傾斜部分上。
6.一種調(diào)理墊的方法，所述方法包括在半導(dǎo)體晶圓的化學(xué)機(jī)械平面化過程中使用根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的陰極保護(hù)墊調(diào)理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述陰極保護(hù)墊調(diào)理器在半導(dǎo)體晶圓的化學(xué)機(jī)械平面化過程中接觸所述墊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于化學(xué)機(jī)械平面化的陰極保護(hù)墊調(diào)理器(100)，包括金屬基板(112)的研磨構(gòu)件(110)、支撐載體(120)，以及固定到所述支撐載體(120)的周邊邊緣(124)上的陽極(130)。陰極保護(hù)電路(140)被構(gòu)造為如果與電解質(zhì)溶液接觸則提供從所述陽極(130)至所述研磨構(gòu)件(110)的陰極保護(hù)電流。還公開了使用所述陰極保護(hù)墊調(diào)理器(100)的方法。
文檔編號B24B53/017GK103003026SQ201180035149
公開日2013年3月27日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者V·J·拉雷, 林文杰 申請人:3M創(chuàng)新有限公司