化学机械抛光抛光垫修整装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种化学机械抛光抛光垫修整装置，这种修整装置包括支撑基板、超研磨颗粒层，其与被修整的抛光垫接触、固定结构，其用于将超研磨颗粒层可拆卸地固设在支撑基板上、以及表面保护涂层，其位于支撑基板外围，将支撑基板未被超研磨颗粒层覆盖的部分与外界环境隔绝；其中，表面保护涂层能有效防止抛光液中的化学物质对支撑基板造成腐蚀，其具有表面张力小，不易粘附的特点，能有效地防止抛光过程中抛光液中的研磨颗粒附着在抛光垫修整装置上形成的结晶掉落在抛光垫上导致晶片表面缺陷的问题；相比传统的抛光垫修整装置需要整个更换，这种抛光垫修整装置只需定期更换超研磨颗粒层，其他单元不需更换，显著降低了生产成本。
【专利说明】化学机械抛光抛光垫修整装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体集成电路制造工艺【技术领域】，特别是一种用于化学机械抛光抛光垫修整的修整装置。
【背景技术】
[0002]化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,简称CMP)是半导体制造中的重要关键工艺之一，它是通过对具有图形化的晶片表面的半导体材料，绝缘材料和金属材料进行研磨和材料去除，实现晶片表面全局平坦化的一种工艺。在抛光过程中，抛光垫被固定在抛光平台上，待抛光的晶片被固定在抛光载体上，具有研磨颗粒(SuperabrasiveParticles)和化学溶液的抛光液施加在抛光垫上，通过抛光液中的化学物质使晶片表面的材料氧化生成较软的氧化层，再通过抛光垫、抛光液中的研磨颗粒以及晶片之间接触摩擦作用，去除前期形成的氧化层。最后，经多孔结构的抛光垫通过抛光液的携带作用，将抛光去除的材料带离晶片表面，露出新生表面，再形成氧化层并去除，将晶片表面凸起部分全部去除，达到表面平坦化。
[0003]抛光垫顶部通常具有纤维或孔洞等机械结构，用于承载研磨颗粒，提供晶片表面和研磨颗粒的摩擦力以及抛光液、抛光产物的运输。在抛光中，抛光产物和研磨颗粒的积累会使得顶部的纤维纠结和孔隙的堵塞，抛光垫顶部变得平滑(Glazing)和硬化(Hardening),导致抛光速率和效率的降低。利用抛光垫修整装置对抛光垫定期的原位或非原位修整(Dressing)或调整(Conditioning),能保持抛光垫表面新鲜，使其起伏不平，多孔等特性，从而保证获得良好的抛光性能。常见的抛光垫修整装置，传统的抛光垫修整装置，如图1所示，包括支撑基板11和超研磨颗粒层15 (Monolayer of SuperabrasiveParticles) 0支撑基板11多为不锈钢，尽管不锈钢在一般情况不容易被腐蚀，但在抛光过程中，某些强酸强碱的抛光液仍然会对其造成腐蚀，并且抛光液中的研磨颗粒容易粘附在不锈钢表面，造成结晶，会导致抛光工艺的不稳定和缺陷的产生。而且，当超研磨颗粒层15到达使用寿命，必须将整个抛光垫修整装置更换。因此，业界需要一种能够避免金属腐蚀和表面粘附的抛光垫修整装置，这种抛光垫修整装置应该性能可靠且成本低，并且不会在化学机械抛光工艺引入变化和污染。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于提出一种抛光垫修整装置，能够有效的防止抛光垫修整装置金属部分的腐蚀和解决表面的研磨颗粒粘附结晶问题，而且具有可拆卸结构，从而降低成本。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]这种修整装置包括支撑基板、超研磨颗粒层，其与被修整的抛光垫接触、固定结构，其连接于超研磨颗粒层与支撑基板相对的表面之间，用于将超研磨颗粒层可拆卸地固设在支撑基板上、以及表面保护涂层，其位于支撑基板外围，将支撑基板未被超研磨颗粒层覆盖的部分与外界环境隔绝。
[0007]进一步地，上述修整装置的固定结构为压敏粘合结构，超研磨颗粒层的背面通过压敏粘合结构固定于支撑基板。
[0008]进一步地，上述压敏粘合结构为聚丙烯酸酯乳液压敏胶，热塑性弹性体压敏胶粘剂及再生橡胶压敏胶中的任意一种或任意多种。
[0009]进一步地，上述修整装置的固定结构为真空固定，超研磨颗粒层的背面通过真空固定结构固定于支撑基板。
[0010]进一步地，上述修整装置的固定结构为螺纹连接，超研磨颗粒层的背面或侧面通过螺纹连接结构固定于支撑基板。
[0011]进一步地，上述修整装置的固定结构为螺栓固定，超研磨颗粒层的背面通过螺栓固定结构固定于支撑基板。
[0012]进一步地，上述表面保护涂层为特氟龙材料。
[0013]进一步地，上述特氟龙材料为聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯树脂及全氟烷氧基树脂中的任意一种或任意多种。
[0014]为解决上述技术问题，本实用新型采用另一技术方案如下:
[0015]这种修整装置包括支撑基板、超研磨颗粒层，其与被修整的抛光垫接触、固定结构，其连接于超研磨颗粒层与支撑基板相对的表面之间，用于将超研磨颗粒层可拆卸地固设在支撑基板上、基板保护环，其将支撑基板未被超研磨颗粒层覆盖的部分包围、以及表面保护涂层，其将基板保护环覆盖。
[0016]进一步地，上述修整装置的固定结构为压敏粘合结构，超研磨颗粒层的背面通过压敏粘合结构固定于支撑基板。
[0017]进一步地，上述压敏粘合剂为聚丙烯酸酯乳液压敏胶，热塑性弹性体压敏胶粘剂及再生橡胶压敏胶中的任意一种或任意多种。
[0018]进一步地，上述修整装置的固定结构为真空固定，超研磨颗粒层的背面通过真空固定结构固定于支撑基板。
[0019]进一步地，上述修整装置的固定结构为螺纹连接，超研磨颗粒层的背面或侧面通过螺纹连接结构固定于支撑基板。
[0020]进一步地，上述修整装置的固定结构为螺栓固定，超研磨颗粒层的背面通过螺栓固定结构固定于支撑基板。
[0021]进一步地，上述表面保护涂层为特氟龙材料。
[0022]进一步地，上述特氟龙材料为聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯树脂及全氟烷氧基树脂中的任意一种或任意多种。
[0023]进一步地，上述基板保护环的材料为工程塑料。
[0024]本实用新型的优点在于采用表面保护涂层或表面保护涂层加基板保护环来保护金属支撑基板，能有效防止抛光液中的化学物质对金属支撑基板造成腐蚀，表面保护涂层具有表面张力小，不易粘附的特点，可以有效的防止抛光过程中抛光液中的研磨颗粒粘附在抛光垫修整装置上形成结晶，掉落在抛光垫上导致晶片表面缺陷的问题。另一方面，相比传统的抛光垫修整装置需要整个更换，这种抛光垫修整装置只需定期更换超研磨颗粒层，其他部分不需更换，显著降低了生产成本。【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为是传统的抛光垫修整装置的剖面示意图
[0026]图2为本实用新型抛光垫修整装置一实施例的的剖面示意图
[0027]图3为本实用新型抛光垫修整装置另一实施例的剖面示意图
【具体实施方式】
[0028]以下将对本实用新型的抛光垫修整装置的特征与优点作进一步的详细描述。应理解的是本实用新型能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本实用新型。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0029]上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图2和图3对本实用新型的抛光垫修整装置进行详细说明。
[0030]请参阅图2，图2为本实用新型抛光垫修整装置的一个较佳实施例，在本实用新型化学机械抛光抛光垫修整装置的实施例中，其包括支撑基板21、超研磨颗粒层25，其与被修整的抛光垫接触、固定结构24，其连接于超研磨颗粒层25与支撑基板21相对的表面之间，用于将超研磨颗粒层25可拆卸地固设在支撑基板21上、以及表面保护涂层23，其位于支撑基板21外围，将支撑基板21未被超研磨颗粒层25覆盖的部分与外界环境隔绝。其中，支撑基板21的一面通过固定结构24与超研磨颗粒层25相连，其余部分均被表面保护涂层23覆盖。
[0031]请参阅图3，图3为本实用新型抛光垫修整装置的另一较佳实施例，其包括为包括支撑基板21、超研磨颗粒层25，其与被修整的抛光垫接触、固定结构24，其连接于超研磨颗粒层25与支撑基板21相对的表面之间，用于将超研磨颗粒层25可拆卸地固设在支撑基板21上、基板保护环22，其位于支撑基板21与表面保护涂层23之间，其中基板保护环22将支撑基板21未被超研磨颗粒层25覆盖的部分包围、以及表面保护涂层23，其将基板保护环22覆盖。其中，支撑基板21的一面通过固定结构24与超研磨颗粒层25相连，其余部分均被基板保护环22包围，表面保护涂层23位于基板保护环外围。
[0032]图2及图3实施例中的支撑基板21的材料可以为不锈钢或铝合金等金属。
[0033]图3实施例中的基板保护环22的材料需要具有耐高温至200°C，耐腐蚀，在氧化环境中，耐酸耐碱的特性。所以，工程塑料为基板保护环22的较佳的选择，包括聚苯硫醚(PPS)，聚醚醚酮(PEEK)，聚酰胺-酰亚胺(PAI)等，可选用其中的任一种或者任多种。图3实施例中选用的为:聚醚醚酮(PEEK)，这种材料具有极强的抗化学腐蚀只有浓硫酸能溶解或者破坏它，连续工作温度在250°C，在所有工程塑料中具有出众的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗的使用。在实际应用中，抛光过程中产生的温度一般在40至50°C，抛光液一般具有较强的酸碱性，并且含有氧化剂，而这种基板保护环22能有效的保护里面的不锈钢支撑基板不受到腐蚀，提高使用寿命。基板保护环22和支撑基板21通过螺纹连接的方式进行固定，基板保护环22的内侧与支撑基板21的外侧分别具有相互吻合的公母螺纹，安装或拆卸十分方便。基板保护环22的作用为加强对支撑基板的保护，辅助表面保护涂层25防止高温，高腐蚀性的抛光液对支撑基板21造成的损害。通过设计基板保护环22的形状，基板保护环22也可达到辅助支撑基板21起到支撑或连接的作用。
[0034]图2及图3实施例中，表面保护涂层23的材料需要具有极小的表面张力，小于25dynes/cm,耐高温至200°C,化学性质稳定,耐酸耐碱，低摩擦系数0.05至0.2。其中特氟龙材料为较佳的选择，特氟龙材料可以为如下材料中的任一种或任多种:聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯树脂及全氟烷氧基树脂，图2实施例中表面保护涂层23为聚四氟乙烯(PTFE)，其摩擦系数很低，约为0.01至0.10之间。所以在抛光中，表面保护涂层23与抛光垫接触产生的摩擦力很小，不会影响抛光工艺。同时该聚四氟乙烯涂层具有极小的表面张力，耐高温达250°C，化学性质稳定，其耐酸耐碱，抗氧化性能卓著，不会被抛光液腐蚀，并且抛光液中的研磨颗粒不易粘附在抛光垫修整装置。图3实施例中表面保护涂层23为另一种特氟龙材料-氟化乙烯丙烯树脂(FEP)，其摩擦系数低，为0.05至0.10之间，确保在抛光中，表面保护涂层23会与抛光垫接触产生的摩擦力很小，不会影响抛光工艺，同时保护涂层23不容易损耗。该氟化乙烯丙烯树脂涂层具有极小的表面张力，耐高温达200°C，优异的耐化学稳定性，不会被抛光液腐蚀，同时抛光液中的研磨颗粒不易粘附在抛光垫修整装置。另一方面，相比先前实施例中的聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯树脂的硬度及抗拉强度略有提高，使得这种具有氟化乙烯丙烯树脂涂层的抛光垫修整装置更适合用于需要高抛光压力的抛光工艺中。因此，在工作环境下，表面保护涂层23具备耐磨损和不粘附的双重优点，符合抛光工艺对抛光垫修整装置表面的要求，可以更好地保护内部的支撑基板21和基板保护环22，使得这种具有涂层的修整装置使用寿命增加。
[0035]图2及图3实施例中，图2中固定结构24为螺纹连接结构，在超研磨颗粒层25外侧与支撑基板21的内侧具有螺纹，上述公母螺纹相匹配，通过螺旋密接，密合强度可以满足抛光工艺，防止任何物质进入支撑基板内部，对支撑基板进行腐蚀。图3中固定结构24为粘合固定结构，较佳的可以是一种压敏粘合剂，压敏粘合剂为聚丙烯酸酯乳液压敏胶，热塑性弹性体压敏胶粘剂及再生橡胶压敏胶中的任意一种或任意多种。实施例中采用的是聚丙烯酸酯乳液压敏胶，其粘合强度为Ipsi至7psi，可以满足抛光工艺，并且具有耐湿性，耐高温，材料稳定性好等特点，在抛光环境下粘性不易变质失效。这种压敏粘合剂的保质期一般在6个月至I年，而一般超研磨颗粒层的更换寿命在2至5个月，确保了在更换超研磨颗粒层前粘合固定结构的有效性。通过粘合固定结构24将超研磨颗粒层25与支撑基板21固定的方式，使得更换超研磨颗粒层25简单易行，显著降低了抛光垫修整装置的使用成本。在实际应用中，可将固定部件24更换为真空固定结构或螺栓固定结构等。其中真空固定结构，将支撑基板21与超研磨颗粒层25相对的表面之间的空气抽空，制造真空环境，利用大气压强使之紧固，而且在修整过程中，作用力方向为从超研磨颗粒层25向内至支撑基板21，会加固连接效果，防止紧固失效；当需要更换超研磨颗粒层25时，只需向支撑基板21与超研磨颗粒层25之间注入气体，即可使之分离。螺栓固定结构为，在超研磨颗粒层25和支撑基板21与超研磨颗粒层25接触的部分，具有螺栓母口，使用一个耐高温，耐腐蚀材料制成的与螺栓母口相匹配的公螺栓，旋转公螺栓接入螺栓母口，将超研磨颗粒层25固定在支撑基板21上，紧固的公螺栓同时起到密封作用，防止任何物质进入支撑基板21内部，对支撑基板21进行腐蚀；反向旋转公螺栓即可使之分离。图2中的螺纹连接固定结构在侧壁上，螺纹连接固定结构也可位于背面，超研磨颗粒层25与支撑基板21的相对表面分别设有相匹配的公母螺纹，超研磨颗粒层25上具有公螺纹，旋转超研磨颗粒层25使之固定在带有母螺纹的支撑基板21上；反向旋转超研磨颗粒层25即可使之分离。
[0036]图2及图3实施例中，超研磨颗粒层25表面上具有钻石，多晶钻石，立方氮化硼，多晶立方氮化硼等任一种或任多种颗粒，背面通过固定结构24与支撑基板21固定。
[0037]其中图2实施例的外形设计为梯形，由于增加超研磨颗粒层25与抛光垫接触的面积，使得修复效率提高，梯形设计可以在保证超研磨颗粒层25面积的同时，减少抛光垫修整装置中非超研磨颗粒层25的部分(表面保护涂层23)与抛光垫的接触面积，有效降低抛光过程中抛光液飞溅在表面保护涂层23的概率，减少在抛光垫修整装置表面研磨颗粒结晶的可能性。图3实施例的外形设计，目的为降低基板保护环与抛光垫的接触面积，使之与抛光垫接触产生的摩擦力小，而不会影响抛光工艺。实际应用中可根据具体需求来设计抛光垫修整装置的外形。
[0038]以上所述的仅为本实用新型的实施例，所述实施例并非用以限制本实用新型专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种化学机械抛光抛光垫修整装置，用于对抛光垫进行修整，其包括: 支撑基板； 超研磨颗粒层，与被修整的所述抛光垫接触；其特征在于，还包含: 固定结构，其位于所述超研磨颗粒层与所述支撑基板相对的表面之间，用于将所述超研磨颗粒层可拆卸地固设在所述支撑基板上；以及 表面保护涂层，位于所述支撑基板外围，将所述支撑基板未被所述超研磨颗粒层覆盖的部分与外界环境隔绝。
2.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，包含基板保护环，位于所述支撑基板与所述表面保护涂层之间，其中所述基板保护环将所述支撑基板未被所述超研磨颗粒层覆盖的部分包围，所述表面保护涂层将所述基板保护环覆盖。
3.如权利要求1或2所述的修整装置，其特征在于，所述固定结构的固定方式为压敏粘合结构，所述超研磨颗粒层的背面通过压敏粘合结构固定于所述支撑基板。
4.如权利要求3所述的修整装置，其特征在于，所述压敏粘合结构为如下材料中的任一种或任多种:聚丙烯酸酯乳液压敏胶，热塑性弹性体压敏胶粘剂，再生橡胶压敏胶。
5.如权利要求1或2所述的修整装置，其特征在于，所述固定结构的固定方式为真空固定，所述超研磨颗粒层的背面通过真空固定结构固定于所述支撑基板。
6.如权利要求1或2所述的修整装置，其特征在于，所述固定结构的固定方式为螺纹连接，所述超研磨颗粒层的背面或侧面通过螺纹结构固定于所述支撑基板。
7.如权利要求1或2所述的修整装置，其特征在于，所述固定结构的固定方式为螺栓固定，所述超研磨颗粒层的背面通过螺栓固定结构固定于所述支撑基板。
8.如权利要求1或2所述的修整装置，其特征在于，所述表面保护涂层为特氟龙材料。
9.如权利要求8所述的修整装置，其特征在于，所述表面特氟龙材料为如下材料中的任一种或任多种:聚四氟乙烯，氟化乙烯丙烯树脂及全氟烷氧基树脂。
10.如权利要求2所述的修整装置，其特征在于，所述基板保护环的材料为工程塑料。
【文档编号】B24B53/017GK203542368SQ201320509949
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】钟旻 申请人:上海集成电路研发中心有限公司