研磨垫修整器及化学机械研磨设备的制作方法

本发明涉及一种研磨垫修整器，该研磨垫修整器具有较长的使用寿命和较低的成本。

背景技术：

化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing，cmp)是集成电路制造中获得全面平坦化的一种工艺，常用于0.35um以下的制程中。化学机械研磨的大致方法如下：首先，使器件表面材料与研磨液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层。然后，在研磨液中的磨料和研磨垫的机械作用下去除软质层，使器件表面重新裸露出来。之后，再进行化学反应。这样，在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成器件表面研磨。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种研磨垫修整器，该研磨垫修整器具有较长的使用寿命和较低的成本。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种研磨垫修整器，具有修整面，所述修整面具有高度不同的多个区域，每一区域上分布有多个修整颗粒，其中所述多个区域的高度差使得在所述研磨垫修整器修整研磨垫时，各个区域上的修整颗粒接触所述研磨垫的时间不同。

在本发明的一实施例中，所述多个区域中的至少一区域分别包括多个不连通的子区域。

在本发明的一实施例中，所述多个区域包括围绕所述修整面的中心的同心环形区域。

在本发明的一实施例中，所述多个区域包括从所述修整面的中心向外发散的多个扇形区域或弧形区域。

在本发明的一实施例中，所述修整面中的修整颗粒的粒径是均匀的。

在本发明的一实施例中，所述修整面中，不同修整面上的修整颗粒的粒径大小不同。

在本发明的一实施例中，所述多个区域中高度最高的第一区域占所述修整面的面积比例最大。

在本发明的一实施例中，所述多个区域包括高度依次降低的第一区域和第二区域，当所述第一区域的修整颗粒磨损而使所述第二区域中的修整颗粒接触所述研磨垫时，所述研磨垫修整器的切割率在70％以上。

在本发明的一实施例中，所述多个区域包括高度依次降低的第一区域、第二区域和第三区域，当所述第一区域的修整颗粒磨损而使所述第二区域中的修整颗粒接触所述研磨垫时，所述研磨垫修整器的切割率在70％以上，当所述第二区域的修整颗粒磨损而使所述第三区域中的修整颗粒接触所述研磨垫时，所述研磨垫修整器的切割率在50％以上。

本发明的另一方面提供一种化学机械研磨设备，包括研磨垫和如上所述的研磨垫修整器。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：

本发明的一种研磨垫修整器通过将修整面分为高度不同的多个区域且在每一区域上分布有多个修整颗粒，延长了研磨垫修整器的使用寿命并具有较低的成本。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是一种研磨垫修整器的示意图；

图2是一种研磨垫修整器的修整颗粒的示意图；

图3是一种研磨垫修整器的修整颗粒的侧视分布示意图；

图4是本发明一实施例的一种研磨垫修整器的修整颗粒的侧视分布示意图；

图5是本发明一实施例的一种研磨垫修整器的修整颗粒的俯视分布示意图；

图6是本发明一实施例的另一种研磨垫修整器的修整颗粒的俯视分布示意图；

图7是本发明一实施例的另一种研磨垫修整器的修整颗粒的俯视分布示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

化学机械研磨设备主要由研磨垫(pad)、研磨垫修整器(padconditioner)以及研磨头(head)组成。研磨垫一般为上面刻有沟槽的高分子多孔材质的软垫。研磨垫修整器用于对研磨垫进行修整。研磨头则用于固定被研磨的对象。例如，在对硅片进行化学机械研磨时，通过研磨头对硅片的背面施压，使其正面接触研磨垫。同时，将研磨液(slurry)通过管路流在研磨垫上以起到润滑作用。

图1是一种研磨垫修整器的示意图。图2是一种研磨垫修整器的修整颗粒的示意图。参考图1和图2所示，一种研磨垫修整器是在基板上嵌入人造金刚石作为修整颗粒。在使用研磨垫修整器对研磨垫进行修整时，通过研磨垫修整器表面的金刚石切割研磨垫，可以防止研磨垫在研磨中的玻璃化(padglassing)。

图3是一种研磨垫修整器的修整颗粒的侧视分布示意图。参考图3所示，对于只有一个研磨区域的研磨垫修整器300，随着使用，研磨垫修整器300表面的金刚石会逐渐磨损，导致研磨垫修整器300的切力下降，因而需要经常更换，且成本较高。

针对以上问题，本发明的以下实施例提出一种研磨垫修整器，该研磨垫修整器具有较长的使用寿命和较低的成本。

可以理解的是，下面所进行的描述仅仅示例性的，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神的情况下，进行各种变化。

本发明的研磨垫修整器具有修整面，修整面具有高度不同的多个区域，每一区域上分布有多个修整颗粒，其中多个区域的高度差使得在研磨垫修整器修整研磨垫时，各个区域上的修整颗粒接触研磨垫的时间不同。在本发明的一实施例中，多个区域的数量为至少3个。

图4是本发明一实施例的一种研磨垫修整器的修整颗粒的侧视分布示意图。参考图4所示，研磨垫修整器400具有修整面，修整面具有高度不同的多个区域，例如区域410、区域420和区域430。每一区域上分布有多个修整颗粒。示例型的，区域410上可以分布有多个修整颗粒411，区域420上可以分布有多个修整颗粒421，区域430上可以分布有多个修整颗粒431。修整颗粒431的形状可以为锥形，柱形，球形等任意形状。

其中，多个区域(例如区域410、区域420和区域430)的高度差使得在研磨垫修整器400修整研磨垫(图未示)时，各个区域(例如区域410、区域420或区域430)上的修整颗粒(例如修整颗粒411、修整颗粒421或修整颗粒431)接触研磨垫的时间不同。

在一些示例中，研磨垫修整器的修整面还可以具有3个以上的高度不同的区域。例如，图4所示的研磨垫修整器400还可以具有3个以上的高度不同的区域，但本实施例并非以此为限。

可以理解，修整面中的修整颗粒的粒径大小可以相同或者不同。同一修整面中的修整颗粒的粒径大小可以相同也可以不同，不同修整面之间的修整颗粒的粒径大小可以相同也可以互相不同。优选的，在本发明的以下实施例中，修整面中的修整颗粒的粒径是均匀的。例如，图4所示的研磨垫修整器400中的修整颗粒411、修整颗粒421以及修整颗粒431可以是粒径大小相同的金刚石，但本申请并非以此为限。

在本发明的一实施例中，多个区域中的至少一区域分别包括多个不连通的子区域。例如，对于图4所示的研磨垫修整器400，区域410、区域420和区域430中的至少一个区域可以分别包括两个或两个以上的不连通的子区域(图未示)。

在本发明的一实施例中，研磨垫修整器的修整面的高度不同的多个区域包括围绕修整面的中心的同心环形区域。

图5是本发明一实施例的一种研磨垫修整器的修整颗粒的俯视分布示意图。参考图5所示，研磨垫修整器500的修整面具有高度不同的多个区域，分别为区域510、区域520、区域530、区域540和区域550。其中，区域510、区域520、区域530、区域540和区域550分别是围绕修整面的中心的同心环形区域。

在图5所示的一个示例中，区域510包括2个不连通的子区域，分别为子区域510a和子区域510b。区域520包括3个不连通的子区域，分别为子区域520a、子区域520b以及子区域520c。区域530包括2个不连通的子区域，分别为子区域530a和子区域530b。区域540包括2个不连通的子区域，分别为子区域540a和子区域540b。

同一区域的多个子区域的修整面具有相同的高度。例如，区域510、区域520、区域530、区域540和区域550分别具有不同的高度。对于区域510，其子区域510a和子区域510b具有相同的高度。对于区域520，其子区域520a、子区域520b以及子区域520c具有相同的高度，以此类推。

在本发明的一实施例中，多个区域包括从修整面的中心向外发散的多个扇形区域。

图6是本发明一实施例的另一种研磨垫修整器的修整颗粒的俯视分布示意图。参考图6所示，研磨垫修整器600的修整面具有高度不同的多个区域，分别为区域610、区域620和区域630。其中，区域610、区域620和区域630是从修整面的中心向外发散的多个扇形区域。

在图6所示的一个示例中，区域610包括8个不连通的子区域，分别为子区域610a、子区域610b、…子区域610h。区域620包括12个不连通的子区域，分别为子区域620a、620b、…子区域620l。区域630包括12个不连通的子区域，分别为子区域630a、630b、…子区域630l。

类似的，同一区域的多个子区域的修整面具有相同的高度。例如，区域610、区域620和区域630分别具有不同的高度。对于区域610，其子区域610a、子区域610b、…子区域610h具有相同的高度。对于区域620，其子区域620a、620b、…子区域620l具有相同的高度。对于区域630，其子区域630a、630b、…子区域630l具有相同的高度。

图7是本发明一实施例的另一种研磨垫修整器的修整颗粒的俯视分布示意图。参考图7所示，研磨垫修整器700的修整面具有高度不同的多个区域，分别为区域710、区域720和区域730。其中，区域710、区域720和区域730是从修整面的中心向外发散的多个弧形区域。

在图7所示的一个示例中，区域710包括2个不连通的子区域，分别为子区域710a和子区域710b。区域720包括2个不连通的子区域，分别为子区域720a和子区域720b。区域730包括2个不连通的子区域，分别为子区域730a和子区域730b。

类似的，同一区域的多个子区域的修整面具有相同的高度。例如，区域710、区域720和区域730分别具有不同的高度。对于区域710，其子区域710a和子区域710b具有相同的高度。对于区域720，其子区域720a和子区域720b具有相同的高度。对于区域730，其子区域730a和子区域730b具有相同的高度。

应当理解，采用图7所示的具有多个弧形区域的研磨垫修整器对研磨垫进行修整时，可以使研磨垫修整器的旋转方向与多个弧形区域的弯曲方向保持一致(例如在图7中，研磨垫修整器沿逆时针方向旋转)。这样，研磨垫修整器的旋转会变得更加顺畅，而且在研磨过程中产生的颗粒和液体可以沿着研磨垫修整器的旋转方向被更加顺利的甩出。

在本发明的一实施例中，多个区域中高度最高的第一区域占修整面的面积比例最大。

示例性的，参考图4所示，在研磨垫修整器400的多个区域中，高度最高的区域410(第一区域)占修整面的面积比例可以是最大的。

在本发明的一实施例中，多个区域包括高度依次降低的第一区域和第二区域，当第一区域的修整颗粒磨损而使第二区域中的修整颗粒接触研磨垫时，研磨垫修整器的切割率在70％以上。

继续参考图4所示，研磨垫修整器400的多个区域包括高度依次降低的区域410(第一区域)和区域420(第二区域)。当区域410的修整颗粒411磨损而使区域420中的修整颗粒421接触研磨垫时，研磨垫修整器400的切割率在70％以上。

在另一些示例中，多个区域包括高度依次降低的第一区域、第二区域和第三区域，当第一区域的修整颗粒磨损而使第二区域中的修整颗粒接触研磨垫时，研磨垫修整器的切割率在70％以上，当第二区域的修整颗粒磨损而使第三区域中的修整颗粒接触研磨垫时，研磨垫修整器的切割率在50％以上。

例如，图4所示的研磨垫修整器400具有高度依次降低的区域410(第一区域)、区域420(第二区域)和区域430(第三区域)。当区域410的修整颗粒411磨损而使区域420中的修整颗粒421接触研磨垫时，研磨垫修整器400的切割率在70％以上。当区域420的修整颗粒421磨损而使区域430中的修整颗粒431接触研磨垫时，研磨垫修整器400的切割率在50％以上。

这样，通过将修整面分为高度不同的多个区域且在每一区域上分布有多个修整颗粒，在高度较高区域的修整颗粒被磨损后，高度次高区域的修整颗粒会逐渐接触研磨垫并发挥修整作用。例如，在图4所示的一个示例中，当高度最高的区域410中的修整颗粒411磨损后，高度次高的区域420中的修整颗粒421会接触研磨垫。而当高度次高的区域420中的修整颗粒421磨损后，高度最低的区域430中的修整颗粒431会接触研磨垫，因而延长了研磨垫修整器400的使用寿命并降低了成本。

本发明的以上实施例提出了一种研磨垫修整器，该研磨垫修整器具有较长的使用寿命和较低的成本。

本发明的另一方面提出一种化学机械研磨设备，该化学机械研磨设备具有较长的使用寿命和较低的成本。

该化学机械研磨设备可以包括研磨垫和如上所述的研磨垫修整器(例如，图4至图6中所示的研磨垫修整器400、研磨垫修整器500和研磨垫修整器600)。

本实施例的化学机械研磨设备的其他实施细节可参考图4至图6所描述的实施例，在此不再展开。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。