專利名稱：一種改進的化學機械拋光方法
技術領域：
本發明涉及一種化學機械拋光方法，應用于半導體材料、氧化物 和金屬等材料的拋光加工。(二) 背景技術超大規模集成電路因其幾何尺寸縮小、結構立體化以及金屬布線 多層化，要求刻蝕表面十分平坦。對這些表面的加工，化學機械拋光 被認為是目前最好的全局平面化技術。該技術盡管在ic制造中得到廣 泛應用，但也顯現出一定的局限性和缺陷。在傳統化學機械拋光工藝中， 一般由聚氨酯材料做成的拋光墊是 不可缺少的組成部分，它起著向拋光材料輸送拋光液和磨料的作用。 在拋光過程中，由于工件、磨料和拋光墊相互作用，使拋光墊承受周 期性的剪切應力，不斷磨損，并被磨屑阻塞。拋光墊的損壞將導致拋 光穩定性變差，效率降低，同時由于拋光墊在工件周邊的彈性變形嚴 重，被加工的工件產生塌邊現象。為克服拋光墊不利的影響，目前采 用的修正工藝是拋光墊表面被定期用一個金剛石磨料盤修整。隨著大 規格半導體基片的應用，拋光設備，包括拋光墊的尺寸越來越大，保 持拋光墊的高表面精度的技術水平越來越難，由此增加的生產成本也 越來越高。(三) 發明內容為了克服已有化學機械拋光方法的軟質拋光墊磨損后需不斷修整， 工件易產生塌邊、生產成本高的不足，本發明提供一種有效減少磨損、
避免工件周邊產生塌邊、降低生產成本的改進的化學機械拋光方法。 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種改進的化學機械拋光方法，包括以下步驟(1) 、配置拋光液在拋光液中加入聚合物粒子，所述的聚合物粒子 在拋光液中呈分散性，所述的聚合物粒子與拋光液的磨粒之間存在靜 電力吸引，所述的聚合物粒子的粒徑比磨粒的粒徑大；(2) 、拋光將拋光液輸送到拋光盤中，對載樣盤中的工件進行拋光， 所述拋光盤采用硬質材料制成，所述的硬質材料與拋光液的化學物質 無化學反應。作為優選過的一種方案在所述的(2)中，拋光盤的表面粗糙度 值與所述聚合物粒子的粒徑相適應。進一步，所述的聚合物粒子為球形聚合物粒子。再進一步，所述的磨粒粒徑為納米級，所述的聚合物粒子的粒徑 為微米級。更進一步，所述的硬質材料為玻璃、鑄鐵或者其他硬質材料。 本發明的技術構思為化學機械拋光裝置由拋光盤、載樣盤、拋光液噴頭以及拋光盤載樣盤旋轉運動機構和載樣盤加壓機構等組成。工件粘貼在載樣盤上并在加壓機構作用下被壓向拋光盤，拋光盤和載樣盤作同向旋轉，拋光液通過拋光液噴頭被輸送至拋光盤。拋光盤由玻璃、鑄鐵等硬質材料制成。拋光液中含有聚合物粒子和磨粒二種粒子，磨粒的粒徑為納米級，聚合物粒子的粒徑為微米級。球形聚合物粒子有穩定的化學性能，在拋光液中不易受到化學物質的影響，在物理性能上類似于普通拋光墊，具有一定的彈性、抗壓強度和熱穩定性，有足夠的粒徑和均勻的尺寸分布，并且在溶液中有良好
的分散性。拋光液中的磨粒通過靜電力的作用吸附在聚合物粒子周圍。 聚合物粒子一方面帶著吸附在其周圍的磨粒進入拋光盤與工件之 間的間隙，另一方面起著無數個微型拋光墊的作用，避免了工件與硬 質拋光盤的直接接觸。吸附在聚合物粒子周圍的磨粒對工件起機械摩 擦去除作用，聚合物粒子對工件無機械去除作用。由于硬質拋光盤替 代了傳統化學機械拋光的聚氨酯軟質拋光墊，拋光盤磨損減少，修整 周期加長。硬質拋光盤的應用還避免了傳統拋光由于拋光墊變形引起的工件 塌邊現象。硬質拋光盤的表面粗糙度應與聚合物粒子的粒徑相適應， 使聚合物粒子在拋光盤上由好的附著力。上述的化學機械拋光新工藝 具有高的拋光速率，納米級的表面粗糙度，工件周邊無明顯塌邊產生。本發明的有益效果主要表現在1、硬質拋光盤代替了傳統的軟質 聚氨酯拋光墊，避免了軟質拋光墊磨損后的經常性修整，同時使得工件易獲得高的平坦性，工件周邊無明顯塌邊產生；2、拋光液中除磨粒外添加了聚合物粒子，聚合物粒子在工件與拋光盤之間起到微型拋光 墊的作用，避免了工件與拋光盤的直接接觸，聚合物粒子在工件與拋光盤之間形成固定間隙，使拋光液能順利供給，磨屑更易排出；3、拋 光液中的磨粒通過靜電力作用吸附在聚合物粒子周圍，磨粒在聚合物 粒子周圍區域內濃度增大，磨粒對工件的機械去除作用增強。(四)
圖1是本發明的化學機械拋光方法的原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。 實施例1參照圖l， 一種改進的化學機械拋光方法，包括以下步驟(1)、 配置拋光液在拋光液中加入聚合物粒子4，所述的聚合物粒子4在 拋光液中呈分散性，所述的聚合物粒子4與拋光液的磨粒5之間存在靜電力吸引，所述的聚合物粒子4的粒徑比磨粒5的粒徑大；(2)、拋光將拋光液輸送到拋光盤l中，對載樣盤2中的工件3進行拋光，所述拋光盤1采用硬質材料制成，所述的硬質材料與拋光液的化學物 質無化學反應。在所述的(2)中，拋光盤1的表面粗糙度值與所述聚合物粒子的粒徑相適應。所述的聚合物粒子4為球形聚合物粒子。所述的磨粒5粒徑為納米級，所述的聚合物粒子4的粒徑為微米級。所述的硬質材料為玻璃、鑄鐵。參照圖l，載樣盤2上的向下箭頭表示壓力及壓力保持機構，右上角的向下大箭頭表示拋光液的輸入，拋光盤l上的向右箭頭、工件3上的向右箭頭表示運動方向。本實施例使用的聚合物粒子必須有穩定的化學性能，在拋光液中不易受到化學物質的影響，在物理性能上類似于普通拋光墊，具有一定的彈性、抗壓強度和熱穩定性，有足夠的粒徑和均勻的尺寸分布并且在溶液中有良好的分散性的球形聚合物粒子。使用的硬質拋光盤必須不會與拋光液中的化學物質發生反應，有 一定的表面粗蜂度，并且在粗糙度值和聚合物粒子的粒徑辨適應時拋 光速率較大。在拋光液中磨粒通過靜電力作用吸附在聚合物粒子周圍， 聚合物粒子與磨粒一起進入拋光區域，聚合物粒子對工件無機械去除 作用，起機械去除作用的是拋光液中的磨粒。
所述的聚合物粒子分布在工件與硬質拋光盤之間，起著無數個微 型拋光墊的作用，避免了工件與硬質拋光盤的直接接觸。所述的聚合 物粒子對工件無機械去除作用，起機械去除作用的是所述的拋光液中 的磨粒。具體的例子為1) 硬質拋光盤Ra3.2玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%， PH 值為10.5的拋光液，在其中加入5%的平均粒徑為5um的親水 性有機熱固型氨基球形樹脂MV粉。用機械攪拌方法使聚合物 在其中混合均勻。3) 拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P(lll)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分鐘， 拋光速率為268nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例2本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為1) 硬質拋光盤Ra3.2玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%, PH 值為10.5的拋光液，在其中加入聚苯乙烯(PS)懸浮液，使其 含有5%的平均粒徑為5um的聚苯乙烯(PS)微球。3) 拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P(lll)型單晶硅片iil 20KP的壓力拋光90分鐘， 拋光速率為167nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例3本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為
1) 硬質拋光盤Ra6.4玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%， PH 值為10.5的拋光液，在其中加入5%的平均粒徑為5um的親水 性有機熱固型氨基球形樹脂MV粉。用機械攪拌方法使聚合物 在其中混合均勻。3) 拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P(lll)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分鐘， 拋光速率為182nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例4本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為1) 硬質拋光盤Ral.6玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%， PH 值為10.5的拋光液，在其中加入5%的平均粒徑為5um的親水 性有機熱固型氮基球形樹脂MV粉。用機械攪拌方法使聚合物 在其中混合均勻。3) 拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P(lll)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分鐘， 拋光速率為163nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例5本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為1) 硬質拋光盤Ra6:4玻璃盤2) 、拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含SiO2磨粒5。/。， PH值為10.5的拋光液，在其中加入聚苯乙烯(PS)懸浮液，使其 含有5%的平均粒徑為10um的聚苯乙烯(PS)微球。3)、拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P (111)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分 鐘，拋光速率為154nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例6本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為1) 硬質拋光盤Ra3.2玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%， PH 值為10.5的拋光液，在其中加入7%的平均粒徑為5um的親水 性有機熱固型氨基球形樹脂MV粉。用機械攪拌方法使聚合物 在其中混合均勻。3) 拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方P (111)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90 分鐘，拋光速率為226nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例7本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為1) 硬質拋光盤Ral.6玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%， PH 值為10.5的拋光液，在其中加入聚苯乙烯(PS)懸浮液，使其 含有l。/。的平均粒徑為2um的聚苯乙烯(PS)微球。3) 拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P(lll)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分鐘， 拋光速率為89nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例8本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為1) 、硬質拋光盤Ra3.2玻璃盤2) 、拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含SiO2磨粒5。/。， PH值為10.5的拋光液，在其中加入聚苯乙烯(PS)懸浮液，使其 含有5%的平均粒徑為10um的聚苯乙烯(PS)微球。3) 、拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的33x33mm方形P (111)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分 鐘，拋光速率為151nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。 實施例9本實施例的技術方案與實施例1相同，具體的例子為1) 硬質拋光盤Ra3.2玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%， PH 值為10.5的拋光液，在其中加入3%的平均粒徑為5um的親水 性有機熱固型氨基球形樹脂MV粉。用機械攪拌方法使聚合物 在其中混合均勻。3) 拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P(lll)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分鐘， 拋光速率為254nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。實施例10本實施例的技術方案與實施例l相同，具體的例子為1) 硬質拋光盤Ra3.2玻璃盤2) 拋光液市售的FAO/S8010型拋光液配成含Si02磨粒5%， PH 值為10.5的拋光液，在其中加入1%的平均粒徑為5um的親水 性有機熱固型氨基球形樹脂MV粉。用機械攪拌方法使聚合物 在其中混合均勻。
3)拋光用UNIPOL-1260拋光機對表面粗糙度Ra0.3um的 33x33mm方形P(lll)型單晶硅片以20KP的壓力拋光90分鐘， 拋光速率為222nm/min，表面粗糙度Ra為4nm。 實施例11本實施例的硬質拋光盤采用硬質拋光盤Ral.6鑄鐵盤，其余技 術方案與實施例l相同。 實施例12本實施例的硬質拋光盤采用硬質拋光盤Ra3.2鑄鐵盤，其余技 術方案與實施例2相同。
權利要求
1、一種改進的化學機械拋光方法，其特征在于所述的拋光方法包括以下步驟(1)、配置拋光液在拋光液中加入聚合物粒子，所述的聚合物粒子在拋光液中呈分散性，所述的聚合物粒子與拋光液的磨粒之間存在靜電力吸引，所述的聚合物粒子的粒徑比磨粒的粒徑大；(2)、拋光將拋光液輸送到拋光盤中，對載樣盤中的工件進行拋光，所述拋光盤采用硬質材料制成，所述的硬質材料與拋光液的化學物質無化學反應。
2、 如權利要求1所述的一種改進的化學機械拋光方法，其特征在于 在所述的(2)中，拋光盤的表面粗糙度值與所述聚合物粒子的粒徑相 適應。
3、 如權利要求1或2所述的一種改進的化學機械拋光方法，其特征在于所述的聚合物粒子為球形聚合物粒子。
4、 如權利要求3所述的一種改進的化學機械拋光方法，其特征在于 所述的磨粒粒徑為納米級，所述的聚合物粒子的粒徑為微米級。
5、 如權利要求4所述的一種改進的化學機械拋光方法，其特征在于: 所述的硬質材料為玻璃、鑄鐵。
全文摘要
一種改進的化學機械拋光方法，包括以下步驟(1)配置拋光液在拋光液中加入聚合物粒子，所述的聚合物粒子在拋光液中呈分散性，所述的聚合物粒子與拋光液的磨粒之間存在靜電力吸引，所述的聚合物粒子的粒徑比磨粒的粒徑大；(2)拋光將拋光液輸送到拋光盤中，對載樣盤中的工件進行拋光，所述拋光盤采用硬質材料制成，所述的硬質材料與拋光液的化學物質無化學反應。本發明提供一種有效減少磨損、避免工件周邊產生塌邊、降低生產成本的改進的化學機械拋光方法。
文檔編號C09G1/00GK101116951SQ20071007043
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月1日 優先權日2007年8月1日
發明者偉 彭, 許雪峰, 馬冰迅 申請人:浙江工業大學