一种化学机械平坦化使用的钻石修整器及其加工方法与流程

1.本发明涉及修整器技术领域，特别地，涉及一种化学机械平坦化使用的钻石修整器。


背景技术：

2.集成电路芯片制造时要在每一个沈积层，包括晶体管，铜导线,锡导线，介电层等进行化学机械平坦化（chemical mechanical planarization或cmp），以便晶圆在光刻细微构造时可以精确聚焦。随着半导体节奌的缩小及晶体管数目的增加，cmp的次数越来越多。例如5nm节点的cmp次数可能多达百次。任何一次cmp的缺陷都可导致芯片良品率的下降及成本的增加。
3.cmp乃将晶圆反扣在一个旋转的抛光垫上。抛光垫表面涂布磨浆。磨浆内含化学液（如酸，碱，双氧水等）及纳米磨粒（如silica，alumina, ceria等）。但抛光垫表面必须不断以钻石碟修整，否则晶圆抛光速率会持绩下降。更有甚者，抛光垫上的磨屑会刮伤晶圆。因此钻石碟不仅是必要的耗材，甚至决定了cmp的效率及芯片的质量。钻石碟的主要功能是移除磨屑及切削抛光垫，维持抛光的速度及晶圆的平坦。
4.一般的钻石碟是在平坦的圆盘上布钻。因钻石大小不同，在圆盘上突出高度随机。通常刺入抛光垫的钻石尖点约为500颗，而且位置不能控制。更有甚者，最高的10颗钻石高点差异大于10微米。这些钻石尖点刺入抛光垫的深度太深，不仅会过度消耗抛光垫，也会推高抛光垫上的两侧绒毛，因而过度移除晶圆，造成晶圆局部凹陷。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明第一个目的是提供一种化学机械平坦化使用的钻石修整器，以最高点钻石共平面的组合式钻石修整器可以比传统钻石修整器以更多刺入抛光垫的钻石，进而可将抛光垫修整并产生大小适中、密度适中的绒毛。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种化学机械平坦化使用的钻石修整器，包括大盘，所述大盘上设有安装面，所述大盘的安装面上设有小锭，所述小锭背离所述安装面的端部安装有钻石，所述钻石突出于所述小锭的最高点为最高突出尖端，位于最高突出尖端下方60微米处的所述钻石颗粒数为1000颗-5000颗，位于最高突出尖端下方10微米处的钻石颗粒数为1颗-100颗。
7.优选的，所述小锭的直径为5毫米-20毫米。
8.优选的，所述钻石与所述小锭之间通过bni2焊料固定。
9.优选的，所述大盘上的小锭数目为4颗-20颗。
10.优选的，所述小锭上的所述钻石为80或100筛目。
11.优选的，所述小锭的基材为不锈钢ss316。
12.优选的，所述小锭突出于所述大盘安装面的高度范围为0.5毫米-2毫米。
13.优选的，所述小锭在大盘安装面上排列成单圈、双圈、多圈、放射状或螺旋状。
14.优选的，所述大盘为圆盘状，所述大盘的直径介于80-120毫米范围。
15.优选的，所述钻石修整器用于修整集成电路制程用cmp抛光垫。
16.上述钻石修整器所产生的技术效果主要体现在以下方面：由于钻石修整器要有足够的钻石尖点才能有效地切削抛光垫，使抛光垫表面产生大小适中及密度适中的绒毛，这些绒毛可以贮存磨浆，移除晶圆的突出部分，并使其平坦。如果绒毛细小，晶圆抛光速度太低。反之，绒毛粗大，晶圆局部抛光过度，会造成芯片缺陷。因此钻石碟上的尖点分布及数量必须在一最适范围，故采用将钻石修整器上的钻石设置为位于最高突出尖端下方60微米处的钻石颗粒数为1000颗-5000颗，位于最高突出尖端下方10微米处的钻石颗粒数为1颗-100颗，这些钻石能刺入抛光垫，也需保证这些尖点不能有鹤立鸡群的突出点，最终保证该钻石修整器所加工的抛光垫表面产生大小适中及密度适中的绒毛。
17.本发明第二个目的是提供一种加工方法，该加工方法所生产出的钻石修整器上的钻石突出端平整度较高，该钻石修整器所加工的抛光垫可产生大小适中、密度适中的绒毛。
18.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种上述化学机械平坦化使用的钻石修整器的加工方法，步骤一：准备一带孔的不锈钢大盘；步骤二：一孔一钻相对应，钻石粘在上附有焊片的小锭上；步骤三：在真空高温炉内加热，而后冷却得到硬焊钻石的小锭；步骤四：在不锈钢大盘的边缘上设置通孔；步骤五：将大盘放置于粗糙度小于1微米的平面上；步骤六：将步骤三中所形成的小锭钻石朝下放入大盘的通孔内，小锭钻石与步骤五中的平面接触，各小锭的钻石共一平面；步骤七：将大盘略抬起垫高，在通孔内注入环氧树脂固化后即形成钻石修整器。
19.优选的，经过所述真空高温炉使焊片至少部分熔化。
20.优选的所述小锭的直径为15毫米，所述小锭的厚度为6毫米，所述通孔的直径大于15毫米。
21.上述加工方法所产生的技术效果主要体现在以下方面：在小锭上的钻石以粗糙度小于1微米的平面作为基准平面，突出于小锭表面的钻石端部更加平整，有效避免产生鹤立鸡群的突出点，该钻石修整器所加工的抛光垫可产生大小适中、密度适中的绒毛。
附图说明
22.图1为实施例一的结构示意图，用于重点展示钻石修整器的整体构造；图2为传统钻石修整器和本发明钻石修整器的结构示意图，用于重点对比两者的钻石分布区别；图3为传统钻石修整器上钻石的高度、距离示意图；图4为本发明钻石修整器上钻石的高度、距离示意图。
23.附图标记：1、大盘；2、安装面；3、小锭；4、钻石；5、最高突出尖端；6、平面。
具体实施方式
24.以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
25.实施例一：一种化学机械平坦化使用的钻石修整器，参见图1，包括大盘1，本实施例中大盘1的形状最好选用圆形，当然也可选择其他性形状。该大盘1的材料选自金属、金属合金、有机聚合物、陶瓷材料、碳纤维、玻璃材料或上述材料的混合物其中之一的材料，以316l不锈钢材料为佳。
26.在大盘1上设有安装面2。在大盘1的安装面2上设有小锭3，小锭3的数量在1个或1个以上，本实施例中展示的小锭3数量为12个。小锭3圆周阵列分布于靠近大盘1外盘边所在的位置。
27.参见图2，在小锭3背离安装面2的端部安装有钻石4。该钻石4可为人造或非人造钻石4、多晶钻石4（pcd）、最硬结晶体、多晶材料、或上述材料的混合材料等组成。
28.该钻石4可透过一结合层固定于该小锭3上，该结合层可为一焊料层、一电镀层、一烧结层或一树脂层，该焊料层的材料可包括铜、铁、锡、镍、铬、锰、硅、铝、钛、硼、磷或前述组合，例如，该焊料层可为镍基金属焊料、镍钴合金焊料、铜锡钛合金焊料等。
29.该钻石4突出于小锭3的最高点为最高突出尖端5，位于最高突出尖端5下方60微米处的钻石4颗粒数为1000颗-5000颗，位于最高突出尖端5下方10微米处的钻石4颗粒数为1颗-100颗。
30.其中，小锭3的直径为5毫米-20毫米。这样可避免中间部分的钻石4尖点因抛光受压而无法刺入抛光垫。
31.钻石4与小锭3之间通过bni2焊料固定。bni-2为镍基钎料的一种，主要组成元素以ni为主，其次还含有降熔元素（melting point depressant element）b和si，以及其它元素。常用于钎焊不锈钢，可提升钻石4与小锭3之间的固定稳定性。
32.可根据实际情况，调整大盘1上小锭3的具体数目，大盘1上的小锭3数目可选择4颗-20颗。小锭3上的钻石4为80-100筛目。小锭3的基材为不锈钢ss316。小锭3突出于大盘1安装面2的高度范围为0.5毫米-2毫米。
33.此外，小锭在大盘安装面上排列成单圈、双圈、多圈、放射状或螺旋状。大盘为圆盘状，大盘的直径介于80-120毫米范围。圆盘状的小锭若位于大盘的内部则在修整抛光垫时，常被外部的小锭阻挡，使其难以发挥功能，故小锭最好排列于圆盘状大盘表面外周缘处，可在化学机械抛光过程中发生外缘修整的悬崖效应，这样就会增加工作颗粒。
34.实施例二：一种如实施例一中化学机械平坦化使用的钻石修整器的加工方法，该加工方法用于修整集成电路制程用cmp抛光垫。
35.先准备一不锈钢大盘1，不锈钢大盘1上设有通孔，通孔的直径最好略大于15mm，不锈钢模板最好采用直径为108毫米以及厚度为6毫米；再将钻石4与小锭3上的孔一一对应设置，钻石4粘在上附有焊片的小锭3上，每个小锭3上的钻石4为80-90筛目；经过所述真空高温炉使焊片至少部分熔化。该焊片材质为bni2焊料。真空高温炉
所加热的温度最好为1015摄氏度，加热时间最好为15分钟，而后冷却得到硬焊钻石4的小锭3；在不锈钢大盘1的边缘上设置通孔；将大盘1放置于粗糙度小于1微米的平面6上；将所形成的小锭3钻石4朝下放入大盘1的通孔内，小锭3钻石4与步骤五中的平面6接触，各小锭3的钻石4共一平面6；将大盘1略抬起垫高，在通孔内注入环氧树脂固化后即形成钻石修整器。
36.上述加工方法中，整个钻石修整器是将小锭3置入大盘1通孔内反转固定而成。
37.参见图2所示，传统钻石修整器在平坦的不锈钢圆盘上布钻，并以金属固定钻石4。固定的方法包括电镀镍及硬焊镍合金。这种全面布钻的方法有其限制。因钻石4大小不同，在圆盘上突出高度随机。通常刺入抛光垫的尖奌约为500颗，而且位置不能控制。更有甚者，最高的10颗钻石4高点差异常大于10微米。这些尖点会刺入抛光垫太深（＞60微米），这様不仅过度消耗了抛光垫，也会因存在尖点特别突出的钻石4（杀手钻石）推高了两侧的绒毛，造成晶圆局部的凹陷。
38.如图3所示意传统钻石修整器上钻石4的高度、距离示意图。其存在明显的尖点特别突出的钻石4（杀手钻石）。本发明的钻石修整器上的钻石则是以粗糙度小于1微米的平面作为基准，组合式设计控制最高点钻石的数量及分布，强制使各小锭上的最高钻石共一平面，并以环氧树脂固定全部小锭。经测量，这种设计可使突出高度在最高范围内的钻石尖点多于1000颗。由于排除了尖点特别突出的钻石（杀手钻石），可刺入抛光垫的钻石，进而修整并产生更多绒毛。
39.如图4所示意本发明钻石修整器上钻石的高度、距离示意图。其不存在明显的尖点特别突出的钻石（杀手钻石）且尖点高度稳定。当然，以上只是本发明的若干实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

技术特征：
1.一种化学机械平坦化使用的钻石修整器，包括大盘(1)，所述大盘(1)上设有安装面(2)，其特征是：所述大盘(1)的安装面(2)上设有小锭(3)，所述小锭(3)背离所述安装面(2)的端部安装有钻石(4)，所述钻石(4)突出于所述小锭(3)的最高点为最高突出尖端(5)，位于最高突出尖端(5)下方60微米处的所述钻石(4)颗粒数为1000颗-5000颗，位于最高突出尖端(5)下方10微米处的钻石(4)颗粒数为1颗-100颗。2.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述小锭(3)的直径为5毫米-20毫米。3.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述钻石(4)与所述小锭(3)之间通过bni2焊料固定。4.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述大盘(1)上的小锭(3)数目为4颗-20颗。5.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述小锭(3)上的所述钻石(4)为80-100筛目。6.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述小锭(3)的基材为不锈钢ss316。7.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述小锭(3)突出于所述大盘(1)安装面(2)的高度范围为0.5毫米-2毫米。8.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述小锭在大盘安装面上排列成单圈、双圈、多圈、放射状或螺旋状。9.根据权利要求1所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述大盘为圆盘状，所述大盘的直径介于80-120毫米范围。10.根据权利要求1-9任意一项所述的化学机械平坦化使用的钻石修整器，其特征是：所述钻石修整器用于修整集成电路制程用cmp抛光垫。11.一种如权利要求10所述化学机械平坦化使用的钻石修整器的加工方法，其加工步骤如下：步骤一：准备一带孔的不锈钢大盘(1)；步骤二：一孔一钻相对应，钻石(4)粘在上附有焊片的小锭(3)上；步骤三：在真空高温炉内加热，而后冷却得到硬焊钻石(4)的小锭(3)；步骤四：在不锈钢大盘(1)的边缘上设置通孔；步骤五： 将大盘(1)放置于粗糙度小于1微米的平面(6)上；步骤六：将步骤三中所形成的小锭(3)钻石(4)朝下放入大盘(1)的通孔内，小锭(3)钻石(4)与步骤五中的平面(6)接触，各小锭(3)的钻石(4)共一平面(6)；步骤七：将大盘(1)略抬起垫高，在通孔内注入环氧树脂固化后即形成钻石修整器，小锭（3）乃置入大盘（1）通孔内反转固定而成。12.根据权利要求11所述的加工方法，其特征是：经过所述真空高温炉使焊片至少部分熔化。13.根据权利要求11所述的加工方法，其特征是：所述小锭(3)上的所述钻石(4)为80-90筛目。

技术总结
本发明提供了一种化学机械平坦化使用的钻石修整器及其加工方法。本发明包括大盘，所述大盘上设有安装面，所述大盘的安装面上设有小锭，所述小锭分布于靠近所述大盘外盘边所在的位置，所述小锭背离所述安装面的端部安装有钻石，所述钻石突出于所述小锭的最高点为最高突出尖端，位于最高突出尖端下方60微米处的所述钻石颗粒数为1000颗-5000颗，位于最高突出尖端下方10微米处的钻石颗粒数为1颗-100颗。上述钻石修整器以最高点钻石共平面的组合式钻石修整器可以比传统钻石修整器以更多刺入抛光垫的钻石，进而可将抛光垫修整并产生大小适中、密度适中的绒毛。密度适中的绒毛。密度适中的绒毛。


技术研发人员：宋健民
受保护的技术使用者：浙江富研新型材料有限公司
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2023/7/31