專利名稱：化學(xué)機(jī)械拋光液和拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)領(lǐng)域，涉及應(yīng)用于半導(dǎo)體材料(如單晶硅片)、氧化物(如玻璃)和金屬(如銅、鎢、鉭)等材料的化學(xué)機(jī)械拋光加工以及半導(dǎo)體部件制造工序 (如淺溝道隔離、Cu/低k介質(zhì)平坦化等)的化學(xué)機(jī)械拋光加工技術(shù)，尤其涉及一種化學(xué)機(jī) 械拋光液，采用該拋光液的拋光方法以及該拋光液的制備方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing，簡(jiǎn)稱CMP)，又稱化學(xué)機(jī)械平坦 化(Chemical Mechanical Planarization)，是機(jī)械研磨和化學(xué)腐蝕的組合技術(shù)，它借助超 微粒子的研磨作用以及拋光液(漿料)的化學(xué)腐蝕作用，在化學(xué)成膜和機(jī)械去膜的交替過(guò) 程中，從被研磨的介質(zhì)表面上去除極薄的一層材料，實(shí)現(xiàn)超精密平坦表面加工。化學(xué)機(jī)械拋 光廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體(如單晶硅片)、氧化物(如玻璃)和金屬(如銅、鎢、鉭)等材料的加 工以及半導(dǎo)體部件的制造工序(如淺溝道隔離(Shallow Trench Isolation，STI)、Cu/低 k介質(zhì)平坦化等)。典型的CMP用拋光液包含固液兩相，液相主要由去離子水和氧化劑、表面活性劑、 緩沖劑、腐蝕抑制劑等化學(xué)組分組成；固相主要由磨粒組成，包括氧化鋁、氧化硅、氧化鈰等 無(wú)機(jī)氧化物，磨粒尺寸一般為20 50nm。在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，晶片表面與拋光墊表面 是相互接觸的，納米級(jí)磨粒部分嵌入于拋光墊中，部分壓入拋光片表面，發(fā)生二體磨損。如 果磨粒在加工過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚，容易在工件表面留下劃痕。在工件與拋光墊的極小間隙中， 拋光產(chǎn)物也容易劃傷拋光片表面；拋光產(chǎn)物也可能嵌入拋光墊中，不斷劃傷拋光片表面。針對(duì)上述問題，日本Toshiba集團(tuán)半導(dǎo)體公司以及JSR集團(tuán)精密電子研究實(shí)驗(yàn)室 的研究人員，參考文獻(xiàn)1，在2001年提出利用無(wú)機(jī)磨粒(Al2O3)/有機(jī)粒子(樹脂)組成 的復(fù)合磨粒拋光液對(duì)鋁、鈮及低k材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，即基于傳統(tǒng)軟質(zhì)拋光墊下利用 復(fù)合磨粒拋光液的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)。如圖1所示，所謂無(wú)機(jī)磨粒/有機(jī)樹脂粒子組成的 復(fù)合磨粒是指在拋光液中除了常規(guī)磨粒外還加入樹脂粒子，這兩種粒子在拋光液中所帶的 表面電位不同，通過(guò)靜電力的作用，它們相互吸引在一起，形成內(nèi)核為大顆粒樹脂，外殼包 裹小粒徑磨粒的復(fù)合磨粒。利用無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合磨粒拋光液進(jìn)行CMP加工的原理為單一磨粒拋光液CMP時(shí)， 由于磨粒的粒徑小，且軟質(zhì)拋光墊表面比較粗糙，導(dǎo)致只有少量磨粒與晶片接觸；樹脂粒子 較軟，試驗(yàn)表明無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片材料的去除；當(dāng)二者形成復(fù)合磨粒時(shí)，復(fù)合磨粒的粒徑較氧 化鋁磨料大得多，包裹在樹脂粒子表面的磨粒濃度高，與工件接觸的機(jī)會(huì)增大，材料去除作 用增強(qiáng)。同時(shí)，樹脂粒子具有較好的彈性，在拋光墊與工件之間起到微型拋光墊的作用，可 以避免凝聚成團(tuán)的磨粒、拋光生成物或異物對(duì)晶片的劃傷，提高了表面質(zhì)量。與單一磨料拋 光液相比，這種方法獲得的拋光速率更高，晶片表面的缺陷更少。在專利文獻(xiàn)a中公開了在水系介質(zhì)中含有二氧化硅粒子、聚合物粒子和陽(yáng)離子 型化合物的研磨液組合物，用于精密部件用晶片的平整化。專利文獻(xiàn)b中也公開了拋光液中含有“有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合磨?！钡幕瘜W(xué)機(jī)械拋光用水分散液，用于銅膜和絕緣膜的拋光加工。上述研究或?qū)＠涊d的拋光液中增加了聚合物粒子，以提高拋光的材料去除率和 表面質(zhì)量。但這些聚合物粒子，都不具有磁性，無(wú)法通過(guò)輔助磁場(chǎng)對(duì)其施加磁力把持。
傳統(tǒng)CMP工藝中，由聚氨酯材料做成的軟質(zhì)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(guò)程中，由于工件、磨料和拋光墊相互作 用，拋光墊承受周期性的剪切應(yīng)力，不斷磨損，并被磨屑阻塞。拋光墊的損壞將導(dǎo)致拋光穩(wěn) 定性變差，效率降低。拋光墊磨損表面可定期用一個(gè)金剛石磨料盤修整，但修正工藝增加了 生產(chǎn)成本，同時(shí)減少了拋光墊的使用壽命。另一方面，由于拋光墊在工件周邊的彈性變形嚴(yán) 重，造成工件周邊應(yīng)力集中，工件非常容易產(chǎn)生塌邊現(xiàn)象。在軟質(zhì)拋光墊環(huán)境下要消除工件 塌邊缺陷十分困難。為此，日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所提出了一種基于硬質(zhì)拋光器下利用復(fù)合磨粒 拋光液的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)，參考文獻(xiàn)2，如圖2所示，該技術(shù)去除了傳統(tǒng)CMP中的軟質(zhì) 聚氨酯拋光墊，在拋光過(guò)程中，由聚合物粒子和磨粒形成的復(fù)合磨粒被把持在硬質(zhì)拋光器 (一般為玻璃材料)表面上通過(guò)研磨而成的微觀凹槽中，它們?cè)诠ぜc拋光器之間起著無(wú) 數(shù)個(gè)微型拋光墊的作用，工件與拋光器不直接接觸，從而避免了傳統(tǒng)拋光由拋光墊引起的 種種缺點(diǎn)。日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所提出的硬質(zhì)拋光器可用無(wú)孔隙的玻璃或鑄鐵等硬 質(zhì)材料制成，這與專利文獻(xiàn)C中公開的由六方氮化硼拋光盤有本質(zhì)的區(qū)別。專利文獻(xiàn)C
提出的是孔隙率為20-70%的六方氮化硼陶瓷材料，彈性模量為20GPa(具體實(shí)驗(yàn)例均小于 IOGPa)，比玻璃的彈性模量(約55GPa)或鑄鐵的彈性模量(約155GPa)都要小很多。換言 之，低的彈性模量以及適合的孔隙率才構(gòu)成了專利文獻(xiàn)C提出的拋光盤的適用性。到目 前為止，基于無(wú)孔隙玻璃或鑄鐵材質(zhì)拋光盤，利用單一 Si02、Al203磨粒拋光液的拋光實(shí)例還 未見報(bào)道。在基于硬質(zhì)拋光器下利用復(fù)合磨粒拋光液的化學(xué)機(jī)械拋光工藝中，只有那些被硬 質(zhì)拋光器微觀凹坑“把持”的復(fù)合磨粒才能對(duì)晶片起劃擦去除作用。復(fù)合磨粒尺寸相對(duì)“凹 坑”太小，則工件可能與拋光器表面直接劃擦；復(fù)合磨粒尺寸相對(duì)“凹坑”太大，則無(wú)法被把 持。因此，基于硬質(zhì)拋光器的拋光工藝要求拋光器微觀形貌(或表面粗糙度值)與復(fù)合磨 粒的直徑尺寸相適應(yīng)，拋光器表面需通過(guò)精密研磨加工得到。但在實(shí)際拋光中，復(fù)合磨粒除 摩擦工件外，同時(shí)還對(duì)硬質(zhì)拋光器的表面產(chǎn)生磨損。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的拋光，硬質(zhì)拋光器的表 面也越來(lái)越平整光滑，表面粗糙度值越來(lái)越小，拋光器對(duì)復(fù)合磨粒的“把持力，，逐漸減小，導(dǎo) 致拋光效率降低。試驗(yàn)表明，一般經(jīng)過(guò)5小時(shí)左右的拋光，硬質(zhì)拋光器表面粗糙度值就會(huì)減 小一級(jí)(如從Ra3. 2 μ m變化到Ral. 6 μ m)，需重新研磨修整。參考文獻(xiàn)3，Zhou Wenjun 等在拋光液中添加進(jìn)金屬皂化粒子，試圖降低復(fù)合磨粒對(duì)拋光器的磨損，但這種方法只能 緩解磨損速度，并不能徹底根除存在的問題。此外，文獻(xiàn)表明已有多種磁場(chǎng)輔助的拋光技術(shù)Y. Tani和K. Kawati4最早提出了利用磁性液體進(jìn)行精密加工的技術(shù)。該技術(shù) 將盛有非磁性磨磨粒(碳化硅，直徑4 μ m，體積含量40%)和磁性液體(直徑為100-150 A 的Fe3O4磁性微粒均勻地混合在二十烷基萘基液中)均勻混合液的圓形容器放置在輔助磁 場(chǎng)中。磁場(chǎng)梯度使磨粒浮起并與浸在磁性液體中的工件相接觸。為了獲得較大的拋光壓力，Umehara5等人在磁性液體中放一個(gè)“浮體”，在磁場(chǎng)的作用下，磁性液體給“浮體”以 力的作用，使其與工件相接觸，通過(guò)“浮體”與工件間的磨粒來(lái)進(jìn)行拋光。因此，這種拋光方 法的特點(diǎn)是無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)磨粒與磁性粒子物理混合在一起，磁場(chǎng)作用時(shí)磨粒與磁性粒子則 是分離的，上層磨?？肯蚬ぜ粋?cè)，下層磁性粒子靠向磁場(chǎng)一側(cè)。
Kurobe6等則提出了另一種磁場(chǎng)輔助精密拋光技術(shù)。柔性的橡膠墊將銅拋光 盤槽底部的磁性液體密封，拋光液放在橡膠墊的上方，與磁性液體隔開，工件則浸于拋光液 中。在磁場(chǎng)的作用下，磁性液體受力并作用到橡膠墊拋光盤上，柔性的橡膠墊拋光盤受力變 形，使其形狀與工件面形相吻合來(lái)對(duì)工件進(jìn)行拋光的。因此，這種拋光方法的特點(diǎn)是磨粒與 磁性粒子是分離的。T. Shinmura7提出的磁力研拋法則是將被加工工件與很多磁性磨粒相接觸，在 外磁場(chǎng)的作用下，磁性磨粒聚集在一起形成“磁粉刷”。當(dāng)工件與“磁粉刷”有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 它們之間相互摩擦，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的拋光。磁性磨粒是一種平均粒徑約為150 μ m的粒狀 體，由磁化率大的鐵粉和磨削能力強(qiáng)的氧化鋁粉或碳化硅粉等按一定比例混合而成的固體 顆粒。W. I. Kordonski等8提出利用磁流變拋光液在磁場(chǎng)中的流變性進(jìn)行拋光的磁流 變拋光(magnetorheological finishing, MRF)技術(shù)。磁流變液是一種微米級(jí)的磁性粒子 分散于絕緣載液中而形成的非膠體懸浮液，常用的磁性粒子一般有羰基鐵粒子或鐵氧體粒 子。磁流變拋光液則由向磁流變液中加入一定量的磨粒經(jīng)攪拌獲得。磁流變拋光原理磁 流變拋光液隨運(yùn)動(dòng)盤流經(jīng)工件與盤的間隙；施加梯度磁場(chǎng)時(shí)，拋光液中的磁性粒子向梯度 磁場(chǎng)大的一側(cè)移動(dòng)，并形成柱狀或團(tuán)簇狀的結(jié)構(gòu)，磁流變拋光液變硬，而磨粒則浮于拋光液 的表面；當(dāng)工件與運(yùn)動(dòng)盤形成的很小空隙時(shí)，變硬的拋光液對(duì)工件表面與之接觸的區(qū)域產(chǎn) 生很大的剪切力，從而使工件表面材料被去除。由上可知，已有的磁場(chǎng)輔助拋光技術(shù)所采用的拋光液包含純磁性粒子(羰基鐵粒 子等)和磨粒兩種粒子，磁性粒子和磨粒各自獨(dú)立地分散在拋光液中，拋光液中的磁性粒 子由于受梯度磁場(chǎng)的作用與磨粒分層存在，這樣就導(dǎo)致材料去除率和表面質(zhì)量難于控制。 而在磁力研拋中，磁性磨料中的鐵粉和磨粒是一起作用于工件表面的，這樣使得表面質(zhì)量 受到較大影響。參考文獻(xiàn)[1]Hiroyuki Yano, Yukiteru Matsui, Gaku Minamihaba, Nobuo Kawahashi, Masayuki Hattori, High-performance CMP Slurry with Inorganic/Resin Abrasivefor Al/Low k Damascene, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2001,671 :M2. 4. 1-M2. 4. 6[2]Y. Lu, Y. Tani, K. Kawata, Proposal of New Polishing Technology without Usinga Polishing Pad, CIRP Annals-Manufacturing Technology,2002,51 (1) :255_258[3]Zhou Wenjun, Tani Yasuhiro and Kawata Kenji, Proposal of 5-Body FinishingTechnology for Long Tool Life,7th International Conference on Progress ofMachining Technology,275-280[4]Y. Tani and K. Kawata, Development of High-Efficiency Fine Finishing ProcessUsing Magnetic Fluid, CIRP Annals-Manufacturing Technology,1984,33 (1) 217-220
[5]Umehara N. , Kato. K and I. Kanagawa, Magnetic Fluid Grinding of Ceramic FlatSurfaces, Electromagnetic Forces and Applications, Elsevier Science Publishers,1992，143-146[6]T. Kurobe and 0. Imanaka, Magnetic Field-Assisted Fine Finishing, PrecisionEngineering,1984,6(3), 119-124,[7] T. Shinmura, K. Takazawa, E. Hatano, M. Matsunaga, T. Matsuo, Study onMagnetic Abrasive Finishing,CIRP Annals-Manufacturing Technology,1990,39 (1) 325-328[8] I. V. Prokhorov, W. I. Kordonski, L. K. Gleb, G. R. Gorodkin and M. L. Levin, NewHigh-precision Magnetorheological Instrument-Based Method of PolishingOptics，OSA OF&T Workshop Digest 24，1992，134-136專利文獻(xiàn)a研磨液組合物，公開號(hào)CN 1517424A ； 專利文獻(xiàn)b:半導(dǎo)體基板的化學(xué)機(jī)械拋光方法和化學(xué)機(jī)械拋光用水分散液，公開 號(hào)CN 1434491A ；專利文獻(xiàn)C一種用于化學(xué)機(jī)械拋光的拋光盤及其制造方法，公開號(hào) CN1174869A ；

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)機(jī)械拋光液及使用該拋 光液的拋光方法，在對(duì)半導(dǎo)體基片、氧化物和金屬等材料以及半導(dǎo)體部件制程中Cu/低k介 質(zhì)等進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，可以提高拋光速率，控制并減小拋光面塌邊或者提高金屬互連 層平坦性。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案一種化學(xué)機(jī)械拋光液，包括液體，液體中分布有復(fù)合磨粒，所述復(fù)合磨粒由大顆粒 磁性聚合物粒子外面依附小粒徑磨料構(gòu)成，所述磁性聚合物粒子由聚合物材料包裹磁性材 料構(gòu)成。其中，液體主要為去離子水，還可包括PH調(diào)節(jié)劑、氧化劑、表面活性劑、緩沖劑、腐 蝕抑制劑等化學(xué)組分組成，所述磨料和磁性聚合物粒子在拋光液中所占的比例為1 20重 量％。為了保證拋光效果，磁性聚合物粒子和磨料的粒徑比優(yōu)選為10 1000 1，拋光液 中磁性聚合物粒子和磨料的質(zhì)量比優(yōu)選為1 0.5 1。一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，采用如上所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，利用輔助磁場(chǎng)將復(fù)合 磨粒把持在軟質(zhì)拋光墊或者硬質(zhì)拋光器表面，對(duì)拋光材料的被拋光面進(jìn)行拋光。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方案在拋光液的組成以及在拋光時(shí)復(fù)合磨粒的作用機(jī)制 方面有本質(zhì)的區(qū)別。將磁性粒子與聚合物材料復(fù)合成磁性聚合物微球，并使磁性聚合物微 球與磨粒相互吸附組成磨粒(殼)/磁性聚合物(核)結(jié)構(gòu)的磁性復(fù)合磨粒；這樣，拋光液 中的磁性復(fù)合磨粒在輔助磁場(chǎng)的作用下通過(guò)磁力被把持在拋光區(qū)域內(nèi)，即被把持在軟質(zhì)拋 光墊或硬質(zhì)拋光器與工件之間，起到微型拋光墊的作用，吸附在磁性聚合物粒子表面的磨 粒通過(guò)拋光壓力作用下對(duì)工件表面產(chǎn)生機(jī)械劃擦，去除工件表面的腐蝕層，從而達(dá)到更高 的拋光速度和更好的平坦化的目的。應(yīng)用軟質(zhì)拋光墊時(shí)，參與拋光的磁性復(fù)合磨粒數(shù)量得 到增加，材料去除效率提高；應(yīng)用硬質(zhì)拋光器時(shí)，磁性復(fù)合磨粒對(duì)硬質(zhì)拋光器的表面形貌依賴性降低，材料去除效率顯著提高。下面對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明對(duì)于磨料和磁性聚合物粒子上述磨料，可以舉出二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈰(CeO2)、二氧化鋯 (&02)、二氧化鈦(TiO2)和二氧化錳(MnO2)等無(wú)機(jī)粒子。其中優(yōu)選二氧化硅。作為這種二 氧化硅可以列舉膠態(tài)二氧化硅粒子、煅制二氧化硅粒子等。而且其中優(yōu)選膠態(tài)二氧化硅粒 子。膠態(tài)二氧化硅粒子形狀接近球狀，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定分散在水系介質(zhì)，有利于減少對(duì)被拋光 表面的刮痕。膠態(tài)二氧化硅粒子可以通過(guò)硅酸鈉等硅酸堿金屬鹽水解縮合的溶膠凝膠法合 成；煅制二氧化硅粒子可以通過(guò)四氯化硅等揮發(fā)性硅化合物在氫氧燃燒器進(jìn)行氣相水解法 制備。為了在拋光時(shí)既可以獲得較半滑的表面，又可保持較高的材料去除率，二氧化硅粒子 的平均粒徑優(yōu)選為1 lOOOnm、更優(yōu)選為5 200nm、進(jìn)一步優(yōu)選為20 lOOnm。上述磁性聚合物粒子，是由核為磁性材料、殼為聚合物材料的核-殼型磁性聚合 物粒子，如圖3所示；或者內(nèi)外層為聚合物材料、中間層(核)為磁性材料的殼-核-殼型 磁性聚合物粒子，如圖4所示。其中聚合物材料可以舉出(1)聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯等碳鏈聚合物，(2)聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚砜等雜鏈聚合物，(3)有機(jī)硅樹脂等元素有機(jī)聚合 物等。這些聚合物材料中，具體優(yōu)選聚苯乙烯和苯乙烯類共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯等(甲 基)丙烯酸樹脂和(甲基)丙烯酸類共聚物，以及具有這些交聯(lián)結(jié)構(gòu)的共聚物。其中磁性材料粒子可以舉出(l)Ni、Co、Fe等金屬納米粒子及其合金(如Ni_Fe、 Co-Fe)的金屬系列磁性粒子，(2) Fe304、Y-Fe3O4、MeFe2O4 (Me = Mn、Co、Ni)等鐵酸鹽系列 磁性粒子，(3)氮化鐵系列磁性粒子，(4)有機(jī)磁性粒子。這些磁性粒子可用機(jī)械研磨法、化 學(xué)共沉淀法、熱分解法、兩相法以及水溶液吸附_有機(jī)相分散法等方法制備。這些磁性粒子 中，具體優(yōu)選形狀為球形(或針狀)、粒徑(或長(zhǎng)徑)5 200nm的Fe3O4磁性粒子，在制備 磁性復(fù)合粒子時(shí)，這樣粒徑的磁性粒子容易包裹在聚合物粒子內(nèi)部，避免磁性粒子劃傷拋 光表面。上述磁性聚合物粒子，可采用制備磁性粒子的同時(shí)獲得所需磁性聚合物粒子的一 步法，或者先制備磁性粒子再用適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc聚合物結(jié)合的兩步法。其中優(yōu)選兩步法。上 述磁性聚合物粒子之一，即核為磁性粒子、殼為聚合物的粒子磁性聚合物粒子，可采用原子 轉(zhuǎn)移自由基聚合法、溶脹法、乳液聚合法、分散聚合法、懸浮聚合法以及包埋法等方法制備。 上述磁性聚合物粒子之一，即內(nèi)外層為聚合物、中間層為磁性粒子的磁性聚合物粒子，可采 用兩步聚合法第一步先制備單分散、穩(wěn)定性好的帶有功能基團(tuán)的聚合物粒子，再采用化學(xué) 還原法或界面沉淀法將無(wú)機(jī)磁性粒子接在聚合物粒子表面；第二步在覆蓋有磁性粒子的聚 合物粒子表面引發(fā)單體聚合并包裹種子而制得內(nèi)外層為聚合物、中間層為磁性粒子的磁性 聚合物粒子。為了在拋光時(shí)既可以獲得較平滑的表面，又可保持較高的材料去除率，上述磁性 聚合物粒子的平均粒徑優(yōu)選為500 20000nm、更優(yōu)選為1000 15000nm、進(jìn)一步優(yōu)選為 3000 lOOOOnm。上述磁性聚合物粒子的飽和磁化強(qiáng)度優(yōu)選為5 lOOemu/g、更優(yōu)選為10 50emu/g、進(jìn)一步優(yōu)選為 20 30emu/g。
對(duì)于復(fù)合磨粒上述拋光液中含有的磨料和磁性聚合物粒子，以殼(磨料)/核(磁性聚合物粒子)型結(jié)構(gòu)的復(fù)合磨粒形式存在，如圖5所示，即磨料和磁性聚合物粒子在拋光液中形成不 易分離的、組合在一體的粒子。上述復(fù)合磨粒，可以在一定的pH范圍的水系中，由于磨料和磁性聚合物粒子具有 符號(hào)不同Zeta電位或者Zeta電位的絕對(duì)值差距較大，磨料通過(guò)靜電力吸附在磁性聚合物 粒子表面實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)磨料和磁性聚合物粒子的Zeta電位同號(hào)，或者Zeta電位的絕對(duì)值 相差不大時(shí)，可以使用陰離子型表面活性劑或陽(yáng)離子型表面活性劑，改變磨料或磁性聚合 物粒子的Zeta電位值，優(yōu)選采用活性劑改變磁性聚合物粒子Zeta電位的方法。上述陽(yáng)離子型表面活性劑，可以舉出胺鹽型、季銨鹽型陽(yáng)離子型表面活性劑。優(yōu) 選季銨鹽型陽(yáng)離子型表面活性劑，更優(yōu)選高分子型季銨鹽，特別優(yōu)選聚二甲基二烯丙基氯 化銨。上述陰離子型表面活性劑，可以舉出磺酸鹽型、硫酸酯和磷酸酯型陰離子型表面活 性劑。優(yōu)選磺酸鹽型陽(yáng)離子型表面活性劑，更優(yōu)選高分子型磺酸鹽，特別優(yōu)選聚苯乙烯磺酸 鈉。為了使得改性后的磁性聚合物粒子的Zeta電位足夠保證通過(guò)靜電力吸附磨料， 從而形成殼/核型結(jié)構(gòu)的復(fù)合磨粒，上述表面活性劑的用量，根據(jù)磁性聚合物粒子的量確 定，以表面活性劑在磁性聚合物粒子表面達(dá)到飽和吸附為原則，在磁性聚合物粒子的量在 100重量％基礎(chǔ)下，優(yōu)選10重量％以下，更優(yōu)選5 0.01重量％，特別優(yōu)選2 0. 05重量％。對(duì)于拋光液的配制本發(fā)明拋光液，根據(jù)拋光對(duì)象不同，可選用不同pH值。酸性拋光液的PH值，優(yōu)選 為1 6，更優(yōu)選為2 5，特別優(yōu)選為3 4。堿性拋光液的pH值，優(yōu)選為7 13，更優(yōu)選 為8 12，特別優(yōu)選為9 11。上述拋光液的pH值，可使用pH調(diào)節(jié)劑。作為pH調(diào)節(jié)劑， 可列舉硝酸、鹽酸、硫酸等無(wú)機(jī)酸，醋酸、草酸、蘋果酸、苯甲酸、水楊酸等有機(jī)酸，氫氧化鈉、 氫氧化鉀等堿金屬氫氧化物，以及氨水、水溶性有機(jī)胺等。本發(fā)明拋光液，可以根據(jù)需要加入各種添加劑?？梢粤信e氧化劑、分散劑等。作為 氧化劑，可以列舉過(guò)氧化氫及其衍生物、過(guò)氧化脲、過(guò)氧甲酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硫酸鹽、高碘酸 及其鹽等。作為分散劑，可以列舉陰離子型表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑、非離子型表 面活性劑等表面活性劑。其中優(yōu)選非離子型表面活性劑，可以列舉為聚乙烯醇、脂肪醇聚氧 乙烯醚、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯烷基胺等。本發(fā)明拋光液的配制方法，優(yōu)選的方法有先將除磁性聚合物粒子以外的拋光液 的其他組分按比例混合并經(jīng)超聲波攪拌，再加入磁性聚合物粒子或加入經(jīng)表面活性劑改性 的磁性聚合物粒子，最后經(jīng)超聲波攪拌制得。本發(fā)明拋光液，還可采用磁性聚合物粒子與市售的化學(xué)機(jī)械拋光液混合得到。可 以列舉堿性二氧化硅(SiO2)拋光液與具有正Zeta電位的磁性聚合物粒子混合得到，酸性 氧化鋁(Al2O3)磨粒拋光液與具有負(fù)Zeta電位的磁性聚合物粒子混合得到。對(duì)于輔助磁場(chǎng)本發(fā)明拋光方法，設(shè)置有輔助磁場(chǎng)。拋光液中的磁性復(fù)合粒子在磁力的作用下被 把持在拋光墊或者拋光器上，促進(jìn)拋光的材料去除率，提高表面質(zhì)量。
上述的輔助磁場(chǎng)，可以由永磁體產(chǎn)生，或者由電磁發(fā)生裝置產(chǎn)生。上述的永磁體可 以列舉出天然的磁石和人造磁鋼，優(yōu)選選用人造磁鋼。人造磁鋼可以列舉出釹鐵硼磁鐵、釤 鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵等，優(yōu)選選用釹鐵硼磁鐵。永磁體的截面形狀可以列舉出 圓形、圓環(huán)形、正方形、長(zhǎng)方形等，以及不同截面形狀的組合體。上述的電磁發(fā)生裝置可以列 舉單芯柱或多芯柱直流、交流電磁發(fā)生裝置。發(fā)生裝置的截面形狀可以列舉出圓形、圓環(huán) 形、正方形、長(zhǎng)方形等。輔助磁場(chǎng)裝置設(shè)置在拋光盤的下方、上方以及其他需要的位置，為保證作用效果 和方便布置，優(yōu)選布置在拋光盤的下方。上述的輔助磁場(chǎng)的作用區(qū)域可以列舉拋光區(qū)域、拋 光區(qū)域周圍以及其他需要的區(qū)域，為保證作用效果和方便布置，優(yōu)選作用區(qū)域?yàn)閽伖鈪^(qū)域。對(duì)于拋光裝置本發(fā)明拋光方法，使用的裝備，如圖6、圖7所示，包括固定和夾持被拋光工件的載 樣盤、載樣盤的加壓裝置、鋪貼有軟質(zhì)拋光墊的拋光盤或者固定有硬質(zhì)拋光器的拋光盤、輔 助磁場(chǎng)裝置、拋光液供給裝置等。上述的軟質(zhì)拋光墊可以列舉的有毛氈墊、多孔合成革墊、聚氨酯發(fā)泡固化墊、無(wú)織 紋聚氨酯墊。上述的硬質(zhì)拋光器材料可以列舉的有玻璃、陶瓷、鑄鐵、鐵合金、有色金屬等， 優(yōu)選玻璃、陶瓷材質(zhì)的硬質(zhì)拋光器。上述拋光器的玻璃材質(zhì)可以列舉的有鈉鈣玻璃、鋁鎂玻 璃、鉀玻璃、鉛玻璃、硼硅玻璃和石英玻璃等，優(yōu)選鈉鈣玻璃、石英玻璃，更優(yōu)選鈉鈣玻璃。上 述的拋光器的陶瓷材質(zhì)可以列舉的有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硅、氮化硼等，優(yōu)選氧化 鋁、氧化鋯陶瓷，更優(yōu)選氧化鋁陶瓷。上述的輔助磁場(chǎng)裝置可以列舉的有永磁體磁場(chǎng)發(fā)生裝 置，電磁場(chǎng)發(fā)生裝置。對(duì)于拋光工藝作為本發(fā)明的磁場(chǎng)輔助的化學(xué)機(jī)械拋光的對(duì)象，以精密部件用基片為代表的被拋 光物的材質(zhì)，可以舉出硅、鋁、銅、鎢、鉭等半金屬或金屬，二氧化硅、氧化鋁、氮化硅等氧化 物，砷化鎵、氮化鎵等半導(dǎo)體化合物，氟摻雜的氧化硅、聚酰胺類樹脂等低介電常數(shù)材料。作為本發(fā)明的磁場(chǎng)輔助的化學(xué)機(jī)械拋光的方法，優(yōu)選的是，以精密部件用基片為 代表的被拋光物粘貼或夾持在載樣盤上，載樣盤在拋光壓力的作用下壓向軟質(zhì)拋光墊或者 硬質(zhì)拋光器，載樣盤和拋光盤分別轉(zhuǎn)動(dòng)，載樣盤和拋光盤的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為大小方向相同，拋光 液供給裝置則將本發(fā)明的磁性復(fù)合磨粒拋光液供應(yīng)到軟質(zhì)拋光墊或者有硬質(zhì)拋光器上，拋 光液中的磁性復(fù)合磨粒受輔助磁場(chǎng)的磁力作用，被把持在拋光區(qū)域，促進(jìn)化學(xué)機(jī)械拋光中 的機(jī)械劃擦作用，促進(jìn)材料去除率，提高被拋光物的表面質(zhì)量。本發(fā)明的磁場(chǎng)輔助的化學(xué)機(jī)械拋光的方法，載樣盤和拋光盤的轉(zhuǎn)速為20 200rpm，優(yōu)選40 lOOrpm。而且固定精密部件用基片的載樣盤對(duì)拋光盤的壓強(qiáng)為0. 5kPa 100. OkPa,優(yōu)選 10. OkPa 50. OkPa,更優(yōu)選 15. OkPa 30. OkPa。本發(fā)明的磁場(chǎng)輔助的化學(xué)機(jī)械拋光的方法，拋光液供給裝置向拋光盤供給磁性復(fù) 合磨粒拋光液的供給量，優(yōu)選為20 500ml/min，更優(yōu)選100 300ml/min。此外，本發(fā)明的磁場(chǎng)輔助的化學(xué)機(jī)械拋光的方法，在拋光墊或拋光器表面的磁場(chǎng) 強(qiáng)度為5 lOOOmT，優(yōu)選為10 500mT，更為優(yōu)選為30 100mT。本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，在對(duì)半導(dǎo)體基片、氧化物和金屬等材料以及 半導(dǎo)體部件制程中Cu/低k介質(zhì)等進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，可以提高拋光速率，控制并減小拋光面塌邊，提高拋光工件的金屬表面質(zhì)量；尤其是在采用硬質(zhì)拋光器進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)， 不僅可以避免拋光面塌邊，還可顯著提高材料去除率；同時(shí)，還可以極大降低對(duì)拋光墊或者 拋光器的表面形貌依賴性，提高拋光墊或者拋光器的使用壽命。



圖1是現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合磨粒的形成示意圖；其中，1為帶正電的Al2O3磨粒，2為帶負(fù)電的有機(jī)樹脂微球，3為復(fù)合磨粒。圖2是 現(xiàn)有技術(shù)中基于硬質(zhì)拋光器下利用復(fù)合磨粒拋光液的CMP示意圖；其中，1為載樣盤，2為拋光壓力，3為工件，4為聚合物微球，5為游離磨料，6為玻 璃拋光器。圖3是本發(fā)明的磁性聚合物粒子的結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖4是本發(fā)明的磁性聚合物粒子的結(jié)構(gòu)示意圖之二 ；其中，1為磁性材料，2為聚合物材料。圖5是本發(fā)明的復(fù)合磨粒結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為磁性材料，2為聚合物材料，3為磨粒。圖6是本發(fā)明基于硬質(zhì)拋光器的CMP示意圖；圖7是本發(fā)明基于軟質(zhì)拋光墊的CMP示意圖；其中，3為磨粒，11為磁性聚合物粒子，12為永磁體，13為載樣盤，14為蠟?zāi)ぃ?5為 工件，16為硬質(zhì)拋光器，17為拋光盤，18為軟質(zhì)拋光墊。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做一個(gè)詳細(xì)的說(shuō)明。一種化學(xué)機(jī)械拋光液，包括液體，液體中分布有復(fù)合磨粒，所述復(fù)合磨粒由大顆粒 磁性聚合物粒子外面依附小粒徑磨料構(gòu)成，所述磁性聚合物粒子由聚合物材料包裹磁性材 料構(gòu)成。拋光液的具體制備和拋光實(shí)驗(yàn)比較如下1.磁性粒子及磁性聚合物粒子的制備1-1、Fe3O4納米粒子的制備將0. 196摩爾的FeCl3 · 6H20和0. 098摩爾FeSO4 · 6H20置于5000mL的三頸燒瓶 中，再加2000mL的去離子水溶解、機(jī)械攪拌并通入高純氬氣除去水中的氧氣，氬氣氣氛升 溫至80°C，加入40mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的氨水，最后滴入20mL油酸，繼續(xù)升溫至96°C反應(yīng) 0. 5小時(shí)后，分離、洗滌、干燥得到油酸包裹的、平均粒徑約為8nm的黑色Fe3O4納米粒子。1-2、磁性聚苯乙烯粒子(磁性PS)的制備將8克磁性Fe3O4納米粒子溶于200mL苯乙烯、4mL丙烯酸和1. OmL對(duì)二乙烯基苯 中，超聲混勻后加入1. 0克偶氮二異丁腈，攪拌使其溶解，得棕黑色混合液；將8克聚乙烯吡 咯烷酮和2000mL無(wú)水乙醇加入三頸燒瓶中，溶解、機(jī)械攪拌、高純氬氣除氧后升溫至70°C， 并將棕黑色混合液加入到三頸燒瓶中，恒溫、氬氣保護(hù)下反應(yīng)48小時(shí)，離心分離、洗滌、干 燥得到平均粒徑約為5 μ m的聚苯乙烯磁性微球。1-3、磁性聚甲基丙烯酸甲酯粒子(磁性PMMA)的制備在聚合反應(yīng)釜中加入15克聚乙烯醇的IOOOmL水溶液，在80°C下不斷攪拌；將10克Fe3O4納米粒子分散于30mL甲基丙烯酸甲酯有機(jī)載液中，得到油性Fe3O4磁流體；在油相 儲(chǔ)液罐中加入25克油性Fe3O4磁流體、70mL甲基丙烯酸甲酯、5mL 二乙烯苯和4克過(guò)氧化苯 甲酰組成的油相溶液，攪拌形成均勻分散的油相流體；保持油相儲(chǔ)液罐的壓力為0. IMpa, 油相流體通過(guò)噴流嘴噴流進(jìn)入聚合反應(yīng)釜內(nèi)水相中形成均勻的液滴；恒溫80°C反應(yīng)1小 時(shí)，再降溫到60°C熟化2小時(shí)，經(jīng)冷卻、磁性分離、洗滌，得到平均粒徑約為10 μ m的磁性聚 甲基丙烯酸甲酯粒子。
2.磁性聚合物粒子的改性2-1、磁性聚苯乙烯粒子(磁性PS)改性利用Zeta-Meter System 3. 0+電位儀檢測(cè)得到按1-2方法制得的磁性聚苯乙烯 粒子的Zeta電位為-35mV。取按1-2方法制得的粒徑為5 μ m的聚苯乙烯磁性粒子30g，置于IOOOmL的燒杯 中，加入500mL去離子水，充分?jǐn)嚢?。再向聚苯乙烯磁性粒子溶液中加?. 3g聚二甲基二 烯丙基氯化銨，超聲波攪拌。將經(jīng)超聲攪拌、達(dá)到吸附平衡后的溶液在4000rpm下離心分離 lOmin，移去上清液，得到經(jīng)陽(yáng)離子表面活性劑聚二甲基二烯丙基氯化銨改性的聚苯乙烯磁 性粒子，其Zeta電位為+31mV。2_2、磁性聚甲基丙烯酸甲酯粒子(磁性PMMA)改性利用Zeta-Meter System 3. 0+電位儀檢測(cè)得到按1-3方法制得的磁性聚甲基丙 烯酸甲酯粒子的Zeta電位為-28mV。取按1-3方法制得的粒徑為ΙΟμπι的磁性聚甲基丙烯酸甲酯粒子40g，置于 IOOOmL的燒杯中，加入500mL去離子水，充分?jǐn)嚢琛Ｔ傧蚓奂谆┧峒柞チＷ尤芤褐屑?入0.4g聚二甲基二烯丙基氯化銨，超聲波攪拌。將經(jīng)超聲攪拌、達(dá)到吸附平衡后的溶液在 4000rpm下離心分離lOmin，移去上清液，得到經(jīng)陽(yáng)離子表面活性劑聚二甲基二烯丙基氯化 銨改性的聚甲基丙烯酸甲酯粒子，其Zeta電位為+29mV。3.單一磨粒拋光液的制備或選擇3-1、單一 SiO2磨粒拋光液(型號(hào)簡(jiǎn)稱Si)取20克粒徑為30 40nm的二氧化硅粉體為磨料，加入2克聚乙烯醇為表面分散 齊IJ，在1500rpm的攪拌下，加入去離子水78克，制得100克單一 SiO2磨粒拋光液。用KOH調(diào) 節(jié)拋光液PH值至10.5。3-2、市售硅基片拋光液選擇天津晶嶺電子材料科技有限公司生產(chǎn)的硅基片拋光液，型號(hào)FA/0S8010，SiO2 粒徑 30 40nm, PH 值 10. O 12. 0，SiO2 含量> 35%。3-3、市售多層布線銅拋光液選擇天津晶嶺電子材料科技有限公司生產(chǎn)的多層布線銅拋光液，型號(hào)FA/0C6201， SiO2 粒徑 15 20nm，PH 值 10. O 12. 0，SiO2 含量> 40%。4.化學(xué)機(jī)械拋光用磁性復(fù)合磨粒拋光液(本發(fā)明拋光液)的制備將單一 SiO2磨粒拋光液或FA/0 S8010硅基片拋光液、改性磁性聚合物粒子按不 同比例加入到容積為IOOOmL的燒瓶中，充分?jǐn)嚢琛Ｔ偌尤胍欢康娜ルx子水，并用KOH水 溶液調(diào)節(jié)PH值，最后保證調(diào)配的拋光液定容至IOOOmL,得到拋光硅片用的磁性復(fù)合磨粒拋 光液1
4。各種拋光液的配比見表1所示。表 1
將FA/0 C6201多層布線銅拋光液、改性磁性聚合物粒子按不同比例加入到容積
為1000mL的燒瓶中，充分?jǐn)嚢?。再加入一定量的氧化劑、去離子水，并用K0H水溶液調(diào)節(jié) PH值，最后保證調(diào)配的拋光液定容至lOOOmL，得到銅布線用的磁性復(fù)合磨粒拋光液5
6。各種拋光液的配比見表2所示。表2 5.拋光實(shí)驗(yàn)例將硅基片或銅片用石蠟固定在拋光機(jī)(沈陽(yáng)科晶設(shè)備制造有限公司， UNIP0L-1260型)的載樣盤上，使用聚氨酯發(fā)泡固化拋光墊或表面粗糙度Ral. 6的鈉鈣玻璃 拋光盤，采用表3、4所列的工藝參數(shù)拋光硅基片或銅片，拋光時(shí)間均統(tǒng)一為60分鐘，具體加 工布置示意圖如圖6、圖7所示。各種拋光加工的性能(材料去除率及表面粗糙度)同見表3、4。其中，拋光速率通過(guò)測(cè)量硅片或銅片拋光前后的厚度差得到，表面粗糙度Ra通過(guò)Zygo NewView600s型三維白光干涉掃描輪廓儀測(cè)得，表面塌邊則根據(jù)測(cè)得的邊緣輪廓形貌 確定。其中，實(shí)驗(yàn)例5 12和實(shí)驗(yàn)例16 19即為本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光方法，其利用 輔助磁場(chǎng)將復(fù)合磨粒把持在軟質(zhì)拋光墊或者硬質(zhì)拋光器表面，對(duì)拋光材料的被拋光面進(jìn)行 拋光。表3 根據(jù)表3、4的拋光結(jié)果表明1.利用自配的S1拋光液或市售的FA/0 S8010單一磨料硅片拋光液，在聚氨酯軟 質(zhì)拋光墊環(huán)境下拋光硅片，能獲得較高的材料去除率，但硅片邊緣的塌邊最大(實(shí)驗(yàn)例1 2)。實(shí)施例表明自配和市售的拋光液具有較好的拋光性能，但軟質(zhì)拋光墊容易導(dǎo)致工件塌
邊誤差。2.利用磁性復(fù)合磨粒拋光液1并且拋光時(shí)不施加輔助磁場(chǎng)，聚氨酯軟質(zhì)拋光墊 環(huán)境下材料去除率得到提高，但塌邊減小不明顯(比較實(shí)驗(yàn)例3與實(shí)驗(yàn)例1)；硬質(zhì)拋光器 環(huán)境下材料去除率有所減小，但塌邊減小明顯(比較實(shí)驗(yàn)例4與實(shí)驗(yàn)例1)。實(shí)驗(yàn)例表明 在聚氨酯軟質(zhì)拋光墊環(huán)境下，利用復(fù)合磨粒拋光液可以提高拋光材料去除率，但塌邊減小 不明顯；在硬質(zhì)拋光器環(huán)境下，利用復(fù)合磨粒拋光液拋光材料去除率有所降低，塌邊減小明 顯。這是由于拋光器表面微觀凹槽把持復(fù)合磨粒的能力較弱，復(fù)合磨粒對(duì)材料的機(jī)械劃擦 作用減弱，材料去除率下降。起微型拋光墊作用的復(fù)合磨粒將硅片與拋光器隔開，拋光邊緣 受力減小，塌邊得到明顯下降。3.利用磁性復(fù)合磨粒拋光液1并且拋光時(shí)施加輔助磁場(chǎng)，軟質(zhì)拋光墊環(huán)境下的 材料去除率有所提高(比較實(shí)驗(yàn)例5與實(shí)驗(yàn)例3)；硬質(zhì)拋光器環(huán)境下的材料去除率提高幅 度較大(比較實(shí)驗(yàn)例6與實(shí)驗(yàn)例4)。實(shí)驗(yàn)例表明施加輔助磁場(chǎng)可以增加對(duì)磁性復(fù)合磨粒 的把持性，特別是在硬質(zhì)拋光器條件下，磁性復(fù)合磨粒在光滑表面被磁力有效把持，吸附在 磁性微球表面的磨粒對(duì)材料的機(jī)械劃擦作用加強(qiáng)，材料去除率提高。4.由PMMA磁性微球與Si02磨粒配制得到的拋光液2與由PS磁性微球與Si02 磨粒得到的拋光液1的拋光性能相似(比較實(shí)驗(yàn)例7、8與實(shí)驗(yàn)例5、6)，但拋光液2得 到的材料去除率略小于拋光液1，這主要與PMMA磁性微球粒徑較大有關(guān)。5.用市售FA/0 S8010單一磨料硅片拋光液與PS、PMMA磁性微球配制的拋光液34的拋光性能與拋光液12基本一致，材料去除率略高(比較實(shí)驗(yàn)例9、10、11、 12與實(shí)驗(yàn)例5、6、7、8)。6.拋光時(shí)不施加輔助磁場(chǎng)，在聚氨酯軟質(zhì)拋光墊環(huán)境下，市售FA/0 C6201單一 磨料銅拋光液的材料去除率低于磁性復(fù)合磨粒拋光液5，銅片塌邊誤差基本一致且較大 (比較實(shí)驗(yàn)例13與實(shí)驗(yàn)例14)。實(shí)驗(yàn)例表明在軟質(zhì)拋光墊環(huán)境下，利用復(fù)合磨粒拋光液可 以提高銅的材料去除率，但塌邊減小不明顯。7.拋光時(shí)不施加輔助磁場(chǎng)，硬質(zhì)拋光器環(huán)境下拋光液5的銅去除率明顯低于軟 質(zhì)拋光墊環(huán)境下的材料去除率，但銅邊緣的塌邊明顯減小(比較實(shí)驗(yàn)例15與實(shí)驗(yàn)例14)。 實(shí)驗(yàn)例表明拋光器表面微觀凹槽把持復(fù)合磨粒的能力較弱，復(fù)合磨粒對(duì)材料的機(jī)械劃擦 作用減弱，材料去除率下降。起微型拋光墊作用的復(fù)合磨粒將硅片與拋光器隔開，拋光邊緣 受力減小，塌邊得到明顯下降。8.在輔助磁場(chǎng)的作用下，無(wú)論在軟質(zhì)拋光墊或硬質(zhì)拋光器環(huán)境下，磁性復(fù)合磨粒 拋光液56的銅材料去除率都增大(比較實(shí)驗(yàn)例16、17、18、19與實(shí)驗(yàn)例14、15)。這 是由于磁性復(fù)合磨粒受磁力作用后，被有效把持在拋光墊或拋光器表面，復(fù)合磨粒對(duì)材料 的機(jī)械劃擦作用增加，材料去除率提高。綜上所述，利用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液和磁場(chǎng)輔助化學(xué)機(jī)械拋光方法，在軟質(zhì) 拋光墊條件下，可提高硅基片和銅片的拋光速率；在硬質(zhì)拋光器條件下，在可提高硅基片和 銅片的拋光速率的同時(shí)，還可抑制硅基片和銅片的塌邊現(xiàn)象。
權(quán)利要求
一種化學(xué)機(jī)械拋光液，包括液體，液體中分布有復(fù)合磨粒，其特征在于，所述復(fù)合磨粒由大顆粒磁性聚合物粒子外面依附小粒徑磨料構(gòu)成，所述磁性聚合物粒子由聚合物材料包裹磁性材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述磁性聚合物粒子是 核為磁性材料、殼為聚合物材料的磁性聚合物粒子或者是內(nèi)外層為聚合物材料、中間層為 磁性材料的磁性聚合物粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述磨料為膠態(tài)二氧化硅粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述聚合物材料為聚苯 乙烯、苯乙烯類共聚物、甲基丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸類共聚物以及具有這些交聯(lián)結(jié)構(gòu)的共 聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述磁性材料為形狀為 球形、粒徑5 200nm的Fe3O4磁性粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述復(fù)合磨粒是由磨料 和磁性聚合物粒子在液體中通過(guò)靜電力互相吸附形成。
7.一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī) 械拋光液，利用輔助磁場(chǎng)將復(fù)合磨粒把持在軟質(zhì)拋光墊或者硬質(zhì)拋光器表面，對(duì)拋光材料 的被拋光面進(jìn)行拋光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于，所述軟質(zhì)拋光墊或硬 質(zhì)拋光器的轉(zhuǎn)速為20 200rpm，所述拋光材料被施加0. 5 IOOkPa的拋光壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于，所述輔助磁場(chǎng)設(shè)置在 拋光區(qū)域，磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生或者由電磁發(fā)生裝置產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，包括液體，液體中分布有復(fù)合磨粒，所述復(fù)合磨粒由大顆粒磁性聚合物粒子外面依附小粒徑磨料構(gòu)成，所述磁性聚合物粒子由聚合物材料包裹磁性材料構(gòu)成。還公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，采用如上所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，利用輔助磁場(chǎng)將復(fù)合磨粒把持在軟質(zhì)拋光墊或者硬質(zhì)拋光器表面，對(duì)拋光材料的被拋光面進(jìn)行拋光。本技術(shù)方案在對(duì)半導(dǎo)體基片、氧化物和金屬等材料以及半導(dǎo)體部件制程中Cu/低k介質(zhì)等進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，可以提高拋光速率，控制并減小拋光面塌邊，提高拋光工件的金屬表面質(zhì)量。
文檔編號(hào)B24B29/00GK101870851SQ20101018961
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者姚春燕, 彭偉, 胡建德, 許雪峰 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)