[发明专利]一种非机械接触式磁致原位超声振动的化学机械抛光方法

说明书

本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种非机械接触式磁致原位超声振动的化学机械抛光方法。本发明采用含有铁磁性颗粒的化学机械抛光液，并在基材待抛光表面的上下两侧分别设置覆盖抛光表面区域的周期性的交替磁场，通过非接触的电磁感应方式作用于抛光液内的铁磁性颗粒，使铁磁性颗粒产生高频振动，同时带动抛光液中的磨料作用于抛光表面。本发明解决了现有的机械接触式超声振动辅助化学机械抛光方法中存在的一些技术问题，如超声波振动需要通过机械接触传导到抛光表面、结构复杂、振动传导效率低，且需要进行机械结构振动模态匹配等工作。

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种非机械接触式磁致原位超声振动的化学机械抛光方法。

背景技术

表面精密抛光是半导体技术的重要关键环节，是现代高科技产业和科学技术的发展的一个重要基础。化学机械抛光是近年来集成电路制造中发展迅速的获得全局平坦化的一种手段，半导体器件表面通过化学机械抛光，能够获得既平坦又无划痕和杂质玷污的表面。化学机械抛光属于化学作用和机械作用相结合的技术，避免了由单纯机械抛光容易造成抛光表面损伤以及由单纯化学抛光易造成抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。化学机械抛光首先利用工件表面材料与抛光液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层，然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除软质层，使工件表面重新裸露出来，通过借助于化学作用和机械作用的交替过程，在被抛光的工件表面形成光洁表面。专利公开号为CN111531450A的发明专利公开了一种带断屑槽硬质合金刀片化学机械抛光设备，包括通用装置、Z向精密滑台、毛刷装置、振动电机、刀片夹具和抛光液供给装置，该发明通过电机转动控制与加工刀片相接触的毛刷装置产生高频振动，刷毛在待加工刀片表面形成不规则的相对运动，抛光液供给装置工作供给抛光液，利用抛光液的化学腐蚀与毛刷对带断屑槽硬质合金刀片的机械磨损实现抛光过程，但是该方法中机械振动的毛刷与待抛光表面直接接触，容易受外界环境干扰，难以保证稳定的振动频率和振动幅度，对具有较高精密度和平坦化要求的基材表面难以实现精密抛光，需要进一步提高抛光质量。

为了提高化学机械抛光的效率和质量，可以将超声波振动导入到抛光过程中。目前现有的化学机械抛光技术主要使用机械接触的方式将超声波导入机械化学抛光的基片载体或旋转平台上，该方法需要对振动频率与机械结构之间进行复杂的匹配，而当外界条件变化时，很有可能会引起共振频率的改变，很难保证振子始终处于良好的共振模态下工作。专利公开号为CN104942662A的发明专利公开了一种超声振动辅助的光纤阵列端面抛光装置，将抛光夹具竖直端通过变幅杆连接在与超声波发生器相连的超声波换能器上，通过超声振动辅助光纤阵列端面进行抛光，该装置需要将超声波换能器和抛光装置的机械结构以及共振频率之间进行复杂的匹配，抛光精度和工作稳定性不好，成本较高。目前也存在导入超声波进行化学机械抛光的方法，主要通过液态耦合剂将超声波振动导入到化学机械抛光的基片载体或者旋转平台上，但是这种情况下超声波发生装置只能处于待抛光基片的一侧，难以实现超声波振动的均匀化，进而影响抛光质量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种非机械接触式磁致原位超声振动的化学机械抛光方法，采用含有铁磁性颗粒的化学机械抛光液，并在抛光表面处施加超声频率的交替磁场，使抛光表面处的化学机械抛光液内部产生超声波频率的机械振动，从而使超声波作用脱离机械接触传导的局限，实现振动的灵活性和均匀性，提高抛光效率，改善抛光质量。本发明解决了现有的机械接触式超声振动辅助化学机械抛光方法中存在的一些技术问题，如借助超声波振动辅助抛光时，通过机械接触传导至抛光表面，需要对振动频率与机械结构之间进行复杂的匹配，振动传导效率低，难以保证共振模式的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种非机械接触式磁致原位超声振动的化学机械抛光方法，包括以下步骤：