TW200902234A - CMP conditioner and its manufacturing method - Google Patents

Description

200902234 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用來修整進行半導體晶圓等之拋光的 CMP (化學機械拋光）裝置之拋光墊的CMP修整器及其 製造方法。 【先前技術】 舉例來說’專利文獻1係提出作爲此種CMP修整器 之物’其係在圓盤狀之基體（基底金屬）的上面相間地形 成複數圓柱狀之突起部，並藉由金屬電鍍結合相，使複數 之鑽石等之磨粒黏著於這些突起部的表面。 另外，專利文獻2係提出硬銲有鑽石磨粒之物，而專 利文獻3係進一步提出，在以此方式黏著有磨粒之金屬結 合相的表面上，藉由CVD或離子鍍等之汽相塗膜技術被 覆SiC等之陶瓷被膜一事。 在這種藉由CMP修整器來修整拋光墊的CMP裝置， 由於在半導體晶圓等之拋光之際使用酸性或鹼性之腐鈾性 高的硏漿，故載持磨粒的金屬結合層會被此硏漿腐蝕（溶 出）使得磨粒脫落，而有半導體晶圓被此脫落之磨粒所傷 而產生刮痕這樣的問題。特別是，在磨粒爲鑽石而結合相 爲鎳等之金屬電鍍相的情況，因爲缺乏對磨粒之金屬電鍍 的可濕性，故會在兩者的邊界部份（空穴）產生極小之縫 隙，而硏漿從此縫隙進入而腐蝕金屬電鍍相的結果，會變 得進一步促使磨粒脫落。 -5- 200902234 由此點來看，如專利文獻3所記載，將陶瓷被膜被覆 於金屬結合相表面之CMP修整器，係藉由以此陶瓷被膜 保護金屬結合層來防止其腐飩，因此亦可控制磨粒的脫落 。然而，在其另一方面，在此專利文獻3所記載之以汽相 塗膜技術來被覆陶瓷被膜的情況，由於自金屬結合相突出 的鑽石等之磨粒的表面亦會由被膜所被覆，故磨粒的鋒利 度會受損，而產生拋光墊之拋光率顯著下降這樣的問題。 另外，已知以專利文獻4〜7等所揭示之氣溶膠沉積 法來作爲在各種基材上形成陶瓷厚膜的手法。 [專利文獻1]特開2 00 1 -7 1 269號公報 [專利文獻2]特開2002-273 657號公報 [專利文獻3]特開200 1 -2 1 06 1 3號公報 [專利文獻4]專利3348 1 54號公報 [專利文獻5]特開2002-3 093 83號公報 [專利文獻6]特開2003-034003號公報 [專利文獻7]特開2004-09 1614號公報 [專利文獻8]特開2 003 - 1 8 3 848號公報 【發明內容】 [發明所欲解決之問題] 本發明是在此種背景之下所形成’其目的爲提供用於 C Μ P裝置之即使對於腐蝕性高的硏漿，仍可確實防止磨粒 脫落而抑制刮痕產生的CMP修整器。 200902234 [用以解決問題之手段] 可解決上述問題之與本發明有關的CMP修整器，其 構成爲：在磨石基體的一面，形成有將磨粒黏著於金屬結 合相中而成的磨粒層，至少在前述磨粒層的前述金屬結合 相表面’形成以溶膠凝膠法所製作之氧化物膜來作爲第一 保護層’並在前述第一保護層的表面，形成爲多結晶且在 前述結晶群體之界面實質上不存在由玻璃層所構成之粒界 層的氧化物厚膜來作爲第二保護層。 在此’厚膜爲具有1 μηι以上的膜厚度之膜。 最好是，前述第一保護層係形成爲：至少在前述磨粒 和前述金屬結合相的接合部附近，被覆前述金屬結合相。 這種構造可能藉由溶膠凝膠法來形成第一保護層，也 就是氧化物膜。由於溶膠凝膠法是利用溶液的氧化物膜之 形成方法，溶液會因表面張力而被吸引至磨粒的周圍，其 結果可想見在磨粒周邊部份的膜厚度會比其他部分還厚。 所形成的氧化物膜係被覆前述金屬結合相，且特別是在磨 粒周邊部份具有優異的耐蝕性。 第一保護層在除了磨粒周邊部份之其他部份的膜厚度 很薄，故無法得到安定之耐蝕性。因此，藉由在第一保護 層的表面形成第二保護層，也就是爲多結晶且在前述結晶 群體之界面實質上不存在由玻璃層所構成之粒界層的氧化 物厚膜，可得到安定之耐飩性。 最好是第二保護層不形成於磨粒的表面，而僅形成於 第一保護層的表面。因不形成於磨粒的表面，而不會產生 200902234 CMP修整器之硏磨性能變化等之缺點。 另外’第二保護層最好爲耐飽性優異之氧化物，例如 氧化鋁。 另外’可考慮將噴射於氣體中分散有脆性材料之微粒 子的氣溶膠，使其碰撞至第一保護層上來形成氧化物厚膜 的方法，作爲第二保護層的製造方法。 上述方法也是如前述專利文獻4〜7所記載，被認知 爲氣溶膠沉積法的方法。 氣溶膠沉積法是在各種基材上形成陶瓷厚膜的手法， 其特徵爲：從噴嘴朝向基材噴射於氣體中分散有陶瓷微粒 子的氣溶膠，使微粒子碰撞金屬或玻璃、陶瓷或塑膠等之 基材’藉由此碰撞之衝撃，使微粒子產生變形或破碎而將 它們接合，在基材上直接形成由微粒子之構成材料所構成 的膜構造物，特別是不需加熱手段而可能以常溫形成構造 物，且可得到保有燒成體同等之機械性強度的構造物。用 於此方法之裝置，基本上是由產生氣溶膠的氣溶膠產生器 和朝向基材噴射氣溶膠的噴嘴所構成，在製作面積比噴嘴 的開口還大之構造物的情況，具有使基材和噴嘴相對移動 •擺動的位置控制手段，在於減壓下進行製作的情況，具 有形成構造物的腔室和真空幫浦，另外，一般係具有用於 產生氣溶膠的氣體產生源。 氣溶膠沉積法的製程溫度爲常溫，其特徵之一在於： 在比微粒子材料之融點低很多的溫度，亦即數百° C以下進 行構造物形成。 -8- 200902234 另外，所使用之微粒子係以陶瓷等之脆性材料爲主體 ，除了可單獨或混合使用同一材質之微粒子以外，還可能 混合不同種的微粒子來複合使用。另外，亦可能使用一部 份金屬材料或有機物材料等混合於陶瓷微粒子，或是塗佈 於陶瓷微粒子表面。在這些情況，構造物形成之主要物質 仍爲陶瓷。 關於藉由此手法所形成之膜構造物，在使用結晶性的 微粒子來作爲原料的情況，膜構造物是其微晶尺寸比原料 微粒子之尺寸還小的多結晶體，其結晶實質上不具有結晶 定向性的情況很多，故可說爲在陶瓷結晶群體之界面實質 上不存在由玻璃層所構成之粒界層，進而膜構造物的一部 份係有多半形成深入基材表面之錨（anchor )層這樣的特 徴。 藉由此方法所形成的膜構造物，明顯與微粒子群體因 壓力所堆集而以物理性附著來保持形態之狀態的所謂之壓 粉體不同，而保有充分之強度。 於此膜構造物形成時，微粒子發生破碎.變形一事， 司·藉由以X光繞射法，測定用來作爲原料之微粒子及所形 成之膜構造物的微晶尺寸來加以判斷。 以下說明與氣溶膠沉積法有關的詞彙。 (多結晶） 在本件指的是微晶結合.積體而成的構造體。微晶係 貫質上以其一者構成結晶，且其直徑通常爲5 nm以上。 - 9 - 200902234 但是，微粒子未破碎便進入構造物中等之情況不常發生， 故實質上爲多結晶。 (微粒子） 在原粒子爲緻密質粒子的情況，是指以粒度分佈測定 或掃描型電子顯微鏡所辨別之平均粒徑爲1 0 μηι以下之物 。另外，在原粒子爲容易因衝撃而破碎之多孔質粒子的情 況，是指平均粒徑爲5 0 μπι以下之物。 (氣溶膠） 是將前述微粒子分散於氦、氮、氬、氧、乾燥空氣’ 這些混合氣體等之氣體中之物，而以分散有原粒子的狀態 爲佳，但通常係包含此原粒子所凝集之凝集粒。氣溶膠的 氣體壓力和溫度爲任意，但氣體中的微粒子之濃度’在換 算氣體壓力爲1大氣壓、溫度爲20°c的情況’對構造物 之形成而言，在從噴嘴噴射的時間點係以0·0003 mL/L ~ 5 mL/L之範圍内爲佳。 (界面） 在本件是指構成微晶群體之邊界的區域。 (粒界層） 是位於界面或是燒結體所稱之粒界的具有厚度（通常 爲數nm ~數μηι )之層’通常採用與結晶粒内之結晶構 -10- 200902234 造相異的非結晶構造，而且視情況而 [發明之效果] 由本發明所成之CMP修整器， 形成具有優異耐蝕性的第一保護層、 定之耐蝕性的第二保護層兩者，故可 腐蝕所導致之磨粒脫落，而可抑制刮 準的半導體晶圓等之拋光。 【實施方式】 圖1爲與本發明有關的CMP修I ◦CMP修整器係形成有基底金屬101 觸之金屬結合相102、藉由金屬結合 石磨粒等多數之磨粒105的磨粒層 11的前述金屬結合相102表面係形成 作之二氧化矽（silica )、二氧化鈦 第一保護層103，且前述第一保護層 溶膠沉積法所製作之膜厚度1 μπι以 第二保護層104。 以下將就形成第一保護層的手法 以説明。 將修整器浸漬於混合Si(OC2H: 之Si02溶膠凝膠液或混合Ti(〇C2H 之Ti〇2溶膠凝膠液中1分鐘後，以 伴有不純物之離析。 由於在磨粒周邊部份 和膜厚度厚且具有安 能防止因金屬結合相 痕之產生來謀求高水 查器10之剖面模式圖 、與基底金屬1 0 1接 相102來黏著例如鑽 1 1，至少前述磨粒層 有以溶膠凝膠法所製 等之氧化物膜來作爲 表面係形成有藉由氣 上的氧化鋁膜來作爲 ’亦即溶膠凝膠法加 5) 4和乙醇所製作出 ) 4和乙醇所製作出 200°C乾燥2小時， -11 - 200902234 之後以5 00 °C處理8小時來形成氧化物膜。此外，亦可使 用 Ti02、Al2〇3、Sn02、ZnO、V02、V205、MO3、WO3、 Ta05、Zn02等之溶膠凝膠液來作爲溶膠凝膠液。另外， 亦可使用異丙醇來代替乙醇。 接著’以下將就形成第二保護層1 04的手法，亦即氣 溶膠沉積法加以説明。 氣溶膠沉積法的特徵爲：從噴嘴朝向基材噴射於氣體 中分散有脆性材料等之微粒子的氣溶膠，使微粒子碰撞金 屬或玻璃、陶瓷或塑膠等之基材，藉由此碰撞之衝撃，使 脆性材料微粒子產生變形或破碎而將它們接合，在基材上 直接形成由微粒子之構成材料所構成的構造物，特別是不 需加熱手段而可能以常溫形成構造物，且可得到保有燒成 體同等之機械性強度的構造物。用於此方法之裝置，基本 上是由產生氣溶膠的氣溶膠產生器、和朝向基材噴射氣溶 膠的噴嘴所構成，在製作面積比噴嘴的開口還大之構造物 的情況，具有使基材和噴嘴相對移動·擺動的位置控制手 段，在於減壓下進行製作的情況，具有形成構造物的腔室 和真空幫浦，另外，一般係具有用於產生氣溶膠的氣體產 生源。 氣溶膠沉積法的製程溫度爲常溫，其特徵之一在於： 在比微粒子材料之融點低很多的溫度，亦即數百。C以下進 行構造物形成。因此，可選擇的基材橫跨多種，即使是低 融點金屬或樹脂材料在應用上亦無問題。 另外，所使用的微粒子係以陶瓷或半導體等之脆性材 -12- 200902234 料爲主體，除了可單獨或混合使用同一材質之微粒子以外 ’還可能混合不同種的脆性材料微粒子來複合使用。另外 ’亦可能使用一部份金屬材料或有機物材料等混合於脆性 材料微粒子，或是塗佈於脆性材料微粒子表面。在這些情 況，構造物形成之主要物質仍爲脆性材料。 關於藉由此手法所形成之構造物，在使用結晶性的脆 性材料微粒子來作爲原料的情況，構造物的脆性材料部份 是其微晶尺寸比原料微粒子之尺寸還小的多結晶體，其結 晶實質上不具有結晶定向性的情況很多，故可說爲在脆性 材料結晶群體之界面實質上不存在由玻璃層所構成之粒界 層，進而構造物的一部份係有多半形成深入基材表面之錨 層這樣的特徴。 藉由此方法所形成的構造物，明顯與微粒子群體因壓 力所堆集而以物理性附著來保持形態之狀態的所謂之壓粉 體不同，而保有充分之強度。 關於此構造物形成，脆性材料微粒子發生破碎·變形 一事，可藉由以X光繞射法，測定用來作爲原料之脆性材 料微粒子及所形成之脆性材料構造物的微晶尺寸來加以判 斷。亦即，以氣溶膠沉積法所形成的構造物之微晶尺寸係 顯示比原料微粒子之微晶尺寸更小之値。在使微粒子破碎 或變形所形成的偏移面或破面，形成原本存在於内部而成 爲與別的原子結合而成之原子露出的狀態之新生面。此高 表面能量的活性之新生面可視爲相鄰之脆性材料表面或同 樣相鄰之脆性材料的新生面，或是藉由與基板表面接合而 -13- 200902234 形成構造物之物。另外，在於微粒子之表面存在適 的情況，由於在微粒子之碰撞時於微粒子群體或微 構造物之間所產生的局部性剪力，會發生機械化學性 脫水反應，故亦考慮這些群體接合這樣的事情。來自 的連續機械性衝撃力之附加，係藉由持續產生這些現 重複微粒子之變形、破碎等，而進行接合之進展、緻 ，故可被視爲使脆性材料構造物成長之物。 圖2顯示在本發明的CMP鑽石修整器之中，形 三保護膜的氣溶膠沉積裝置2 0，其係在氮氣瓶2 0 1的 經由氣體輸送管202設置氣溶膠產生器203，而在其 側經由氣溶膠輸送管204，連接有配置於陶瓷膜形 2 05内之擁有例如直徑2 mm的導入開口和1〇 mm x〇.-的導出開口之噴嘴2 06。在氣溶膠產生器2 03內係塡 例如氧化鋁微粒子粉體。在噴嘴206之開口的前端配 由例如ΧΥΖΘ平台207所載持之被製膜物20 8。陶瓷 成室20 5係與真空幫浦209連接。 以下將敘述形成陶瓷膜之氣溶膠沉積裝置20的 。將氮氣瓶201的瓶栓打開，通過氣體輸送管202將 送入氣溶膠產生器203内，同時使氣溶膠產生器203 ，而產生氧化鋁微粒子和氮氣以適當比例混合之氣溶 另外，使真空幫浦209作動，在氣溶膠產生器203和 物形成室2 05之間產生差壓。氣溶膠係隨此差壓而加 入下游側的氣溶膠輸送管204，經由噴嘴206朝向 208噴射。基材208係藉由ΧΥΖΘ平台207而自在地 羥基 子和 酸鹼 外部 象並 密化 成第 前端 下游 成室 \ mm 充有 置有 膜形 作用 am 热體 運轉 膠。 構造 速導 基材 擺動 -14- 200902234 來改變氣溶膠碰撞位置，並藉由微粒子之碰撞，在被製膜 物208的所欲位置上形成膜狀的氧化鋁膜。 在此雖然是以真空幫浦209使陶瓷膜形成室205處於 減壓環境下，但並不一定需要成爲減壓環境，亦可能在大 氣中壓下製膜。另外，氣體亦不限於氮，可自由使用氦、 壓縮空氣等。 (實施例） 爲了檢驗與本發明有關的CMP修整器之性能，在 CMP硏漿（W2000、Cabot公司製）與3%過氧化氫溶液之 混合溶液中以5 0° C進行浸漬4 8小時，進行由觀察浸漬前 後之表面狀態而成的耐蝕性實驗。 製作下述CMP修整器來作爲用於耐蝕性實驗之與本 發明有關的CMP修整器··將修整器浸漬於以丨：】混合Si 薄膜形成材料（三菱材料公司製）和乙醇所製作之溶膠凝 膠液1分鐘後’以2 0 0 ° C乾燥2小時，以5 0 0。C處理8小 時，在於作爲金屬結合相之N i中黏著有作爲磨粒之鑽石 磨粒的表面’形成二氧化矽膜來作爲第一保護膜，接下來 ’以根據圖2之裝置，使用平均粒徑〇 6 μιη的氧化鋁微 粒子’以氮氣7 L/min之流量產生氣溶膠，藉由噴嘴噴射 至被製膜物表面’而形成膜厚度3〜5 μηι的氧化鋁膜來作 爲第二保護膜之C Μ Ρ修整器。耐蝕性實驗之結果，沒有 因腐蝕所致之變色’而得知具有充分之耐蝕性。結果顯示 於表1。另外’表1亦合倂列出以下所示之比較例1、比 -15- 200902234 較例2的結果。 (比較例1 ) 爲了比較耐蝕性，製作僅形成實施例1之第二保護膜 的CMP修整器，進行與實施例1相同的耐鈾性實驗。耐 蝕性實驗之結果，在鑽石磨粒附近發現因腐蝕所致之變色 ，而得知有Ni溶出。 (比較例2) 爲了比較耐蝕性，製作不形成實施例1之第一保護膜 及第二保護膜的CMP修整器，進行與實施例1相同的耐 蝕性實驗。耐蝕性實驗之結果，鑽石磨粒所存在的面之整 個區域皆變色，而得知有Ni溶出。 [表 1] _ 實施例1 比較例1 比較例2 第一保護膜 有 Μ >\s\ 無 第二保_ 有 有 無 耐蝕性實驗後槪觀 〇 Δ X 沒有因腐蝕 所致之變色 在鑽石磨粒附近 因腐蝕而變色 整個區域皆因 腐蝕而變色 【圖式簡單說明】 圖1是顯示本發明之CMP修整器的實施形態之CMP 修整器的放大剖面圖。 圖2是顯示與本發明之CMP修整器的製造方法之一 實施形態有關的氣溶膠沉積裝置之圖。 -16- 200902234 【主要元件符號說明】 10 : CMP修整器 1 〇 1 :基底金屬 1 0 2 :金屬結合相 103 :第一保護層 104 :第二保護層 1 0 5 :磨粒 1 1 :磨粒層 20 :氣溶膠沉積裝置 2 0 1 :氮氣瓶 202 :氣體輸送管 2 03 :氣溶膠產生器 204 :氣溶膠輸送管 2 05 :陶瓷膜形成室 2 0 6 :噴嘴 207 : ΧΥΖΘ 平台 2 08 :被製膜物 209 :真空幫浦 -17-

Claims (1)

1. 200902234 十、申請專利範圍 1· 一種CMP修整器，其特徵爲： 在磨石基體的一面，形成有將磨粒黏著於金屬結合相 中而成的磨粒層，至少在前述磨粒層的前述金屬結合相表 面，形成以溶膠凝膠法所製作之氧化物膜來作爲第一保護 層’並在前述第一保護層的表面，形成有多結晶且在結晶 群體之界面實質上不存在由玻璃層所構成之粒界層的氧化 物厚膜來作爲第二保護層。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之CMP修整器，其 中，前述第一保護層係形成爲：至少在前述磨粒和前述金 屬結合相的接合部附近，被覆前述金屬結合相。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之CMP修 整器，其中，前述第二保護層爲氧化鋁。 4. 一種製造CMP修整器的方法，是藉由：對於在圓 盤狀之單面形成有將磨粒黏著於金屬結合相中而成之磨粒 層的磨石基體，至少在前述磨粒層的前述金屬結合相表面 ，藉由溶膠凝膠法形成由氧化物所構成的第一保護層，接 著，噴射於氣體中分散有脆性材料之微粒子的氣溶膠，使 其碰撞至前述第一保護層的表面，而形成由氧化物厚膜所 構成的第二保護層，來形成由前述磨石基體、前述磨粒層 、前述第一保護層' 和前述第二保護層所構成之CMP修 整器的CMP修整器之製造方法。 -18-