TW201538275A - 平坦化之化學機械研磨修整器 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種平坦化之化學機械研磨修整器，包括：一底部基板；一結合層，係設置於該底部基板上；以及複數個研磨單元，係設置於該結合層上，每一研磨單元係具有一研磨層及一研磨單元基板，該研磨層為利用化學氣相沉積法所形成之鑽石鍍膜，以及該研磨層具有複數個研磨尖端；其中，該些研磨單元係具有相同高度，使該化學機械研磨修整器具有一平坦化表面。藉此，本發明可使修整器平坦度提升，並提高修整器之效能及壽命。
Description
本發明係關於一種平坦化之化學機械研磨修整器，尤指一種組合式平坦化之化學機械研磨修整器。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)係為各種產業中常見之研磨製程。利用化學研磨製程可研磨各種物品的表面，包括陶瓷、矽、玻璃、石英、或金屬的晶片等。此外，隨著積體電路發展迅速，因化學機械研磨可達到大面積平坦化之目的，故為半導體製程中常見的晶圓平坦化技術之一。
在半導體之化學機械研磨過程中，係利用研磨墊(Pad)對晶圓(或其它半導體元件)接觸，並視需要搭配使用研磨液，使研磨墊透過化學反應與物理機械力以移除晶圓表面之雜質或不平坦結構；當研磨墊使用一定時間後，由於研磨過程所產生的研磨屑積滯於研磨墊之表面而造成研磨效果及效率降低，因此，可利用修整器(conditioner)對研磨墊表面
磨修，使研磨墊之表面再度粗糙化，並維持在最佳的研磨狀態。
然而，在修整器之製備過程中，需要將研磨顆粒及結合層混合形成之研磨層設置於基板表面，並經由硬焊或燒結等硬化方式使研磨層固定結合於基板表面。上述修正整器雖適合用於整修拋光墊，但對於更精密的化學機械研磨製程，如線寬小於45奈米以下的化學機械研磨製程，由於拋光墊表面過於粗糙，因而容易造成晶圓的刮傷、局部的過拋、下陷及厚度的不均勻之問題。隨著積體電路的線寬要求日趨縮減，對於晶圓表面平坦度的需求即隨之提升，進而對於修整器的要求亦隨之提高。
已知技術中，如中華民國專利公開號第201341113號，係揭示一種組合式修整器，包括：一底部基板；複數個研磨單元，係設置於該底部基板之表面，每一研磨單元包括複數個研磨尖點、以及一固定該些研磨尖點之結合劑層；以及一厚度可調節之黏著劑層，係固定該些研磨單元於該底部基板之表面，其中，該些研磨尖點中突出一預定平面之第一高點與第二高點之高度差小於10微米，第一高點與第十高點之高度差小於20微米，第一高點與第一百高點之高度差小於40微米，且該第一高點突出該結合劑層之高度大於50微米。本發明亦關於該組合式修整器之製造方法與應用。
此外，另一已知技術的中華民國專利公開號第201249595號，係揭示一種揭示一種用於CMP拋光研磨墊之
研磨墊整理器，其包括具有第一組突起及第二組突起之基板，該第一組突起具有第一平均高度及該第二組突起具有第二平均高度，該第一平均高度不同於該第二平均高度，該第一組突起中各突起之頂部具有不平坦的表面及該第二組突起中各突起之頂部具有不平坦的表面，該第一組突起及該第二組突起於至少其之頂表面上具有一層多晶鑽石。該等突起組可例如藉由其之高度識別，或者藉由其之預定位置或其之基底尺寸識別。本發明提出各種測量突起之方式，包括自研磨墊整理器之背面測得的平均高度、峰谷高度、或凸出高度。
然而，上述化學機械研磨修整器之突起部及基板為一體成型，並無法得到完全平坦的表面，而無法提高修整器的研磨效能及使用壽命。此外，中華民國專利公開號第201341113號雖為等高度之設計，但與本發明係利用鍍覆化學氣相沉積鑽石膜(Chemical Vapor Deposition Diamond,CVDD)研磨單元組合至化學機械研磨修整器上之組成結構及技術手段不相同。因此，目前急需發展出一種高平坦度之化學機械研磨修整器，將CVDD研磨單元組合固定於化學機械研磨修整器上，可將小尺寸研磨單元固定於大尺寸底部基板上，可使修整器平坦度提升，藉此提高修整器之效能及壽命。
本發明之主要目的係在提供一種平坦化之化學機械研磨修整器，利用組合式將小尺寸研磨單元固定於大尺寸底部基板上，以得到具平坦度的表面，進而提高化學機械
研磨修整器研磨效果。
為達成上述目的，本發明提供一種平坦化之化學機械研磨修整器，包括：一底部基板；一結合層，設置於該底部基板上；以及複數個研磨單元，設置於該結合層上，每一研磨單元可具有一研磨層及一研磨單元基板，該研磨層可利用化學氣相沉積法所形成之鑽石鍍膜，以及該研磨層可具有複數個研磨尖端；其中，該些研磨單元可具有相同高度，使該化學機械研磨修整器具有一平坦化表面。於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，可利用相同厚度之研磨單元及固定厚度之結合層以形成平坦化表面之化學機械研磨修整器，或者，不同厚度之研磨單元藉由結合層厚度來調節以形成平坦化表面之化學機械研磨修整器。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨單元之高度差可小於20微米；在本發明之一態樣中該些研磨單元之高度差可小於10微米。雖然在本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，已界定研磨單元具有相同厚度，但受到精度誤差，仍可能使研磨單元存在些微的高度差。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨尖端之外形可依據使用者需求或研磨條件而任意變化，該些研磨尖端之外形可為刀刃狀、圓錐狀、圓弧狀、圓柱狀、角錐狀、或角柱狀，但本發明並未侷限於此；在本發明之一態樣中，該些研磨尖端之外形可為角錐狀，在本發明另一態樣中，該些研磨尖端之外形可為角柱狀，在本發明又一態樣中，該些研磨尖端之外形可為圓柱狀。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨尖端之尖端方向性、尖端角度或研磨尖端之間距可依據使用者需求或研磨條件而任意變化，於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨尖端係具有相同的尖端方向性，或者，該些研磨尖端係具有不同的尖端方向性；在本發明之一態樣中，該些研磨尖端可以全部以垂直角度朝向被研磨工件(即，拋光墊)；於本發明之另一態樣中，該些研磨尖端可以全部以一非垂直角度朝向被研磨工件。於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨尖端係具有相同的尖端角度，或者，該些研磨尖端係具有不同的尖端角度；在本發明一態樣中，該些研磨尖端的尖端角度可以全部都為60度、90度、或120度；於本發明之另一態樣中，該些研磨尖端的尖端角度可以部分為60度，部分為90度，並依使用者的需求而任意變化，本發明並未侷限於此。此外，於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨尖端係具有相同的間距，或者，該些研磨尖端係具有不同的間距；於本發明之一態樣中，該些研磨尖端的間距可以全部為該些研磨尖端外徑的1.5倍、2倍、3倍、或更大間距；於本發明之另一態樣中，該些研磨尖端的間距可以部份為該些研磨尖端外徑的2倍，部份為該些研磨尖端外徑的3倍，並依使用者的需求而任意變化，本發明並未侷限於此。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該底部基板及該些研磨單元之厚度可依據使用者需求或研磨條件而任意變化。於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器
中，該底部基板的厚度可為10毫米至200毫米，較佳為該底部基板的厚度可為60毫米至100毫米，更佳為底部基板的厚度可為80毫米；此外，於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨單元可具有相同的厚度，或者，該些研磨單元可具有不同的厚度；在本發明之一較佳態樣中，該些研磨單元的厚度可為5毫米至100毫米，較佳為該研磨單元的厚度可為15毫米至30毫米，最佳為該研磨單元的厚度可為20毫米。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，可更包括在該研磨層及該研磨單元基板間設置一中間層，並藉由該中間層以提升該研磨層及該研磨單元基板之間的結合強度，其中，該中間層可至少一選自由氧化鋁、碳化矽、氮化鋁所組成之群組；在本發明之一態樣中，該中間層可為碳化矽所組成。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，形成中間層的方法可為物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、軟焊或硬焊，任何本技術領域習知之方法皆可使用，本發明並未侷限於此。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該研磨層之組成材料可為單晶鑽石、或多晶鑽石；於本發明之一態樣中，該研磨層之組成材料為多晶鑽石，並且其結晶尺寸可為5奈米至50微米；於本發明之另一態樣中，其結晶尺寸為10奈米至20微米。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，
該研磨單元基板可為一導電性基板或一絕緣性基板；其中，該導電性基板可利用放電加工形成複數個表面尖端之圖案化表面，或該絕緣性基板可利用機械研磨或雷射加工等方式形成複數個表面尖端之圖案化表面，接著，利用化學氣相沉積法使該研磨層形成於具有複數個表面尖端之該研磨單元基板上，並使該研磨層具有複數個研磨尖端，或者，該研磨單元基板之表面為一平坦化表面，接著，利用化學氣相沉積法使該研磨層形成於該研磨單元基板上，並使該研磨層具有複數個研磨尖端。於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該絕緣性基板之組成可為陶瓷材料或單晶材料；在本發明之一態樣中，該陶瓷材料可為碳化矽；在本發明另一態樣中，該單晶材料可為矽或氧化鋁。於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該導電性基板之組成可為鉬、鎢、或碳化鎢。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該結合層之組成分可依據研磨加工的條件及需求而任意變化，該結合層之組成可為陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料、或高分子材料，本發明並未侷限於此。在本發明之一態樣中，該結合層可為一硬焊材料，該硬焊材料可至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組。於本發明之另一態樣中，該高分子材料可為環氧樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯酸樹脂、或酚醛樹脂。此外，於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該底部基板之材質及尺寸可依據研磨加工的條件及需求而任意變化，其中，該底部基板之材質可為不鏽鋼基板、模具鋼基板、金屬合金基板、陶瓷基
板或塑膠基板或其組合，本發明並未侷限於此。在本發明之一較佳態樣中，該基板之材質可為不鏽鋼基板。
於本發明之平坦化之化學機械研磨修整器中，該底部基板可為平面基板或凹槽基板；在本發明之一態樣中，該底部基板可為平面基板，在本發明另一態樣中，該底部基板可為凹槽基板。
是以，本發明的功效在於利用相同厚度之研磨單元及固定厚度之結合層以形成平坦化表面，或者，不同厚度的研磨單元藉由結合層的厚度調整以形成平坦化表面。綜上所述，本發明的特徵為利用組合式將小尺寸研磨單元固定於大尺寸底部基板上，以得到具平坦度的表面，進而提高化學機械研磨修整器研磨效果。
1,2‧‧‧化學機械研磨修整器
10,20‧‧‧底部基板
11,21‧‧‧結合層
12,22‧‧‧研磨單元
13,23,33,43‧‧‧研磨單元基板
14,24,34,44‧‧‧研磨層
15,35,45‧‧‧研磨尖端
圖1係為本發明實施例1之平坦化之化學機械研磨修整器之示意圖。
圖2係為本發明實施例2之平坦化之化學機械研磨修整器之示意圖。
圖3係實施例1之平坦化之化學機械研磨修整器之剖面示意圖。
圖4A至4C係本發明實施例1及實施例3~4之研磨尖端之外形之示意圖。
以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
請參照圖1，係為本發明實施例1之平坦化之化學機械研磨修整器之示意圖。首先，提供一不鏽鋼之底部基板10，其厚度為80毫米且為一平面基板；接著，將一結合層11設置於該底部基板10上，其次，提供複數個研磨單元12，每一研磨單元12具有一研磨層14及一研磨單元基板13，其中，該研磨單元基板13為碳化矽所組成之陶瓷基板，以及該研磨單元基板13之表面為一平坦化表面，接著，利用化學氣相沉積法形成相同厚度之研磨層14，使該研磨層14形成於具有複數個表面尖端之該研磨單元基板13上，並使該研磨層14具有複數個研磨尖端，且該些研磨尖端之外形為角錐狀，例如，四角錐狀(如圖4A所示)，且該些研磨尖端具有相同的尖端方向性及相同的尖端角度，並藉由連續的陣列排列於研磨單元基板上；最後，使該些研磨單元12藉由該結合層11以固定於該底部基板10上；此外，該些研磨單元12具有相同高度，以形成具有一平坦化表面之化學機械研磨修整器1。然而，由於受到精度誤差的影響，該些研磨單元12存在些微的高度差，因此，將該些研磨單元12之高度差控制在小於
10微米。請參照圖3，圖3係實施例1之平坦化之化學機械研磨修整器之剖面示意圖。在圖3中，在底部基板10及結合層11上具有相同高度之研磨單元12，該些研磨單元12包含研磨層14及研磨基板13，以及該些研磨尖端之外形為角錐狀，此外，該些研磨單元12係以環狀方交替式排列於該結合層11上。
請參考圖2，圖2係本發明實施例2之平坦化之化學機械研磨修整器之示意圖。實施例2與前述實施例1所述之平坦化之化學機械研磨修整器之裝置大致相同，其不同之處在於，實施例1具有相同厚度的結合層及研磨單元，實施例2具有不同厚度的研磨單元，藉由結合層的厚度調節以形成平坦化表面。首先，提供不鏽鋼之底部基板20，其厚度為80毫米且為一平面基板；接著，將結合層21設置於該底部基板20上，其次，提供複數個研磨單元22，每一研磨單元22具有一研磨層24及一研磨單元基板23，其中，該研磨單元基板23為碳化矽所組成之陶瓷基板，且該研磨單元基板23具有20毫米及30毫米兩種不同厚度，以及該研磨單元基板23之表面為一平坦化表面，接著，利用化學氣相沉積法形成相同厚度之研磨層14，使該研磨層24形成於具有複數個表面尖端之該研磨單元基板23上，並使該研磨層24具有複數個研磨尖端，且該些研磨尖端之外形為角錐狀，例如，四角錐狀(如圖4A所示)，且該些研磨尖端具有相同的尖端方向
性或相同的尖端角度，藉由連續的陣列排列於研磨單元基板上；最後，使該些研磨單元22藉由該結合層21以固定於該底部基板20上，並藉由結合層21來調整研磨單元22，以形成平坦化之表面之化學機械研磨修整器2。
本發明實施例3~4與前述實施例1所述之平坦化之化學機械研磨修整器之裝置大致相同，其不同之處在於，實施例1的研磨尖端之外形為角錐狀，而實施例3~4的研磨尖端具有各種不同的特定圖案外形。請參照圖4A至圖4C，其係本發明實施例1及實施例3~4之研磨尖端之外形之示意圖。
如圖4A所示，實施例1之複數個研磨尖端15所具有的特定圖案外形為角錐狀，且該研磨層14之該些研磨尖端15藉由連續的陣列排列於研磨單元基板13上。如圖4B所示，實施例3之複數個研磨尖端35所具有的特定圖案外形為角柱狀，例如，四角柱狀，且該研磨層34之該些研磨尖端35藉由連續的陣列排列於研磨單元基板33上。如圖4C所示，實施例4之複數個研磨尖端45所具有的特定圖案外形為圓柱狀，且該研磨層44之該些研磨尖端45藉由連續的之陣列排列於研磨單元基板43上。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1‧‧‧化學機械研磨修整器
10‧‧‧底部基板
11‧‧‧結合層
12‧‧‧研磨單元
13‧‧‧研磨單元基板
14‧‧‧研磨層
Claims (15)
- 一種平坦化之化學機械研磨修整器，包括：一底部基板；一結合層，係設置於該底部基板上；以及複數個研磨單元，係設置於該結合層上，每一研磨單元係具有一研磨層及一研磨單元基板，該研磨層為利用化學氣相沉積法所形成之鑽石鍍膜，以及該研磨層具有複數個研磨尖端；其中，該些研磨單元係具有相同高度，使該化學機械研磨修整器具有一平坦化表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨單元之高度差係小於20微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨尖端之外形為刀刃狀、圓錐狀、圓弧狀、圓柱狀、角錐狀、或角柱狀。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨尖端係具有相同的尖端方向性，或者，該些研磨尖端係具有不同的尖端方向性。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨尖端係具有相同的尖端角度，或者，該些研磨尖端係具有不同的尖端角度。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨尖端係具有相同的間距，或者，該些研磨尖端係具有不同的間距。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨單元係具有相同的厚度，或者，該些研磨單元係具有不同的厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，更包括在該研磨層及該研磨單元基板間設置一中間層。
- 如申請專利範圍第8項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該中間層係至少一選自由氧化鋁、碳化矽、氮化鋁所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該研磨單元基板係為一導電性基板或一絕緣性基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該結合層之組成係為陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料、或高分子材料。
- 如申請專利範圍第11項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該高分子材料係為環氧樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯酸樹脂、或酚醛樹脂。
- 如申請專利範圍第11項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，硬焊材料係至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該底部基板係為不鏽鋼基板、模具鋼基板、金屬合金基板、陶瓷基板、塑膠基板、或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該底部基板係為平面基板或凹槽基板。
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