TWI580524B - 高性能化學機械研磨修整器及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種化學機械研磨修整器，尤指一種經由表面加工處理之複數個研磨顆粒所形成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利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。
已知技術中，如中華民國專利公告號第I306048號，係揭示一種設有超級磨粒的CMP修整器，該超級磨粒係以一可控制CMP拋光墊效果的高度設於其上，及其相關的方法，其所控制的CMP拋光墊的效果可選擇為使CMP拋光墊之修整速率及修整器磨耗理想化；於化學機械研磨修整器之製程中用以控制化學機械研磨修整器之效果的方法，該設有複數個超級磨粒的化學機械研磨修整器包含有：以能提供預設效果的高度將超級磨粒設置於其上，其中位於修整器中央的超級磨粒係成型為具有尖端的高度並朝向欲修整之拋光墊，其餘超級磨粒係成型為具有平面或稜線的高度並朝向欲修整之拋光墊。
此外，另一已知技術的日本專利公開號第2006130586號，係揭示從複數個鑽石研磨顆粒之中，選擇一組具有較高百分比含量的鑽石研磨顆粒，該鑽石研磨顆粒係晶體配向面所占的面積部分比其它表面大，且該組鑽石研磨顆粒分散在鍍液中以鍍著在浸漬於鍍液中之基材的表面上，藉此，在鍍著於該基材表面上之複數鑽石研磨顆粒之中，實質上與該基材之表面平行之晶體配向面之該鑽石研磨顆粒A1、A2、A4至A6、A8、A9的比例為65至95%之範圍，
且鑽石研磨顆粒之晶體配向面的X射線反射強度為2500CPS以上。
然而，上述化學機械研磨修整器主要係利用尖端方向性、研磨顆粒晶形或研磨顆粒形成不同傾斜角度，並藉由控制研磨顆粒之尖端方向性以提升修整器之研磨性能；然而，上述化學機械研磨修整器之研磨顆粒受限於本身六八面體的結晶形狀限制，使研磨顆粒的切削刃角無法脫離本身結構所能提供的固定切削刃角。因此，目前急需發展出一種高性能化學機械研磨修整器，用以控制每一研磨顆粒之外形以達到最佳的研磨性能。
本發明之主要目的係在提供一種高性能化學機械研磨修整器，該化學機械研磨修整器可控制每一研磨顆粒之外形，以達到最佳切削能力，此外，針對單一研磨顆粒之外形修整，可以脫離研磨顆粒本身晶形限制，以獲得最佳的切削刃角。
為達成上述目的，本發明提供一種高性能化學機械研磨修整器，包括：一基板；一結合層，該結合層設置於該基板上；以及複數個研磨顆粒，該些研磨顆粒藉由該結合層以直接固定於該基板上，或者，每一研磨顆粒設置於一金屬固定座上，且該基板具有複數個凹槽或複數個貫穿孔，使該金屬固定座容置於該些凹槽或該些貫穿孔中，且該金屬固定座藉由該結合層以固定於該基板上；其中，該研磨顆
粒可經由一表面加工處理，使該些研磨顆粒具有特定之切削刃角、晶形結構、尖端高度、或尖端方向性，依據使用者需求或加工條件而任意變化該些研磨顆粒之切削刃角、晶形結構、尖端高度、或尖端方向性，或者，該些研磨顆粒可未經表面加工處理，使該些研磨顆粒以特定比例或排列而構成，以控制加工拋光墊之表面性狀。不同於傳統化學機械研磨修整器，其研磨性能受限於研磨顆粒(人造鑽石或合成鑽石)的六八面體晶形限制，本發明之高性能化學機械研磨修整器可設計具有特定外形之研磨顆粒，使研磨性能不再受限於研磨顆粒之六八面體晶形限制。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，不同於原本人造鑽石只能固定提供70度或109度的切削刃角，該些研磨顆粒之切削刃角可藉由表面加工處理並依據使用者需求或研磨加工條件而任意變化，其中，該些研磨顆粒之切削刃角可為30度至150度；在本發明之一態樣中，該些研磨顆粒之切削刃角為60度或90度。此外，於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒之晶形結構可藉由表面加工處理並依據使用者需求或研磨加工條件而任意變化，其中，該些研磨顆粒之晶形結構可為六面體或八面體；於本發明一態樣中，該些研磨顆粒之晶形結構為六面體。此外，於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，該基板上具有複數個凹槽或複數個貫穿孔，使該些研磨基座容置於該些凹槽或該些貫穿孔中。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，可
依據使用者的需要或研磨條件的不同而任意變換該些研磨顆粒的尖端高度，使該些研磨顆粒可具有相同的尖端高度，或使該些研磨顆粒具有不同的尖端高度。在本發明之一態樣中，該些研磨顆粒可具有相同的尖端高度，或者，藉由不同突出高度之金屬固定座以控制該些研磨顆粒具有相同的尖端高度。在本發明另一態樣中，該些研磨顆粒可具有不同的尖端高度，可以直接透過表面加工處理使該些研磨顆粒形成具有不同的尖端，或者，藉由不同突出高度之金屬固定座以控制該些研磨顆粒具有不同的尖端高度。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，每一研磨顆粒可藉由一磨料結合層以固定於該金屬固定座上，其中，該些研磨顆粒可具有平面底部或非平面底部，該金屬固定座可具有平面頂部或凹槽頂部；於本發明之一態樣中，具有平面底部的該些研磨顆粒可設置於具有平面頂部之該金屬固定座上，使該些研磨顆粒之平面底部與該金屬固定座之平面頂部相互契合，另一方面，具有平面底部的該些研磨顆粒也可以不透過金屬固定座而直接設置於該基板上；另一方面，具有非平面底部的該些研磨顆粒可搭配設置於具有凹槽頂部之該金屬固定座上，使該些研磨顆粒之非平面底部與該金屬固定座之凹槽頂部相互契合。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒可為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼；在本發明之一較佳態樣中，該些研磨顆粒可為人造鑽石。另一方面，於本發明之等高度分布之化學機械研磨修整
器中，該些研磨顆粒之粒徑可為30微米至2000微米；於本發明之一態樣中，設置於金屬固定座之研磨顆粒可具有較大尺寸之粒徑(例如，800微米)，其中，金屬固定座可設計為具有圓柱外型之金屬桿，且該金屬固定座之外徑可為1毫米至10毫米，較佳為該金屬固定座之外徑為3毫米，因此，在一般外徑4英吋之修整器基板上可設置含有60個至70個金屬固定座。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒藉由該結合層以直接固定於該基板上，或者，每一研磨顆粒設置於該金屬固定座上，且該金屬固定座藉由該結合層以固定於該基板上，其中，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，且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。此外，於前述本發明之高性能化學機械研磨修整器中，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；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。於本發明之一態樣中，該結合層之組成較佳為環氧樹脂。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，每一研磨顆粒可藉由該磨料結合層以固定於該金屬固定座上，其中，該磨料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，且該磨料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。此外，於前述本發明之高性能化學機械研磨修整器中，
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；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。於本發明之一態樣中，該磨料結合層之組成較佳為鎳基金屬焊料。
此外，於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，該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，該基板之材質可為不鏽鋼基板、模具鋼基板、金屬合金基板、或陶瓷基板高分子基板或其組合，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。再者，於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，該基板可具有複數個凹槽，使該金屬固定座容置於每一凹槽。
本發明之另一自的係在提供一種高性能化學機械研磨修整器之製作方法，該化學機械研磨修整器之製作方法可控制每一研磨顆粒之外形，以達到最佳切削能力，此外，針對單一研磨顆粒之外形修整，可以脫離研磨顆粒本身晶形限制，以獲得最佳的切削刃角。
為達成上述目的，本發明提供一種高性能化學機械研磨修整器之製作方法，包括：提供複數個研磨顆粒，及具有一結合層之一基板；提供一表面加工處理，使該研磨顆粒具有特定之切削刃角、晶形結構、尖端高度、尖端方向性；以及將每一研磨顆粒可藉由一結合層以直接固定於該基板上，或者，將每一研磨顆粒設置於一金屬固定座上，並使該金屬固定座藉由該結合層以固定於該基板上。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器之製作方法中，該表面加工處理可為機械研磨法、化學蝕刻法、或雷射加工法；在本發明的一態樣中，該表面加工處理為機械研磨法。此外，於前述本發明之高性能化學機械研磨修整器之製作方法中，該結合層之固定方法可為陶瓷燒結法、焊料硬焊法、電鍍法、金屬燒結法、或高分子硬化法，本發明並未侷限於此；在本發明的一態樣中，該結合層之固定方法為高分子硬化法。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器之製作方法中，每一研磨顆粒設置於一金屬固定座上，並使該金屬固定座藉由該結合層以固定於該基板上，其中，該每一研磨顆粒可藉由一磨料結合層以固定於該金屬固定座上，且該磨料結合層之固定方法可為陶瓷燒結法、金屬硬焊法、電鍍法、金屬燒結法、或高分子硬化法；在本發明的一態樣中，該磨料結合層之固定方法為金屬硬焊法。
1,2,3‧‧‧化學機械研磨修整器
10,20,30‧‧‧基板
11,21,31‧‧‧結合層
12,22,32‧‧‧研磨顆粒
23,33‧‧‧金屬固定座
24,34‧‧‧凹槽
25,35‧‧‧貫穿孔
圖1A係本發明實施例1之高性能化學機械研磨修整器之方塊流程圖。
圖1B係本發明實施例1之高性能化學機械研磨修整器之示意圖。
圖2A至圖2D係本發明實施例2之高性能化學機械研磨修整器之示意圖。
圖3A至圖3D係本發明實施例3之高性能化學機械研磨修整器之示意圖。
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。
實施例1
請參照圖1A及圖1B所示，圖1A係本發明實施例1之高性能化學機械研磨修整器之方塊流程圖；圖1B係本發明實施例1之高性能化學機械研磨修整器之示意圖。請參照圖1A及圖1B，於實施例1之高性能化學機械研磨修整器中，首先，將該些研磨顆粒12設置於一金屬固定座(圖未顯示)上；其中，該些研磨顆粒12係為粒徑300微米之人造鑽石；接著，將該研磨顆粒12經由一表面加工處理，使該研磨顆粒具有特定之切削刃角(θ)90度，請參照圖1B，針對單一研磨顆粒之外形的修整，得以脫離研磨顆粒本身晶形的限制，以獲得最理想的切削刃角(θ)；且該些研磨顆粒12之晶形結構為六面體，本發明之該些研磨顆粒之切削刃角(θ)及其晶形結構可依據使用者需求或加工條件不同而任意變化；接著，使該些研磨顆粒12與該金屬固定座(圖未顯示)分離；最後，提供一不鏽鋼之基板10及一鎳基金屬焊料之結合層
11，並藉由加熱硬焊方式，使該些研磨顆粒12埋設固定於該結合層12，並將該結合層11固定於該基板10上以形成本發明之高性能化學機械研磨修整器1，如圖1B所示；其中，該些研磨顆粒12的設置方式可以為一般習知的佈鑽技術(例如，模板佈鑽)，並可藉由模板(圖未顯示)控制該些研磨顆粒12的間距及排列方式。此外，該些研磨顆粒12具有相同的尖端高度，以及該些研磨顆粒12均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性，或者依據使用者需求或加工條件不同，將該些研磨顆粒12變化成具有相同的尖端方向性或不同的尖端方向性。
實施例2
請參考圖2A至圖2D，圖2A至圖2D係本發明實施例2之高性能化學機械研磨修整器之示意圖。實施例2與前述實施例1所述之高性能化學機械研磨修整器20之裝置大致相同，其不同之處在於，實施例1之該些研磨顆粒12係藉由該結合層11以直接固定於該基板上，實施例2之該些研磨顆粒22係設置在金屬固定座23上。請參照圖2A，實施例2之每一研磨顆粒22係設置於一平面頂部之金屬固定座23上，其中，該些研磨顆粒22係為粒徑800微米之人造鑽石，此外，該平面頂部之金屬固定座23為圓柱外型，其外徑為3毫米，且每一研磨顆粒22係藉由金屬焊料合金之磨料結合層(圖未顯示)以固定於該平面頂部之金屬固定座23上；接著，請參照圖2B，該研磨顆粒22係經由表面加工處理，使
該些研磨顆粒22具有90度的切削刃角(θ)，可依據使用者需求或加工條件不同而任意變化刃角角度；最後，請參照圖2C，使該平面頂部之金屬固定座23容置於具有複數凹槽24之基板上，且該平面頂部之金屬固定座23藉由該結合層21以固定於該基板20上以形成本發明之高性能化學機械研磨修整器2，如圖2C所示；或者，請參照圖2D，使該平面頂部之金屬固定座23容置於具有複數貫穿孔25之基板上，且該平面頂部之金屬固定座23藉由該結合層21以固定於該基板20上，以形成本發明之高性能化學機械研磨修整器2；請參照圖2D，在該基板的正面上並無結合層21存在。在本發明之一態樣中，在4英吋基板上可設置70個該平面頂部之金屬固定座23。
實施例3
請參考圖3A至圖3C，為本發明實施例3之高性能化學機械研磨修整器之示意圖。實施例3與前述實施例2所述之高性能化學機械研磨修整器大致相同，其不同之處在於，實施例2為具有平面底部之該些研磨顆粒設置於具有平面頂部之金屬固定座上，而實施例3為具有非平面底部之該些研磨顆粒設置於具有凹槽頂部之金屬固定座上，使該些研磨顆粒之非平面底部與該金屬固定座之凹槽頂部相互契合。請參照圖3A，首先，將該些具有非平面底部之該些研磨顆粒32設置於具有凹槽頂部之金屬固定座33上，其中，該些研磨顆粒32為粒徑800微米之人造鑽石，該金屬固定座33為圓柱外型，其外徑為3毫米，且每一研磨顆粒32藉由金屬合
金焊料所組成之磨料結合層(圖未顯示)以固定於具有凹槽頂部之金屬固定座33上；接著，請參照圖3B，該研磨顆粒32係經由表面加工處理，使該些研磨顆粒32具有90度的切削刃角，或者，該些研磨顆粒22之切削刃角可依據使用者需求或加工條件不同而任意變化；最後，請參照圖3C，使具有非平面底部之該些研磨顆粒32及具有凹槽頂部之金屬固定座33容置於該基板30之複數個凹槽34，且該具有凹槽頂部之金屬固定座33藉由該結合層31以固定於該基板30以形成本發明之高性能化學機械研磨修整器3，或者，請參照圖3D，使該平面頂部之金屬固定座33容置於具有複數貫穿孔35之基板上，且該平面頂部之金屬固定座33藉由該結合層31以固定於該基板30上，以形成本發明之高性能化學機械研磨修整器3；請參照圖3D，在該基板的正面上並無結合層31存在。此外，可藉由該金屬固定座33控制該些研磨顆粒32具有相同的尖端高度或不同的尖端高度。
於本發明之高性能化學機械研磨修整器中，具有兩種實施方式，一種實施方式係為將該些研磨顆粒設置於基板上；另一實施方式係為將該些研磨顆粒設置在金屬固定座上。這兩種實施方式皆可依據使用者需求或加工條件不同，而任意變化該研磨顆粒之刃角角度、晶形結構、尖端高度、及尖端方向性，進而控制每一研磨顆粒之外形，使研磨顆粒脫離六八面體的範疇，而製成預設之形狀，因而獲得理想的切刃角度，以達到最佳研磨性能。
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。
2‧‧‧化學機械研磨修整器
20‧‧‧基板
21‧‧‧結合層
22‧‧‧研磨顆粒
23‧‧‧金屬固定座
24‧‧‧凹槽
Claims (16)
- 一種高性能化學機械研磨修整器，包括：一基板；一結合層，該結合層係設置於該基板上；以及複數個研磨顆粒，每一研磨顆粒係設置於一金屬固定座上，且該基板具有複數個凹槽或複數個貫穿孔，使該金屬固定座容置於該些凹槽或該些貫穿孔中，且該金屬固定座藉由該結合層以固定於該基板上；其中，該研磨顆粒具有30度至150度之切削刃角、六面體或八面體之晶形結構、相同或不同的尖端高度、及相同或不同的尖端方向性；且該些研磨顆粒可具有平面底部或非平面底部，該金屬固定座可具有平面頂部或凹槽頂部。
- 如申請專利範圍第1項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒之切削刃角為60度或90度。
- 如申請專利範圍第1項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，每一研磨顆粒係藉由一磨料結合層以固定於該金屬固定座上。
- 如申請專利範圍第1項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒係為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼。
- 如申請專利範圍第1項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒之粒徑係為30微米至2000微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之高性能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3項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，該磨料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6或7項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，該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6或7項所述之高性能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1項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，該基板係為不鏽鋼基板、模具鋼基板、金屬合金基板、陶瓷基板、高分子基板或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之高性能化學機械研磨修整器，其中，該基板係具有複數個凹槽，使該金屬固定座容置於每一凹槽。
- 一種高性能化學機械研磨修整器之製作方法，包括：提供複數個研磨顆粒，及具有一結合層之一基板，提供一表面加工處理，使該研磨顆粒具有特定之切削刃角、晶形結構、尖端高度、尖端方向性；以及 將每一研磨顆粒設置於一金屬固定座上，並使該金屬固定座藉由該結合層以固定於該基板上；且該些研磨顆粒可具有平面底部或非平面底部，該金屬固定座可具有平面頂部或凹槽頂部。
- 如申請專利範圍第12項所述之高性能化學機械研磨修整器之製作方法，其中，該表面加工處理係為機械研磨法、化學蝕刻法、或雷射加工法。
- 如申請專利範圍第12項所述之高性能化學機械研磨修整器之製作方法，其中，該結合層之固定方法係為陶瓷燒結法、焊料硬焊法、電鍍法、金屬燒結法、或高分子硬化法。
- 如申請專利範圍第12項所述之高性能化學機械研磨修整器之製作方法，其中，該每一研磨顆粒係藉由一磨料結合層以固定於該金屬固定座上。
- 如申請專利範圍第15項所述之高性能化學機械研磨修整器之製作方法，其中，該磨料結合層之固定方法係為陶瓷燒結法、金屬硬焊法、電鍍法、金屬燒結法、或高分子硬化法。
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