CN101879702A - 组合式修整器及其制法 - Google Patents

Abstract

一种组合式修整器，包括：一大基板、多个弹性单元及多个研磨单元；多个研磨单元分别包括多个磨粒；多个磨粒分别具有一切削端；多个研磨单元分别结合大基板；多个弹性单元分别置于多个研磨单元与大基板之间，以由多个弹性单元分别弹性调整多个磨粒的切削端突出大基板的高度，然后使多个研磨单元分别固定结合该大基板；较容易使大面积组合式修整器的多个磨粒的切削端在同一高度，可视需要变化不同的磨粒，且制作多个小的研磨单元在组合成一大面积修整器的成本较低。

Description

组合式修整器及其制法

技术领域

本发明是有关一种修整器及其制法，尤其是有关CMP抛光垫的组合式修整器及其制法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是目前半导体晶片(晶圆)表面平坦化的工艺中最受瞩目的技术。在化学机械抛光工艺中，抛光垫的功能是将抛光液稳定而均匀地输送至晶片与抛光垫之间，在化学蚀刻与机械磨削兩者相互作用下，将芯片上凸出的沉积层移除。

为了达到晶片加工量产的需求及维持品质的稳定性，必须利用钻石修整器(Diamond dresser)在化学机械抛光的过程中适时地对抛光垫进行修整，除了移除表面的抛光副产物，恢复抛光垫的粗糙面，改善其容纳浆料的能力，并恢复抛光垫表面的孔洞及其把持、运送抛光液的能力，如此可以节省抛光垫成本，并可达到晶片量产时品质稳定的需求。

传统的钻石修整器是将平均粒径的钻石粒固定在金属盘上，这种钻石修整器适合修整硬式的抛光垫(如ICl000等)。传统修整器的功能不仅要移除抛光芯片时产生的废料，更进一步的需要切削一层抛光垫，使抛光垫恢复一定的粗糙度，但是这种传统类型的钻石修整器并不适用于45纳米(nm)以下的CMP工艺。由于积体电路的线宽日趋微小，例如2006年开始执行65纳米(nm)的工艺，芯片表面平坦化及平滑度的要求就越来越高，相对修整抛光垫的修整器要求也越来越高。预计于2010年的45nm的工艺，必须以极低的压力进行抛光才能避免磨穿纳米级的铜线及脆弱的低介电常数(Low K)电阻层。因此修整后的抛光垫需要更高的平整性，且需配合大尺寸芯片的需求重新设计。未来的钻石修整器除了修整器的钻石颗粒分布规则外，尖锥的顶点高度(Leveling)要求也更高；除此之外，修整器也需要在抛光垫上刻划出更细微更均匀的刻纹，但相反的，修整器对抛光垫的移除率更低，这样的要求是传统修整器无法做到的。

有各种不同修整器的专利，例如中国台湾专利I228066揭示一种研磨布用修整器及其使用的研磨布的修整方法，包括一金属台设置有调节机构，以调节全部或一部分的磨石颗粒群中以多个磨石颗粒的前端所分别形成的基准面的高低差。

中国台湾公开专利200821093揭示的钻石修整器，包括在各钻石砥粒粘接部上，各自粘接有不同种类的钻石砥粒，钻石砥粒粘接部与修整器基板之间是由螺栓固定或粘接剂固定。

美国专利US6,054,183、揭示的修整器，是在一基板上形成多个钻石粒及一层CVD钻石；多个钻石粒被CVD钻石包覆而被固定于基板表面。

国际专利公开号WO00/64630，揭示一研磨层包括多个磨粒，该磨粒包含有机树脂(Organic resin)、金属盐(Metal salt)及平均散布于多个磨粒之间的钻石磨粒。

美国公开专利US20060128288揭示的修整器，包括多个钻石颗粒被一金属粘结剂层固定于一金属基板。

日本公开专利JP2006-315088揭示的修整器，包括一圆盘状基台结合多个圆形的PCD钻石片。

一般修整器的直径约是108公厘(mm)的大盘子，因为面积大所以变形量也大，较不容易结合各种不同大小、形状、材料的磨粒，且使多个研磨颗粒的顶点在同一高度，且大面积的修整器的价钱较高。

发明内容

为了使较大面积的修整器更容易结合各种不同大小、形状、材料的磨粒，且使多个研磨颗粒的顶点在同一高度，而提出本发明。

本发明的主要目的，在提供一种组合式修整器及其制法，使一大基板的同一研磨端面结合多个具有磨粒的小基板，较容易使多个磨粒的切削端在同一高度，且更容易结合各种不同大小、形状、材料的磨粒。

本发明的另一目的，在提供一种组合式修整器及其制法，可节省整修器的制造成本，且可视需要变化不同的磨粒。

本发明提供一种组合式修整器，是作为CMP抛光垫的修整器，包括：

一大基板；

多个研磨单元，该多个研磨单元分别具有一小基板；该多个小基板的一面分别设有多个磨粒；该多个磨粒分别具有切削端；

其中该多个研磨单元分别固定结合该大基板；其中该多个磨粒的切削端突出该大基板，该多个磨粒的切削端分别与一平面的高度差异在20微米内。

本发明提供一种组合式修整器的制法，包括如下步骤：

(1)使多个弹性单元分别置于一大基板的一结合面的多个凹槽内；

(2)使多个研磨单元分别与该多个弹性单元相叠；该多个弹性单元分别施予该多个研磨单元离开大基板的力量；

(3)使一平板同一水平方向的施予该多个磨粒的切削端靠向该大基板的力量，由该平板的施予该多个研磨单元的压力及该多个弹性单元推顶该多个研磨单元的弹力呈相等的状态，使该多个切削分别与一平面的高度差异在20微米内；

(4)由结合剂层使该大基板固定结合该多个研磨单元，该多个磨粒的切削端突出该大基板，使该多个切削端被固定形成该组合式修整器。

本发明还提供一种组合式修整器的制法，包括如下步骤：

(1)使多个弹性单元分别置于一第一模具的多个凹槽内；

(2)使多个研磨单元分别与多个弹性单元相叠；该多个弹性单元分别施予该多个研磨单元离开该第一模具的力量；

(3)使一平板同一水平方向的施予该多个磨粒的切削端靠向该第一模具的力量，由该平板分别施予该多个研磨单元的压力及多个多个弹性单元分别推顶研磨单元的弹力呈相等的状态，使该多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内；

(4)使一大基板分别结合该多个研磨单元，该多个磨粒的切削端突出该大基板，使该多个切削端被固定形成该组合式修整器。

本发明又提供一种组合式修整器的制法，包括如下步骤：

(1)使相叠的一固定模具及一可刺入单元置于一第二模具内；

(2)使多个研磨单元的多个磨粒的切削端分别穿过该固定模具的多个孔接触该可刺入单元；

(3)使该多个磨粒的切削端分别刺入该可刺入单元接触该第二模具的一底壁，而使该多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内；

(4)使一大基板分别结合该多个研磨单元，使该多个切削端被固定，该多个磨粒的切削端突出该大基板；

(5)使该刺入单元分离该多个切削端，形成该组合式修整器。

附图说明

本发明的其它目的、功效，请参阅附图及实施例，详细说明如下，其中：

图1为本发明第一实施例的组合式修整器的示意图。

图2为图1的AA剖面及一平板的示意图。

图3为本发明第一实施例的组合式修整器制法的流程图。

图4为本发明第二实施例的组合式修整器的示意图。

图5为本发明第三实施例的组合式修整器的示意图。

图6为本发明第四实施例的组合式修整器的示意图。

图7为本发明第一研磨单元的示意图。

图8为本发明第二研磨单元的示意图。

图9为本发明第三研磨单元的示意图。

图10为本发明第四研磨单元的示意图。

图11为制作本发明第五实施例的组合式修整器的示意图。

图12为本发明第五实施例的组合式修整器及工件的示意图。

图13为本发明第五实施例的组合式修整器制法的流程图。

图14为制作本发明第六实施例的组合式修整器的示意图。

图15为本发明第六实施例的组合式修整器的示意图。

图16为本发明第六实施例的组合式修整器制法的流程图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明第一实施例的组合式整修器1，尤其是作为CMP抛光垫的修整器，包括一大基板11、多个研磨单元12及多个弹性单元13所组成。

如图2所示，大基板11设有一结合面110及突出结合面110周围的环壁111；结合面110设有对应于研磨单元12的多个凹槽112；多个研磨单元12分别与多个弹性单元13相迭且分别置于多个凹槽112内；每一研磨单元12与大基板11之间有一弹性单元13；研磨单元12可全部或一部分突出凹槽112。

研磨单元12包括一小基板120及多个磨粒121；小基板120的一面122结合多个磨粒121；磨粒121具有一可对一工件进行切削的切削端123；小基板120的相对于设有该多个磨粒121的另一面124接触弹性单元13。由多个弹性单元13分别弹性调整多个切削端123突出大基板11的高度差异在20微米内，使多个切削端123与一平面15的高度差异在20微米内，然后由结合剂层14使大基板11及多个研磨单元12的小基板120固定结合。

如图2、3所示，本发明第一实施例的组合式修整器1的制法，包括如下步骤：

使多个弹性单元13分别置于一大基板11的结合面110的多个凹槽112内；

使多个研磨单元12分别与多个弹性单元13相迭；多个弹性单元13分别施予多个研磨单元离开大基板11的力量；其中研磨单元12具有一小基板120，小基板120的一面122设有多个磨粒121；多个磨粒121的切削端123分别突出凹槽112；

使一平板16同一水平方向的施予多个磨粒121的切削端123靠向大基板11的力量，由平板16的施予研磨单元12的压力及多个弹性单元13推顶研磨单元12的弹力呈相等的状态，使多个切削端123突出大基板11的高度差异在20微米内，使多个切削端123与一平面15的高度差异在20微米内；

由结合剂层14使大基板11固定结合多个研磨单元12的小基板120，即可使多个切削端123被固定，形成一组合式修整器1。

如图1、2、4、5、6所示，本发明第二实施例的组合式整修器2、第三实施例的组合式修整器3、第四实施例的组合式修整器4分别与上述第一实施例的组合式修整器1的结构相比较，除了多个研磨单元12结合大基板11呈现的排列方式不同外，其余结构大致相同。第二实施例的组合式修整器2的多个研磨单元12呈具有一中心及围绕中心的多个同心环排列的形状，如图4所示。第三实施例的组合式修整器3的多个研磨单元12呈矩阵式排列的形状，如图5所示。第四实施例的组合式修整器4的多个研磨单元12呈环状排列的形状，如图6所示。

如图1、2、7、8、9、10所示，本发明第一研磨单元21、第二研磨单元22、第三研磨单元23及第四研磨单元24与图1、2所示的研磨单元12的结构相比较，除了多个磨粒211、221、231、241、121结合小基板210、220、230、240、120呈现的排列形状不同外，其余结构大致相同。多个磨粒211、221、231、241、121的排列方式可视需要有多种不同的排列形状。第一研磨单元21的多个磨粒211呈由中心向四周辐射状的形状，如图7所示。第二研磨单元22的多个磨粒221呈同心圆的排列形状，如图8所示。第三研磨单元23的多个磨粒231呈矩阵式的排列形状，如图9所示。第四研磨单元24的多个磨粒241呈对称式的排列形状，如图10所示。

如图11、12所示，本发明第五实施例的组合式整修器5，尤其是作为CMP抛光垫的修整器，包括一大基板51、多个研磨单元52及多个弹性单元53所组成。

大基板51包括一第一支架511及结合剂层512；第一支架511架置于一第一模具54内；第一模具54设有多个凹槽541；第一支架511设有容纳多个弹性单元53的多个穿透孔513；多个研磨单元52分别与多个弹性单元53相迭且分别置于多个凹槽541内，使每一研磨单元52与第一模具54之间有一弹性单元53；研磨单元52可全部或一部分突出凹槽541。研磨单元52包括一小基板520结合多个磨粒521；磨粒521具有可对一CMP抛光垫17进行切削的切削端522。由多个弹性单元53分别弹性调整多个切削端522突出大基板51的高度差异在20微米内，使多个切削端522与一平面15的高度差异在20微米内，然后由结合剂层512使第一支架511及多个研磨单元52的小基板520固定结合。第一支架511包覆结合剂层512以增加大基板51整体的强度，但亦可不需第一支架511，直接由结合剂层512构成大基板51。

如图11、12、13所示，本发明第五实施例的组合式修整器5的制法，包括如下步骤：

使一第一支架511置于一第一模具54内，再使多个弹性单元53分别置于第一模具54的多个凹槽541内；

使多个研磨单元52分别与多个弹性单元53相迭；多个弹性单元53分别施予多个研磨单元52离开第一模具54的力量；其中研磨单元52具有一小基板520，小基板520设有多个磨粒521；多个磨粒521的切削端522分别突出第一支架511；

使一平板16同一水平方向的施予多个磨粒521的切削端522靠向第一模具54的力量，由平板55的施予研磨单元52的压力及多个弹性单元53推顶研磨单元52的弹力呈相等的状态，使多个切削端522与一平面15的高度差异在20微米内；

由结合剂层512结合第一支架511及多个小基板520，使大基板51固定结合多个研磨单元52，即可使多个切削端522被固定，形成一组合式修整器5。

如图14、15、16所示，本发明第六实施例的组合式修整器6的制法，包括如下步骤：

使相迭的一固定模具61及一弹性单元62置于一第二模具63内；

使多个研磨单元64的多个磨粒640的切削端641分别穿过固定模具61的多个孔611接触弹性单元62；其中研磨单元64具有一小基板642，小基板642设有多个磨粒640；

使一平板16同一水平方向的施予多个磨粒640的切削端641刺入可刺入单元62，切削端641可接触第二模具63的一底壁631，使多个切削端641与一平面15的高度差在20微米内，如图15所示；

由结合剂层652使一第二支架651固定结合多个研磨单元64的小基板642，使多个切削端641被固定；

使可刺入单元62分离多个切削端641，形成一组合式修整器6；其中第二支架651及结合剂层652构成一大基板65，如图15所示。

上述步骤(5)也可进一步使固定模具61分离多个研磨单元64，使如图15所示的组合式修整器6不包括固定模具61。可刺入单元62可为双面胶带。

本发明第六实施例的组合式修整器6，包括一大基板65、多个研磨单元64及一固定模具61所组成。大基板65包括一第二支架651及结合剂层652；研磨单元64具有一小基板642，小基板642设有多个磨粒640；多个磨粒640的切削端641分别穿过固定模具61的多个孔611；结合剂层652使第二支架651固定结合多个研磨单元64的小基板642，使多个切削端641被固定且与一平面15的高度差异在20微米内，如图15所示；组合式修整器6也可不包括固定模具61。

本发明的磨粒的材料可为人造或非人造钻石、多晶钻石(PCD)、立方晶氮化硼(CBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)、最硬结晶体、多晶材料、或上述材料的混合材料等所组成。

本发明的大基板、第一支架、第二支架可为任何形状、厚度、或材质，而具有支撑磨粒的能力，能达成支撑、固定磨粒的功效；该基板可由坚固的材料所组成、由工艺中形成坚固的粉状或胶状材料所组成、或由具有弹性的材料所组成；典型的大基板的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶制品、碳制品、及上述材料的混合物，以316L不锈钢材料为佳。

本发明的固定模具可为任何形状、厚度、或材质，而具有固定磨粒的能力，能达成固定磨粒的功效；典型的固定模具的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶制材料、碳材料、及上述材料的混合物，其中以不锈钢为实施例代表。

本发明的结合剂层的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶瓷材料、碳材料、及上述材料的混合物，其中以塑料材料为实施例代表，此外也可包含焊接合金材料。

本发明的大基板可为圆盘状，直径约80-120厘米(mm)。小基板可为圆盘状，直径约10-30厘米，以20厘米较佳。磨粒的大小为100-500微米(micron)，以160-200微米较佳。本发明大基板的较佳实施例可为不锈钢材质、或为环氧树脂材质，不需结合剂层直接以环氧树脂形成大基板并固结该多个小基板；结合剂层的较佳实施例可为树脂材料；磨粒与小基板固定方式的较佳实施例可由树脂胶合或由含有铬、钛的铜锌合金结合；小基板的外表面有一含镍的电镀层。弹性单元的较佳实施例可以是高分子材料、橡胶材料、弹簧、半凝固的塑料、硅胶、半凝固的胶水或泡棉等材料制成。

本发明利用组合式的方法，先制作多个研磨单元，小的研磨单元较容易使多个磨粒的切削端在同一高度，再组合多个研磨单元成为一大面积的组合式修整器，较容易使大面积组合式修整器的多个磨粒的切削端在同一高度。本发明的优点是制作小的研磨单元成本较低，且组合式修整器可视需要变化不同的磨粒，例如组合式修整器的外圈可以用粒度较大的钻石，内圈可以用粒度较小的钻石；或是外圈可以用切削能力差，但较耐磨，晶形完整的钻石，内圈可以用切削能力好，但是不耐磨，晶形较不好的钻石。同一小研磨单元的钻石颗粒大小、形状、材料相同，但组合式修整器内的多个研磨单元的钻石颗粒大小、形状、材料可相同或不相同。利用多个研磨单元组合成一较大的组合式修整器，可控制组合式修整器的切削速度及磨耗率。

以上所记载，仅为利用本发明技术内容之实施例，任何熟悉本项技术者运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的权利要求范围，而不限于实施例所揭示的内容。

Claims (17)

1.一种组合式修整器，是作为CMP抛光垫的修整器，包括：

一大基板；

多个研磨单元，该多个研磨单元分别具有一小基板；该多个小基板的一面分别设有多个磨粒；该多个磨粒分别具有切削端；

其中该多个研磨单元分别固定结合该大基板；其中该多个磨粒的切削端突出该大基板，该多个磨粒的切削端分别与一平面的高度差异在20微米内。

2.如权利要求1所述的组合式修整器，其中该多个小基板的相对于设有该多个磨粒的另一面分别接触多个弹性单元，以由该多个弹性单元弹性调整该多个磨粒的切削端突出该大基板的高度。

3.如权利要求1所述的组合式修整器，其中该大基板的材料包含金属、金属合金、塑料材料、陶制品、碳制品及上述材料的混合物其中之一。

4.如权利要求1所述的组合式修整器，其中该大基板设有一结合面；该结合面设有多个凹槽；该多个弹性单元分别置于该多个凹槽内；由一结合剂层使该大基板及该多个研磨单元的小基板分别固定结合。

5.如权利要求1所述的组合式修整器，其中该多个磨粒呈由中心向四周辐射状的形状，该多个磨粒呈同心圆的排列形状，该多个磨粒呈矩阵式的排列形状，该多个磨粒呈对称式的排列形状。

6.如权利要求2所述的组合式修整器，其中该多个弹性单元分别是高分子材料、橡胶材料、弹簧、半凝固的塑料、硅胶、半凝固的胶水或泡棉其中之一制成。

7.如权利要求1所述的组合式修整器，其中该大基板包括一第一支架及一结合剂层；该第一支架设有容纳该多个弹性单元的多个穿透孔；该结合剂层固定结合该第一支架及该多个小基板。

8.如权利要求1所述的组合式修整器，其中该大基板结合一固定模具；该固定模具设有多个孔；该多个磨粒的切削端分别穿过该多个孔。

9.如权利要求8所述的组合式修整器，其中该大基板包括一第二支架及一结合剂层；该结合剂层固定结合该第二支架及该多个小基板。

10.如权利要求1至9中任一项所述的组合式修整器，其中该多个研磨单元呈具有一中心及围绕中心的多个同心环排列的形状，或成呈矩阵式排列的形状，或成呈环状排列的形状。

11.一种组合式修整器的制法，包括如下步骤：

(1)使多个弹性单元分别置于一大基板的一结合面的多个凹槽内；

(2)使多个研磨单元分别与该多个弹性单元相叠；该多个弹性单元分别施予该多个研磨单元离开大基板的力量；

(3)使一平板同一水平方向的施予该多个磨粒的切削端靠向该大基板的力量，由该平板的施予该多个研磨单元的压力及该多个弹性单元推顶该多个研磨单元的弹力呈相等的状态，使该多个切削分别与一平面的高度差异在20微米内；

(4)由结合剂层使该大基板固定结合该多个研磨单元，该多个磨粒的切削端突出该大基板，使该多个切削端被固定形成该组合式修整器。

12.一种组合式修整器的制法，包括如下步骤：

(1)使多个弹性单元分别置于一第一模具的多个凹槽内；

(2)使多个研磨单元分别与多个弹性单元相叠；该多个弹性单元分别施予该多个研磨单元离开该第一模具的力量；

(3)使一平板同一水平方向的施予该多个磨粒的切削端靠向该第一模具的力量，由该平板分别施予该多个研磨单元的压力及多个多个弹性单元分别推顶研磨单元的弹力呈相等的状态，使该多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内；

(4)使一大基板分别结合该多个研磨单元，该多个磨粒的切削端突出该大基板，使该多个切削端被固定形成该组合式修整器。

13.如权利要求12所述的组合式修整器的制法，其中该多个研磨单元分别具有一小基板；该多个小基板的一面分别设有多个磨粒；该多个磨粒分别具有切削端；该大基板包括一第一支架及一结合剂层；该第一支架设有容纳该多个弹性单元的多个穿透孔；该第一支架置于该第一模具内；该结合剂层固定结合该第一支架及该多个小基板。

14.一种组合式修整器的制法，包括如下步骤：

(1)使相叠的一固定模具及一可刺入单元置于一第二模具内；

(2)使多个研磨单元的多个磨粒的切削端分别穿过该固定模具的多个孔接触该可刺入单元；

(3)使该多个磨粒的切削端分别刺入该可刺入单元接触该第二模具的一底壁，而使该多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内；

(4)使一大基板分别结合该多个研磨单元，使该多个切削端被固定，该多个磨粒的切削端突出该大基板；

(5)使该刺入单元分离该多个切削端，形成该组合式修整器。

15.如权利要求14所述的组合式修整器的制法，其中该多个研磨单元分别具有一小基板；该多个小基板的一面分别设有多个磨粒；该多个磨粒分别具有切削端；该多个磨粒的切削端分别突出大基板。

16.如权利要求15所述的组合式修整器的制法，其中该大基板包括一第二支架及一结合剂层；由一平板同一水平方向的施予该多个磨粒的切削端刺入该可刺入单元；该结合剂层固定结合该第二支架及该多个小基板。

17.如权利要求14、15或16所述的组合式修整器的制法，进一步包括使该固定模具分离该多个研磨单元。

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