CN103367242B - 组合式修整器及其制造方法与化学机械抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种组合式修整器，包括：一底部基板；多个研磨单元，设置于该底部基板的表面，每一研磨单元包括多个研磨尖点、以及一固定所述研磨尖点的结合剂层；以及一厚度可调节的黏着剂层，固定所述研磨单元于该底部基板的表面，其中，所述研磨尖点中突出一预定平面的第一高点与第二高点的高度差小于10微米，第一高点与第十高点的高度差小于20微米，第一高点与第一百高点的高度差小于40微米，且该第一高点突出该结合剂层的高度大于50微米。本发明亦关于该组合式修整器的制造方法及化学机械抛光方法。
Description
技术领域
本发明是关于一种组合式修整器、其制造方法、以及使用其的化学机械抛光(chemical-mechanical Planaization，CMP)方法，尤指一种适用于使半导体晶片表面抛光的组合式修整器、其制造方法、以及使用其的化学机械抛光方法。
背景技术
对于硅晶片表面上的微细铜电路或层间钨电路，乃至绝缘电路的氧化膜介电层，皆必须经过抛光方法使其表面抛光以利后续的工艺步骤。目前半导体晶片上制造集成电路(Interconnected Circuits，IC)的过程中，最受瞩目的抛光技术则属化学机械抛光(chemical-mechanical Planaization，CMP)，其是将晶片压于旋转的抛光垫上研磨使其表面抛光。
在化学机械抛光过程中，稳定且均匀地输送磨浆至晶片与抛光垫之间，使抛光垫表面浸满了磨浆(Slurry)，此磨浆内含有化学药剂(如酸液及氧化剂)用以侵蚀晶片表面的薄膜，磨浆内也含无数的纳米陶瓷(如SiO2、Al2O3、CeO2)磨粒，可刺入并刮除微量薄膜，同时进行化学蚀刻与机械磨削作用，移除芯片上突出的沉积层，用以抛光晶片的表面，达成抛光的目的。
整修器是化学机械抛光必要的耗材，其功能为修整(Condition)抛光垫(Pad)。所谓修整，包括切削(Shave)抛光垫表面，移除抛光垫表面累积的废弃物，由此保持抛光垫表面的粗糙度。此外，整修器亦可使表面产生微量的隆起及凹陷，其即所谓绒毛(Asperities)的高低差，这样触压抛光垫的面积可以大幅缩小，一旦接触面积越小，接触压力就越大，接触点处的磨浆才能挤压晶片的突出部位，磨浆内的化学药剂(如H2O2)则会氧化而软化或侵蚀晶片。
然而，若化学机械抛光过程中，所产生的废弃物，包括晶片的磨削，如铜导线、钨填孔、氧化膜、磨浆、磨粒、抛光垫碎削等，所述磨削通常会堆积在抛光垫表面而受挤压成硬层(Glaze)，一旦形成硬层后，抛光垫即变滑而难以维持研磨力，因此抛光每一片晶元常需要使用修整器，达成工艺的研磨效率(如抛光速度)与抛光度(如晶片镀膜的厚度分布)，进而稳定晶片质量。
然而，现有的金刚石修整器，通常是将金刚石颗粒以结合剂固定于金属台盘表面，虽适合用于整修抛光垫，但对于更精密的化学机械抛光方法，如线宽小于45纳米以下的化学机械抛光方法，却因抛光垫绒毛粗糙，容易造成晶片的刮伤(scratch)、局部的过抛(dishing)、下陷(erosion)及厚度的不均匀(non-uniformity)。随着集成电路的线宽要求日趋缩减，对于晶片表面抛光度的需求即随之提升，进而对于修整器的要求亦随之提高，造成现有的金刚石修整器无法满足45纳米以下化学机械抛光方法的先进要求。
有鉴于此，专利早期公开案TW 201038362 A1与TW 201100198分别揭示一种组合式修整器及其制法，其中将可为各种不同大小、形状、材料的研磨单元的研磨尖点尖角刺入一抛光垫，后续加压研磨单元的另一侧并填充树脂固定各研磨单元，使研磨单元的研磨尖点顶点的高度差异在20微米之内。
然而，上述专利申请案所使用的研磨尖点需使用形状规则性较高的金刚石磨粒，这种晶形的结晶面覆盖率甚高(如大于50％的表面为结晶生长面)，否则当使用结晶面覆盖率低的锐利金刚石则会造成过高的高度差异。除此之外，刺入抛光垫最深的金刚石，即所谓的「杀手金刚石」(killerdiamond)，与其他金刚石的顶垫高度的差异皆没有规范。为了符合更小线宽的方法要求，则需要持续改善修整器，使用更锐利的研磨尖点时仍能保持尖角高度的抛光度(亦即研磨尖点尖角高度的差异)，使整修器在抛光垫上形成更细微与均匀的刻痕，同时提升对于抛光垫的移除率，这样才能有效去除硬层，恢复抛光垫上的绒毛，使其迅速抛光晶片上的镀膜。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种组合式修整器，其中使用锐利研磨尖点，但仍能保持尖点高度分布，避免「杀手金刚石」的存在，进而提高研磨单元上有效工作研磨尖点的比例，增加晶片移除率与修整器的使用寿命。
为达成上述目的，本发明的一示例提供一种组合式修整器，包括：一底部基板；多个研磨单元，设置于该底部基板的表面，每一研磨单元包括多个研磨尖点、以及一固定所述研磨尖点的结合剂层(可为金属、陶瓷或树脂)；以及一厚度可调节的黏着剂层，固定所述研磨单元于该底部基板的表面，其中，所述研磨尖点中突出一预定平面的第一高点与第二高点的高度差小于10微米，第一高点与第十高点的高度差小于20微米，第一高点与第一百高点的高度差小于40微米，且该第一高点突出该结合剂层的高度大于50微米。
由于化学机械抛光为平面的抛光，所以晶片的高点和抛光垫的高点之间的接触分布，即决定化学机械抛光的质量(如良率)及效率(如产能)。若抛光垫绒毛高点的分布不均，晶片不同部位的磨除率就快慢不同，晶片表面就不抛光。更有甚者，有些地方可能抛光垫过度，造成同层凹陷(Dishing)或多层侵蚀(Erosion)；抑或，造成有些地方抛光不足而造成残留。若晶片抛光后的厚度不均匀(Within Wafer Non-Uniformity或WIWUU)，则会造成化学机械抛光的效果不彰。有鉴于此，本发明基于许多测试实验的数据，改良修整器，尤其由一厚度可调节的黏着剂层来调整工作研磨尖点的高度，以补偿研磨单元厚度的差异达到上述最高尖点的高度分布，避免产生杀手金刚石，提高研磨单元上有效工作研磨尖点的比例。
于本发明上述组合式修整器中，该厚度可调整的黏着剂层的材质可为一有机黏着剂。每一研磨单元还可包括一单元基板，且该结合剂层设于该单元基板表面与所述研磨尖点之间，该结合剂层的材质举例可为一焊料层、一电镀层、一烧结层、或一树脂层。上述研磨尖点，是指多个研磨单元中所含的研磨颗粒上可达到研磨效果的端点，且这些端点暴露于该结合剂层，换言之研磨尖点的高度，即指所述研磨尖点突出该结合剂层表面的高度。
对于所述研磨尖点的高度测量，可由光学检测系统如德国FRT(FriesResearch & Technology GmbH)公司所生产的表面检测仪，测量修整器总研磨尖点(如一万颗以上)的高度，亦即所述研磨尖点突出该结合剂层表面的高度，所得的高度数据再利用最小平方法，推算出一由所述研磨尖点尖角构成的假设平面，此假设平面即是上述的预定平面。该第一高点是指所述研磨尖点中最突出该预定平面的研磨尖点的高度，该第二高点是指所述研磨尖点中第二突出该预定平面的研磨尖点的高度，其他高点则同理类推。
晶片的抛光位置多取决于抛光垫顶点的分布，这种分布则由修整器研磨尖点的高度所决定，修整器可为圆盘状(如适用于Applied Materials机台)或环状(如适用于Ebara机台)。圆盘的直径一般约为100毫米，而环状还可大至250毫米以上。通常修整器上布满数万颗的研磨尖点(如金刚石颗粒)，例如80/90筛目(Mesh)、100/120筛目、120/140筛目的研磨尖点，不过即使是同一筛目的平均大小差别也可能高过30％。除此之外，同颗研磨尖点从不同的方向其尺寸也有很大差异，例如尖点之间的距离会比平面之间大至30％，且倘若研磨尖点的形状不规则，其差别就会更大。
因此，本发明调整所使用的研磨颗粒，使其研磨尖点第一高点与第二高点的高度差小于10微米，第一高点与第十高点的高度差小于20微米，第一高点与第一百高点的高度差小于40微米，且该第一高点突出该结合剂层的高度大于50微米，以确保修整器具有众多的工作尖点，用以达成IC晶片表面薄膜快速而均匀的移除效果。另外，需注意的是，该第一高点与第二高点可散布于不同的研磨单元或者为于同一研磨单元，其余高点亦是如此；换言之，所述高点的分布并非集中于单一研磨单元。
于本发明上述组合式修整器中，所述研磨尖点的材质可为人造或天然金刚石、多晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(cubic boron nitride，CBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)或其组合，且所述研磨尖点的粒径大小可介于100至500微米的范围。上述金刚石可为化学沉积金刚石、聚晶金刚石或其组合。另外，该底部基板的材质亦没有特殊限制，举例可为纯树脂、金属、合金、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃或其组合(如树脂与金属的混合材)。
此外，因为金刚石通常以铁镍合金在高压下(如5GPa)催化石墨而成，因此其内含融熔的铁镍包裹体(Inclusion)。合金在高温下会催化金刚石转变回石墨或碳素，这时体积会大幅增加而胀裂金刚石。金刚石若以硬焊固定在金刚石碟上，因制作温度偏高，许多金刚石会破裂，而在化学机械抛光方法时刺入研磨垫深处的金刚石尖处可能沿微裂面崩落，这些金刚石碎削可能刮伤昂贵的晶片。有鉴于此，金刚石常以磁选机将包裹体多的金刚石吸离，即使如此，金刚石内仍多少含有残留铁镍合金，若金刚石内部留下难以查觉的裂纹，便在化学机械抛光方法时可能破裂而崩解出碎片，造成晶片的刮伤。有鉴于此，高温硬焊应选择熔点较低的焊料。
于本发明中，当使用焊料做为该结合剂层的材质时，该焊料层可以包含1重量百分比以上选自由Cr、B、P、Ti及其合金所组群组的至少一者、包含50重量百分比以上选自由Ni、Cu及其合金所组群组的至少一者、或其组合，其中Cr、B、P、Ti等材料用于活化该焊料层。具体而言，焊料通常为Ni-Cr-B或Ni-Cr-P、或Cu-Sn-Ti合金，熔点(Solidus)为800℃至1000℃。
此外，每一研磨单元可选择性还包括：一金属覆盖层，其覆盖于该结合剂层表面，且该金属覆盖层的材质可选自由Ni、Cr、钯、Co、铂、Au、Ti、Cu、W及其合金所组群组的至少一者，使研磨尖点更为稳固附着于该研磨单元的单元基板。再者，每一研磨单元可选择性还包括：一保护层，其为薄层惰性材料，覆盖于该金属覆盖层表面，且该保护层的材质可为金属材质如钯、铂，或非金属材质如陶瓷膜(如碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锆)、类金刚石(diamond-like carbon，DLC)膜、有机膜(如Teflon)或其组合，避免焊料受研磨浆液侵蚀(如pH＝3的钨方法磨浆)。
一般而言，金刚石的顶点高度会决定压入抛光垫的力道，但其尖锐度却会影响刺入的深度。通常金刚石越利，则抛光垫弹性及塑性的变形量越小，切削的深度就越大。由于形成于修整器表面的金刚石磨粒形状不同且方向各异，通常只有最高的数百颗可接触到抛光垫。若金刚石的形状规则且对称，则角度会为钝角且不易刺入抛光垫，反而会推挤抛光垫表面而在两侧形成隆起的塑性变形；反观，若金刚石有破裂面，亦即形状不规则，则可能刺入抛光垫，切削抛光垫表面，同时移除废弃物。
因此，于本发明上述组合式修整器中，于一百颗高度最高的所述研磨尖点中，50％以上的研磨尖点的结晶面覆盖率低于80％，较佳为结晶面覆盖率低于50％。当研磨尖点的结晶面覆盖率越低时，表示所述研磨尖点具有较多的破碎面(即锐利面)，亦表示研磨单元工作面的研磨尖点，包含尖角与棱线，具有较多数的棱线夹角呈现小于45度(即指构成棱线的两结晶面所夹的角度)，或者具有较多数的尖角小于90度状态，因此对于抛光垫具有较高的移除率。参考图9，其研磨颗粒的示意图，其中A、E与S分别代表尖角、棱线与表面，其中S1为结晶面，A1为结晶面夹角，S2为破碎面，A2为至少有一破碎面的夹角。由此可知，A1与A2分别为两种不同的尖角，A1的角度大于90度(即钝角)，而A2的角度小于9C度(即锐角)，此表示当使用A2做为研磨尖点时，其移除效率会大于A1。
所述研磨尖点可以图案化排列于该单元基板，或所述研磨尖点形成多个团簇，且所述团簇图案化排列于该单元基板，其中例如每一团簇是由二至六个研磨尖点所构成。
此外，所述研磨单元可于该底部基板上排列成单圈、双圈、多圈、放射状或螺旋状，其可为圆盘状、刀片状或多边形状。若所述研磨单元呈圆盘状，则其直径是介于5至30毫米的范围，较佳是不超过20毫米，更住爲介于14至18毫米的范围，该底部基板亦可为圆盘状且其直径是介于80至120毫米的范围，也可将研磨单元固定在250至270毫米的环状基板上使用。此外，圆盘状的研磨单元若位于内部则在修整抛光垫时常被外部的研磨单元阻挡，使其难以发挥功能，故研磨单元较佳可排列于圆盘状底部基板表面的外周缘，可在化学机械抛光过程中发生外缘修整的悬崖效应，这样就会增加工作颗数，而适合化学机械抛光方法应用于18英寸晶片或22纳米晶片。
于本发明上述组合式修整器中，所述研磨单元之间的间距为不窄于0.1毫米，较佳是大于0.5毫米，如此可确保化学机械抛光方法中，浆料可以顺利进出所述研磨单元之间的间隙，不会残留其中而造成缺陷，如造成芯片的刮痕。另外，所述研磨单元的底面的黏着剂层的厚度范围在0.6毫米以下，如此可以充分调整各个研磨单元的研磨尖点至同一平面，以有效增加工作金刚石颗粒数。
现有因尖点高低差异太大，传统的修整器使用的尖点数(及刺入抛光垫的尖点数)占不到尖点总数的1％，且传统修整器的金刚石覆盖面积超过40％；反观，于本发明上述组合式修整器中，用于修整一抛光垫的所述研磨尖点可占研磨尖点总数的1％以上；此外，所述研磨单元覆盖该底部基板的面积可占该底部基板的表面总面积的40％以下，如此可在降低成本下达到最佳的移除率。
本发明的另一目的在于提供一种组合式修整器的制造方法，其中使用具有锐利研磨尖点的研磨单元，经由反转法，以各研磨单元最高多个尖点为平面基准，调整各研磨单元下方黏着材料的厚度而固定于基板上，这样就可以使研磨单元上最高数个尖点不会特别突出而形成破坏性的「杀手金刚石」。使用共平面迫使各研磨单元的最高点达到共同高度也能提高有效工作研磨尖点的比例，进而增加修整器的移除效率与使用寿命。
为达成上述目的，本发明的另一示例提供一种组合式修整器的制造方法，包括以下步骤：设置一第二模具于一第一模具上，其中，该第二模具具有多个孔洞；于该第二模具的每一孔洞中设置一研磨单元，其中，每一研磨单元包括多个研磨尖点、以及一固定所述研磨尖点的结合剂层；形成一厚度可调整的黏着剂层，以固定所述研磨单元于一底部基板；以及移除该第一模具与该第二模具，以形成一组合式修整器，其中，所述研磨尖点中突出一预定平面的第一高点与第二高点的高度差小于10微米，第一高点与第十高点的高度差小于20微米，第一高点与第一百高点的高度差小于40微米，且该第一高点突出该结合剂层的高度大于50微米。
一般的金刚石修整器乃以加法制造，即在平面的基板(如不锈钢316号)排列平放金刚石磨粒(如矩阵分布)。以现有技术而言，单一修整器表面的金刚石顶点的高度差通常会超过50微米，固定金刚石磨粒的方法可利用电镀法(EDD)加镍固定，或者通过硬焊法(BDD)以融熔合金凝固握持。前者的金刚石平面通常向上，而后者尖点或棱线常较突出，且平面向上的金刚石不易刺入抛光垫，尖点或棱线的金刚石相较之下则较易切削抛光垫。相较之下，本发明先行利用硬焊法形成研磨单元后，利用有机弹性材料结合及补偿多个研磨单元，使所述研磨单元排列于底部基板，因此除了可以拥有硬焊法的优点之外，亦可以避免其缺点，而使所形成的修整器具有等高的最高尖点，因此金刚石修整器在修整抛光垫之时，突出的金刚石顶点可接触并刺入抛光垫，但又不会有过于突出的研磨尖点，因此不会出现刺入抛光垫太深造成绒毛高低差别太大，进而避免「鹤立鸡群」的绒毛沾上过多磨浆，而造成磨浆内的纳米磨粒过度刺入晶片表面，形成过度抛光，甚至刮伤晶片。
于本发明上述组合式修整器的制造方法中，该厚度可调整的黏着剂层可于使用另一平板整平所述研磨单元的最高尖点之后形成，抑或形成该厚度可调整的黏着剂层之后，在该厚度可调整的黏着剂层尚未固化之前，以该底部基板整平所述研磨单元的最高尖点。
该厚度可调整的黏着剂层，可由有机黏着剂构成，举例可为一塑料材料、一橡胶材料、一热熔胶或其组合；此外，该第二模具的所述孔洞排列于该第二模具的外环，由此设定所述研磨单元的位置于底部基板的外环。具体而言，该第二模具的所述孔洞是于该第二模具的外环构成例如12个孔洞。除此之外，组合式修整器中，研磨单元也可排列于内外环，且通常研磨单元面积越小，研磨时的工作颗粒数越多，但其制造成本偏高，因此以适量的研磨单元制成修整器可以平衡效果与成本。
于本发明上述组合式修整器的制造方法中，在该第二模具设置于该第一模具上之前，还包括以下步骤：形成一临时黏着层于该第一模具表面，设置该第二模具于该临时黏着层表面，使该临时黏着层夹置于该第二模具与该第一模具之间，且于移除该第二模具之后，还包括以下步骤：移除该临时黏着层。于本发明一较佳具体实例中，该临时黏着层一双面胶带。
于本发明另一较佳具体实例中，所述研磨单元的一侧具有所述研磨尖点，且该厚度可调整的黏着剂层设置于该侧的相反侧，且设置于所述孔洞的所述研磨单元，是以所述研磨尖点接触该第一模具。此外，于移除该第二模具及该第一模具之后，还包括以下步骤：形成一模封胶层，以固定所述研磨单元。由上述可知，提供加压研磨单元的具有研磨尖点的一侧，使研磨单元平整的排列于同一平面。
本发明上述组合式修整器的制造方法可以选择性还包括以下步骤：于移除该第一模具之后，移除该第二模具。换言之，此即表示修整器可包含第二模具。
本发明的再另一目的在提供一种化学机械抛光(chemical-mechanicalPlanaization，CMP)方法，其中使用锐利研磨尖点，但仍能保持工作面的平面性，进而提高研磨单元上有效工作研磨尖点的比例，增加移除率与使用寿命。
为达成上述目的，本发明的再另一示例提供一种化学机械抛光方法，包括以下步骤：提供一抛光垫；设置一晶片于该抛光垫表面，使其与该抛光垫相互研磨；以及使用一修整器，其设置于该抛光垫表面，移除该晶片研磨后的碎削，其中，该修整器为本发明上述的组合式修整器。
摩尔定律(Moore’s law)提到单一尺寸的同一芯片上，所容纳的晶体管(Transistor)数量，每十八个月会因工艺技术提升而倍增，进而提升芯片执行运算的速度。如摩尔定律所述的持续进步，集成电路(integratedcircuit，IC)的线宽线距亦逐渐超越32纳米的限制，然而其中亦面临到化学机械抛光方法难以超越瓶颈，因此无法进入更细小线宽线距的工艺。反观，由于本发明上述化学机械抛光方法中采用改良的修整器，故本发明的化学机械抛光方法可使用的晶片的直径可为200毫米、300毫米或450毫米，且该晶片表面具有IC线路宽度可小于或等于45纳米、28纳米或22纳米。因此，若相关技术中采用本发明的技术，例如将本发明的化学机械抛光方法应用于逻辑芯片(logic device)、动态随机存取内存(DRAM)、高速缓存(flash memory)或硬盘(hard drive)的工艺，将可如摩尔定律所述提升上述各装置的执行指令周期。
附图说明
图1A至图1G是本发明制备例1中制造组合式修整器的流程示意图。
图2A至图2G是本发明制备例2中制造组合式修整器的流程示意图。
图3是本发明与现有修整器的尖点高度差与工作颗粒数的比较图。
图4是本发明与现有修整器的第一高点与第二高点的高度差(微米)与刮痕数的比较图。
图5是本发明与现有修整器所造成的刮痕数与移除率的比较图。
图6是本发明与现有修整器的修整器使用时间与移除率的比较图。
图7是本发明与现有修整器的抛光晶片数与移除率的比较图。
图8是本发明化学机械抛光方法的示意图。
图9是研磨颗粒的示意图。
【主要元件符号说明】
第一模具10 底部基板24
开口101 厚度可调整的黏着剂层23
临时黏着层11 组合式修整器2
第二模具12 金属覆盖层212
孔洞121 保护层211
研磨单元20 模封胶层25
研磨尖点221 晶片4
单元基板21 抛光垫6
结合剂层213 管线8
具体实施方式
一般而言，由于金刚石大小不一，形状各异，方向不同，而且高点的距离随机，因此抛光垫的犁削(plough)及切削的方式五花八门，造成修整后的抛光垫的高度参差不齐，进而使晶片接触的高点位置、各接触点的面积及压力难以控制，以致化学机械抛光方法的抛光速率及均匀度变异性极高。当晶片变化大时(如8时至12时乃至未来的18时)，会扩大抛光速率及均匀度变异性，降低化学机械抛光方法的质量及效率。不仅如此，当导线宽度越来越窄时(如45纳米至32纳米乃至未来的22内米)，抛光垫的高点更容易造成破坏。电路变窄时，其间的介电材料必须更中空，才能避免露电，但中空的介电层变得脆弱，因此化学机械抛光方法的接触压力需更为减弱，不过接触压力调小后，会造成抛光晶片的速率也随之降低，导致生产力变差。
目前的金刚石修整器通常采用平面添加金刚石的方法制造，因此顶点高度难以控制。此外，在高温制造(如硬焊)下，以致基材扭曲变形，促使金刚石的顶点高度更加不平齐，也大幅降低了工作颗粒数，导致修整器上虽有数万颗金刚石，但其工作颗粒却只有数百颗。
由于金刚石修整器采加法(由具有金刚石磨粒的顶部加压整平)制造，金刚石的大小形状及方向难以控制，且工作面的金刚石数目、位置、刺入深度也难以捉摸，造成化学机械抛光方法效果的可预期性大打折扣。尽管产业不断在整修器基材的抛光度、金刚石形状等严加把关，但改善效果却有限。
有鉴于金刚石顶点高度齐头的不易，本发明乃采反转组合的方式，先制成金刚石研磨单元，金刚石研磨单元倒置于平面上，使各个研磨尖点齐平。这时使用一种可调整厚薄的黏着剂层置于研磨尖点的相反侧，最后再灌入模封胶层(如树脂)，固定所有研磨单元。这样反转齐头的制造方式可以避免金刚石碟上常具的「金刚石杀手」(Killer Diamond)—即鹤立鸡群的突出金刚石。「金刚石杀手」如果太尖利就容易因刺入抛光垫太深而拉扯断裂，进而于抛光垫表面形成「杀手绒毛」(Killer Asperities)，造成晶片刮伤受损。
以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本发明的实施例中所述附图均为简化的示意图。所述附图标仅显示与本发明有关的元件，其所显示的元件非为实际实施时的示例，其实际实施时的元件数目、形状等比例为一选择性的设计，且其元件布局型态可能更复杂。
制备例1
参考图1A至图1G，其制造组合式修整器的流程示意图。
首先，如图1A所示，提供一第一模具10，该第一模具10具有一开口101。接着，如图1B所示，形成一临时黏着层11于该第一模具10的开口101表面，而后设置一第二模具12于该临时黏着层11表面，使该第二模具12置于该第一模具10的开口101内，因此该临时黏着层11夹置于该第二模具12与该第一模具10之间，其中，该第二模具12具有多个孔洞121。于本制备例中，该临时黏着层11是一双面胶带。
如图1C及图1G所示，于该第二模具12的每一孔洞121中设置一研磨单元20，其中，每一研磨单元20包括多个研磨颗粒22(每一研磨颗粒22至少具有一研磨尖点221)、一单元基板21、以及一设于该单元基板21表面与所述研磨尖点221之间的结合剂层213。所述研磨单元20是利用一般硬焊法制造，其制法简单说明如下。将焊片(BNi2)点焊在直径20毫米、厚度4毫米的单元基板21上，而后以模板将约150微米的研磨颗粒(如金刚石颗粒)排列在涂布黏胶的焊片上，接着放入真空炉抽气至真空度约为5至10torr，加热至最高1020℃持温12分钟(期间已黏胶挥发)，而焊片的焊料则熔化成液体焊牢金刚石颗粒。
由于金刚石原位于固定焊料之上，当焊料熔化形成液体时，其内的碳化物元素(如Cr)会扩散至金刚石表面。焊料因此会以毛细利拉沉金刚石，毛细力也顺势爬升金刚石表面形成坡度，金刚石原先乃以平面黏住焊片表面，现因在液体内旋转常使尖角向上。
而后，如图1D以及图1E所示，以一底部基板24整平所述研磨单元20，并填入一厚度可调整的黏着剂层23，固定所述研磨单元20。接着，如图1F所示，移除该第一模具10、该临时黏着层11、以及该第二模具12，以形成一组合式修整器2。
此组合式修整器2，包括：一底部基板24；多个研磨单元20，设置于该底部基板24的表面，每一研磨单元20包括多个研磨尖点221；以及一厚度可调节的黏着剂层23，固定所述研磨单元20于该底部基板24的表面，其中，所述研磨尖点221中突出一预定平面的第一高点与第二高点的高度差小于10微米，第一高点与第十高点的高度差小于20微米，第一高点与第一百高点的高度差小于40微米，且该第一高点突出该结合剂层213的高度大于50微米。
参考图1G所示，其是本发明研磨单元的放大示意图。每一研磨单元20包括多个研磨颗粒22(每一研磨颗粒至少具有一研磨尖点221)、一单元基板21、一设于该单元基板21表面与所述研磨尖点221之间的结合剂层213、一覆盖于该结合剂层213表面的金属覆盖层212、以及一覆盖于该金属覆盖层212表面的保护层211。
该结合剂层213可为一焊料层、一电镀层、一烧结层、或一树脂层，若为该焊料层，其包含1重量百分比以上选自由Cr、B、P、Ti及其合金所组群组的至少一者、包含50重量百分比以上选自由Ni、Cu及其合金所组群组的至少一者或其组合。
该金属覆盖层212可使用电镀形成，其材质可选自由Ni、Cr、钯、Co、铂、Au、Ti、Cu、W及其合金所组群组的至少一者；该保护层211的材质可为钯、铂、碳化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锆、类金刚石(diamond-likecarbon，DLC)或其组合。
制备例2
参考图2A至图2G，其是制造组合式修整器的流程示意图。
首先，如图2A所示，提供一第二模具12，该第二模具12具有12个孔洞121，且所述孔洞为排列于该第二模具12的外环。接着，如图2B所示，将该第二模具12置于一第一模具10表面。
如图2C所示，于该第二模具12的每一孔洞121中，设置一研磨单元20，其中该研磨单元20的工作面(具有研磨尖点的表面)朝向该第一模具10的表面。于本制备例中，所述研磨单元20类似制备例1所述。而后，如图2D所示，于每一研磨单元20的研磨尖点的相反侧上点胶，形成一厚度可调整的黏着剂层23。接着，如图2E所示，以一底部基板24平压于该厚度可调整的黏着剂层23上，其中该底部基板24具有一凹槽，使该底部基板24呈现ㄇ字形，并将该ㄇ字形的底部基板24以凹槽向该厚度可调整的黏着剂层23平压。
如图2F所示，移除该第一模具10。接着，如图2G所示，反置图2F的结构，移除该第二模具12并形成一模封胶层25，强化所述研磨单元20固定于该底部基板24，以形成一组合式修整器。
虽然硬焊法制得的研磨单元可能具有杀手金刚石，但利用本发明上述方法，可组合使用具有类似高度杀手金刚石的不同研磨单元，并将其研磨尖端齐平，因此「杀手金刚石」已和其他研磨单元上突出的金刚石尖端高度接近。
测试例
参考图3，其显示上述制备例2所制得的组合式修整器(实施例1，其中使用的金刚石颗粒的结晶面覆盖率约为60％至80％，其即为ElementSix制造的PDA 878)、现有陶瓷烧结法制得的修整器(比较例1)以及硬焊法制得的修整器(比较例2)等三者，尖点高度差与工作颗粒数的比较图。由图3可知，研磨时本发明实施例1修整器上在10微米的高度差左右即有60至70个工作颗粒；相较之下，比较例1与比较例2则需要较大的尖端高度差才可以提供较多的工作颗粒数，即使比较例1修整器，也需要研磨颗粒的高度差超过40微米才达到100颗以上的工作颗粒。由此可知，对于相同的高度差内实际工作的研磨颗粒数，本发明修整器远高于现有修整器。
参考图4与图5，其分别显示上述制备例2所制得的组合式修整器(实施例1，其中使用的金刚石颗粒的结晶面覆盖率约为60％至80％，其即为Element Six制造的PDA 878；实施例2，其中使用的金刚石颗粒的结晶面覆盖率为40％至60％，其即为Element Six制造的PDA 657)、以及硬焊法制得的修整器(比较例2)等三者，第一高点与第二高点的高度差(微米)与刮痕数的比较图、以及刮痕数与移除率的比较图。
由图4可知，本发明实施例1与2的修整器，第一高点与第二高点的高度差约为0微米时，研磨后刮痕数介于100至150条，此表示实施例1与2的修整器的质量良好，研磨时的质量稳定性佳；反观，比较例2的修整器，研磨颗粒的高点差距散乱不一，且刮痕数也仅介于不到50条至不到100条，此表示比较例2的修整器的质量不一，研磨时的质量稳定性不良。另一方面，由图5可知，本发明实施例2的修整器研磨移除率约为每小时250至300微米，刮痕数约为100至150条，本发明实施例1的修整器研磨移除率约为每小时150至200微米，刮痕数约为125至150条，此表示本发明实施例1与实施例2的修整器的稳定度高，品管容易；反观，比较例2的修整器，研磨移除率约为每小时125至225微米，刮痕数约为50至75条，此表示比较例2的修整器不仅刮痕数少，质量也不稳定。
参考图6，其显示上述制备例2所制得的组合式修整器(实施例1与实施例2)、现有硬焊法制得的修整器(比较例2)以及现有电镀法制得的修整器(比较例3)等四者，修整器使用时间与移除率的比较图。由图6可知，研磨时本发明实施例1与2的修整器，移除率随着使用时间缓慢下降，此表示本发明的修整器因控制良好平整性，而具有最快的修整速率及最长的寿命；反观，比较例2的修整器移除率上下震荡不稳定，进而造成质量管控上出问题，而比较例3的修整器移除率不佳，无法节省研磨方法的时间及成本。
参考图7，其显示上述制备例2所制得的组合式修整器(实施例2)以及硬焊法制得的修整器(比较例2)等两者，抛光晶片数与移除率的比较图。由图7可知，相较于比较例2，本发明实施例2的修整器可使用于化学机械抛光方法达到研磨更多的晶片数。
应用例
参考图8，其是化学机械抛光(chemical-mechanical Planaization，CMP)方法的示意图。如图8所示，一般是将一晶片4设置于该抛光垫6表面，并通过管线8提供研磨浆液，使其与该抛光垫6相互研磨，而该抛光垫6表面的另一个空白部分则设置一修整器2，以移除该晶片研磨后的碎削，其中，此所使用的修整器则可使用本发明上述制备例制得的修整器。
综上所述，因为目前现有的整片硬焊金刚石修整器最高研磨顶点常比次高者突出20微米以上，且前10颗最高研磨颗粒的突出范围仅达50微米；反观，使用本发明上述方法，以反转齐头法制造组合式修整器可使最高研磨顶点与次高者的差距降至10微米以下，因此可以提高研磨单元上有效工作研磨尖点的比例，增加移除率与使用寿命。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (36)
1.一种组合式修整器，其特征在于包括：
一底部基板；
多个研磨单元，设置于该底部基板的表面，每一研磨单元包括多个研磨尖点、以及一固定所述研磨尖点的结合剂层；以及
一厚度可调节的黏着剂层，固定所述研磨单元于该底部基板的表面，
其中，所述研磨尖点中突出一预定平面的第一高点与第二高点的高度差小于10微米，第一高点与第十高点的高度差小于20微米，第一高点与第一百高点的高度差小于40微米，且该第一高点突出该结合层的高度大于50微米；
于一百颗高度最高的所述研磨尖点中，50％以上的研磨尖点的结晶面覆盖率低于80％。
2.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，用于修整一抛光垫的所述研磨尖点占研磨尖点总数的1％以上。
3.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨单元覆盖该底部基板的面积占该底部基板一表面总面积的40％以下。
4.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨单元是于该底部基板上排列成单圈、双圈、多圈、放射状或螺旋状。
5.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述组合式修整器进行修整时，至少有一千个以上的研磨尖点会接触一抛光垫。
6.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨尖点的材质为金刚石、立方氮化硼(cubic boron nitride，CBN)或其组合。
7.如权利要求6所述的组合式修整器，其特征在于，该金刚石为化学沉积金刚石、聚晶金刚石或其组合。
8.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，于一百颗高度最高的所述研磨尖点中，50％以上的研磨尖点的结晶面覆盖率低于50％。
9.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，每一研磨单元还包括一单元基板，且该结合剂层设于该单元基板表面与所述研磨尖点之间。
10.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，该结合剂层为一焊料层、一电镀层、一烧结层、或一树脂层。
11.如权利要求10所述的组合式修整器，其特征在于，每一研磨单元还包括：一金属覆盖层，其覆盖于该结合剂层表面，且该金属覆盖层的材质选自由Ni、Cr、钯、Co、铂、Au、Ti、Cu、W及其合金所组群组的至少一者。
12.如权利要求11所述的组合式修整器，其特征在于，每一研磨单元还包括：一保护层，其覆盖于该金属覆盖层表面，且该保护层的材质为钯、铂、碳化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锆、类金刚石(diamond-like carbon，DLC)或其组合。
13.如权利要求10所述的组合式修整器，其特征在于，该焊料层包含1重量百分比以上选自由Cr、B、P、Ti及其合金所组群组的至少一者、包含50重量百分比以上选自由Ni、Cu及其合金所组群组的至少一者、或其组合。
14.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨单元为圆盘状、辐射状或多边形状。
15.如权利要求14所述的组合式修整器，其特征在于，该圆盘状的直径是介于5至30毫米的范围。
16.如权利要求15所述的组合式修整器，其特征在于，该圆盘状的直径是介于14至18毫米的范围。
17.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，该底部基板为圆盘状且其直径是介于80至120毫米的范围。
18.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨尖点的粒径大小是介于100至500微米的范围。
19.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，该厚度可调整的黏着剂层的材质为一有机黏着剂。
20.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨尖点为图案化排列于该单元基板，或所述研磨尖点形成多个团簇，且所述团簇图案化排列于该单元基板，其中，每一团簇由二至六个研磨尖点所构成。
21.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨单元之间的间距不窄于0.1毫米。
22.如权利要求21所述的组合式修整器，其特征在于，该间距大于0.5毫米。
23.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨单元的底面该黏着剂层的厚度范围在0.6毫米以下。
24.如权利要求23所述的组合式修整器，其特征在于，所述研磨单元的顶面高出该厚度可调节的黏着剂层表面为1毫米以上。
25.一种组合式修整器的制造方法，包括以下步骤：
设置一第二模具于一第一模具上，其中，该第二模具具有多个孔洞；
于该第二模具的每一孔洞中设置一研磨单元，其中，每一研磨单元包括多个研磨尖点、以及一固定所述研磨尖点的结合剂层；
形成一厚度可调整的黏着剂层，以固定所述研磨单元于一底部基板；以及
移除该第一模具与该第二模具，以形成一组合式修整器，
其中，所述研磨尖点中突出一预定平面的第一高点与第二高点的高度差小于10微米，第一高点与第十高点的高度差小于20微米，第一高点与第一百高点的高度差小于40微米，且该第一高点突出该结合层的高度大于50微米；
其特征在于，所述研磨单元的一侧具有所述研磨尖点，且该厚度可调整的黏着剂层设置于该侧的相反侧；
设置于所述孔洞的所述研磨单元，是以所述研磨尖点接触该第一模具。
26.如权利要求25所述的组合式修整器的制造方法，其特征在于，于该第二模具设置于该第一模具上之前，还包括以下步骤：形成一临时黏着层于该第一模具表面，设置该第二模具于该临时黏着层表面，使该临时黏着层夹置于该第二模具与该第一模具之间。
27.如权利要求26所述的组合式修整器的制造方法，其特征在于，于移除该第二模具之后，还包括以下步骤：移除该临时黏着层。
28.如权利要求25所述的组合式修整器的制造方法，其特征在于，于移除该第二模具及该第一模具之后，还包括以下步骤：形成一模封胶层，以固定所述研磨单元。
29.如权利要求25所述的组合式修整器的制造方法，其特征在于，该第二模具的所述孔洞排列于该第二模具的外环。
30.如权利要求29所述的组合式修整器的制造方法，其特征在于，该第二模具的所述孔洞于该第二模具的外环构成12个孔洞。
31.一种化学机械抛光(chemical-mechanical Planaization，CMP)方法，包括以下步骤：
提供一抛光垫；
设置一晶片于该抛光垫表面，使其与该抛光垫相互研磨；以及
使用一修整器，其设置于该抛光垫表面，移除该晶片研磨后的碎削，其中，该修整器是权利要求1所述的组合式修整器。
32.如权利要求31所述的化学机械抛光方法，其可应用于逻辑芯片(logic device)、动态随机存取内存(DRAM)、高速缓存(flash memory)或硬盘(hard drive)的制作。
33.如权利要求31所述的化学机械抛光方法，其特征在于，该晶片的直径为200毫米、300毫米或450毫米。
34.如权利要求31所述的化学机械抛光方法，其特征在于，该晶片表面具有IC线路宽度小于或等于45纳米。
35.如权利要求34所述的化学机械抛光方法，其特征在于，该晶片表面具有IC线路宽度小于或等于28纳米。
36.如权利要求35所述的化学机械抛光方法，其特征在于，该晶片表面具有IC线路宽度小于或等于22纳米。
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