CN106002632A - 化学机械研磨抛光垫修整器 - Google Patents

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王晓靁
刘伯彦
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开一种化学机械研磨抛光垫修整器，由图案化蓝宝石衬底不良品和金属基材结合而成，图案化蓝宝石衬底不良品的图案部分经过重制达到凹凸落差为80～200μm，此重制后的图案部分构成修整器的修整面，图案化蓝宝石衬底不良品固定在金属基材上。本发明是将重制后的图案化蓝宝石衬底与金属基材结合，一方面为蓝宝石抛光垫修整器开创更广泛的原材料来源，另一方面提出图案化蓝宝石衬底不良品去化的商用高附加价值出路，有利于整体资源的有效应用以及整体的成本结构。

Description

化学机械研磨 抛光垫修整器
技术领域
本发明涉及一种化学机械研磨抛光垫修整器，适用于半导体、LED、3C等领域蓝宝石衬底的加工制造。
背景技术
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是半导体器件制造工艺中一种技术，其系利用化学腐蚀及机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理，故又被称为化学机械平坦化。化学机械研磨系结合化学蚀刻与机械研磨的加工方法，其主要分为抛光与修整两个部份。
抛光系由一个用来进行芯片研磨的抛光平台(Platen)，及一个用来固定芯片的承载器(Wafer carrier)握柄与一个供应抛光液(Slurry)的装置所组成，首先承载器利用真空将芯片吸住并且施加压力于铺有一层抛光垫(Polishing pad)的抛光平台上，藉由芯片承载器及抛光平台两者同方向旋转所产生的相对运动进行抛光加工，在抛光的同时，于芯片表面与抛光垫两者之间加入抛光液，抛光液具有润滑及侵蚀的作用，使芯片表面凸出部份加以移除，达到全面性平坦化的目标。
修整是指利用镶嵌入有数千颗以上的钻石磨粒之钻石修整器对抛光垫表面进行自转或来回摆动，以清除磨屑及于抛光垫表面刻出沟纹，以提升抛光垫对晶圆的摩擦阻力，进而维持抛光速率与保持晶圆干净。其中，修整的过程又区分为在线(In-situ)修整及脱机(Ex-situ)修整两种，所谓在线修整是指抛光的同时也进行修整的动作，而脱机修整则在抛光完成后再进行修整。
由于钻石磨粒裸露于金属基材表面之高度、外观形状及尺寸不一，使得钻石磨粒可利用率不稳定，且数以万计之钻石磨粒是藉由电镀或硬焊烧结之方式与金属基材结合，结合力与接触面积大小及状态成正相关，钻石磨粒与金属基材之间存在接口间热涨冷缩可能致使钻石粒脱落失效，另一种钻石磨粒脱落之模式，为金属基材表面涂布接着层，并将钻石磨粒黏着于接着层之表面，若接着层遭受抛光液的腐蚀，会失去接着效果，而使钻石磨粒脱落。钻石磨粒脱落的结果，会造成被加工物之局部或大面积之刮伤与破片损失。
中国台湾专利公告第M458275号“蓝宝石抛光垫修整器”其目的在于提供一种蓝宝石抛光垫修整器，其系于蓝宝石层表面经由黄光微影及蚀刻工艺形成复数蓝宝石磨粒，无须利用电镀或烧结的方式来结合，可避免于抛光制程中造成晶粒脱落的情形，降低晶圆被晶粒刮伤的的问题，提升化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的良率，且蓝宝石磨粒大小一致可增加工作粒数(Number of Working Crytals)，使晶粒磨平的速率迟缓，因此，晶圆磨除率下降的速率也会减慢，可提升修整器的使用寿命与加工良率，也有效改善钻石碟未臻理想的缺失。
在以照明应用为主的蓝白光LED工艺上，基于性价比的考虑，九成以上的衬底采用蓝宝石材质；蓝宝石抛光平片可直接作为蓝白光LED衬底，也可以如图1所示，经过黄光微影制程以及蚀刻工艺，再清洗，将蓝宝石平片制作成图案化蓝宝石衬底(PSS, Patterned Sapphire Substrate)；LED厂将蓝宝石平片衬底以图案化蓝宝石衬底取代，可以有效提升LED颗粒成品发光效率两成以上，有效提升产品效能与竞争力；因此，蓝白光LED制作上，已有七成的份额转用图案化衬底取代平片，图案化衬底形成市场主流。
在大量的蓝宝石图案化衬底制作之下, 因为平片加工或微影过程或蚀刻过程不良及稳定性因素等，导致了工艺完成时留下无法重工及出货的蓝宝石图案化衬底不良品。由于蓝宝石属于高成本素材，蓝宝石从平片到图案化完成也累积了可观的加工成本。如能将长期累积相当数量的蓝宝石图案化衬底不良品经由重制赋与新价值，实为理想措施。前述蓝宝石抛光垫修整器实为一理想的重制选项。但蓝宝石图案化衬底的表面锥体尺寸仅约3μm以下,高度远低于修整器需求的80～200μm, 图形分布也与修整器习用图形不相符, 因此进行重制仍是必须的。
中国台湾专利公告第M458275号《蓝宝石抛光垫修整器》其内容以及实务面系采用全新的蓝宝石抛光平片进行黄光微影及蚀刻工艺，其原材料成本结构即为抛光平片成本并与图案化蓝宝石衬底(PSS， Patterned Sapphire Substrate)竞争原材料的采用；另一方面，图案化蓝宝石衬底不良品的再利用，如欲将已经形成的立体图案化表面再次恢复平整，所需的研磨抛光加工成本相当可观，其主因不外是来自于蓝宝石仅次于钻石的超高硬度导致极高加工成本，这样产制出的成品，如果不具有再创高附加价值的应用及市场的话，将使蓝宝石图案化衬底不良品的再制及去化缺少商业上可行的高效益出路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学机械研磨抛光垫修整器，可使适用于半导体、LED、3C等领域蓝宝石衬底的加工制造，使图案化蓝宝石衬底不良品得到再利用。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
化学机械研磨抛光垫修整器，由图案化蓝宝石衬底不良品和金属基材结合而成，图案化蓝宝石衬底不良品的图案部分经过重制达到凹凸落差为80～200μm，此重制后的图案部分构成修整器的修整面，图案化蓝宝石衬底不良品固定在金属基材上。
所述金属基材为不锈钢承载盘。
采用上述方案后，本发明是将重制后的图案化蓝宝石衬底与金属基材结合，一方面为蓝宝石抛光垫修整器开创更广泛的原材料来源， 另一方面提出图案化蓝宝石衬底不良品去化的商用高附加价值出路，有利于整体资源的有效应用以及整体的成本结构。
附图说明
图1是图案化蓝宝石衬底不良品的结构示意图；
图2是图案化蓝宝石衬底不良品的黄光微影示意图；
图3是图案化蓝宝石衬底不良品的蚀刻后示意图；
图4是本发明的结构示意图；
图5是本发明一具体实施例的仰视图。
具体实施方式
如图4和图5所示，本发明揭示的化学机械研磨抛光垫修整器，由图案化蓝宝石衬底不良品10和金属基材（如不锈钢承载盘）20结合而成。图案化蓝宝石衬底不良品10固定在金属基材20上。
如图1至图3所示，图案化蓝宝石衬底不良品10的图案部分，其表面锥体凹凸落差d仅约3μm以下，经过重制工艺，先黄光微影再蚀刻，将原来表面锥体凹凸落差d重制达到凹凸落差D为80～200μm，以满足修整研磨的要求，此重制后的图案部分构成修整器的修整面。
本发明是对图案化蓝宝石衬底不良品再利用，变废为宝，为蓝宝石抛光垫修整器的原材料提供了更好的来源，增加了图案化蓝宝石衬底不良品的商用价值，节约了资源，大大降低了修整器的成本，在工艺上和商业上都充分具有可行性。

Claims (2)

1.化学机械研磨抛光垫修整器，其特征在于：由图案化蓝宝石衬底不良品和金属基材结合而成，图案化蓝宝石衬底不良品的图案部分经过重制达到凹凸落差为80～200μm，此重制后的图案部分构成修整器的修整面，图案化蓝宝石衬底不良品固定在金属基材上。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨抛光垫修整器，其特征在于：所述金属基材为不锈钢承载盘。
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