CN106607759A - 混合式化学机械研磨修整器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混合式化学机械研磨修整器，包括一基座、一第一研磨单元和多个第二研磨单元，该第一研磨单元包括一第一结合层、设置于该第一结合层上的一研磨单元基板及设置于该研磨单元基板上的一研磨层，该研磨层为一钻石镀膜，该钻石镀膜表面具有多个研磨尖端，该第二研磨单元包括一第二结合层、设置于该第二结合层上的一承载柱、设置于该承载柱上的一研磨颗粒及设置于该承载柱和该研磨颗粒之间的一磨料结合层。利用具有该研磨层的该第一研磨单元和具有该研磨颗粒的该第二研磨单元，可使该化学机械研磨修整器兼具优异的切削力和平坦化能力。
Description
技术领域
本发明为涉及一种化学机械研磨修整器，尤指一种混合式化学机械研磨修整器。
背景技术
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)是一种广泛用于半导体制程中的平坦化技术，常见的化学机械研磨制程为使用一固定在一旋转台的研磨垫(或抛光垫)，接触并施力于一承载在一可自旋的载具上的硅晶片，于研磨时，该载具与该旋转台将进行转动且提供一研磨浆料至该研磨垫。一般而言，研磨所造成的碎屑与研磨浆料将累积在研磨垫中的孔洞，令研磨垫产生耗损且导致其对于晶片的研磨效果下降，因此，是需要使用一修整器(Conditioner)移除研磨垫中残留的碎屑与研磨浆料。
为了使修整器可结合各种不同种类、尺寸、形状的研磨材料，遂有提出混合式修整器者，例如中国台湾发明专利公告第I383860号，公开一种组合式修整器，包括一大基板，设有一结合面、一底面及多个穿透孔或多个容置槽；多个研磨单元，分别具有多个磨粒；多个磨粒分别具有多个切削端；多个穿透孔或多个容置槽分别容置多个研磨单元，多个切削端分别突出结合面；多个研磨单元与大基板之间藉由结合剂固定结合；多个磨粒的多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内；较容易使大面积组合式修整器的多数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再组合成一大面积修整器的成本较低。
中国台湾发明专利公告第I374792号，公开一种具有拼图式研磨片段的CMP抛光垫修整器及其相关方法，包括多个研磨片段以及一抛光垫修整器基材，各研磨片段具有一片段基质以及一附着于该片段基质的研磨层，该研磨层包括超硬研磨材料，其为多晶钻石(PCD)刀片及独立的研磨颗粒，各研磨片段永久地以一方向附着在该抛光垫修整器基材，以使得在该抛光垫修整器与该CMP抛光垫相对移动时，能够藉由该研磨层将材料自CMP抛光垫移除。
中国台湾发明专利公告第I388398号，公开一种具有混合研磨表面的CMP抛光垫修整器及其相关方法，包括多个刀片状研磨片段、多个颗粒状研磨片段以及一抛光垫修整器基材，该刀片研磨片段包括一刀片状研磨基质以及一附着于该刀片状研磨基质的研磨层，该研磨层包括一超硬研磨材料，该颗粒状研磨片段包括一颗粒状研磨基质及一附着于该颗粒状研磨基质的研磨层，该研磨层包括多个超研磨颗粒，该刀片状研磨片段及该颗粒状研磨片段是以交替的图案固定于该抛光垫修整器基材上，以能够在该抛光垫修整器以及该CMP抛光垫相互移动时将材料从CMP抛光垫上移除。上述现有技术均公开具有两种研磨结构的混合式抛光垫修整器，然其均是非连续性的间断研磨片段结构，故修整能力仍有待改进。
此外，本案申请人所提出申请的中国台湾发明专利申请第104105264号，公开一种化学机械研磨修整器，包含一基座、多个修整柱以及多个滑块，该基座的表面划分为呈同心圆的一中心表面与一外围表面，该中心表面内凹为内凹部，该外围表面环绕该中心表面并内凹形成有多个装设孔，各该修整柱对应地装设于该装设孔中并包含一柱体与一磨料，该磨料装设于该柱体表面，该滑块设于该外围表面并散布于该装设孔之间，各滑块具有一滑块修整面。前述的现有技术中，该滑块具有平滑或非平滑的滑块修整面，而该滑块修整面上可镀覆钻石膜或类钻碳膜，而无论是钻石膜或类钻碳膜，均缺乏研磨尖端，因此，其修整能力仍有不足之处。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决公知混合式化学机械研磨修整器，修整能力不足的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种混合式化学机械研磨修整器，包括一基座、一第一研磨单元以及多个第二研磨单元，该第一研磨单元设置于该基座上，且包括固定于该基座上的一第一结合层、设置于该第一结合层上的一研磨单元基板以及设置于该研磨单元基板上的一研磨层，该研磨层是利用一化学气相沉积法所形成的一钻石镀膜，且该钻石镀膜表面具有多个研磨尖端，该第二研磨单元设置于该基座上，分别包括固定于该基座上的一第二结合层、设置于该第二结合层上的一承载柱、设置于该承载柱上的一研磨颗粒以及设置于该承载柱和该研磨颗粒之间的一磨料结合层。
于一实施例中，该基座的表面具有一中心区域及一外环区域，该外环区域是环绕于该中心区域的外侧。
于一实施例中，该中心区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部，该外环区域具有相隔排列并容置该第二研磨单元的多个第一容置部。
于一实施例中，该中心区域具有相隔排列并容置该第二研磨单元的多个第二容置部，该外环区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部。
于一实施例中，该中心区域及该外环区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部，该基座还包括多个设置于该第一研磨单元并容置该第二研磨单元的多个第三容置部。
于一实施例中，该基座的表面更包括一内环区域，该内环区域是环绕于该中心区域的内侧，且该内环区域具有相隔排列并容置该第二研磨单元的多个第四容置部。
于一实施例中，该些容置部为一贯通孔结构或一内凹孔结构。
于一实施例中，该中心区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部。
于一实施例中，该基座为一平面基板。
于一实施例中，该第二研磨单元具有一图案化排列，该图案化排列选自于相同间距排列、不同间距排列、单圈环状排列及多圈环状排列所组成的群组。
于一实施例中，该些第二研磨单元的数量介于2至300之间。
于一实施例中，该研磨颗粒选自于人造钻石、天然钻石、多晶钻石及立方氮化硼所组成的群组。
于一实施例中，该第一结合层、该第二结合层及该磨料结合层的组成选自于陶瓷材料、硬焊材料、电镀材料、金属材料及高分子材料所组成的群组。
于一实施例中，该硬焊材料选自于铁、钴、镍、铬、锰、硅、硼、碳及铝所组成的群组。
于一实施例中，该高分子材料选自于环氧树脂、聚脂树脂、聚丙烯酸树脂及酚醛树脂所组成的群组。
于一实施例中，该基座和该承载柱的材质选自于不锈钢、金属材料、塑胶材料及陶瓷材料所组成的群组。
于一实施例中，该研磨单元基板的材料选自于碳化硅、硅、多晶氧化铝、单晶氧化铝及钻石所组成的群组。
于一实施例中，该研磨颗粒的粒径介于500μm至1200μm之间。
上述现有技术中，中国台湾发明专利公告第I374792号、第I388398号所公开的混合式抛光垫修整器，均是非连续性的间断研磨片段结构，但本发明为具有连续性结构的该钻石镀膜(该第一研磨单元)配合间断结构的该研磨颗粒(该第二研磨单元)，因此，本发明相较于现有技术，该钻石镀膜可提供高平坦度的研磨效果，降低抛光垫的表面粗糙度，而该研磨颗粒具有良好的切削力以及表面移除力，藉由将该钻石镀膜和该研磨颗粒整合于单一化学机械研磨修整器，使得该混合式化学机械研磨修整器同时具有优异的切削力和平坦化能力。
此外，本案申请人所提出申请的中国台湾发明专利申请第104105264号，该滑块修整面是缺乏研磨尖端，反观，本发明透过该第二研磨单元的设置，可以提供良好的切削力。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1，为本发明第一实施例的俯视图。
图2，为图1的A-A方向剖面示意图。
图3，为本发明第二实施例的俯视图。
图4，为图3的B-B方向剖面示意图。
图5，为本发明第三实施例的俯视图。
图6，为图5的C-C方向剖面示意图。
图7，为本发明第四实施例的俯视图。
图8，为图7的D-D方向剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
请参阅图1与图2所示，分别为本发明第一实施例的俯视图以及图1的A-A方向剖面示意图，如图所示，本发明混合式化学机械研磨修整器，包括一基座10、一第一研磨单元20以及多个第二研磨单元30，该第一研磨单元20包括一设置于该基座10上的第一结合层21、一设置于该第一结合层21上的研磨单元基板22以及一设置于该研磨单元基板22上的研磨层23，该第二研磨单元30分别包括一设置于该基座10上的第二结合层31、一设置于该第二结合层31上的承载柱32、一设置于该承载柱32上的研磨颗粒33以及一设置于该承载柱32和该研磨颗粒33之间的磨料结合层34。该研磨层23是利用一化学气相沉积法所形成的一钻石镀膜，且该钻石镀膜表面具有多个研磨尖端；该研磨颗粒33可选用人造钻石、天然钻石、多晶钻石或立方氮化硼。于本发明的一实施例中，该研磨颗粒33的粒径介于500μm至1200μm之间，该磨料结合层34可采用硬焊材料，例如含有不锈钢粉末的硬焊材料。
于本发明中，该第一结合层21和该第二结合层31的材料可为陶瓷材料、硬焊材料、电镀材料、金属材料或高分子材料，较好为采用高分子材料，其中，该硬焊材料可为铁、钴、镍、铬、锰、硅、铝、硼、碳的金属或合金，于一实施例中，该硬焊材料可采用Nicrobraz LM的合金，其成分为7wt.％的Cr，3.1wt.％的B，4.5wt.％的Si，3.0wt.％的Fe，0.06wt％的C，其余为Ni。该高分子材料可为环氧树脂、聚脂树脂、聚丙烯酸树脂或酚醛树脂，该第二结合层31较好地为环氧树脂，该研磨单元基板22的材料可为碳化硅、硅、多晶氧化铝、单晶氧化铝或钻石。于本发明中，该基座10及/或该承载柱32较好地为不锈钢材料，而该研磨单元基板22较好地为采用碳化硅材料，但本发明并不以此为限，使用者可依需求而任意变化。
于本实施例中，该基座10的表面具有一中心区域11以及一围绕该中心区域11的外侧的外环区域12，该中心区域11具有一凹陷部111，该外环区域12具有相隔排列的多个第一容置部40a，该第一研磨单元20设置于该凹陷部111，该第二研磨单元30设置于该第一容置部40a，于本实施例中，该第一容置部40a的数量为四个而呈对称设置，且和该第二研磨单元30相互对应。如此一来，该第一研磨单元20即配置于该基座10的内圈部分，而该第二研磨单元30则配置于该基座10的外圈部分。
请参阅图3与图4所示，分别为本发明第二实施例的俯视图以及图3的B-B方向剖面示意图，于本实施例中，该中心区域11具有相隔排列的多个第二容置部40b，而该凹陷部111设置于该外环区域12，使该第一研磨单元20配置于该基座10的外圈部分，而该第二研磨单元30配置于该基座10的内圈部分。请参阅图5与图6所示，分别为本发明第三实施例的俯视图以及图5的C-C方向剖面示意图，于本实施例中，该凹陷部111设置于该基座10的一表面，即该中心区域11及该外环区域12具有该凹陷部111，而该基座10还包括多个设置于该第一研磨单元20上的第三容置部40c，该第三容置部40c是贯穿该第一研磨单元20而用于供该第二研磨单元30设置于其中，于此实施例中，该凹陷部111为一和该第三容置部40c连通的单一凹陷结构。请参阅图7与图8所示，分别为本发明第四实施例的俯视图以及图7的D-D方向剖面示意图，于本实施例中，该基座10的表面更具有一内环区域13，该内环区域13是环绕于该中心区域11的内侧，且该内环区域13具有相隔排列的多个第四容置部40d，该第四容置部40d也用于容置该第二研磨单元30。于本发明中，该些容置部40a、40b、40c、40d可为一贯通孔结构或一内凹孔结构，而于本发明的一实施例中，最好为该贯通孔结构。
以上所述及图式所示的该些容置部40a、40b、40c、40d及该第二研磨单元30的数量与排列方式，均为举例说明，然本发明并未局限于此，本发明可依据使用者的需求而任意变化。例如，该些容置部40a、40b、40c、40d及该第二研磨单元30的数量可介于2至300之间，且该些容置部40a、40b、40c、40d及该第二研磨单元30具有一图案化排列，该图案化排列可为相同间距排列、不同间距排列、单圈环状排列、多圈环状排列及前述组合。
综上所述，本发明相较现有技术的有益效果为，该钻石镀膜可提供高平坦度的研磨效果，降低抛光垫的表面粗糙度，而该研磨颗粒具有良好的切削力以及表面移除力，藉由将该钻石镀膜和该研磨颗粒整合于单一化学机械研磨修整器，使得该混合式化学机械研磨修整器同时具有优异的切削力和平坦化能力。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (18)
1.一种混合式化学机械研磨修整器，其特征在于包括：
一基座；
一第一研磨单元，是设置于该基座上，且包括固定于该基座上的一第一结合层、设置于该第一结合层上的一研磨单元基板以及设置于该研磨单元基板上的一研磨层，该研磨层是利用化学气相沉积法所形成的一钻石镀膜，且该钻石镀膜表面具有多个研磨尖端；以及
多个第二研磨单元，是设置于该基座上，且包括固定于该基座上的一第二结合层、设置于该第二结合层上的一承载柱、设置于该承载柱上的一研磨颗粒以及设置于该承载柱和该研磨颗粒之间的一磨料结合层。
2.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该基座的表面具有一中心区域及一外环区域，该外环区域是环绕于该中心区域的外侧。
3.根据权利要求2所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该中心区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部，该外环区域具有相隔排列并容置该第二研磨单元的多个第一容置部。
4.根据权利要求2所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该中心区域具有相隔排列并容置该第二研磨单元的多个第二容置部，该外环区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部。
5.根据权利要求2所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该中心区域及该外环区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部，该基座还包括多个设置于该第一研磨单元并容置该第二研磨单元的多个第三容置部。
6.根据权利要求3所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该基座的表面更包括一内环区域，该内环区域是环绕于该中心区域的内侧，且该内环区域具有相隔排列并容置该第二研磨单元的多个第四容置部。
7.根据权利要求3至6项任一项所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该些容置部为一贯通孔结构或一内凹孔结构。
8.根据权利要求2所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该中心区域具有供该第一研磨单元设置的一凹陷部。
9.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该基座为一平面基板。
10.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该第二研磨单元具有一图案化排列，该图案化排列选自于相同间距排列、不同间距排列、单圈环状排列及多圈环状排列所组成的群组。
11.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该些第二研磨单元的数量介于2至300之间。
12.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该研磨颗粒选自于人造钻石、天然钻石、多晶钻石及立方氮化硼所组成的群组。
13.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该第一结合层、该第二结合层及该磨料结合层的组成选自于陶瓷材料、硬焊材料、电镀材料、金属材料及高分子材料所组成的群组。
14.根据权利要求13所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该硬焊材料选自于铁、钴、镍、铬、锰、硅、硼、碳及铝所组成的群组。
15.根据权利要求13所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该高分子材料选自于环氧树脂、聚脂树脂、聚丙烯酸树脂及酚醛树脂所组成的群组。
16.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该基座和该承载柱的材质选自于不锈钢、金属材料、塑胶材料及陶瓷材料所组成的群组。
17.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该研磨单元基板的材料选自于碳化硅、硅、多晶氧化铝、单晶氧化铝及钻石所组成的群组。
18.根据权利要求1所述的混合式化学机械研磨修整器，其特征在于该研磨颗粒的粒径介于500μm至1200μm之间。
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