CN107020574A - 化学机械研磨修整器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种化学机械研磨修整器及其制造方法，该化学机械研磨修整器包括一基板以及至少一研磨单元，该研磨单元设置于该基板上，该研磨单元分别包括一支撑层、一研磨层以及一应力抵销层，该支撑层具有一远离该基板的工作面以及一与该工作面相对的非工作面，该研磨层设置于该支撑层的该工作面，且该研磨层是利用化学气相沉积法所形成的一第一钻石镀膜，该第一钻石镀膜具有多个研磨尖端，该应力抵销层设置于该支撑层的该非工作面，该应力抵销层是利用化学气相沉积法所形成的一第二钻石镀膜。该应力抵销层可发挥抵销热应力的效果，减少该支撑层的翘曲或变形。

Description

化学机械研磨修整器及其制造方法
技术领域
本发明为涉及一种化学机械研磨修整器及其制造方法，尤指一种具有良好平坦度的化学机械研磨修整器及其制造方法。
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工艺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圆，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圆的研磨效果下降，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。
传统的修整器可见于美国发明专利公告第US 6,872,127 B2号，揭示一种用于化学机械研磨的抛光修整垫，于一实施例中，揭示其包括一硬质且非脆性的基材、多个自该基材延伸且排列为一矩阵的金字塔状突出、多个沿该突出之间延伸的沟槽、一设于该突出上的晶种层以及一设于该晶种层上的接触层。该基材可为不锈钢材质，该晶种层可为氮化钛，该接触层可为化学气相沉积钻石薄膜。此外，也可参中国台湾发明专利公告第TW I492291号，揭示一种化学机械研磨修整器及其制造方法，该化学机械研磨修整器包括一基材以及一研磨层，该研磨层包括多个研磨单元，其中，该研磨层是为化学气相沉积的钻石材料，而该些研磨单元是具有一个或多个凹槽、一顶点、及在每一凹槽及该顶点间所形成的斜面，且该些研磨单元是为一锥状外型或一柱状外型。
在上述现有技术之中，均采化学气相沉积工艺沉积钻石膜，其工艺温度达数百度，当降温时，由于钻石膜和基材之间的热膨胀系数不同，故会导致基材发生翘曲或变形，而影响钻石膜的平坦度，故仍有待改进的空间。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有以化学气相沉积工艺沉积钻石膜的化学机械研磨修整器，钻石膜平坦度不佳的问题。
为达上述目的，本发明提供一种化学机械研磨修整器，包括一基板；以及至少一研磨单元，设置于该基板上，该研磨单元分别包括一支撑层，具有一远离该基板的工作面以及一与该工作面相对的非工作面；一研磨层，设置于该支撑层的该工作面，该研磨层是利用化学气相沉积法所形成的一第一钻石镀膜，该第一钻石镀膜具有多个研磨尖端；以及一应力抵销层，设置于该支撑层的该非工作面，该应力抵销层是利用化学气相沉积法所形成的一第二钻石镀膜。
于本发明的一实施例中，该基板具有至少一容置该研磨单元的凹陷部。
于本发明的一实施例中，该基板具有至少一容置该研磨单元的贯孔。
于本发明的一实施例中，该基板为一平面基板。
于本发明的一实施例中，该基板择自于不锈钢基板、模具钢基板、金属合金基板、陶瓷基板及高分子基板所组成的群组。
于本发明的一实施例中，该支撑层的材料为硅或碳化硅。
于本发明的一实施例中，该支撑层的该工作面是利用一加工工艺形成多个突出尖端，而该研磨层披覆于该支撑层的该工作面而具有与该突出尖端对应的该研磨尖端。
于本发明的一实施例中，该第一钻石镀膜是利用一加工工艺形成该研磨尖端。
于本发明的一实施例中，该加工工艺择自于轮磨加工、激光加工、放电加工、干式蚀刻和湿式蚀刻所组成的群组。
于本发明的一实施例中，还包括一结合层，设置于该基板和该研磨单元之间。
于本发明的一实施例中，该结合层的材料择自于陶瓷材料、硬焊材料、电镀材料、金属材料及高分子材料所组成的群组。
于本发明的一实施例中，该硬焊材料择自于铁、钴、镍、铬、锰、硅及铝所组成的群组。
于本发明的一实施例中，该高分子材料择自于环氧树脂、聚脂树脂、聚丙烯酸树脂及酚醛树脂所组成的群组。
为达上述目的，本发明还提供一种化学机械研磨修整器的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供一支撑层，该支撑层具有一工作面以及一与该工作面相对的非工作面；
步骤S2：利用化学气相沉积法将一研磨层和一应力抵销层分别设置于该支撑层的该工作面和该非工作面而形成一研磨单元，该研磨层和该应力抵销层各为一第一钻石镀膜与一第二钻石镀膜，该第一钻石镀膜具有多个研磨尖端；以及
步骤S3：将该研磨单元结合至一基板。
于本发明的一实施例中，于步骤S2，是先于该支撑层的该工作面上形成该研磨层，再于该支撑层的该非工作面上形成该应力抵销层。
于本发明的一实施例中，于步骤S2，是先利用一加工工艺于该支撑层的该工作面形成多个突出尖端，再于该工作面上形成该研磨层，使该第一钻石镀膜具有与该突出尖端对应的该研磨尖端。
于本发明的一实施例中，于步骤S2，是将该研磨层设置于该支撑层的该工作面，并利用一加工工艺于该第一钻石镀膜形成该研磨尖端。
于本发明的一实施例中，该加工工艺择自于轮磨加工、激光加工、放电加工、干式蚀刻和湿式蚀刻所组成的群组。
于本发明的一实施例中，该基板具有至少一容置该研磨单元的凹陷部。
于本发明的一实施例中，该基板具有至少一容置该研磨单元的贯孔。
于本发明的一实施例中，该基板为一平面基板。
于本发明的一实施例中，该基板择自于不锈钢基板、模具钢基板、金属合金基板、陶瓷基板及高分子基板所组成的群组。
于本发明的一实施例中，该支撑层的材料为硅或碳化硅。
综上所述，本发明相较先前技术的功效为，利用在该支撑层的两侧分别形成该第一钻石镀膜和该第二钻石镀膜，各做为该研磨层和该应力抵销层，如此一来，当进行化学气相沉积工艺而从高温冷却至低温时，该支撑层两侧的变形作用力将相等，可减少该支撑层的变形，换句话说，该应力抵销层是发挥了抵销热应力的效果。
附图说明
图1为本发明第一实施例的剖面示意图。
图2为本发明第二实施例的剖面示意图。
图3A至图3F为本发明一实施例的制造流程示意图。
图4A至图4C为本发明另一实施例的制造流程示意图。
图5A至图5C为本发明一实施例中，未形成第一钻石镀膜和第二钻石镀膜前，支撑层的平坦度量测结果。
图6A至图6C为本发明一实施例中，形成第一钻石镀膜后，支撑层的平坦度量测结果。
图7A至图7C为本发明一实施例中，形成第一钻石镀膜和该第二钻石镀膜后，支撑层的平坦度量测结果。
具体实施方式
涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
请参阅图1和图2所示，分别为本发明第一实施例和第二实施例的剖面示意图，本发明化学机械研磨修整器包括一基板10以及至少一研磨单元20，该研磨单元20设置于该基板10上，且该研磨单元20分别包括一支撑层21、一研磨层22和一应力抵销层23，该支撑层21具有一工作面211和一非工作面212，该工作面211位于远离该基板10的一侧，并用于承载该研磨层22，而该非工作面212则和该工作面211彼此相对。该研磨层22和该应力抵销层23分别为化学气相沉积法所形成的一第一钻石镀膜和一第二钻石镀膜，其中，该研磨层22设置于该支撑层21的该工作面211，且具有多个研磨尖端221，该应力抵销层23设置于该支撑层21的该非工作面212。于本实施例中，该化学机械研磨修整器还包括一结合层30，该结合层30设置于该基板10和该研磨单元20之间，是用于将该研磨单元20与该基板10结合。此外，于第一实施例中，如图1所示，该研磨单元20的数量为一个，而在第二实施例中，如图2所示，该研磨单元20的数量为多个。
接下来将说明本发明化学机械研磨修整器的制造方法，请配合参阅图3A至图3F，为本发明一实施例的制造流程示意图。如图3A所示，首先提供一支撑层21，其材质为硅或碳化硅；接着，借由化学气相沉积法于该支撑层21的一工作面211沉积一第一钻石镀膜(即一研磨层22)，该研磨层22是由多晶钻石材料组成，且其具有粗糙的一上表面22a，如图3B所示；接着，借由机械或化学的研磨及抛光方式对该上表面22a进行平坦化处理，使该上表面22a具有一平坦表面，如图3C；之后，再利用一加工工艺对已完成平坦化处理的该研磨层22进行图案化处理，以形成多个研磨尖端221，其中，该研磨尖端221较佳地可形成一金字塔锥状外型，如图3D，而该加工工艺可为轮磨加工、激光加工、放电加工、干式蚀刻或湿式蚀刻等；然后，再利用化学气相沉积法于该支撑层21的一非工作面212沉积一第二钻石镀膜(即一应力抵销层23)，如图3E；最后，再利用一结合层30将该研磨单元20与一基板10结合，该结合层30是设置于该基板10和该研磨单元20之间，如图3F。
请续参图4A至图4C，为本发明另一实施例的制造流程示意图。在本发明另一实施例中，如图4A所示，首先提供一支撑层21，其材质为硅或碳化硅，该支撑层21具有一工作面211和一非工作面212；接着，利用一加工工艺于该支撑层21的该工作面211形成多个突出尖端211a，如图4B所示，其中，该突出尖端211a较佳地可形成一金字塔锥状外型，该加工工艺可为轮磨加工、激光加工、放电加工、干式蚀刻或湿式蚀刻等；之后，再于该工作面211上形成一第一钻石镀膜(即一研磨层22)，使该第一钻石镀膜具有与该突出尖端211a对应的多个研磨尖端221，该研磨层22是由多晶钻石材料组成，如图4C所示；之后的步骤同前一实施例，可参考图3E至图3F，于此不另行赘述。
在以上实施例的制造流程之中，还可在该支撑层21及该研磨层22之间或/和该支撑层21及该应力抵销层23之间设置一中间层，主要考虑该第一钻石镀膜和该第二钻石镀膜与该支撑层21两者的膨胀系数或晶格尺寸差异，可能导致该研磨层22或/和该应力抵销层23的附着强度不足，造成在研磨过程中剥离，故可以物理或化学气相沉积法、软焊法或硬焊法等各种方式于该支撑层21的该工作面211或/和该非工作面212形成该中间层。以上实施例是以先形成该第一钻石镀膜，再形成该第二钻石镀膜作为举例说明，但本发明并不限于此，于其他实施例中，也可先形成该第二钻石镀膜，再形成该第一钻石镀膜；或者，也可同时形成该第一钻石镀膜以及该第二钻石镀膜。此外，以上实施例是以该研磨尖端221形成呈一尖端顶部的一金字塔锥状外型为举例说明，但本发明并不限于此，依据使用需求，该研磨尖端221也可形成一平面顶部或其他具有研磨能力的形状。
于本发明中，该基板10可选用不锈钢基板、模具钢基板、金属合金基板、陶瓷基板或高分子基板，且，该基板10可具有至少一凹陷部，该凹陷部用于容置该研磨单元20，如图1或图2所示；或者，该基板10也可具有一贯孔，而让该研磨单元20容置于其中；也或，该基板10可为一平面基板。此外，该结合层30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，其中，该硬焊材料可为铁、钴、镍、铬、锰、硅、铝的金属或合金，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。
为进一步验证本发明的功效，是针对该支撑层21在未形成该第一钻石镀膜(该研磨层22)和该第二钻石镀膜(该应力抵销层23)前、形成该第一钻石镀膜(该研磨层22)后以及该第一钻石镀膜(该研磨层22)和该第二钻石镀膜(该应力抵销层23)后的平坦度进行量测。首先，请参阅图5A至图5C，测量线L1、L2、L3及L4均呈现水平分布，由此可知，在未形成该第一钻石镀膜(该研磨层22)和该第二钻石镀膜(该应力抵销层23)前，该支撑层21是具有良好和一致的平坦度；请继续参阅图6A至图6C，测量线L1、L2、L3及L4均呈现中间凸起而边缘下凹分布，由此可知，形成该第一钻石镀膜(该研磨层22)后，该支撑层21呈现非平坦的形貌，明显产生变形，此即目前现有技术的问题；请再参阅图7A至图7C，由图中可看出，测量线L1、L2、L3及L4均呈现水平分布，由此可知，在进一步于该支撑层21的该非工作面212形成该第二钻石镀膜(该应力抵销层23)后，图6A中该支撑层21变形的问题获得改善，该支撑层21又呈现良好和一致的平坦度，故确实改善现有技术的问题。
本发明相较先前技术的功效为，利用在该支撑层的两侧分别形成该第一钻石镀膜和该第二钻石镀膜，各做为该研磨层和该应力抵销层，如此一来，当进行化学气相沉积工艺而从高温冷却至低温时，该支撑层两侧的变形作用力将相等，可减少该支撑层的变形，换句话说，该应力抵销层是发挥了抵销热应力的效果。
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权利要求的保护范围。

Claims (23)

1.一种化学机械研磨修整器，其特征在于，包括：
一基板；以及
至少一研磨单元，设置于该基板上，该研磨单元分别包括：
一支撑层，具有一远离该基板的工作面以及一与该工作面相对的非工作面；
一研磨层，设置于该支撑层的该工作面，该研磨层是一利用化学气相沉积法所形成的第一钻石镀膜，该第一钻石镀膜具有多个研磨尖端；以及
一应力抵销层，设置于该支撑层的该非工作面，该应力抵销层是一利用化学气相沉积法所形成的第二钻石镀膜。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该基板具有至少一容置该研磨单元的凹陷部。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该基板具有至少一容置该研磨单元的贯孔。
4.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该基板为一平面基板。
5.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该基板选自于不锈钢基板、模具钢基板、金属合金基板、陶瓷基板及高分子基板所组成的群组。
6.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该支撑层的材料为硅或碳化硅。
7.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该支撑层的该工作面是利用一加工工艺形成多个突出尖端，该研磨层披覆于该支撑层的该工作面而具有与该突出尖端对应的该研磨尖端。
8.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该第一钻石镀膜是利用一加工工艺形成该研磨尖端。
9.根据权利要求7或8所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该加工工艺择自于轮磨加工、激光加工、放电加工、干式蚀刻和湿式蚀刻所组成的群组。
10.根据权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，还包括一结合层，设置于该基板和该研磨单元之间。
11.根据权利要求10所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该结合层的材料择自于陶瓷材料、硬焊材料、电镀材料、金属材料及高分子材料所组成的群组。
12.根据权利要求11所述的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、硅及铝所组成的群组。
13.根据权利要求11所述的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。
14.一种化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：提供一支撑层，该支撑层具有一工作面以及一与该工作面相对的非工作面；
步骤S2：利用化学气相沉积法将一研磨层和一应力抵销层分别设置于该支撑层的该工作面和该非工作面而形成一研磨单元，该研磨层和该应力抵销层各为一第一钻石镀膜与一第二钻石镀膜，该第一钻石镀膜具有多个研磨尖端；以及
步骤S3：将该研磨单元结合至一基板。
15.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，于步骤S2，是先于该支撑层的该工作面上形成该研磨层，再于该支撑层的该非工作面上形成该应力抵销层。
16.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，于步骤S2，是先利用一加工工艺于该支撑层的该工作面形成多个突出尖端，再于该工作面上形成该研磨层，使该第一钻石镀膜具有与该突出尖端对应的该研磨尖端。
17.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，于步骤S2，是将该研磨层设置于该支撑层的该工作面，并利用一加工工艺于该第一钻石镀膜形成该研磨尖端。
18.根据权利要求16或17所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该加工工艺选自于轮磨加工、激光加工、放电加工、干式蚀刻和湿式蚀刻所组成的群组。
19.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该基板具有至少一容置该研磨单元的凹陷部。
20.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该基板具有至少一容置该研磨单元的贯孔。
21.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该基板为一平面基板。
22.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该基板选自于不锈钢基板、模具钢基板、金属合金基板、陶瓷基板及高分子基板所组成的群组。
23.根据权利要求14所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该支撑层的材料为硅或碳化硅。
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