CN107443250B - 抛光垫修整器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

抛光垫修整器及其制造方法。抛光垫修整器包括金属基座、微波吸收层以及至少一研磨层。金属基座具有一上表面以及一侧壁面，微波吸收层覆盖金属基座的上表面以及侧壁面，且微波吸收层是通过非微波电浆方法形成。在以微波电浆化学气相沉积法形成研磨层之前，先以非微波电浆法形成覆盖金属基座上表面与侧表面的微波吸收层，可避免以微波电浆化学气相沉积法形成研磨层时，金属基座因吸收微波而与腔体或其它基座之间产生放电的问题。另外，当研磨层为钻石镀膜层时，微波吸收层可作为金属基座与研磨层之间的缓冲层，以避免金属基座与研磨层之间因晶格常数以及热膨胀系数的差异过大，造成研磨层的附着力降低。

Description

抛光垫修整器及其制造方法

技术领域

本发明涉及抛光垫修整器及其制造方法，属于应用于化学机械研磨制程技术领域。

背景技术

化学机械研磨是目前平坦化半导体晶圆表面最常用的手段之一。在化学机械研磨制程中，通常会使用抛光垫配合抛光液，来抛光半导体晶圆表面。在化学机械研磨制程中，会利用抛光垫修整装置来修整抛光垫表面，移除抛光晶圆时产生的废料，并回复抛光垫的粗糙度，以维持抛光质量的稳定。

现有的抛光垫修整装置通常包括基板以及设置于基板其中一侧的钻石研磨层。在现有技术中，通常是通过微波电浆化学气相沉积制程(Microwave Plasma Chemical VaporDeposition,MPCVD)，形成高质量的钻石研磨层于基板上。在微波电浆化学气相沉积制程中，是通过施加微波而产生电浆。

然而，由于钻石是纯碳(碳原子之间以sp³混成轨域单键键结)材料，与金属基板的晶格不匹配，且金属基板的热膨胀系数远大于钻石研磨层，因此钻石研磨层与金属之间的结合力较差，从而使钻石研磨层容易从金属基板整片剥离。

另外，在微波照射下，吸收微波之后金属基板会被激发电子振荡产生大电流，而与炉体之间或者是其它基座之间产生放电。基于安全性考虑，基板的材料通常无法选用金属材料，而只能选用陶瓷材料，如：碳化硅或硅。

然而，由于陶瓷基板通常是由陶瓷粉末经过高温烧结的方式制备而成，且容易因为陶瓷基板的晶界(grain boundary)、气孔或是结合剂等非均质材料的关系，造成热膨胀系数不同，会降低钻石研磨层的附着性。因此，相较于沉积在金属基板上的钻石研磨层而言，沉积在陶瓷基板上的钻石研磨层的微结构较容易破裂而造成剥落。

为了克服上述问题，另一方式是以其它沉积制程取代微波电浆化学气相沉积制程，以在金属基板上形成钻石研磨层。然而，以其它制程方式所形成的钻石研磨层的钻石纯度较低，且耐磨耗性较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供抛光垫修整器及其制造方法。

本发明所要解决的技术问题在于，避免在利用微波电浆化学气相沉积法形成抛光垫修整器的研磨层时，金属基座暴露于微波电浆下，因吸收微波被激发电子振荡产生大电流，而与炉体之间或其它基座产生放电的问题。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种抛光垫修整器，其包括金属基座、微波吸收层以及至少一研磨层。金属基座具有一上表面以及一侧壁面，微波吸收层覆盖金属基座的上表面以及侧壁面，且微波吸收层是通过非微波电浆方法形成。至少一研磨层设置于微波吸收层上，且研磨层具有多个分散设置的切削端部。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种抛光垫修整器的制造方法。首先，提供一金属基座，且金属基座具有一上表面以及一侧壁面。接着，利用一种非微波电浆方法以形成一微波吸收层，且微波吸收层完全覆盖金属基座的上表面与侧壁面。随后，通过一微波电浆化学气相沉积法，以形成一研磨层于微波吸收层上。

本发明的有益效果在于，本发明技术方案所提供的抛光垫修整器及其制造方法在以微波电浆化学气相沉积法形成研磨层之前，先以非微波电浆法形成覆盖金属基座上表面与侧表面的微波吸收层，可避免以微波电浆化学气相沉积法形成研磨层时，金属基座因吸收微波而与腔体或其它基座之间产生放电的问题。另外，当研磨层为钻石镀膜层时，微波吸收层可作为金属基座与研磨层之间的缓冲层(buffer layer)，以避免金属基座与研磨层之间因晶格常数以及热膨胀系数的差异过大，造成研磨层的附着力降低。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明其中一实施例的抛光垫修整器的剖面示意图。

图2为图1在区域II的局部放大图。

图3为本发明另一实施例的抛光垫修整器的剖面示意图。

图4为本发明又一实施例的抛光垫修整器的剖面示意图。

图5为本发明实施例的多个抛光垫修整器组装于底座的俯视示意图。

图6为本发明实施例的抛光垫修整器的制造方法的流程图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对本发明实施例的理解，下面将做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例1：请参阅图1以及图2。图1为本发明其中一实施例的抛光垫修整器的剖面示意图，而图2为图1在区域II的局部放大图。本发明实施例的抛光垫修整器1包括金属基座10、一微波吸收层11以及至少一研磨层12。

如图1所示，金属基座10具有一上表面10a以及一侧壁面10b。在本实施例中，构成金属基座10的材料是选择具有高熔点以及低热膨胀系数特性的金属，例如是钼、钨、钛、不锈钢或其合金，如：钼合金、钨合金、钛合金、钒合金、镍合金、铁合金、因瓦合金(invar)或镍基超合金。所述的因瓦合金是含镍量36％的镍钢合金，具有非常低的热膨胀系数。

在其它实施例中，金属基座10的材料也可以包括两种以上不同的金属材料。举例而言，金属基座10可以包括不锈钢主体部以及覆盖于不锈钢主体部表面的钼层或钨层。

承上述，微波吸收层11覆盖金属基座10的上表面10a以及侧壁面10b，可避免在执行微波电浆化学气相沉积法时，使金属基座10暴露在微波电浆的环境下。

请参照图2，微波吸收层11可以通过非微波电浆法形成于金属基座10的上表面10a以及侧壁面10b。另外，本发明实施例的微波吸收层11具有结合面11a以及连接于结合面11a的侧表面11b。在一实施例中，微波吸收层11的侧表面11b为粗糙表面，而微波吸收层11的结合面11a则为平坦表面。

须说明的是，微波吸收层11的侧表面11b具有高表面粗糙度，较能吸收电磁波，而避免电磁波反射。另外，钻石镀膜层(研磨层12)较不容易形成于粗糙表面，而较容易形成于平坦表面。因此，微波吸收层11的结合面11a为平坦表面，有利于在后续制程中形成研磨层12。

关于形成微波吸收层11的方法将于后文中进行说明，在此并不赘述。

实施例2：构成微波吸收层11的材料是可吸收微波的材料，如：石墨、石墨烯、奈米碳管、碳化物、类钻碳、含碳的钻石或其混合物，其中碳化物可以是碳化硅(SiC)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化铬(CrC)、碳化钼(MoC)或是碳化钒(VC)。

实施例3：微波吸收层11与金属基座10会包含同一种金属原子，且金属原子的浓度会在厚度方向上递减。也就是说，微波吸收层11中的金属原子的浓度是沿着靠近金属基座10到远离金属基座10的方向上递减。举例而言，若金属基座10的材料为钼金属，则微波吸收层11中会含有钼原子，且钼原子的浓度会随着微波吸收层11的厚度增加递减。

更进一步而言，在图2的实施例中，微波吸收层11可大致分为靠近金属基座10的过渡部分110以及远离金属基座10的主体部分111。过渡部分110的材料的晶格常数介于金属基座10以及主体部分111的晶格常数之间，且过渡部分110的材料的热膨胀系数介于金属基座10的热膨胀系数以及主体部分111的热膨胀系数之间。主体部分111的材料可以和研磨层12的材料相同。

据此，微波吸收层11通过过渡部分110结合于金属基座10，可降低微波吸收层11与金属基座10之间因晶格常数与热膨胀系数差异，而导致微波吸收层11剥离的机率。因此，过渡部分110的材料会依据金属基座10的材料以及研磨层12的材料而决定。

实施例4：若研磨层12为钻石镀膜层，则微波吸收层11的主体部分110可以是类钻碳或含碳的钻石，而过渡部分110为金属碳化物，如：碳化硅(SiC)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化铬(CrC)、碳化钼(MoC)或是碳化钒(VC)。

如图1及图2所示，研磨层12设置于微波吸收层11上，且研磨层12具有多个分散设置的切削端部12t。据此，抛光垫修整器1可通过研磨层12接触抛光垫，以修整抛光垫的抛光表面。

在本实施例中，研磨层12的厚度是大于微波吸收层11的厚度。具体而言，研磨层12的厚度是介于10μm至50μm之间，而微波吸收层11的厚度是介于1μm至100μm之间。

另外，研磨层12可以是由微波电浆化学气相沉积法形成的钻石镀膜层。由于微波吸收层11包覆金属基座10的上表面10a与侧壁面10b，因此可在避免金属基座10暴露于微波电浆环境的条件下，又可形成具有高质量的钻石镀膜层。

实施例5：微波吸收层11可以是含碳的钻石膜层。换言之，微波吸收层11的石墨含量及杂质含量都会大于研磨层12的石墨含量及杂质含量。

在本实施例中，研磨层12是完全覆盖微波吸收层11的结合面11a。换言之，研磨层12是位于金属基座10的上表面10a上，但不一定要覆盖微波吸收层11的侧表面11b。

实施例6：研磨层12也可以是局部覆盖微波吸收层11的上表面10a。请参照图3，其显示本发明另一实施例的抛光垫修整器的剖面示意图。如图3所示，本实施例的研磨层12是局部地覆盖微波吸收层11的结合面11a。也就是说，在本实施例中，研磨层12具有多个彼此分离的研磨部12a、12b(图3中绘示两个为例)。

请参照图4，在另一实施例中，研磨层12也可以包覆微波吸收层11的侧表面11b。也就是说，研磨层12从金属基座10的上表面10a朝金属基座10的两相反侧延伸到金属基座10的侧壁面10b上。因此，只要能达到本发明之目的，本发明中并未限制研磨层12的形状以及覆盖的面积。

另外，本发明实施例的抛光垫修整器1可以单独用于修整抛光垫。在另一实施例中，当抛光垫的抛光表面面积较大时，也可以利用多个抛光垫修整器1共同配合，来修整抛光垫。进一步而言，请参照图5，显示本发明实施例的抛光垫修整器组装于另一底座上的俯视示意图。

在本实施例中，多个抛光垫修整器1共同组装于一底座2上，以修整抛光垫的抛光表面。本实施例的抛光垫修整器1可以选择如图1、图3及图4所示的抛光垫修整器1的至少其中一种。多个抛光垫修整器1组装于底座2的方式可以通过卡合、螺丝锁固、黏贴等现有的技术手段，在此并不赘述。

请参照图6。图6为本发明实施例的抛光垫修整器的制造方法的流程图。如图6所示，在步骤S100中，提供一金属基座，金属基座具有一上表面以及一侧壁面。金属基座10可参考如图1、图3及图4所示的金属基座10。

接着，在步骤S200中，利用一种非微波电浆方法以形成一微波吸收层，且微波吸收层完全覆盖金属基座的上表面与侧壁面。

为了避免金属基座10被暴露于微波电浆的环境下，本实施例中是通过非微波电浆方法，来形成微波吸收层11。微波吸收层11可用以吸收微波，以避免微波照射到金属基座10。

非微波电浆方法是指除了微波电浆化学气相沉积法以外的任何物理气相沉积法以及化学气相沉积法，例如：热灯丝化学气相沉积法、电浆辅助化学气相沉积法、光照射式化学气相沉积法、直流喷射法或是热阴极法。

在多种电浆辅助化学气相沉积法中，只要使用微波电浆以外的电浆源，例如：直流电浆、交流电浆、射频电浆或者电感耦合式电浆(ICP plasma)，都可应用于在金属基座10上形成微波吸收层11。

需先说明的是，在形成微波吸收层11时，由于金属基座10会被固持在一夹持座(未图示)上，因此金属基座10的底面通常会被遮蔽。因此，本实施例的微波吸收层11只覆盖金属基座10没有被夹持座遮挡的表面，也就是上表面10a以及侧壁面10b，而没有形成在金属基座10的底面。

实施例7：微波吸收层11是通过热灯丝化学气相沉积法、直流喷射法或热阴极法所形成的纯度较低的钻石膜。也就是说，钻石膜中会含有少量的石墨(碳原子之间以sp²混成轨域双键键结)。

另外，以上述方式所形成的微波吸收层11和金属基座10会具有同一种金属原子，且金属原子的浓度在微波吸收层11的厚度方向上递减。

进一步而言，微波吸收层11具有一过渡部分110(如图2所示)及主体部分111。在本实施例中，过渡部分110为金属碳化物，如：碳化硅(SiC)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化铬(CrC)、碳化钼(MoC)或是碳化钒(VC)，根据金属基座10的材料而决定。

主体部分111为钻石膜(但可能含有少量的金属原子)。过渡部分110的热膨胀系数是介于主体部分111的热膨胀系数以及金属基座10的热膨胀系数之间，且过渡部分110的晶格常数是介于主体部分111的晶格常数以及金属基座10的晶格常数之间。因此，过渡部分110与金属基座10之间的热膨胀系数与晶格常数的差异较小，从而可使微波吸收层11较不易从金属基座10剥离。

据此，虽然以上述方式所形成的钻石膜中的石墨含量与杂质含量较高，但可用于在后续形成研磨层12的步骤中做为缓冲层，从而可降低研磨层12从金属基座10整片剥离的机率。

在其它实施例中，微波吸收层11可以是碳化物层或者类钻碳层，其中碳化物层可以是碳化硅。

另外，在形成微波吸收层11之后，本实施例的抛光垫修整器的制造方法还包括平坦化微波吸收层11的结合面11a，以使微波吸收层11的结合面11a具有较低的表面粗糙度。如前所述，微波吸收层11的侧表面11b具有高表面粗糙度，可避免电磁波反射，而结合面11a具有低表面粗糙度，有利于在后续制程中形成研磨层12。前述平坦化结合面11a的步骤例如是对微波吸收层11的结合面11a抛光，以降低结合面11a的表面粗糙度。

须说明的是，前述的平坦化步骤是一选择性步骤，在其它实施例中，平坦化步骤也可以被省略。

接着，在步骤S300中，通过一微波电浆化学气相沉积法，以形成一研磨层于微波吸收层上。

如图1至图4的实施例所示，研磨层12形成于微波吸收层11上，并具有多个分散设置的切削端部12t。在一实施例中，研磨层12是由微波电浆化学气相沉积法所形成的钻石镀膜层，其质量与钻石纯度较高，而具有较高的耐磨耗性。

本发明的有益效果在于，本发明实施例所提供的抛光垫修整器及其制造方法中，在形成研磨层12的步骤之前，先以非微波电浆法形成覆盖金属基座10的上表面10a与侧壁面10b的微波吸收层11，可避免以微波电浆化学气相沉积法形成研磨层12时，金属基座10因累积电荷吸收微波而与腔体或其它基座之间产生放电的问题。

另外，当研磨层12为钻石镀膜层时，微波吸收层11可作为金属基座10与研磨层12之间的缓冲层(buffer layer)，以避免金属基座10与研磨层12之间因晶格常数以及热膨胀系数的差异，造成研磨层的附着力降低的问题。

【符号说明】抛光垫修整器1；金属基座10；上表面10a；侧壁面10b；微波吸收层11；微波吸收层结合面11a；主体部分111；过渡部分110；侧表面11b；研磨层12；切削端部12t；研磨部12a、12b；底座2；流程步骤S100～S300；

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种抛光垫修整器，其特征在于包括：

一金属基座，所述金属基座具有一上表面以及一侧壁面；

一微波吸收层，所述微波吸收层覆盖所述金属基座的所述上表面以及所述侧壁面；以及

至少一研磨层，至少一所述研磨层设置于所述微波吸收层上，且所述研磨层具有多个分散设置的切削端部。

2.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，所述微波吸收层的厚度介于1至100μm之间，且所述研磨层的厚度介于10至50μm之间。

3.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，所述微波吸收层为碳化物层、类钻碳层或者是含有石墨的钻石膜层。

4.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，所述微波吸收层是含有石墨的钻石膜层，所述研磨层是由微波电浆化学气相沉积法所形成的钻石镀膜层，且所述微波吸收层的石墨含量及杂质含量大于所述研磨层的石墨含量及杂质含量。

5.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，所述金属基座的材料为钼、钨、钛、钒、不锈钢、镍或钼、钨、钛、钒、不锈钢、镍的合金。

6.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，至少一所述研磨层完全或者部分覆盖所述微波吸收层的一结合面。

7.根据权利要求6所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，所述微波吸收层的所述结合面为一平坦表面，且所述微波吸收层的侧表面为一粗糙表面。

8.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，所述微波吸收层与所述金属基座包含同一种金属原子，且所述金属原子的浓度在所述微波吸收层的厚度方向上递减。

9.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于其中，所述微波吸收层被区分为一靠近所述金属基座的过渡部分及一远离所述金属基座的主体部分，所述过渡部分的材料的热膨胀系数介于所述金属基座的热膨胀系数与所述主体部分的热膨胀系数之间。

10.一种抛光垫修整器的制造方法，其特征在于包括：

提供一金属基座，所述金属基座具有一上表面以及一侧壁面；

利用一种非微波电浆方法以形成一微波吸收层，所述微波吸收层完全覆盖所述金属基座的所述上表面与所述侧壁面；以及

通过一微波电浆化学气相沉积法，以形成一研磨层于所述微波吸收层上。

11.根据权利要求10所述的抛光垫修整器的制造方法，其特征在于其中，所述微波吸收层为碳化物层、类钻碳层或者含有石墨的钻石膜层。

12.根据权利要求10所述的抛光垫修整器的制造方法，其特征在于其中，所述非微波电浆方法是一种热灯丝化学气相沉积法、一种电浆辅助化学气相沉积法、一种直流喷射法、一种热阴极法、一种光照射式化学气相沉积法或者一种物理气相沉积法。

13.根据权利要求10所述的抛光垫修整器的制造方法，其特征在于其中，所述金属基座的材料为钼、钨、钛、钒、不锈钢、镍或钼、钨、钛、钒、不锈钢、镍合金。

14.根据权利要求10所述的抛光垫修整器的制造方法，其特征在于所述微波吸收层的厚度介于1至100μm之间，且所述研磨层的厚度介于10至50μm之间。

15.根据权利要求10所述的抛光垫修整器的制造方法，其特征在于其中，所述微波吸收层是含有石墨的钻石膜层，所述研磨层是钻石镀膜层，且所述微波吸收层的石墨含量及杂质含量大于所述研磨层的石墨含量及杂质含量。

16.根据权利要求10所述的抛光垫修整器的制造方法，其特征在于还包括：在形成所述微波吸收层之后，平坦化所述微波吸收层的一结合面，以使所述结合面的表面粗糙度低于所述微波吸收层的一侧表面的表面粗糙度，其中，所述研磨层形成于所述结合面上。