CN107671724A - 一种化学机械研磨修整器及其制造方法 - Google Patents

一种化学机械研磨修整器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨修整器及其制造方法，化学机械研磨修整器包含一底部基板、一中间基板以及一钻石膜，该中间基板设置在该底部基板上，该中间基板包括一中空部、一围绕该中空部的环形部以及至少一远离该底部基板而自该环形部凸出的凸出环，该凸出环包括沿一环带区域相隔排列的多个凸块，该凸块沿该中间基板的一径向延伸，该钻石膜设置在该中间基板上，该钻石膜顺应该凸块形成多个研磨凸起。

Description

一种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，尤指一种兼具良好切削与移除能力的化学机械研磨修整器及其制造方法。
背景技术
在半导体晶圆制造过程之中，广泛使用化学机械研磨(Chemical mechanicalpolish，简称CMP)工艺对晶圆进行研磨，令晶圆表面达平坦化。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)，接触并施力在一承载在一可自旋的载具上的晶圆，在研磨时，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，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。
现有的化学机械研磨修整器，一种为采用钻石颗粒作为研磨材料者，如中国台湾发明专利公告第575477号，揭示一种化学机械研磨调节器，是针对于具备有支持构件、及设在上述支持构件的面上的多个硬质砥粒的化学机械研磨调节器，其特征为使上述多个硬质砥粒，在上述支持构件的面上呈规则性排列，其中上述硬质砥粒为钻石粒。另一种为采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)钻石者，如中国台湾发明专利公开第200948533号，提出一种非平面CVD钻石涂覆CMP垫调节件及其制造方法，主要揭示一种调节头，包含一CVD钻石涂覆复合物，该调节头还包含：(a)一未涂覆基材，包含一基材表面，该基材还包含：(1)一第一相，包含至少一陶瓷材料；以及(2)一第二相，包含至少一碳化物形成材料，且其中该基材表面包含至少一凸出该基材表面的非平面修边区域；或如中国台湾新型专利公告第M275917号，提出一种用在化学机械研磨的调节盘，主要揭示一种在化学机械研磨工艺中用在一研磨垫上的调节器，包含一基座结构以及多个叶片，该基座结构具有一旋转轴，该凸出叶片在一叶片区内由该基座结构支撑，每一个叶片从该基座结构中心区域向外呈放射状并切线地延伸出，该等叶片以一共同方向延伸；或如本案申请人所申请的中国台湾发明专利申请第104208835号，揭示一种化学机械研磨修整器，包含一基板以及多个研磨单元，该基板具有一顶面，该研磨单元藉一结合层设在该基板，各研磨单元包含一研磨单元基板与一研磨层，该研磨单元基板设在该结合层相对该基板的一面，且以该基板的顶面的面积为100％，该研磨单元基板覆盖在该基板所占的面积为5％至50％，该研磨层形成在该研磨单元基板相对该研磨层的一面并具有多尖端。
在以上先前技术之中，以使用钻石颗粒的化学机械研磨修整器来说，往往因钻石颗粒切削特性的关系，容易切破并塞入抛光垫，并进一步造成晶圆的刮伤；而以使用CVD钻石的化学机械研磨修整器来说，原则上均包括一基座、多个形成在该基座上的研磨单元基板以及形成在该研磨单元基板上的CVD钻石，并以CVD钻石做为修整的材料，其中，就该研磨单元基板的形状论之，在中国台湾发明专利公开第200948533号中，该非平面表面特征结构可为线性或非线性线段，例如同心环、不连续或交错同心环、螺旋、不连续螺旋、矩形、不连续矩形、不规则图案等；或为不连续或连续同心环与螺旋、和同心环与螺旋形线段。在中国台湾新型专利公告第M275917号，该弯曲叶片以辐射方向延伸，每一个叶片从一中心区域延伸至边缘。在中国台湾发明专利申请第104208835号中，研磨单元基板可为如六边形、弧形或其他几何形状。针对前述使用CVD钻石的化学机械研磨修整器之中，虽可改善切破抛光垫的问题，但并无法有效地移除杂质或切屑。由以上可知，化学机械研磨修整器的结构设计仍有待改进。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决现有使用钻石颗粒的化学机械研磨修整器，容易切破并塞入抛光垫，而造成晶圆刮伤的问题；以及现有使用CVD钻石的化学机械研磨修整器，无法有效地移除杂质或切屑的问题。
为达上述目的，本发明提供一种化学机械研磨修整器，包含一底部基板、一中间基板以及一钻石膜，该中间基板设置在该底部基板上，该中间基板包括一中空部、一围绕该中空部的环形部以及至少一远离该底部基板而自该环形部凸出的凸出环，该凸出环包括沿一环带区域相隔排列的多个凸块，该凸块沿该中间基板的一径向延伸，该钻石膜设置在该中间基板上，该钻石膜顺应该凸块形成多个研磨凸起。
在一实施例中，相邻的该研磨凸起彼此间相隔一间距，该间距为该凸块的一宽度的1至5倍。
在一实施例中，该研磨凸起相对该中间基板的该径向呈一弧度。
在一实施例中，该研磨凸起具有一粗糙顶面。
在一实施例中，该研磨凸起具有一平坦顶面。
在一实施例中，该中间基板为一导电材料，该导电材料为钼、钨及碳化钨中的至少之一者。
在一实施例中，该中间基板为一非导电材料，该非导电材料为硅或单晶氧化铝。
在一实施例中，该中间基板的材质为一导电碳化硅或一非导电碳化硅。
在一实施例中，还包括一设置在该底部基板和该中间基板之间的结合层。
在一实施例中，该凸出环具有一介于2至20之间的环圈数。
在一实施例中，相邻的该凸出环彼此相互错位。
在一实施例中，该底部基板是一平面基板，该中间基板设置在该平面基板上。
在一实施例中，该底部基板具有一容置该中间基板的环形容置槽。
在一实施例中，该中间基板为一圆形基板。
在一实施例中，该圆形基板包括多个彼此邻接的片段。
在一实施例中，还包括多个研磨单元，该研磨单元分别包括一穿设在该底部基板的承载柱、一设置在该承载柱上的研磨颗粒以及一设置在该承载柱和该研磨颗粒之间的一磨料结合层。
在一实施例中，该研磨单元位在该底部基板的一外围部分。
在一实施例中，该研磨单元位在该底部基板的一中央部分。
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1：提供一中间基板，该中间基板包括一中空部、一围绕该中空部的环形部以及至少一自该环形部凸出的凸出环，该凸出环包括沿一环带区域相隔排列的多个凸块，该凸块沿该中间基板的一径向延伸；
步骤2：形成一钻石膜在该中间基板上，该钻石膜顺应该凸块形成多个研磨凸起；以及
步骤3：将该中间基板固定在一底部基板上。
在一实施例中，该中间基板的成形方法为一压铸法或一能量加工法。
在一实施例中，该中间基板是利用一结合层固定在该底部基板。
在一实施例中，该中间基板是利用一硬焊法固定在该底部基板。
在一实施例中，该中间基板是利用一机械结合固定在该底部基板。
和上述先前技术相较之下，例如中国台湾发明专利公告第575477号，本发明因不采用钻石颗粒，而是利用由该钻石膜形成的该研磨凸起对抛光垫进行修整，故可降低切破抛光垫的问题，而避免晶圆遭刮伤；和中国台湾发明专利公开第200948533号、中国台湾新型专利公告第M275917号以及中国台湾发明专利申请第104208835号相较之下，本发明利用特殊的研磨凸起的结构，能够高效率的将切削和杂质向外排除，且在各方向的排除量一致，能有稳定的修整表现。因此，整体来说将提供优异的修整效果。此外，在制造该化学机械研磨修整器时，先形成具有规则高低起伏的环状凸起结构的该钻石膜，再一次性地将该中间基板固定在该底部基板，工艺上相对简便，有利于大量生产，并降低制造成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例的俯视示意图。
图2为图1的A-A方向剖面示意图。
图3为图1的B-B方向侧视示意图。
图4为本发明第二实施例的俯视示意图。
图5为图4的C-C方向剖面示意图。
图6为本发明第三实施例的俯视示意图。
图7为图6的D-D方向剖面示意图。
图8为本发明第四实施例的俯视示意图。
图9为本发明第四实施例的使用示意图。
图10为本发明第五实施例的俯视示意图。
图11A至图14B为本发明一实施例的制造流程示意图。
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：
请搭配参阅图1、图2与图3所示，分别为本发明第一实施例的俯视示意图、图1的A-A方向剖面示意图以及图1的B-B方向侧视示意图。本发明为一种化学机械研磨修整器，包含一底部基板10、一中间基板20、一钻石膜30以及一结合层40，该底部基板10包括一环形容置槽11以及一被该环形容置槽11围绕的中央部分12，在本发明的一实施例中，该底部基板10的材质为不锈钢、金属材料、塑料材料、陶瓷材料或前述组合。
该中间基板20设置在该底部基板10上，在本实施例中，该中间基板20为一一体成形的圆形基板，且呈一中空环状而设置在该环形容置槽11内，然在其他实施例中，该中间基板20可包括多个片段，并邻接相拼形成该圆形基板，其中，该环形容置槽11的深度也可依照实际使用需求而调整，此处仅为举例说明；且，在其他实施例中，该底部基板10可为一平面基板，即没有设置该环形容置槽11，而该中间基板20设置在该底部基板10的一顶面。此外，该中间基板20的材质可以为一导电碳化硅或一非导电碳化硅。
在本发明的第一实施例中，该中间基板20包括一中空部21、一环形部22以及至少一凸出环23，该环形部22围绕该中空部21。在本发明中，该凸出环23的环圈数可介于1至20之间，本实施例是以1环圈数做为举例说明，该凸出环23包括多个彼此相隔且沿一环带区域排列的凸块231，其中，该凸块231自该环形部22朝远离该底部基板10的方向凸出，且该凸块231沿该中间基板20的一径向延伸。在本发明中，该径向的定义是由该中间基板20的一中心朝该中间基板20的一外缘延伸的方向。在本实施例中，该凸块231相对该中间基板20的该径向呈一弧度，该凸块231的弧度方向为逆时针，且该凸块231的截面呈一方形，如图2所示。然本发明并不限于此，在其他实施例中，该凸块231也可为其他几何形状，如梯形。本实施例中，该中间基板20通过该结合层40设置在该底部基板10上，该结合层40是一具有附着力的材料，例如树脂，进一步来说，如环氧树脂。
该钻石膜30披覆在该中间基板20而顺应该凸块231形成多个研磨凸起31，该研磨凸起31之间形成一排削通道32，换言之，该钻石膜30乃形成一规则高低起伏的环状凸起结构，其中，该研磨凸起31也呈该弧度，如图1所示。在本发明中，该研磨凸起31包括一顶面311，该顶面311可为一粗糙顶面或一平坦顶面。此外，在同一该环带区域上的该研磨凸起31彼此间相隔一间距S，该间距S可为该凸块231的一宽度的1至5倍。
请参图4和图5分别为本发明第二实施例的俯视示意图以及图4的C-C方向剖面示意图，其中，该化学机械研磨修整器还包括多个研磨单元50，该研磨单元50分别包括一承载柱51、一研磨颗粒52以及一磨料结合层53，该承载柱51穿设在该底部基板10，该研磨颗粒52设置在该承载柱51上，而该磨料结合层53设置在该承载柱51和该研磨颗粒52之间以将该研磨颗粒52固定在该承载柱51，在本实施例中，该研磨单元50位在该底部基板10的该中央部分12。请参图6和图7分别为本发明第三实施例的俯视示意图以及图6的D-D方向剖面示意图，本实施例与第二实施例的差异为，该研磨单元50位在该底部基板10的一外围部分13。
请续参图8和图9为本发明第四实施例的俯视示意图以及使用示意图，在本实施例中，该凸出环23以2环圈数做为举例说明，包括一第一凸出环以及一第二凸出环，该第一凸出环和该第二凸出环各包括多个彼此相隔的多个第一凸块以及多个第二凸块，该钻石膜30披覆在该中间基板20而在该第一凸块及该第二凸块上对应形成多个第一研磨凸起31a和多个第二研磨凸起31b，并形成多个第一排削通道32a和多个第二排削通道32b。此外，在本实施例中，该第一研磨凸起31a和该第二研磨凸起31b彼此间形成一错位D，且该第一研磨凸起31a和该第二研磨凸起31b的弧度方向相反，前者为逆时针，后者为顺时针。请进一步参阅图9是以本实施例举例说明该化学机械研磨修整器的排削机制，当进行修整时，该化学机械研磨修整器将因自转而产生一向外的离心力，此时，切削和杂质将受该离心力的驱动而从该第一排削通道32a和该第二排削通道32b快速向外排除。请继续参阅图10为本发明第五实施例的俯视示意图，本实施例与前一实施例的差别在于，该第一研磨凸起31a和该第二研磨凸起31b的弧度方向为相同。
本发明还提供一种化学机械研磨修整器的制造方法，是对应前述的化学机械研磨修整器，请并参图11A至图14B，为本发明一实施例的制造流程示意图，该方法说明如后：
先提供一中间基板20，请参图11A与图11B，图11B为『图11A的E-E方向剖面示意图，该中间基板20包括一中空部21、一围绕该中空部21的环形部22。接着，对该中间基板20进行加工，例如采一能量加工法，该能量加工法可为一放电加工法或一激光加工法，此处仅为举例说明，使用者可依实际需求而选择适当加工方法。将该中间基板20的部分移除，而使该中间基板20产生至少一凸出环23，该凸出环23包括多个彼此相隔且沿一环带区域排列的凸块231，该凸块231沿该中间基板20的径向延伸，如图12A与图12』所示，图12B为图12A的F-F方向剖面示意图。在本发明中，该中间基板20可为一导电材料或一非导电材料，该导电材料可为钼、钨、碳化钨或前述组合，该非导电材料可为硅或单晶氧化铝。当使用导电材料时，可配合使用该放电加工法，当使用非导电材料，可配合使用该激光加工法。此外，除了采用前述方法成形该中间基板20的结构之外，还可以使用一压铸法直接在成形时得到前述结构，举例来说，利用粉末压出预期的形状，再经过烧结成形。
请参图13A与图13B，图13B为图13A的G-G方向剖面示意图，待成形该中间基板20后，将一钻石膜30披覆在该中间基板20而顺应该凸块231形成多个研磨凸起31，该研磨凸起31之间形成一排削通道32，在本发明中，该钻石膜30为一化学气相沉积法形成的钻石薄膜，化学气相沉积法例如热线气相沉积法(filament CVD)、电浆辅助化学气相沉积法(PECVD)、微波电浆化学气相沉积法(MPCVD)或其他类似的方法。然后，再利用一结合层40将该中间基板20固定在一底部基板10，如图14A与图14B所示，图14B为图14A的H-H方向剖面示意图，在本发明中，该中间基板20和该底部基板10之间也可使用一硬焊法或一机械结合相互固定。
综上所述，本发明的化学机械研磨修整器因不采用钻石颗粒，而是利用由该钻石膜形成的该研磨凸起对抛光垫进行修整，故可降低切破抛光垫的问题，而避免晶圆遭刮伤；且，本发明的化学机械研磨修整器利用特殊的研磨凸起的结构，能够高效率的将切削和杂质向外排除，且在各方向的排除量一致，能有稳定的修整表现。因此，整体来说将提供优异的修整效果。此外，在制造该化学机械研磨修整器时，是先形成具有规则高低起伏的环状凸起结构的该钻石膜，再一次性地将该中间基板固定在该底部基板，工艺上相对简便，有利于大量生产，并降低制造成本。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (23)

1.一种化学机械研磨修整器，其特征在于包含：
一底部基板；
一中间基板，设置在该底部基板上，该中间基板包括一中空部、一围绕该中空部的环形部以及至少一远离该底部基板而自该环形部凸出的凸出环，该凸出环包括沿一环带区域相隔排列的多个凸块，该凸块沿该中间基板的一径向延伸；以及
一钻石膜，设置在该中间基板上，该钻石膜顺应该凸块形成多个研磨凸起。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，相邻的该研磨凸起彼此间相隔一间距，该间距为该凸块的一宽度的1至5倍。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该研磨凸起相对该中间基板的该径向呈一弧度。
4.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该研磨凸起具有一粗糙顶面。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该研磨凸起具有一平坦顶面。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该中间基板为一导电材料，该导电材料为钼、钨及碳化钨中的至少之一者。
7.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该中间基板为一非导电材料，该非导电材料为硅或单晶氧化铝。
8.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该中间基板的材质为一导电碳化硅或一非导电碳化硅。
9.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，还包括一设置在该底部基板和该中间基板之间的结合层。
10.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该凸出环具有一介于2至20之间的环圈数。
11.如权利要求10所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，相邻的该凸出环彼此相互错位。
12.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该底部基板是一平面基板，该中间基板设置在该平面基板上。
13.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该底部基板具有一容置该中间基板的环形容置槽。
14.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该中间基板为一圆形基板。
15.如权利要求14所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该圆形基板包括多个彼此邻接的片段。
16.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，还包括多个研磨单元，该研磨单元分别包括一穿设在该底部基板的承载柱、一设置在该承载柱上的研磨颗粒以及一设置在该承载柱和该研磨颗粒之间的一磨料结合层。
17.如权利要求16所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该研磨单元位在该底部基板的一外围部分。
18.如权利要求16所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，该研磨单元位在该底部基板的一中央部分。
19.一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1：提供一中间基板，该中间基板具有一表面，该中间基板包括一中空部、一围绕该中空部的环形部以及至少一自该环形部凸出的凸出环，该凸出环包括沿一环带区域相隔排列的多个凸块，该凸块沿该中间基板的一径向延伸；
步骤2：形成一钻石膜在该中间基板上，该钻石膜顺应该凸块形成多个研磨凸起；以及
步骤3：将该中间基板的一底面固定在一底部基板上。
20.如权利要求19所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该中间基板的成形方法为一压铸法或一能量加工法。
21.如权利要求19所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该中间基板是利用一结合层固定在该底部基板。
22.如权利要求19所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该中间基板是利用一硬焊法固定在该底部基板。
23.如权利要求19所述的化学机械研磨修整器的制造方法，其特征在于，该中间基板是利用一机械结合固定在该底部基板。
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