CN1532026A - 研磨垫整理器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种研磨垫整理器，此研磨垫整理器具有一底层与复数个钻石颗粒，其中此些钻石颗粒镶嵌于底层的一表面上，并且钻石颗粒露出底层表面的部分具有相同的高度，并且此些钻石颗粒露出底层表面的高度，小于最小钻石颗粒的一半高度。以使得研磨垫调整器不会因为钻石颗粒高度不均而刮伤研磨垫的表面，并能够避免钻石颗粒的脱落。

Description

研磨垫整理器及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)装置及其制造方法，且特别是有关于一种研磨垫整理器(PadConditioner)及其制造方法。

背景技术

在半导体制程中，随著元件尺寸持续缩减，微影曝光解析度也相对增加，且伴随著曝光景深的缩减，对于晶圆表面的高低起伏程度的要求更为严苛。因此，目前晶圆的平坦化(Planarization)都是依赖化学机械研磨制程来完成，它独特的非等向性磨除性质除了用于晶圆表面轮廓的平坦化之外，亦可应用于垂直及水平金属内连线(Interconnects)的镶嵌结构的制作、前段制程中元件浅沟渠隔离制作及先进元件的制作、微机电系统平坦化和平面显示器制作等。

公知进行化学机械研磨制程时，通常分为旋转式平台(Rotational Platen)研磨机或是线性移动式(Linear)研磨机。旋转式平台研磨装置大多使用研磨头(Carrier)抓住晶圆，然后把晶圆的正面压在舖有一层供有研浆(Slurry)的研磨垫(Pad)的研磨台(Polishing Table)上进行研磨(Polishing)；另外，线性移动式研磨机装置也是使用研磨头抓住晶圆，然后把晶圆的正面压在由两滑轮传动的回圈式研磨垫上进行研磨。

然而在经过一段时间的研磨制程之后，上述两种化学机械研磨机台的研磨垫上都会有残留颗粒(Particle)堆积，这些颗粒有的来自研浆中的研磨微粒，有的则可能是来自晶圆上被研磨去除的薄膜。因此，为保持研磨垫的清洁，必须使用一研磨垫整理器来去除研磨垫上的残留颗粒，以增加研磨垫的使用寿命及效能。

图1至图2所显示为公知一种研磨垫整理器的制造方法的示意图。首先，请参照图1，提供一个由不锈钢材质所构成的底层102，接著在底层102上散布钻石颗粒104，其中钻石颗粒104可以经由筛选而具有接近的大小。接著，请参照图2，利用硬焊的方式，在底层102上形成由镍金属或其他合金所构成的固定层106，以将钻石颗粒104固定于底层102上而形成研磨垫整理器。

然而，依上述方法所制造的研磨垫整理器具有下述的问题：

虽然钻石颗粒经过筛选，然而并无法完全避免钻石颗粒大小不一的情形，因此在所形成的研磨垫调整器中，较大的钻石颗粒的高度较高(如图2圈示位置A所示)，而且，钻石颗粒在配置于底层上时可能会产生堆叠的情形(如图2圈示位置B所示)，此种情形同样会使得堆叠处的钻石高度较高，而上述钻石颗粒高度不均的问题将会使得在研磨时相当容易刮伤研磨垫的表面。

而且，上述将钻石颗粒固定的方式，并不能保证所有的钻石颗粒都均匀镶嵌在固定层中达钻石颗粒的一半高度以上，较大颗的钻石颗粒镶嵌在固定层中的高度就越小，尤其是对钻石颗粒堆叠处(如图2圈示位置B所示)而言，堆叠的钻石颗粒镶嵌在固定层的高度很小，因此，在进行研磨时，很容易因为应力而发生钻石剥落的情形，从而使得研磨垫表面被刮伤，缩短研磨垫整理器的使用寿命。

此外，例如是在研磨金属层时，研浆的pH值小于7，由于强酸性的研浆可能会腐蚀研磨垫整理器上的固定层，因而造成钻石颗粒容易脱落，因此必须采用外场(Ex-situ)刷除的方式，也就是在每一批研磨制程前或研磨制程后使用研磨垫整理器作刷除处理。然而，由于外场刷除无法随时清除研磨过程中的残留颗粒，所以其清除功效较临场刷除差，而且会增加制程的复杂度。

再者，上述配置钻石的方式并不能控制钻石颗粒的颗粒大小、排列形状与排列密度，而可能会产生钻石颗粒堆叠等状况，因此并不容易使研磨垫整理器保持均一的研磨速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种研磨垫整理器及其制造方法。能够使研磨垫整理器的钻石颗粒具有均一的露出高度。

本发明的再一目的是提供一种研磨垫整理器及其制造方法，能够避免研磨垫整理器的钻石颗粒脱落。

本发明的又一目的是提供一种研磨垫整理器及其制造方法，能够使研磨垫整理器同时适用于酸性以及碱性的研磨环境。

本发明的另一目的是提供一种研磨垫整理器及其制造方法，能够控制钻石颗粒的颗粒大小、排列形状与密度，以提供均一的研磨速率。

为实现上述目的，本发明提出的研磨垫整理器，包括：

一底层；以及

复数个钻石颗粒，镶嵌于该底层的一表面上，其中该些钻石颗粒露出该底层的该表面的部分具有相同的高度。

所述的研磨垫整理器，其中于该些钻石颗粒之中具有一最小高度H，且该些钻石颗粒露出该底层的该表面高度小于H/2。

所述的研磨垫整理器，其中该底层的材质包括陶瓷。

所述的研磨垫整理器，其中该底层的材质包括金属。

所述的研磨垫整理器，其中该些钻石颗粒于该底层上的配置范围内呈二维矩阵的整齐排列。

本发明提出的上述研磨垫整理器的制造方法，包括下列步骤：

形成包覆有复数个钻石颗粒的一底层，其中该些钻石颗粒对齐于该底层的一表面；以及

由该些钻石颗粒所对齐的该表面侧去除部分该底层，以露出该些钻石颗粒。

所述的制造方法，其中形成包覆有该些钻石颗粒的该底层的方法包括热压烧结法。

所述的制造方法，其中形成包覆有该些钻石颗粒的该底层的方法还包括下列步骤：

将该些钻石颗粒配置在一基准面上；以及

于该基准面上形成该底层，并移除该基准面。

所述的制造方法，其中于该基准面上形成该底层还包括下列步骤：

于该基准面上散布一待烧结粉末以覆盖该些钻石颗粒；以及

将该待烧结粉末烧结形成该底层。

所述的制造方法，其中将该待烧结粉末烧结形成该底层的方法包括热压烧结法。

所述的制造方法，其中将该些钻石颗粒配置在该基准面上的方法还包括下列步骤：

于该基准面上配置一筛网；

于该筛网的复数个网眼之间的该基准面上个别配置复数个钻石颗粒；以及

移除该筛网。

所述的制造方法，其中该底层的材质包括金属。

所述的制造方法，其中由该些钻石颗粒所对齐的该表面侧去除部分该底层，以露出该些钻石颗粒的方法包括研磨、喷砂以及酸洗所组的族群其中之一。

所述的制造方法，其中该底层的材质包括陶瓷。

所述的制造方法，其中由该些钻石颗粒所对齐的该表面侧去除部分该底层，以露出该些钻石颗粒的方法包括研磨以及喷砂所组的族群其中之一。

所述的制造方法，其中于该些钻石颗粒中具有一最小高度H，且该些钻石颗粒露出该底层的该表面高度小于H/2。

由上述可知，由于本发明的研磨垫调整器系能够使镶嵌于底层上的钻石颗粒具有均一的高度，因此在进行研磨垫的整理时并不会刮伤研磨垫的表面。

而且，由于本发明的研磨垫调整器能够对钻石颗粒镶嵌于底层内的高度进行良好的控制，因而使得钻石颗粒能够牢固的固定于底层中而不易脱落，进而能够延长研磨垫整理器的使用寿命。

尚且，由于本发明的研磨垫调整器的底层能够采用陶瓷粉末热压烧结，因此具有良好的耐酸、耐碱特性，而能够同时适用于碱性与酸性的研磨制程，并能够延长研磨垫调整器的使用寿命。

此外，由于本发明的研磨垫调整器能够由筛网对钻石颗粒的颗粒大小、排列形状以及排列密度进行良好的控制，因此能够使研磨垫调整器保持在均一的研磨速率。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1至图2所显示为一种公知研磨垫整理器的制造方法的示意图。

图3至图5所显示为本发明的第一实施例的研磨垫整理器的制造流程示意图。

图6至图9所显示为本发明的第二实施例的研磨垫整理器的制造流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种研磨垫整理器(Pad Conditioner)及其制造方法，依此制造方法所制造的研磨垫整理器可以应用于各种化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing，简称CMP)装置上，例如旋转式平台(Rotational Platen)研磨机或是线性移动式(Linear)研磨机，然本发明可有相关不同的变型，凡符合本发明的精神，皆适用于本发明的范畴。

第一实施例

图3至图5所显示为本发明的第一实施例的研磨垫整理器的制造流程示意图。首先，请参照图3，提供一个基准面202，其中此基准面202例如是具黏性表面的纸，接著，将钻石颗粒204配置在基准面202的一侧表面上，其例如是将钻石颗粒204配置在纸的具黏性表面上，以使钻石颗粒204黏附在纸的表面上。其中此钻石204例如是事先经过筛选而具有接近的大小，并且于此些钻石颗粒204中的最小钻石颗粒204的高度例如是H。

接著，请参照图4，以预定形成研磨垫调整器的底层的待烧结粉末，将钻石颗粒完全覆盖(未图示)，然后，将包含有钻石颗粒204的待烧结粉末，以热压(Heat press)的方式烧结形成包覆有钻石颗粒204的底层206，且在烧结过程中，作为基准面202的纸会被烧掉而移除。其中待烧结粉末的材质例如是金属粉末或是陶瓷粉末，而且，在所形成的底层206中，钻石颗粒204对齐底层206的一侧表面。

接著，请参照图5，由钻石颗粒204所对齐的底层206表面侧，去除部分的底层206并露出钻石颗粒204的部分高度，以形成由底层206a与钻石颗粒204所组成的研磨垫调整器。其中所去除底层206的厚度，较佳为小于最小钻石颗粒204的一半高度(亦即是H/2)，而且去除部分底层206的方法，例如是采用研磨或是喷砂的方式，并且，当底层206的材质为金属时，还可以使用酸洗的方式以去除部分底层206。

请继续参照图5以说明本发明的第一实施例的研磨垫整理器。本发明的研磨垫整理器由底层206a与钻石颗粒204所组成。

其中底层206a例如是金属材质或是陶瓷材质所构成，其例如是由金属粉末或是陶瓷粉末经热压烧结所形成。

钻石颗粒204镶嵌于底层206a一侧的表面上，其中此些钻石颗粒204露出于底层206a表面的部分具有相同的高度，并且，钻石颗粒204露出底层206a表面的高度，小于最小钻石颗粒204的一半高度。

由上述第一实施例可知，在图4步骤中，由于钻石颗粒204被包覆在底层206中，并对齐底层206的一侧表面(亦即是原先的基准面202)，因此，即使在配置钻石颗粒时产生钻石颗粒较大(图5圈示位置A)或是钻石颗粒堆叠(图5圈示位置B)的情形，由于在图5中，由钻石颗粒204所对齐那一侧的底层206表面去除部分的底层206，因此能够确保露出的钻石颗粒204具有相同的高度。

而且，在上述第一实施例中，由对底层206去除厚度进行良好的控制，而能够使得最小的钻石颗粒204镶嵌于底层206a内的高度能够超过其一半的高度H，进而使得钻石颗粒204能够牢固的固定于底层206a中而不易脱落。

尚且，如果底层206a的材质是采用陶瓷的话，由于陶瓷具有耐酸碱的性质，则此研磨垫整理器能够同时适用于碱性与酸性的研磨环境。

第二实施例

图6至图9所显示为本发明的第二实施例的研磨垫整理器的制造流程示意图。首先，请同时参照图6与图7，提供一个基准面302，其中此基准面302例如是具黏性表面的纸，接著，如图7所示，在基准面302上放置筛网310，接著，由筛网310的筛选，将适当大小的钻石颗粒304配置在筛网310的网眼中的基准面302上，其例如是将钻石颗粒304散布在筛网310上，此时只有颗粒小于网眼者得以进入网眼中并黏附于基准面302上。并且于此些钻石颗粒304中的最小钻石颗粒304的高度例如是H。

接著，请参照图8，将筛网310移除，再以预定形成研磨垫调整器的底层的待烧结粉末，将钻石颗粒304完全覆盖(未图示)，然后，将包含有钻石颗粒304的待烧结粉末，以热压的方式烧结形成包含有钻石颗粒304的底层306，且在烧结过程中，作为基准面302的纸会被烧掉而移除。其中待烧结粉末的材质例如是金属粉末或是陶瓷粉末，而且，在所形成的底层306中，钻石颗粒304对齐底层306的一侧表面。

接著，请参照图9，由钻石颗粒304所对齐的底层306表面侧，去除部分的底层306并露出钻石颗粒304的部分高度，以形成由底层306a与钻石颗粒304所组成的研磨垫调整器。其中所去除的底层306的厚度，较佳为小于最小钻石颗粒304的一半高度(亦即是H/2)，而且去除部分底层306的方法，例如是采用研磨或是喷砂的方式，并且，当底层306的材质为金属时，还可以使用酸洗的方式去除部分的底层306。

请继续参照图9以说明本发明的第二实施例的研磨垫整理器。本发明的研磨垫整理器由底层306a与钻石颗粒304所组成。

其中底层306a例如是由金属材质或是陶瓷材质所构成，其例如是由金属粉末或是陶瓷粉末经热压烧结所形成。

钻石颗粒304镶嵌于底层306a一侧的表面上，其中此些钻石颗粒304露出于底层306a表面的部分具有相同的高度，并且，钻石颗粒304露出底层306a表面的高度，不大于最小钻石颗粒304的高度的一半。尚且钻石颗粒304在底层306a的钻石颗粒的配置区域内呈二维矩阵的整齐排列。

本发明第二实施例的研磨垫调整器，除了具有如同第一实施例的优点的外，在图6、7所示的配置钻石颗粒的步骤中，由于在基准面302上事先配置筛网310，使得只有钻石颗粒304小于网眼者才能黏附于基准面302的上，因此，由筛网310的规范，钻石颗粒304能够整齐/均匀的配置于基准面302上。而且，由改变所使用筛网310的网眼大小与排列密度，能够对钻石颗粒304的排列形状与密度进行良好控制，以因应实际制程对于不同研磨速率的需求。

在本发明上述第一、第二实施例中，钻石颗粒均匀的分布在底层的一侧表面上，然而本发明并不局限于上述的分布形式，例如是可以在一侧表面上呈环状分布，或是采用其他的分布方式等。

而且，在本发明上述第一、第二实施例中，使用基准面202、302的目的，是为了使钻石颗粒204、304的一侧能够位于同一平面上，然而本发明并不限定于使用基准面202、302，只要在烧结形成本发明的包覆钻石颗粒的底层之后，其中的钻石颗粒对齐底层的一侧表面，就包含于本发明的技术特征之内。

综上所述，本发明至少具有下述的优点：

1、经由本发明的制造方法所得的研磨垫调整器，由于镶嵌于其上的钻石颗粒具有均一的高度，因此在进行研磨垫的整理时并不会刮伤研磨垫的表面，进而能够确保被研磨物不会因为研磨垫受损而连带被刮伤。

2、经由本发明的制造方法所得的研磨垫调整器，由于能够对钻石颗粒镶嵌于底层内的高度进行良好的控制，因而使得钻石颗粒能够牢固的固定于底层中而不易脱落，进而能够延长研磨垫的寿命。

3、经由本发明的制造方法所得的研磨垫调整器，由于底层系能够采用陶瓷粉末热压烧结，因此所形成的陶瓷研磨垫调整器具有良好的耐酸、耐碱特性，而能够同时适用于碱性与酸性的研磨制程，并能够延长研磨垫调整器的使用寿命。

4、经由本发明的制造方法所得的研磨垫调整器，由于能够由筛网对钻石颗粒的排列形状以及排列密度进行良好的控制，因此能够使研磨垫调整器保持在均一的研磨速率。

虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺的人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定的为准。

Claims (16)

1、一种研磨垫整理器，包括：

一底层；以及

复数个钻石颗粒，镶嵌于该底层的一表面上，其中该些钻石颗粒露出该底层的该表面的部分具有相同的高度。

2、如权利要求1所述的研磨垫整理器，其特征在于，其中于该些钻石颗粒之中具有一最小高度H，且该些钻石颗粒露出该底层的该表面高度小于H/2。

3、如权利要求1所述的研磨垫整理器，其特征在于，其中该底层的材质包括陶瓷。

4、如权利要求1所述的研磨垫整理器，其特征在于，其中该底层的材质包括金属。

5、如权利要求1所述的研磨垫整理器，其特征在于，其中该些钻石颗粒于该底层上的配置范围内呈二维矩阵的整齐排列。

6、一种研磨垫整理器的制造方法，包括下列步骤：

形成包覆有复数个钻石颗粒的一底层，其中该些钻石颗粒对齐于该底层的一表面；以及

由该些钻石颗粒所对齐的该表面侧去除部分该底层，以露出该些钻石颗粒。

7、如权利要求6所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中形成包覆有该些钻石颗粒的该底层的方法包括热压烧结法。

8、如权利要求6所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中形成包覆有该些钻石颗粒的该底层的方法还包括下列步骤：

将该些钻石颗粒配置在一基准面上；以及

于该基准面上形成该底层，并移除该基准面。

9、如权利要求8所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中于该基准面上形成该底层还包括下列步骤：

于该基准面上散布一待烧结粉末以覆盖该些钻石颗粒；以及

将该待烧结粉末烧结形成该底层。

10、如权利要求9所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中将该待烧结粉末烧结形成该底层的方法包括热压烧结法。

11、如权利要求8所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中将该些钻石颗粒配置在该基准面上的方法还包括下列步骤：

于该基准面上配置一筛网；

于该筛网的复数个网眼之间的该基准面上个别配置复数个钻石颗粒；以及

移除该筛网。

12、如权利要求6所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中该底层的材质包括金属。

13、如权利要求12所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中由该些钻石颗粒所对齐的该表面侧去除部分该底层，以露出该些钻石颗粒的方法包括研磨、喷砂以及酸洗所组的族群其中之一。

14、如权利要求6所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中该底层的材质包括陶瓷。

15、如权利要求14所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中由该些钻石颗粒所对齐的该表面侧去除部分该底层，以露出该些钻石颗粒的方法包括研磨以及喷砂所组的族群其中之一。

16、如权利要求6所述的研磨垫整理器的制造方法，其特征在于，其中于该些钻石颗粒中具有一最小高度H，且该些钻石颗粒露出该底层的该表面高度小于H/2。

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