CN203390712U - 化学机械研磨修整器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是有关于一种化学机械研磨修整器，包括：一基板；一结合层，是设置于该基板上；一电镀层，是设置于该结合层上；一固定模板，是设置于该电镀层上，其包含有多个孔洞；以及多个磨粒，是对应容设于所述孔洞，且通过该电镀层以固定于该结合层及该基板。因此，本实用新型不仅可避免研磨颗粒在制作过程中由于高温加热而产生破坏，更可以利用固定模板及电镀层以解决修整器表面被研磨液腐蚀的问题，同时改善已知焊料结合层对被研磨工件产生的污染问题，并通过固定模板以调整磨粒的排列方式及露出率，进而提升修整器的研磨性能及质量。
Description
技术领域
本实用新型是有关于一种化学机械研磨修整器，尤指一种通过具有抗腐蚀性电镀法的化学机械研磨修整器。
背景技术
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是为各种产业中常见的研磨工艺。利用化学研磨工艺可研磨各种物品的表面，包括陶瓷、硅、玻璃、石英、或金属的芯片等。此外，随着集成电路发展迅速，因化学机械研磨可达到大面积平坦化的目的，故为半导体工艺中常见的晶圆平坦化技术之一。
在化学机械平坦化过程中，稳定且均匀地输送磨浆至晶圆与抛光垫之间，使抛光垫表面浸满了磨浆(Slurry)，此磨浆内含有化学药剂(如酸液及氧化剂)用以侵蚀晶圆表面的薄膜，磨浆内也含无数的纳米陶瓷(如SiO2、Al2O3、CeO2)磨粒，可刺入并刮除微量薄膜，同时进行化学蚀刻与机械磨削作用，移除芯片上突出的沉积层，藉以抛光晶圆的表面，达成平坦化的目的。
整修器是化学机械平坦化必要的耗材，其功能为修整抛光垫(Pad)。所谓修整，包括切削(Shave)抛光垫表面，移除抛光垫表面累积的废弃物，由此保持抛光垫表面的粗糙度。此外，整修器亦可使表面产生微量的隆起及凹陷，其即所谓绒毛(Asperities)的高低差，这样触压抛光垫的面积可以大幅缩小，一旦接触面积越小，接触压力就越大，接触点处的磨浆才能挤压晶圆的突出部位，磨浆内的化学药剂(如H2O2)则会氧化而软化或侵蚀晶圆。
然而，已知的金刚石修整器的制造方法，如：硬焊法，通常是将金刚石颗粒以结合剂固定于金属台盘表面，虽适合用于整修抛光垫，但对于更精密的化学机械平坦化工艺，如线宽小于45纳米以下的化学机械平坦化工艺，却因金刚石修整器的金属台盘过重，在使用金刚石修整器于抛光垫时容易造成金刚石颗粒脱落(drop)、异位(shift)，进而使得晶圆的刮伤(scratch)、局部的过抛(dishing)、下陷(erosion)及厚度的不均匀(non-uniformity)。随着集成电路的线宽要求日趋缩减，对于晶圆表面平坦度的需求即随之提升，进而对于修整器的要求亦随之提高，造成已知的金刚石修整器无法满足45纳米以下化学机械平坦化工艺的先进要求。
已知技术中，如创作人已申请的中国台湾专利公开号201014680的研磨工具及其制法，一种研磨工具，包括多个磨粒、一固定模具、一基板及一结合剂层所组成；固定模具的多个孔分别容置多个磨粒；磨粒的第一端及第二端分别置于固定模具的下方及上方；基板的第一端面分别抵靠多个磨粒的第二端；结合剂层结合多个磨粒、固定模具及基板；磨粒的第二端为研磨端；结合剂层隐藏于固定模具内侧，因此在研磨过程中较不会接触液体而被腐蚀，利用固定模具结合磨粒，方便控制磨粒的排列图案、间距及露出高度，并可以更稳固的固定磨粒，使磨粒较不会在研磨加工中脱落。
此外，如创作人已申请的另一中国台湾专利申请号101215212的化学机械研磨修整器，其包括：一基板、一结合层、一固定模板以及多个磨粒；结合层设置于基板上，固定模板设置于结合层上，而其具有多个贯孔，其中，且所述磨粒是对应容设于所述贯孔并置抵于结合层，所述磨粒分别具有一相对于固定模板表面凸出的研磨端；其中，基板及固定模板的热膨胀系数是高于或低于结合层的热膨胀系数，通过控制基板、固定模板与结合层的热膨胀系数差异的关系，以便能得到轻薄化的化学机械研磨整修器，不仅消除基板轻薄化后经过硬焊法时所产生的变形问题，也消除了金刚石颗粒脱落及异位的问题，进而降低了制造成本。
另，如日本专利公开号JP2005219152A，提供一种制造修整器的方法，修整器可防止金刚石颗粒从修整器脱离，以这样的方式研磨一研磨目标以减少划伤于研磨目标上，且修整器具有较长的使用寿命。根据本发明的方法，每一个镀有一由导电材料形成的薄膜的金刚石颗粒设置于从一模板的上表面上形成的多个孔洞中。然后一表面平台具有一凹部，表面平台设置于模板的一下表面，凹部与每一个金刚石颗粒从模板的下表面凸出部分接触。此外，一基台设置于模板的上表面上，且因此金刚石颗粒可牢固地夹设于模板与基台间。
上述专利所提到的研磨修整器的设计，虽然已有提到通过设置一模板来固定金刚石颗粒，以避免金刚石颗粒移位，然而，由于已知设计研磨修整器主要都是使用树脂或焊料作为固定磨粒的结合层，使树脂或焊料结合层在研磨过程中容易被研磨液腐蚀破坏，并导致金刚石颗粒脱落，进而使得被研磨的目标物受损。另一方面，在硬焊法或树脂法制作化学机械研磨修整器中，由于硬焊法或树脂法必须通过高温加热方式使其硬化，也因而造成磨粒在固化过程中因为高温而产生破坏。
据此，发展一种化学机械研磨修整器，其可避免研磨颗粒在制作过程中因为高温而产生破坏，且改善研磨修整器表面在研磨过程中遭受研磨液腐蚀破坏，并可避免已知焊料结合层对于被研磨工件产生的污染问题，乃有其所需。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是在提供一种化学机械研磨修整器，其通过一固定模板设置于电镀层上，不仅可利用固定模板保护电镀层，以解决已知电镀法研磨修整器表面被研磨液腐蚀的问题，更可以同时解决已知焊料法研磨修整器在研磨过程中对被研磨工件产生的污染问题。
为达成上述目的，本实用新型是提供一种化学机械研磨修整器，包括：一基板；一结合层，可设置于该基板上；一电镀层，可设置于该结合层上；一固定模板，设置于该电镀层上，其包含有多个孔洞；以及多个磨粒，可对应容设于所述孔洞，且通过该电镀层以固定于该结合层及该基板。
因此，本实用新型不仅可利用固定模板及电镀层以解决修整器表面被研磨液腐蚀的问题，同时可以改善已知焊料结合层对被研磨工件产生的污染问题，并通过固定模板以调整磨粒的排列方式及露出率，进而提升修整器的研磨性能及质量。另一方面，由于研磨颗粒是利用电镀方式固定于固定模板及结合层之间，因此，将可以避免研磨颗粒在制作过程中因为高温加热而产生破坏。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，磨粒可通过各种型式的研磨颗粒所组成；于本实用新型的一态样中，该磨粒可为人造金刚石、天然金刚石、多晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(cubic boron nitride，CBN)、或多晶立方氮化硼(PCBN)；于本实用新型的另一态样中，该磨粒可为人造金刚石；又于本实用新型的另一态样中，该磨粒可为多晶造金刚石，本实用新型并未局限于此。此外，于本实用新型的化学机械研磨修整器中，磨粒粒径可大于该固定模板的所述孔洞的内径，使每一孔洞都可以容置固定有一颗磨粒，以避免孔洞内的磨粒脱离，造成孔洞内缺少磨粒，而影响研磨修整器的研磨性能及质量。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，磨粒粒径可依据磨粒种类或磨粒晶型，或研磨加工所需的表面粗糙度而决定；于本实用新型的一态样中，磨粒粒径可为100微米至600微米；于本实用新型的另一态样中，磨粒粒径可为500微米，本实用新型并未局限于此。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，磨粒突出于该固定模板的露出率可视所需研磨加工的研磨速率或表面粗糙度而决定；于本实用新型的一态样中，磨粒突出于该固定模板的露出率可为该磨粒粒径的1/5至1/2；于本实用新型的另一态样中，些磨粒突出于该固定模板的露出率可为该磨粒粒径的1/4至1/3。此外，于本实用新型的化学机械研磨修整器中，磨粒可通过一图案化排列以调整研磨修整器的研磨性能及质量；于本实用新型的一态样中，磨粒可具有一矩阵图案排列、同心圆排列、或放射状排列等；于本实用新型的另一态样中，磨粒可具有一矩阵图案排列，本实用新型并未局限于此。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，固定模板可依据电镀层材料而决定，且可通过使固定模板具有一负电性以将电镀层沉积结合于固定模板及磨粒；于本实用新型的一态样中，固定模板可为镍金属、银金属、铜金属、或其合金，此外，电镀层可为镍金属、铜金属、铬金属、或其合金；于本实用新型的另一态样中，固定模板可为具有负电性的镍金属。此外，于本实用新型的化学机械研磨修整器中，固定模板的厚度可参考磨粒尺寸及电镀层厚度的相对比例而决定；于本实用新型的一态样中，固定模板的厚度可为50微米至300微米；于本实用新型的另一态样中，固定模板的厚度可为50微米至100微米，本实用新型并未局限于此。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，结合层可为硬焊材料、电镀材料、陶瓷材料、或树脂材料；于本实用新型的一态样中，结合层可为树脂材料。此外，于本实用新型的化学机械研磨修整器中，结合层的厚度可为20微米至200微米；较佳为，结合层的厚度可为50微米至100微米。另外，于本实用新型的化学机械研磨修整器中，基板可为不锈钢，本实用新型并未局限于此。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，每一磨粒的最高点可连接形成一研磨面，其中，研磨面可依据基板表面外型，使研磨面可以为一平面、凸面、或凹面外型；于本实用新型的一态样中，在一平面的基板表面上，研磨面可以为一平面外型；于本实用新型的另一态样中，在一凸面的基板表面上，研磨面可以为一凸面外型。此外，于本实用新型的化学机械研磨修整器中，前述的研磨面可依据磨料尖端方向性或磨料晶型而变化；于本实用新型的一态样中，磨粒可为一尖端朝向欲修整的抛光垫，使研磨面可以为一平面外型；于本实用新型的另一态样中，位于中心区域的所述磨粒可为一尖端朝向欲修整的抛光垫，而位于周围区域的所述磨粒可为一平面朝向欲修整的抛光垫，使研磨面可以为一凸面外型。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，该基板的直径可依据研磨加工的区域范围而决定；于本实用新型的一态样中，基板的直径可为5毫米至250毫米；于本实用新型的另一态样中，基板的直径可为80毫米至120毫米。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，还包括一底座基板，该底座基板可设置于该基板的底部，并设置一可调节厚度的黏着剂层夹设于该底座基板以及该基板之间。此外，于前述本实用新型的化学机械研磨修整器中，该底座基板的表面可具有多个基板，且该底座基板的直径可为所述基板的直径的4至20倍。于本实用新型的一态样中，该底座基板的表面可具有4个至20个基板，较佳为该底座基板的表面可具有10个至12个基板，且所述基板沿着底座基板的外围以形成一环状排列。此外，于本实用新型的一态样中，前述的该基板的直径可为10毫米至20毫米。于本实用新型的另一态样中，该基板的直径可为15毫米，而该底座基板的直径可为100毫米，且本实用新型并未局限于此。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，还包括一模封胶层，其可填充于前述所述基板间的空隙，并将该基板固定于该底座基板上，以形成一组合式化学机械研磨修整器。
于本实用新型的化学机械研磨修整器中，还包括一模封胶层，其可填充于前述所述研磨修整器的基板间的空隙，并将所述研磨修整器的基板固定于该底座基板上，以形成一组合式化学机械研磨修整器。
本实用新型的有益效果是：化学机械研磨修整器可利用固定模板保护电镀层，以解决已知电镀法研磨修整器表面被研磨液腐蚀的问题，更可以同时解决已知焊料法研磨修整器在研磨过程中对被研磨工件产生的污染问题，此外，并通过固定模板以调整磨粒的排列方式及露出率，进而提升修整器的研磨性能及质量。
附图说明
为能详细了解本实用新型的技术特征及实用功效，以下结合较佳实施例及附图，详细说明如后，其中：
图1A至1H是本实用新型的化学机械研磨修整器的制作流程图。
图2A及2B是本实用新型的化学机械研磨修整器示意图。
图3A及3B是本实用新型的化学机械研磨修整器示意图。
图4A及4B是本实用新型的化学机械研磨修整器示意图。
具体实施方式
以下是通过较佳的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地嘹解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型亦可通过其他不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
实施例1
本实用新型的主要目的是在提供一种化学机械研磨修整器，其通过一固定模板设置于电镀层上，不仅可利用固定模板保护电镀层，以解决已知电镀法研磨修整器表面被研磨液腐蚀的问题，更可以同时解决已知焊料法研磨修整器在研磨过程中对被研磨工件产生的污染问题。图1A至1H是本实用新型实施例1的化学机械研磨修整器的制作流程图。请参考图1A及1B，首先，提供一暂时基板110，并设置一暂时黏着层120于该暂时基板110上，其中，在实施例1中，暂时基板110可以为不锈钢材质或一般刚性材质，而暂时黏着层120可以为一双面黏性胶带，用以将固定模板130及磨粒140暂时固定于暂时基板110上。
接着，请参考图1C，提供一固定模板130，其设置于于该暂时黏着层120，且该固定模板130具有多个孔洞131及多个孔洞内缘132，其中，在实施例1中，固定模板130为厚度100微米的镍金属材质所组成，并可通过固定模板130的孔洞131以控制磨粒140具有一矩阵图案的规则排列；请参考图1D及1E，提供多个磨粒140，可对应容设于所述孔洞131，其中，所述磨粒140粒径可大于所述孔洞131，使每一孔洞131都可以容置固定有一颗磨粒140，并可通过一下压板150向下施加一作用力(如图1D箭头方向)，使所述磨粒140渗入至该暂时黏着层120，并可通过暂时黏着层120的厚度以控制所述磨粒140突出于该固定模板130的露出率，其中，于实施例1中，磨粒为粒径500微米的人造金刚石，且磨粒突出于该固定模板的露出率为该磨粒粒径的1/4，即约125微米。
接着，请参考图1F，提供一电镀层160，其可将固定模板130控制为一负电性，使电镀层160沉积结合于固定模板130及磨粒140上，其中，于实施例1中，电镀层160为一镍电镀材料；请参考图1G，移除该暂时基板110及该暂时黏着层120，使所述磨粒140露出于固定模板130的所述孔洞131；最后，如图1H，提供一基板180及一结合层170，将结合层170接合于电镀层160表面，且结合层170相对于固定模板130的另一侧，以形成一研磨修整器10，且每一磨粒140的最高点可连接形一研磨面H1，其中，于实施例1中，结合层170为一厚度100微米的树脂黏着剂，基板180为一直径16毫米的不锈钢材质，且该基板180具有一平面表面，使得研磨面H1为一平面外型。
据此，实施例1提供一种研磨修整器10，包括：一基板180；一结合层170，可设置于该基板180上；一电镀层160，可设置于该结合层170上；一固定模板130，可设置于该电镀层160上，其包含有多个孔洞131；以及多个磨粒140，可对应容设于所述孔洞131，且通过该电镀层160以固定于该结合层170及该基板180。因此，本实用新型不仅可利用固定模板及电镀层以解决修整器表面被研磨液腐蚀的问题，同时可以改善已知焊料结合层对被研磨工件产生的污染问题，并通过固定模板以调整磨粒的排列方式及露出率，进而提升修整器的研磨性能及质量。
实施例2及实施例3
如图2A及2B，是本实用新型实施例2及实施例3的化学机械研磨修整器示意图。实施例2及实施例3与前述实施例1所述的化学机械研磨修整器大致相同，其不同之处在于，实施例1是提供一具有平面外型研磨面的研磨修整器，而实施例2及实施例3是提供一具有非平面外型研磨面的研磨修整器。
请参考图2A，提供一种研磨修整器20，包括：一基板280；一结合层270，可设置于该基板280上；一电镀层260，可设置于该结合层270上；一固定模板230，可设置于该电镀层260上；以及多个磨粒240，可对应容设于该固定模板230的孔洞中，且通过该电镀层260以固定于该结合层270及该基板280，而每一磨粒240的最高点可连接形一研磨面H2。其中，前述基板280具有一凸面表面，使得研磨面H2为一凸面外型。
请参考图2B，提供一种研磨修整器21，包括：一基板281；一结合层271，可设置于该基板281上；一电镀层261，可设置于该结合层271上；一固定模板231，可设置于该电镀层261上；以及多个磨粒241，可对应容设于该固定模板231的孔洞中，且通过该电镀层261以固定于该结合层271及该基板281，而每一磨粒241的最高点可连接形一研磨面H3。其中，前述基板281具有一凹面表面，使得研磨面H3为一凹面外型。因此，本实用新型可进一步依据研磨加工的需求而任意调整基板表面外型，使研磨面为一平面、凸面、或凹面外型，进而控制研磨修整器的研磨性能及质量。
实施例4及实施例5
如图3A及3B，是本实用新型实施例4及实施例5的化学机械研磨修整器示意图。实施例4及实施例5与前述实施例1所述的化学机械研磨修整器大致相同，其不同之处在于，实施例1是提供磨粒为一尖端朝向欲修整的抛光垫，而实施例4及实施例5是提供磨料为一平面朝向欲修整的抛光垫，或磨料部分平面及部分尖端朝向欲修整的抛光垫。
请参考图3A，提供一种研磨修整器30，包括：一基板380；一结合层370，可设置于该基板380上；一电镀层360，可设置于该结合层370上；一固定模板330，可设置于该电镀层360上；以及多个磨粒340，可对应容设于该固定模板330的孔洞中，且通过该电镀层360以固定于该结合层370及该基板380。其中，前述磨粒340为一平面朝向欲修整的抛光垫，使得研磨面为一平面外型。
请参考图3B，提供一种研磨修整器31，包括：一基板381；一结合层371，可设置于该基板381上；一电镀层361，可设置于该结合层371上；一固定模板331，可设置于该电镀层361上；以及多个磨粒341，可对应容设于该固定模板331的孔洞中，且通过该电镀层361以固定于该结合层371及该基板381。其中，前述研磨修整器31中，位于中心区域的中心处研磨颗粒341可为一尖端朝向欲修整的抛光垫，而位于周围区域的外围处研磨颗粒342可为一平面朝向欲修整的抛光垫，使研磨面可以为一凸面外型。因此，本实用新型可进一步依据研磨加工的需求而任意调整磨粒尖端或平面的方向性，使研磨面为一平面、凸面、或凹面外型，进而控制研磨修整器的研磨性能及质量。
实施例6
如图4A及4B，是本实用新型实施例6的化学机械研磨修整器示意图及立体示意图。实施例6是为将实施例1所制作的研磨修整器组合排列于一底座基板，以形成一组合式化学机械研磨修整器。
请参考图4A及4B，提供一种组合式的化学机械研磨修整器，包括：提供一底座基板480，该底座基板480可设置于该研磨修整器10(一并参考参考图1H)的底部，并设置一可调节厚度的黏着剂层490夹设于该底座基板480以及该研磨修整器10的底部之间。此外，于前述组合式的化学机械研磨修整器中，该底座基板480的表面可具有多个研磨修整器10，且该底座基板480的直径可为所述研磨修整器10的基板直径的4至20倍。其中，在此实施例6中，该底座基板480的直径为100毫米，该底座基板480的表面可具有12个研磨修整器10，且所述研磨修整器10(或其基板)的直径为15毫米。
于前述组合式的化学机械研磨修整器中，还包括一模封胶层470，其可填充于前述所述研磨修整器10的基板间的空隙，并将所述研磨修整器10的基板固定于该底座基板480上，以形成一组合式化学机械研磨修整器。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (20)
1.一种化学机械研磨修整器，其特征在于，包括：
一基板；
一结合层，设置于该基板上；
一电镀层，设置于该结合层上；
一固定模板，设置于该电镀层上，其包含有多个孔洞；以及
多个磨粒，对应容设于所述孔洞，且通过该电镀层以固定于该结合层及该基板。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该磨粒为人造金刚石、天然金刚石、多晶金刚石、立方氮化硼、或多晶立方氮化硼。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，所述磨粒粒径大于所述孔洞的内径。
4.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，所述磨粒粒径为100微米至600微米。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，所述磨粒突出于该固定模板的露出率为该磨粒粒径的1/5至1/2。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，所述磨粒具有一矩阵图案排列、同心圆排列、或放射状排列。
7.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该固定模板为镍金属、银金属、铜金属、或其合金。
8.如权利要求7所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该固定模板的厚度为50微米至300微米。
9.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该结合层为硬焊材料、电镀材料、陶瓷材料、或树脂材料。
10.如权利要求9所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该结合层的厚度为20微米至200微米。
11.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该基板为不锈钢。
12.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，所述磨粒的最高点连接形成一研磨面，该研磨面为一平面、凸面、或凹面。
13.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，所述磨粒为一尖端朝向欲修整的抛光垫。
14.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，位于中心区域的所述磨粒为一尖端朝向欲修整的抛光垫，而位于周围区域的所述磨粒为一平面朝向欲修整的抛光垫。
15.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该基板的直径为5毫米至250毫米。
16.如权利要求1所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，还包括一底座基板，该底座基板设置于该基板的底部，并设置一可调节厚度的黏着剂层夹设于该底座基板以及该基板之间。
17.如权利要求16所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该底座基板的表面具有多个基板。
18.如权利要求16所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该底座基板的直径为所述基板的直径的4至20倍。
19.如权利要求16所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，还包括一模封胶层，其填充于前述所述基板间的空隙，并将该基板固定于该底座基板上。
20.如权利要求16所述的化学机械研磨修整器，其特征在于，其中，该基板的直径为10毫米至20毫米。
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