TW201505768A - 具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器 - Google Patents

Abstract

一種具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其結構包含：一具有特定軸向的藍寶石晶圓，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一；複數顆修整粒及複數個刮刀部，該複數個刮刀部係以預定之幾何排列方式形成於該藍寶石晶圓之至少一面，且該複數顆修整粒分布於該複數個刮刀部之間；其中，藉由該修整粒對一拋光墊之表面進行修整，以使該拋光墊之表面經過修整後產生新的孔洞及絨毛結構，同時移除該拋光墊表面上散布之不具研磨效果之磨屑及微粒，藉此維持該拋光墊之研磨效率。

Description

具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器

本發明係關於一種可使用在拋光研磨製程中之拋光墊修整器，特別是關於一種具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器。

因為半導體及光電產業之蓬勃發展，對元件之線寬要求逐漸嚴苛，以及電路積體化的高度發展導致平坦化之製程日趨重要，主要原因為埋設積體電路時，晶圓表面需沈積多至十層的導電層(如Cu、Al、W)、絕緣層(如Black Diamond)和抗磨層(如TaN)，而每次沈積之後必須將表面拋光使其平滑。其中，化學機械拋光法能夠滿足電子元件製程中高度平坦化的要求，現今之化學機械拋光法係為使用一拋光墊以及使用拋光墊修整器，搭配塗佈拋光漿而進行晶圓之拋光。如第一圖所示，該圖顯示在進行晶圓平坦化時之示意圖。如圖所示，在晶圓1以及拋光墊修整器2背面都接上一轉軸5，轉軸5使晶圓1以及拋光墊修整器2得以旋轉而與拋光墊3彼此進行研磨，搭配塗佈拋光漿而進行晶圓之拋光。

拋光墊修整器是以一鑽石碟為主，鑽石碟係為以鑽石微粒硬焊於金屬盤表面，其鑽石表面大小高度不一以及外觀形狀不一，導致其整體鑽石整修利用率約莫10%，且該些鑽石微粒是藉由電鍍或硬焊燒結之方式與金屬盤結合，結合力與接觸面積大小及狀態成正相關，然而常見之不良問題有二，其一為鑽石顆粒與金屬盤存在結合介面之冷縮熱脹及拋光漿腐蝕的問題，會導致該鑽石顆粒脫落而使該拋光墊修整器良率下降，其二為該鑽石顆粒之尖銳端因受力不均而造成斷裂，導致拋光過程造成晶圓刮傷因而降低拋光良率。近來，採用高硬度之藍寶石基材，製造出一外觀形狀 及裸露高度均一之拋光墊修整器以提升修整器使用壽命及拋光良率之方式已被提出，但因為其表面平整度高，與拋光面貼合過於良好，造成修整所產生的磨屑移除不順，進而影響到拋光的效率，而同時拋光墊所產生的新絨毛表面誤差高度依然有10μm-20μm，而此些問題為現今技術所需要克服，因此延伸出本發明。

拋光墊修整器之先前技術存在之待克服問題如下：鑽石碟之鑽石由於硬焊於金屬盤表面，而鑽石顆粒與金屬盤存在介面之冷縮熱脹及拋光漿腐蝕脫落之問題、鑽石碟之鑽石顆粒之突出尖銳端受力不均造成斷裂之問題，以及藍寶石碟盤與拋光面貼合過於良好，修整所產生的殘屑移除不順之問題。

為了解決這些問題，本發明揭露一種具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，係用於刮除不利拋光之雜質以及產生涵養拋光漿之空洞與移除雜質之絨毛部，其結構包含：一具有特定軸向的藍寶石晶圓，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一；複數顆修整粒及複數個刮刀部，該複數個刮刀部係以預定之幾何排列方式形成於該藍寶石晶圓之至少一面，且該複數顆修整粒分布於該複數個刮刀部之間；其中，藉由該修整粒對一拋光墊之表面進行修整，以使該拋光墊之表面經過修整後產生新的孔洞及絨毛結構，同時移除該拋光墊表面上散布之不具研磨效果之微粒，藉此維持該拋光墊之研磨效率。

較佳地，其中該複數個刮刀部之分布係圍繞該藍寶石晶圓之中心位置或偏心位置。

較佳地，其中該刮刀部係為直線形長條結構或曲線形長條結構。

較佳地，其中該修整粒之形狀為對稱平頭錐柱、對稱尖頭錐柱、不對稱平頭錐柱，或不對稱尖頭錐柱。

較佳地，其中該修整粒及刮刀部之間具有一高度差，且該高度差係介於3~15μm。

較佳地，其中該複數個刮刀部係以預定之幾何排列方式形成於該藍寶石晶圓之雙面。

透過上述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，將可以同時達到修整及刮除殘屑、絨毛高度一致化以及提升拋光墊蓄儲涵拋光漿含量之功效，大幅改善現今拋光研磨所面臨之困難。

上述僅為各步驟之簡述，各具體實施例及實施步驟細節將進一步揭露如後。

1‧‧‧晶圓

2‧‧‧拋光墊修整器

3‧‧‧拋光墊

4‧‧‧藍寶石拋光墊修整器

40‧‧‧藍寶石晶圓

401‧‧‧對稱平頭錐柱微結構

402‧‧‧不對稱平頭錐柱微結構

403‧‧‧對稱尖頭錐柱微結構

404‧‧‧不對稱尖頭錐柱微結構

41‧‧‧修整粒

42‧‧‧刮刀部

43‧‧‧內圓

5‧‧‧轉軸

6‧‧‧拋光漿

第一圖顯示進行晶圓平坦化時之示意圖。

第二圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第一實施例。

第三圖顯示單面製程之藍寶石拋光墊修整器示意圖。

第四圖顯示雙面製程之藍寶石拋光墊修整器示意圖。

第五圖顯示藍寶石拋光墊修整器之對稱平頭錐柱微結構示意圖。

第六圖顯示藍寶石拋光墊修整器之不對稱平頭錐柱微結構示意圖。

第七圖顯示藍寶石拋光墊修整器之對稱尖頭錐柱微結構示意圖。

第八圖顯示藍寶石拋光墊修整器之不對稱尖頭錐柱微結構示意圖。

第九圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第二實施例。

第十圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第三實施例。

第十一圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第四實施例。

第十二圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第五實施例。

第十三圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第六實施例。

第十四圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第七實施例。

第十五圖顯示藍寶石拋光墊修整器之第八實施例。

第一實施例

請參閱第二圖，第二圖顯示具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器4之第一實施例，藍寶石拋光墊修整器4之結構包含：一具有特定軸向的藍寶石晶圓40，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一；複數顆修整粒41及複數個刮刀部42，該複數個刮刀部42係以預定之幾何排列方式形成於該藍寶石晶圓40之至少一面，且該複數顆修整粒41分布於該複數個刮刀部42之間。其中，藉由修整粒41對拋光墊之表面進行修整，使該拋光墊之表面經過修整後產生新的孔洞及絨毛結構，同時移除拋光墊表面上散布之不具研磨效果之磨屑及微粒，藉此維持該拋光墊之研磨效率。由於藍寶石拋光墊修整器4需被機器之轉軸固定後帶動旋轉，所以整修器之中間部分需保留可供機器之轉軸固定之大小之內圓43。

本實施例中，修整粒41為均勻分布在藍寶石拋光墊修整器4上之凸粒，不與刮刀部42重疊。刮刀部42為直線形長條結構，且平均地分布於藍寶石拋光墊修整器4上，各個刮刀部42之延伸方向皆通過藍寶石拋光墊修整器4之中心。如前所述，修整粒41之功能在於可修整拋光墊之表面，使其經過修整後產生新的孔洞及絨毛結構，而藉由刮刀部42可同時移除拋光墊表面上散布之不具研磨效果之磨屑及微粒，即拋光墊在拋光過程中所產生的磨屑及微粒等。

關於藍寶石拋光墊修整器4之製備，可透過長晶技術將藍寶石經過一連串的長晶、經格方向定位、套鑽、去頭尾、斷面磨平、晶棒滾圓、線切、雙面研磨以及拋光等步驟，製作出具有特定軸向的藍寶石晶圓。上述作業完成後，將藍寶石晶圓塗佈上一層光阻層、照光曝光、顯影、硬烘烤、蝕刻等步驟完成該具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器。然而，該製程僅為例示，並非本發明之重點，藍寶石拋光墊修整器亦可透過其他製程製備而成。

請參閱第三圖，該圖顯示單面結構之拋光墊修整器4之示意圖。如圖所示，修整粒41之高度為H1、刮刀部42之高度為H2，彼此間具有高度差，較佳地介於3~15μm，且刮刀部42高度H2通常小於修整粒41之高度H1。其原因為修整粒41需要深入拋光墊產生新的絨毛/溝洞以涵養拋光漿，而刮刀部42不需要深入拋光墊，只需要表面修整以及刮除/排除修整屑，故具有上述高度差範圍之修整粒41及刮刀部42可達到較理想的修整、除屑效果。此外，為了最佳化藍寶石拋光墊修整器4之修整效率，修整粒41之上邊寬度W1及刮刀部42之上邊寬度W2也有最佳區間為0μm~10μm。

請參閱第四圖，該圖顯示擁有雙面結構之藍寶石拋光墊修整器4之示意圖，為了增加藍寶石拋光墊修整器4之使用效率，可製作一雙面皆具有修整粒41及刮刀部42之雙面結構，可節省藍寶石拋光墊修整器4之成本。其修整粒41及刮刀部42之排列方式、立體結構皆與前述實施例相似，在此不再贅述。

請參閱第五圖~第八圖，第五圖~第八圖分別顯示藍寶石拋光墊修整器4上不同立體結構之修整粒41及刮刀部42。除了修整粒41以及刮刀部42之高度不同以外，修整粒41及刮刀部42可依需求形成各種不同之立體結構，例如第五~八圖所示：對稱平頭錐柱微結構401、不對稱平頭錐柱微結構402、對稱尖頭錐柱微結構403、不對稱尖頭錐柱之微結構404。

而關於修整粒41與刮刀部42之間有高度差之製程，需要做塗佈光阻層製程兩次，第一次先經過塗佈光阻層、照光曝光、顯影、硬烘烤、蝕刻，先做出該刮刀部42與該修整粒41，此時該刮刀部42與該修整粒41之高度是相同的，但本發明之較佳實施例係為該刮刀部42之高度需要小於該修整粒41之高度H1，因此需要再做一次塗佈光阻層、照光曝光、顯影、硬烘烤、蝕刻，只不過第二次之製程只在修整粒41之上塗佈光阻層，目的是為了取得較高之修整粒41高度，惟上述製程僅為其中一種方式，亦可經由其他不同製程設計達成等效之目的。

第二實施例

請參閱第九圖，第九圖顯示具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器4之第二實施例，其構造主要包含：一藍寶石晶圓40、複數個修整粒41及複數個刮刀部42，修整粒41及刮刀部42之立體結構變化及功能皆如前實施例所述，在此不再重複說明。本實施例與前述實施例之主要差異在於，直線形長條結構之刮刀部42是以交錯排列之方式分布於藍寶石晶圓40上，且各個刮刀部42之延伸方向大致相切於內圓43之圓邊上，刮刀部42之長度及數目皆可視需求而變化，並非僅限於圖中所示內容。

第三實施例

請參閱第十圖，第十圖顯示具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器4之第三實施例，其構造主要包含：一藍寶石晶圓40、複數個修整粒41及複數個刮刀部42，修整粒41及刮刀部42之立體結構變化及功能皆如前實施例所述，在此不再重複說明。本實施例與前述實施例之主要差異在於，刮刀部42為曲線形長條結構，且以類似漩渦狀之排列方式分布於藍寶石晶圓40上，且各個刮刀部42之末端延伸方向大致指向藍寶石晶圓40之中心點。刮刀部42之弧度、長度、數目等皆可視需求而變化，並非僅限於圖中所示內容。

第四實施例

請參閱第十一圖，第十一圖顯示具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器4之第四實施例，其構造主要包含：一藍寶石晶圓40、複數個修整粒41及複數個刮刀部42，修整粒41及刮刀部42之立體結構變化及功能皆如前實施例所述，在此不再重複說明。本實施例與第三實施例相似，刮刀部42為曲線形長條結構，且以類似漩渦狀之排列方式分布於藍寶石晶圓40上，但各個刮刀部42之末端延伸方向大致相切於內圓43之圓邊上。刮刀部42之弧度、長度、數目等皆可視需求而變化，並非僅限於圖中所示內容。

第五~八實施例

請參閱第十二~十五圖，其分別顯示具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器4之第五~八實施例。在該些實施例中，其構造主要包含：一藍寶石晶圓40、複數個修整粒41及複數個刮刀部42，修整粒41及刮刀部42之立體結構變化、功能及其主要優點皆如前實施例所述，在此不再重複說明。該些實施例與前述實施例之差異在於，刮刀部42無論為直線形、曲線型結構，其分布方式主要圍繞在藍寶石晶圓40之偏心位置，偏離中心之距離僅為例示，並非僅限於圖中所示內容。

此種偏心設計之目的為避免刮刀部圍繞在藍寶石晶圓40之中心位置周圍，進而造成在旋轉除屑時微粒集中在中心區域，甚至使微粒難以排除。此外，此種設計亦可排除藍寶石拋光墊修整器4在對晶圓進行修整時可能具有無法修整之死角，同時可簡化修整機台之軌道移動軌跡。

綜上所述，藉由藍寶石拋光墊修整器之修整粒可對拋光墊之表面進行修整，而使拋光墊之表面經過修整後產生新的孔洞及絨毛結構，同時去除拋光墊之表面上散布之磨屑及微粒，藉此維持該拋光墊之研磨效率。同時，藉由刮刀部分布於偏心位置周圍之不同結構設計，可使藍寶石拋光墊修整器具有更佳的排屑效果，惟上述實施例中，修整粒之立體結構、分布間隔、高度，各個刮刀部的長度、弧度、數目、實際位置，分布於單面或雙面等不同實施方式，皆可視需求而作不同變化，並非僅限於圖中所示內容。

本發明所提供之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器確具產業上之利用價值，惟以上之敘述僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技藝者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本發明之精神及以下所界定之專利範圍中。

4‧‧‧藍寶石拋光墊修整器

40‧‧‧藍寶石晶圓

41‧‧‧修整粒

42‧‧‧刮刀部

43‧‧‧內圓

Claims (9)

1. 一種具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其結構包含：一具有特定軸向的藍寶石晶圓，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一；複數顆修整粒及複數個刮刀部，該複數個刮刀部係以預定之幾何排列方式形成於該藍寶石晶圓之至少一面，且該複數顆修整粒分布於該複數個刮刀部之間；其中，藉由該修整粒對一拋光墊之表面進行修整，以使該拋光墊之表面經過修整後產生新的孔洞及絨毛結構，同時移除該拋光墊表面上散布之不具研磨效果之磨屑及微粒，藉此維持該拋光墊之研磨效率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其中該複數個刮刀部之分布係圍繞該藍寶石晶圓之中心位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其中該複數個刮刀部之分布係圍繞該藍寶石晶圓之偏心位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其中該刮刀部係為直線形長條結構。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其中該刮刀部係為曲線形長條結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其中該修整粒之形狀為對稱平頭錐柱、對稱尖頭錐柱、不對稱平頭錐柱，或不對稱尖頭錐柱。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其中該修整粒及刮刀部之間具有一高度差。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整器，其中該修整粒及刮刀部之間所具有之高度差係介於3~15μm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有多重修整粒組合之藍寶石拋光墊修整 器，其中該複數個刮刀部係以預定之幾何排列方式形成於該藍寶石晶圓之雙面。