TW201806702A

TW201806702A - 一種雙重化學機械研磨修整系統及其方法

Info

Publication number: TW201806702A
Application number: TW105126356A
Authority: TW
Inventors: 白陽亮; 廖懿造; 曾周智
Original assignee: 中國砂輪企業股份有限公司
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-03-01
Also published as: TWI621502B

Abstract

一種雙重化學機械研磨修整系統，針對一拋光墊的一表面進行修整，該雙重化學機械研磨修整系統包含一第一修整器以及一第二修整器，該第一修整器包括一第一基座以及複數個設置於該第一基座上的平頭研磨顆粒，該第二修整器包括一第二基座以及複數個設置於該第二基座上的尖頭研磨顆粒，其中該第一修整器和該第二修整器對該拋光墊的該表面進行修整。藉由將該尖頭研磨顆粒和該平頭研磨顆粒分別設置於該第一基座和該第二基座上，使該雙重化學機械研磨修整系統同時具有去釉化及粗糙化的特性。

Description

一種雙重化學機械研磨修整系統及其方法

本發明為有關一種化學機械研磨修整系統，尤指一種兼具去釉化以及粗糙化的雙重化學機械研磨修整系統。

於半導體晶圓製造過程之中，係廣泛使用化學機械研磨(Chemical mechanical polish，簡稱CMP)製程對晶圓進行研磨，令晶圓表面達平坦化。常見的化學機械研磨製程為使用一固定在一旋轉台的研磨墊(或拋光墊)，接觸並施力於一承載在一可自旋之載具上的晶圓，於研磨時，該載具與該旋轉台將進行轉動且提供一研磨漿料至該研磨墊。一般而言，由於壓力與速度的移動(Preston equation)，研磨墊上的研磨高點將產生高溫釉化(Glazing)現象，且研磨所造成的碎屑將累積在研磨墊中的孔洞，導致其對於晶圓的研磨效果下降，因此，需要使用一修整器(Conditioner)移除研磨墊上之釉化點以及殘留的碎屑。

傳統的修整器如本案申請人申請的中華民國發明專利公開第201043395號，提出一種具有複數切削頂部的切削工具，包括一基座以及複數個別的磨粒，該基座具有朝向並面向一工件的工作面，該磨粒係排列在該基座的工作面上，其特徵在於該等磨粒是分別被加工成形而具有一加工頂部，該頂部的楔角的角度為30~150度，該等磨粒分別與該工件接觸的接觸角為30~150度，該頂部刺入工件的深度彼此差異低於百分之20以內，該頂部分別與該等磨粒外邊的晶面的上端相連接，以提升切削工具的耐磨性，進而可提升切削效率及延長使用壽命。

為改善修整的品質與效率，另有提出一種將兩種修整器整合於單一系統的技術，可參中華民國發明專利公開第201303992號，提出一種修整化學機械研磨墊之方法，包括：一去釉化修整器作用於一化學機械研磨墊之一工作表面；利用該去釉化修整器於該化學機械研磨墊之該工作表面去釉化；一粗糙成形修整器作用於該化學機械研磨墊之該工作表面；以及利用該粗糙成形修整器於該化學機械研磨墊之該工作表面形成粗糙化。另可參美國發明專利公告第US 2006/0194521號，提出一種研磨設備，用於研磨一工件，該研磨設備包括一研磨台、一頂環以及一研磨單元，該研磨台的表面設置有一用於研磨一半導體晶圓的拋光墊，該頂環以一預定壓力推壓該半導體晶圓而進行研磨，該研磨單元包括一鑽石修整器以及一修整單元，用於修整該拋光墊。

於以上先前技術，中華民國發明專利公開第201043395號揭示該些磨粒的頂部分別呈特定之尖銳狀、稜線狀、弧面狀及平台狀，但因不同形狀的磨粒形成於同一基座上並進行研磨時，易造成於拋光墊的表面隆起部分馬上被移除，故修整的能力有限。中華民國發明專利公開第201303992號以及美國發明專利第US 2006/0194521號均揭示使用兩種修整器進行修整，然其並未對其中的研磨顆粒結構設計有更詳細的定義，故難以達成其所主張之兼具去釉化及粗糙化的功效。由以上可知，化學機械研磨修整器之結構設計仍有待改進。

本發明的主要目的，在於解決習知化學機械研磨修整器，難以兼具去釉化及粗糙化功能之問題。

為達上述目的，本發明提供一種雙重化學機械研磨修整系統，針對一拋光墊的一表面進行修整，該雙重化學機械研磨修整系統包含一第一修整器以及一第二修整器，該第一修整器包括一第一基座以及複數個設置於該第一基座上的平頭研磨顆粒，該第二修整器包括一第二基座以及複數個設置於該第二基座上的尖頭研磨顆粒，其中該第一修整器和該第二修整器對該拋光墊的該表面進行修整。

於一實施例中，該第一修整器更包括一第一承載柱結合層、一第一承載柱以及一第一結合層，該第一承載柱結合層設置於該第一基座的複數個第一容置槽，該第一承載柱設置於該第一承載柱結合層並透過該第一承載柱結合層固定於該第一容置槽，該第一結合層設置於該第一承載柱上，該平頭研磨顆粒設置於該第一結合層上並透過該第一結合層固定於該第一承載柱。

於一實施例中，該第二修整器更包括一第二承載柱結合層、一第二承載柱以及一第二結合層，該第二承載柱結合層設置於該第二基座的複數個第二容置槽，該第二承載柱設置於該第二承載柱結合層並透過該第二承載柱結合層固定於該第二容置槽，該第二結合層設置於該第二承載柱上，該尖頭研磨顆粒設置於該第二結合層上並透過該第二結合層固定於該第二承載柱。

於一實施例中，該第一修整器更包括一第三結合層，該第三結合層設置於該第一基座的表面，該平頭研磨顆粒透過該第三結合層固定於該第一基座上，其中該第一基座係一平面基板。

於一實施例中，該第二修整器更包括一第四結合層，該第四結合層設置於該第二基座的表面，該尖頭研磨顆粒透過該第四結合層固定於該第二基座上，其中該第二基座係一平面基板。

於一實施例中，該第一基座的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。

於一實施例中，該第二基座的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。

於一實施例中，該第一結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。

於一實施例中，該第一承載柱結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。

於一實施例中，該第二結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。

於一實施例中，該第二承載柱結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。

於一實施例中，該第三結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。

於一實施例中，該第四結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。

於一實施例中，該第一承載柱的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。

於一實施例中，該第二承載柱的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。

於一實施例中，該平頭研磨顆粒具有一負斜角或一0度角。

於一實施例中，該負斜角介於0度至-35度之間。

為達上述目的，本發明另提供一種雙重化學機械研磨修整的方法，係使用前述雙重化學機械研磨修整系統對一拋光墊的一表面進行修整。

本發明相較於前述中華民國發明專利公開第201043395號、第201303992號以及美國發明專利第US 2006/0194521號之先前技術的功效為，在本發明中，該第一修整器的該平頭研磨顆粒用於提供修整(Truing)和去釉化(Deglazing)之功能，整平該拋光墊的該表面，而該第二修整器的該尖頭研磨顆粒可提供粗糙化(Roughing)的修整效果，於該拋光墊的該表面創造隆起，因此，藉由將該尖頭研磨顆粒和該平頭研磨顆粒分別設置於不同的基座上，使得該雙重化學機械研磨修整系統具有優異的修整效果。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請搭配參閱『圖1』至『圖3』所示，分別為本發明一實施例的雙重化學機械研磨修整系統示意圖、本發明一實施例中該第一修整器的俯視示意圖以及本發明一實施例中該第二修整器的俯視示意圖。如圖所示，本發明為一種雙重化學機械研磨修整系統1，用於修整一拋光墊30之一表面31，該拋光墊30承載於一轉動平台40上，該系統1包含一第一修整器10以及一第二修整器20，該第一修整器10包括一第一基座11以及複數個設置於該第一基座11上的平頭研磨顆粒12，該第二修整器20包括一第二基座21以及複數個設置於該第二基座21上的尖頭研磨顆粒22。於本發明之一實施例中，該第一基座11及/或該第二基座21的材質為不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料、陶瓷材料或上述組合。於本實施例中，該第一修整器10和該第二修整器20的該些平頭研磨顆粒12和該些尖頭研磨顆粒22係分別以兩個同心圓的排列方式設置於該第一基座11和該第二基座21上。請續參『圖4』和『圖5』所示，於另一實施例中，該第一修整器10和該第二修整器20的該些平頭研磨顆粒12和該些尖頭研磨顆粒22係分別以矩陣的排列方式設置於該第一基座11和該第二基座21上。可依實際需求而調整，不以本案之舉例為限。

請繼續參閱『圖6』所示，為『圖2』的A-A方向的側視示意圖，於一實施例中，該第一基座11包括複數個第一容置槽111，而該第一修整器10進一步包括複數個第一承載柱結合層13、複數個第一承載柱14以及複數個設置於該第一承載柱14上的第一結合層15，該第一承載柱結合層13設置於該第一容置槽111，該第一承載柱14設置於該第一承載柱結合層13並透過該第一承載柱結合層13固定於該第一容置槽111，該平頭研磨顆粒12透過該第一結合層15固定於該第一承載柱14上，且該平頭研磨顆粒12具有一平坦頂面121；或如『圖7』所示，為『圖3』的B-B方向的剖面示意圖，該第二基座21包括複數個第二容置槽211，該第二修整器20進一步包括複數個第二承載柱結合層23、複數個第二承載柱24以及複數個設置於該第二承載柱24上的第二結合層25，該第二承載柱結合層23設置於該第二容置槽211，該第二承載柱24設置於該第二承載柱結合層23並透過該第二承載柱結合層23固定於該第二容置槽211，該尖頭研磨顆粒22透過該第二結合層25固定於該第二承載柱24上，且該尖頭研磨顆粒22具有一尖端頂點221。

請繼續參閱『圖8』所示，為『圖4』的C-C方向的側視示意圖，該第一基座11係一平面基板，而該第一修整器10可進一步包括一第三結合層16，該第三結合層16設置於該第一基座11的表面，該平頭研磨顆粒12透過該第三結合層16固定於該第一基座11上；或如『圖9』所示，為『圖5』的D-D方向的剖面示意圖，該第二基座21係一平面基板，該第二修整器20更包括一第四結合層26，該第四結合層26設置於該第二基座21的表面，該尖頭研磨顆粒22透過該第四結合層26固定於該第二基座21上。

於本發明一實施例中，該第一承載柱14及/或該第二承載柱24的材質可為不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料、陶瓷材料或上述組合。該第一承載柱結合層13、該第二承載柱結合層23、該第一結合層15、該第二結合層25、該第三結合層16及/或該第四結合層26的材料可為陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料或高分子材料，其中，該硬焊材料可為鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、硼、碳之金屬或合金。於一實施例中，該硬焊材料可採用Nicrobraz LM之合金，其成分為7 wt.%的Cr，3.1 wt.%的B，4.5 wt.%的Si，3.0 wt.%的Fe，0.06 wt%的C，其餘為Ni。該高分子材料可為環氧樹脂、聚脂樹脂、聚丙烯酸樹脂或酚醛樹脂。於本發明中，該第一基座11、該第二基座21、該第一承載柱14及/或該第二承載柱24較佳地為不鏽鋼材料，但本發明並不以此為限，使用者可依需求而變化。該第一承載柱結合層13和該第二承載柱結合層23較佳地為高分子材料，例如，環氧樹脂或壓克力樹脂，該第一結合層15以及該第二結合層25較佳地為硬焊材料或高分子材料，該第三結合層16以及該第四結合層26較佳地為硬焊材料或高分子材料。

請參閱『圖10』至『圖13』所示，分別為本發明一實施例中，該尖頭研磨顆粒第一態樣、第二態樣、第三態樣以及第四態樣的示意圖，該尖頭研磨顆粒22的形狀可為八面體，如『圖10』所示，然而，『圖10』形狀的該尖頭研磨顆粒22於實務上較不易取得，因此可選用較易取得之形狀為六-八面體之該尖頭研磨顆粒22，如『圖11』至『圖13』所示，其中第一態樣、第二態樣、第三態樣以及第四態樣的該尖頭研磨顆粒22的V(100)/V(111)分別為1.65、1.30、1.155以及1.00，而α分別為2.85、2.25、2.00以及1.73。以上僅為舉例說明，本發明所指的該尖頭研磨顆粒22應包括任何具有該尖端頂點221的研磨顆粒。請再參『圖14』至『圖17』所示，分別為本發明一實施例中，該平頭研磨顆粒第一態樣、第二態樣、第三態樣以及第四態樣的示意圖，該平頭研磨顆粒12的形狀可為六面體，如『圖14』所示，然而，『圖14』形狀的該平頭研磨顆粒12於實務上較不易取得，因此可選用較易取得之形狀為六-八面體之該平頭研磨顆粒12，如『圖15』至『圖17』所示，其中第一態樣、第二態樣、第三態樣以及第四態樣的該平頭研磨顆粒12的V(100)/V(111)分別為0.60、0.70、0.80以及0.87，而α分別為1.04、1.21、1.39以及1.50。於本實施例，『圖6』和『圖8』中的該平頭研磨顆粒12係採用如『圖15』所示形狀為六-八面體的該平頭研磨顆粒12。以上僅為舉例說明，本發明所指的該平頭研磨顆粒12應包括任何具有該平坦頂面121的研磨顆粒。

進一步來說，於本發明之一實施例中，該平頭研磨顆粒12具有一負斜角或一0度角，其中該負斜角介於0度至-35度之間。請參閱『圖18』所示，為本發明一實施例中切割角度為負斜角的示意圖，該平頭研磨顆粒12具有一切割面122，該切割面122於該拋光墊30的該表面31上進行修整時會形成一切割角度θ，當該切割角度θ大於90度時，即為該負斜角，如『圖18』所示，當該切割角度θ小於90度時，即為一正斜角，當該切割角度θ等於90度時，即為該0度角。

於實際操作時，請繼續參閱『圖1』所示，半導體製程中需藉由該拋光墊30來對晶圓進行平坦化處理，當該拋光墊30進行多次使用後，該拋光墊30上的刻紋將會逐漸鈍化，且產生碎屑，故需藉由修整器對該拋光墊30進行修整。當使用本發明之該雙重化學機械研磨修整系統1時，可以三種方式進行修整，其中，第一種先使用該第一修整器10，再使用該第二修整器20；第二種為先使用該第二修整器20，再使用該第一修整器10；或者，第三種為同時使用該第一修整器10和該第二修整器20。於本發明中，該平頭研磨顆粒12用於提供修整和去釉化之功能，整平該拋光墊30的該表面31，而該尖頭研磨顆粒22可提供粗糙化的修整效果，於該拋光墊30的該表面31創造隆起；而為了避免該第二修整器20於該拋光墊30的該表面31上產生隆起後，該隆起又被該第一修整器10移除整平，故較佳地為將該第一修整器10與該第二修整器20分別依序使用。

綜上所述，本發明相較先前技術的功效為，該平頭研磨顆粒用於提供修整和去釉化之功能，整平該拋光墊的該表面，而該尖頭研磨顆粒可提供粗糙化的修整效果，於該拋光墊的該表面創造隆起，因此，藉由將該尖頭研磨顆粒和該平頭研磨顆粒分別設置於不同的基座上，使得該雙重化學機械研磨修整系統具有優異的修整效果。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

1‧‧‧雙重化學機械研磨修整系統
10‧‧‧第一修整器
11‧‧‧第一基座
111‧‧‧第一容置槽
12‧‧‧平頭研磨顆粒
121‧‧‧平坦頂面
122‧‧‧切割面
13‧‧‧第一承載柱結合層
14‧‧‧第一承載柱
15‧‧‧第一結合層
16‧‧‧第三結合層
20‧‧‧第二修整器
21‧‧‧第二基座
211‧‧‧第二容置槽
22‧‧‧尖頭研磨顆粒
221‧‧‧尖端頂點
23‧‧‧第二承載柱結合層
24‧‧‧第二承載柱
25‧‧‧第二結合層
26‧‧‧第四結合層
30‧‧‧拋光墊
31‧‧‧表面
40‧‧‧轉動平台
θ‧‧‧切割角度

『圖1』，為本發明一實施例的雙重化學機械研磨修整系統示意圖。『圖2』，為本發明一實施例中，該第一修整器的俯視示意圖。『圖3』，為本發明一實施例中，該第二修整器的俯視示意圖。『圖4』，為本發明另一實施例中，該第一修整器的俯視示意圖。『圖5』，為本發明另一實施例中，該第二修整器的俯視示意圖。『圖6』，為『圖2』的A-A方向的側視示意圖。『圖7』，為『圖3』的B-B方向的剖面示意圖。『圖8』，為『圖4』的C-C方向的側視示意圖。『圖9』，為『圖5』的D-D方向的剖面示意圖。『圖10』，為本發明一實施例中，該尖頭研磨顆粒第一態樣的示意圖。『圖11』，為本發明一實施例中，該尖頭研磨顆粒第二態樣的示意圖。『圖12』，為本發明一實施例中，該尖頭研磨顆粒第三態樣的示意圖。『圖13』，為本發明一實施例中，該尖頭研磨顆粒第四態樣的示意圖。『圖14』，為本發明一實施例中，該平頭研磨顆粒第一態樣的示意圖。『圖15』，為本發明一實施例中，該平頭研磨顆粒第二態樣的示意圖。『圖16』，為本發明一實施例中，該平頭研磨顆粒第三態樣的示意圖。『圖17』，為本發明一實施例中，該平頭研磨顆粒第四態樣的示意圖。『圖18』，為本發明一實施例中，切割角度為負斜角的示意圖。

1‧‧‧雙重化學機械研磨修整系統

10‧‧‧第一修整器

20‧‧‧第二修整器

30‧‧‧拋光墊

31‧‧‧表面

40‧‧‧轉動平台

Claims

一種雙重化學機械研磨修整系統，針對一拋光墊的一表面進行修整，該雙重化學機械研磨修整系統包含：一第一修整器，包括一第一基座以及複數個設置於該第一基座上的平頭研磨顆粒；以及一第二修整器，包括一第二基座以及複數個設置於該第二基座上的尖頭研磨顆粒；其中，該第一修整器和該第二修整器對該拋光墊的該表面進行修整。
如申請專利範圍第1項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第一修整器更包括一第一承載柱結合層、一第一承載柱以及一第一結合層，該第一承載柱結合層設置於該第一基座的複數個第一容置槽，該第一承載柱設置於該第一承載柱結合層並透過該第一承載柱結合層固定於該第一容置槽，該第一結合層設置於該第一承載柱上，該平頭研磨顆粒設置於該第一結合層上並透過該第一結合層固定於該第一承載柱。
如申請專利範圍第1項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第二修整器更包括一第二承載柱結合層、一第二承載柱以及一第二結合層，該第二承載柱結合層設置於該第二基座的複數個第二容置槽，該第二承載柱設置於該第二承載柱結合層並透過該第二承載柱結合層固定於該第二容置槽，該第二結合層設置於該第二承載柱上，該尖頭研磨顆粒設置於該第二結合層上並透過該第二結合層固定於該第二承載柱。
如申請專利範圍第1項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第一修整器更包括一第三結合層，該第三結合層設置於該第一基座的表面，該平頭研磨顆粒透過該第三結合層固定於該第一基座上，其中該第一基座係一平面基板。
如申請專利範圍第1項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第二修整器更包括一第四結合層，該第四結合層設置於該第二基座的表面，該尖頭研磨顆粒透過該第四結合層固定於該第二基座上，其中該第二基座係一平面基板。
如申請專利範圍第1項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第一基座的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。
如申請專利範圍第1項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第二基座的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。
如申請專利範圍第2項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第一結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。
如申請專利範圍第2項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第一承載柱結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。
如申請專利範圍第3項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第二結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。
如申請專利範圍第3項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第二承載柱結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。
如申請專利範圍第4項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第三結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。
如申請專利範圍第5項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第四結合層的組成擇自於陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料及高分子材料所組成之群組。
如申請專利範圍第2項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第一承載柱的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。
如申請專利範圍第3項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該第二承載柱的材質擇自於不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料及陶瓷材料所組成之群組。
如申請專利範圍第1項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該平頭研磨顆粒具有一負斜角或一0度角。
如申請專利範圍第16項所述的雙重化學機械研磨修整系統，其中該負斜角介於0度至-35度之間。
一種雙重化學機械研磨修整的方法，係使用申請專利範圍第1項的雙重化學機械研磨修整系統對一拋光墊的一表面進行修整。