TWI472405B - 化學機械研磨修整器 - Google Patents

Description

化學機械研磨修整器

本發明係關於一種化學機械研磨修整器，尤指一種可快速更新研磨本體之化學機械研磨修整器。

化學機械研磨(CMP)係為半導體加工時最常用研磨製程，主要係透過研磨拋光使工件表面粗糙度及平坦度達到可容許之範圍內，其常被廣泛使用於脆硬金屬、陶瓷、矽、玻璃、石英、或晶圓等材料表面之精密加工。此外，隨著積體電路發展迅速，因化學機械研磨可達到大面積平坦化之目的，故為半導體製程中常見的晶圓平坦化技術。

在半導體之化學機械研磨過程中，係利用研磨墊(Pad)對晶圓(或其它半導體元件)接觸，並視需要搭配使用研磨液，使研磨墊透過化學反應與物理機械利以移除晶圓表面之雜質或不平坦結構；當研磨墊使用一定時間後，由於研磨過程所產生的研磨屑積滯於研磨墊之表面而造成研磨效果及效率降低，因此，可利用修整器(conditioner)對研磨墊表面磨修，使研磨墊之表面再度粗糙化，並維持在最佳的研磨狀態。然而，在更換修整器之研磨元件時，需要透過螺絲元件將研磨元件拆解或組裝於修整器組件，其過程繁瑣費時，且需要維持組裝精度與表面平坦度，始可達到最佳之研磨效果。

已知技術中，如美國專利公開號第2010/0240595號與係揭示一種化學機械研磨修整器，其中，該研磨元件係透過各種方式(例如，凹凸、螺旋、槓桿、插閂、磁鐵等)組設固定於密封盤之內側，然而，該前案之研磨元件僅有外側固定裝置，並無底部固定裝置，因此，無法透過緩衝組件以避免研磨元件加工時所產生凹陷變形之問題；另外，美國專利公開號第6,858,171號亦揭露一種化學機械研磨修整器，然而該前案之研磨元件也同樣僅有之外側固定裝置，並無底部固定裝置，故也無法透過緩衝組件以避免研磨元件加工時所產生凹陷變形之問題，此外，該前案係將研磨元件組設固定於內部模具之外側，故該前案將受限於僅能使用中空環狀結構之研磨元件，而無法使用一般全面圓形之研磨元件，另，由於該前案利用埋設於模具內部之彈簧與滾珠作為固定組件，其滾珠無法深入固定研磨元件，因而使其固定效果受到限制。

因此，目前急需發展出一種相對簡易之研磨修整器，其除了可簡化螺絲鎖合的步驟，更可以解決研磨元件加工時所產生凹陷變形之問題，且可將研磨元件快速的裝設在修整器。

本發明之主要目的係在提供一種化學機械研磨修整器，俾能簡易的更換修整器上之研磨元件，以達到快速更新修整器之功效。

為達成上述目的，本發明之化學機械研磨修整器，包括：一研磨本體，包括一第一研磨層、一第二研磨層、及一基材，其中一第一凹槽及一第二凹槽可對稱設置於該基材外側面；以及一轉接治具，包括一第一凸出部、一第二凸出部、及一彈簧組件，其中第一凸出部及第二凸出部可對稱設置於轉接治具之內表面；其中，當研磨本體組設於轉接治具時，轉接治具之第一凸出部可組設於研磨本體之第一凹槽中，而轉接治具之彈簧組件可組設於研磨本體之第二凹槽中，使研磨本體可以透過轉接治具而快速組裝，並隨著轉接治具而進行旋轉與加工。

在本發明之化學機械研磨修整器中，第一研磨層設置於基材之頂部，而第二研磨層設置於基材之底部。此外，第一研磨層可包括一第一表面及一第二表面，其第一表面為第一研磨層之上表面，而第二表面為第一研磨層之下表面；第二研磨層可包括一第三表面及一第四表面，其第三表面為第二研磨層之下表面，而第四表面為第二研磨層之上表面。

在本發明之化學機械研磨修整器中，第一表面及/或第三表面設置有複數個研磨顆粒、研磨錠、研磨片段或其組合；其中，研磨碇可為分佈研磨顆粒之圓盤，而研磨片段可為研磨顆粒片段、或聚晶鑽石刀片。此外，可藉由硬焊法、樹脂法、金屬燒結法、或陶瓷燒結法等各種方式使該些研磨顆粒或研磨片段固定於研磨本體之一側或兩側。

在本發明之化學機械研磨修整器中，研磨本體之第二表面可組設於轉接治具之第二凸出部，使研磨本體可以透過轉接治具而快速組裝，並隨著轉接治具而進行旋轉與加工。

此外，在本發明之化學機械研磨修整器中，研磨本體之第二凹槽可為多邊形、錐形、或曲面等各種形狀，且彈簧組件具有相對應研磨本體之第二凹槽之外型，使彈簧組件與第二凹槽可相互組設固定。

再者，在本發明之化學機械研磨修整器中，轉接治具更可包括一高度調節組件，其中，高度調節組件可以為一螺旋、或一彈簧結構，使高度調結組件可調整其高度至研磨本體之底部，以提供研磨本體在加工過程中具有緩衝效果，避免研磨本體在研磨過程中因為摩擦阻力而造成研磨本體凹陷變形；另外，高度調節組件之頂部更可包括一不鏽鋼球，使高度調節組件可對研磨本體提供更佳的緩衝效果。

在本發明之化學機械研磨修整器中，研磨本體之第一凹槽及第二凹槽可依據轉接治具之第一凸出部、第二凸出部及一彈簧組件之相對位置變化而調整設置位置，或者，研磨本體之第一凹槽及第二凹槽可成對設置於研磨本體之外側，其中，研磨本體之凹槽位置或式轉接治具之凸出部或彈簧組件之位置可視需求而任意變化，並無特別限制。此外，在研磨本體之第一研磨層使用磨耗後，可重新翻轉研磨本體，使研磨本體之第一研磨層及第二研磨層位置互換，並固定於轉接治具，使第二研磨層可接續對拋光墊進行修整加工，而不需要費時拆解或組裝轉接治具。

根據發明之化學機械研磨修整器，在化學機械研磨修整器於使用一段時間後而造成修整效果不佳時，可讓使用者能夠對快速更換研磨本體之研磨面，或是快速更換其它未使用之研磨本體新品，以減少化學機械研磨修整器之拆解或組裝時間。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

參考圖1A至1D係本發明第一實施例之化學機械研磨修整器之示意圖，其中，在圖1A中，包括：一研磨本體100，一基材110、一第一研磨層120、及一第二研磨層130，其中第一凹槽111及一第二凹槽112係對稱設置於該基材110外側面；以及一轉接治具200，包括一第一凸出部210、一第二凸出部220、及一彈簧組件230，其中第一凸出部210及第二凸出部220係對稱設置於轉接治具200之內表面；此外，第一研磨層120係設置於基材110之頂部，而第二研磨層130係設置於基材110之底部。此外，第一研磨層120係包括一第一表面121及一第二表面122，其第一表面121係為第一研磨層120之上表面，而第二表面122係為第一研磨層120之下表面；第二研磨層130係包括一第三表面131及一第四表面132，其第三表面131係為第二研磨層130之下表面，而第四表面132係為第二研磨層130之上表面。然而，研磨本體100之第一凹槽111及第二凹槽112可依據轉接治具200之第一凸出部210、第二凸出部220及一彈簧組件230之相對位置或外型變化而調整其設置位置或外型，或者，研磨本體100之第一凹槽111及第二凹槽112可成對設置於研磨本體100之外側，其中，研磨本體100之第一/第二凹槽111,112位置或式轉接治具200之第一/第二凸出部210,220或彈簧組件230之位置可視需求而任意變化，並無特別限制，在本實施例中，研磨本體100之第一凹槽111係設置於基材110與第一研磨層120之銜接處，研磨本體100之第二凹槽112係設置於基材110與第二研磨層130之銜接處附近，而彈簧組件230係為一柱狀外形。

再者，第一表面121及第三表面131係設置有複數個研磨顆粒、研磨錠、研磨片段或其組合；其中，研磨碇係為分佈研磨顆粒之圓盤，而研磨片段係為研磨顆粒片段、或聚晶鑽石刀片。此外，可藉由硬焊法、樹脂法、金屬燒結法、或陶瓷燒結法等各種方式使該些研磨顆粒或研磨片段固定於研磨本體之一側或兩側，在本實施例中，其第一表面121及第三表面131係藉由硬焊法設置有複數個研磨顆粒。

再者，轉接治具200更包括一高度調節組件240，其中，高度調節組件240可以為一螺旋、或一彈簧結構，使高度調結組件240可調整其高度至研磨本體100之底部，以提供研磨本體100在加工過程中具有緩衝效果，避免研磨本體100在研磨過程中因為摩擦阻力而造成研磨本體100凹陷變形，其中，在本實施例係使用一彈簧結構作為高度調節組件240；另外，高度調節組件240之頂部係具有一不鏽鋼球241，使高度調節組件240可對研磨本體100提供更佳的緩衝效果。

在圖1B中，係將彈簧組件230向外側移動(如圖1B中箭頭方向)，使研磨本體100置放入轉接治具200之內部；在圖1C中，係將彈簧組件230向內側移動(如圖1C中箭頭方向)，使研磨本體100組設於轉接治具200，在此同時，轉接治具200之第一凸出部210係組設於研磨本體100之第一凹槽111中，而轉接治具200之彈簧組件230係組設於研磨本體100之第二凹槽112中，此外，研磨本體100之第二表面122將同時組設於轉接治具200之第二凸出部220。

在圖1D中，係調整高度調結組件240之高度，使高度調結組件240之不鏽鋼球241接觸於研磨本體100之底部，以提供研磨本體100在加工過程中具有緩衝效果，避免研磨本體100在研磨過程中因為摩擦阻力而造成研磨本體100凹陷變形；此外，在轉接治具200底部係具有組裝孔250，用以將由研磨本體100及轉接治具200組成之化學機械研磨修整器固定於化學機械研磨設備，是此，本實施例使研磨本體100可以透過轉接治具200而快速組裝，並隨著轉接治具200而進行旋轉與加工，此外，在研磨本體100之第一研磨層120使用磨耗後，可重新翻轉研磨本體100，使研磨本體100之第一研磨層120及第二研磨層130位置互換，並固定於轉接治具200，使第二研磨層130可接續對拋光墊進行修整加工，而不需要費時拆解或組裝轉接治具。

參考圖2A及2B係本發明較佳實施例化學機械研磨修整器之組裝示意圖，其中，圖2A係為圖1D中A-A截面，在研磨本體100組設於轉接治具200時，轉接治具200之第一凸出部210係組設於研磨本體100之第一凹槽111中，而轉接治具200之第二凸出部220將組設於研磨本體100之第二表面122；圖2B係為圖1D中B-B截面，在研磨本體100組設於轉接治具200時，轉接治具200之彈簧組件230係組設於研磨本體100之第二凹槽112中。

參考圖3係本發明第二實施例之化學機械研磨修整器之示意圖，本實施例之結構係與第一實施例大致相同，除了研磨本體300之第二凹槽312為錐形外型之外，其包括：一研磨本體300，一基材310、一第一研磨層320、及一第二研磨層330，其中第一凹槽311及一第二凹槽312係對稱設置於該基材310外側面，此外，彈簧組件(圖未顯示)具有相對應研磨本體300之第二凹槽312之外型，使彈簧組件與第二凹槽312可相互組設固定。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

100,300．．．研磨本體

110,310．．．基材

111,311．．．第一凹槽

112,312．．．第二凹槽

120,320．．．第一研磨層

121．．．第一表面

122．．．第二表面

130,330．．．第二研磨層

131．．．第三表面

132．．．第四表面

200．．．轉接治具

210．．．第一凸出部

220．．．第二凸出部

230．．．彈簧組件

240．．．高度調節組件

241．．．不鏽鋼球

250．．．組裝孔

圖1A至1D係本發明第一實施例之化學機械研磨修整器之示意圖。

圖2A及2B係本發明第一實施例之化學機械研磨修整器之組裝示意圖。

圖3係本發明第二實施例之化學機械研磨修整器之示意圖。

100‧‧‧研磨本體

110‧‧‧基材

111‧‧‧第一凹槽

112‧‧‧第二凹槽

120‧‧‧第一研磨層

122‧‧‧第二表面

130‧‧‧第二研磨層

210‧‧‧第一凸出部

220‧‧‧第二凸出部

230‧‧‧彈簧組件

240‧‧‧高度調節組件

241‧‧‧不鏽鋼球

250‧‧‧組裝孔

Claims (12)

1. 一種化學機械研磨修整器，包括：一研磨本體，包括一第一研磨層、一第二研磨層、及一基材，其中一第一凹槽及一第二凹槽係對稱設置於該基材外側面；以及一轉接治具，包括一第一凸出部、一第二凸出部、及一彈簧組件，其中該第一凸出部及該第二凸出部係對稱設置於轉接治具之內表面；其中，當該研磨本體組設於該轉接治具時，該轉接治具之該第一凸出部係組設於該研磨本體之該第一凹槽中，而該轉接治具之該彈簧組件係組設於該研磨本體之該第二凹槽中，使該研磨本體可以透過該轉接治具而快速組裝，並隨著該轉接治具而進行旋轉與加工；其中該轉接治具更包括一高度調節組件，調整其高度至研磨本體之底部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該第一研磨層係設置於該基材之頂部，而該第二研磨層係設置於該基材之底部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該第一研磨層係包括一第一表面及一第二表面，該第一表面係為該第一研磨層之上表面，該第二表面係為該第一研磨層之下表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該第二研磨層係包括一第三表面及一第四表面， 該第三表面係為第二研磨層之下表面，該第四表面係為第二研磨層之上表面。
5. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨修整器，其中該研磨本體之該第二表面係組設於該轉接治具之第二凸出部。
6. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨修整器，其中該第一表面係設置有複數個研磨顆粒、研磨錠、研磨片段或其組合。
7. 如申請專利範圍第4項所述之化學機械研磨修整器，其中該第三表面係設置有複數個研磨顆粒、研磨錠、研磨片段或其組合。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之化學機械研磨修整器，其中該研磨碇係為分佈研磨顆粒之圓盤。
9. 如申請專利範圍第6或7項所述之化學機械研磨修整器，其中該研磨片段係為研磨顆粒片段、或聚晶鑽石刀片。
10. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該研磨本體之該第二凹槽係為多邊形、錐形、或曲面，且該彈簧組件係具有相對應該研磨本體之該第二凹槽之外型。
11. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該高度調節組件係為一螺旋、或一彈簧結構。
12. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該高度調節組件之頂部更包括一不鏽鋼球。