TWI511841B - 貼合式化學機械硏磨修整器及其製法 - Google Patents

Description

貼合式化學機械研磨修整器及其製法

本發明係關於一種化學機械研磨修整器及其製作方法，尤指一種可提供研磨層變形補償之化學機械研磨修整器。

化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)係為各種產業中常見之研磨製程。利用化學研磨製程可研磨各種物品的表面，包括陶瓷、矽、玻璃、石英、或金屬的晶片等。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之一。

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，在修整器之製備過程中，需要將研磨顆粒及結合層混合形成之研磨層設置於基板表面，並經由硬焊或燒結等硬化方式使研磨層固定結合於基板表面，惟在研磨層之硬化過程中，由於研磨層及基板間之熱膨脹係數差異，常會伴隨著基板表面發生變形的問題，因此破壞修整器表面之研磨顆粒平坦度，進而影響修整器之研磨效率及使用壽命。

已知技術中，如中華民國公告專利第I228066號，係揭示一種研磨布用修整器及其使用之研磨布的修整方法，其中，上述的修整器係針對在金屬台的周緣部備有環狀的修整面之研磨布用修整器，經由在該修整面分別交互地並排設置由相互地不同之粒度的磨石顆粒所組成之第1、第2磨石顆粒群，在上述金屬台設置可任意地調節包含這些各磨石顆粒群中粒度最大的磨石顆粒的前端之基準面間的高低差之調節機構所構成，然而，此前案必須藉由調節機構，例如：基台、螺絲、及螺絲孔等，以機械方式組合調整形成不同程度之高度差。

此外，另一中華民國公告專利第380878號，係揭示一種組合式修整器，包括：一大基板、複數彈性單元及複數研磨單元；複數研磨單元分別包括複數磨粒；複數磨粒分別具有一切削端；複數研磨單元分別結合大基板； 複數彈性單元分別置於複數研磨單元與大基板之間，以藉由複數彈性單元分別彈性調整複數磨粒的切削端突出大基板的高度，然後使複數研磨單元分別固定結合該大基板；較容易使大面積組合式修整器的多數磨粒的切削端在同一高度，可視需要變化不同的磨粒，且製作複數小的研磨單元在組合成一大面積修整器的成本較低。

然而，上述組合式之化學機械研磨修整器中，研磨單元必需藉由調節機構以固定於底部基板，然而，由於此機械組合方式將造成化學機械研磨修整器上每一研磨單元之尖端產生高度誤差，故將造成化學機械研磨修整器表面平坦度不易控制；另一方面，若將研磨單元埋設固定於底部基板之孔洞內，由於研磨單元及底部基板間熱膨脹係數間之差異，將會使化學機械研磨修整器之底部基板在硬化後發生變形，故將造成化學機械研磨修整器之表面也會隨之變形，並破壞修整器表面之研磨顆粒平坦度。

因此，目前急需發展出一種具有表面平坦化之化學機械研磨修整器，其除了可以解決化學機械研磨修整器之研磨層在硬化成型過程中所產生的變形問題，進而提升化學機械研磨修整器之表面平坦度。

本發明之主要目的係在提供一種貼合式化學機械研磨修整器，俾能有效的解決化學機械研磨修整器在硬化成型過程中所產生之表面變形問題，以達到化學機械 研磨修整器之表面平坦化；此外，由於本發明將該些研磨單元在底部基板上排列形成一不連續之環狀外型，故可藉由此不連續排列設計而提供研磨液具有更均勻的分佈效果，同時提供化學機械研磨修整器具有更優異的排屑性能力。

為達成上述目的，本發明之貼合式化學機械研磨修整器，包括：一底部基板，其具有一中心突出部；一研磨單元結合層，設置於該底部基板之外圈表面上；以及複數個研磨單元，設置於該研磨單元結合層上；其中，該些研磨單元具有一扇形外型，並沿著該底部基板之該中心突出部而排列形成一不連續之環狀外型。不同於傳統單一整面之研磨層設計，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，由於化學機械研磨修整器表面之研磨層設計為複數個不連續之環狀研磨單元，故在本發明之貼合式化學機械研磨修整器的製作過程中，可將研磨顆粒先固定結合於研磨單元基板上形成小尺寸的研磨單元，再將每一研磨單元藉由一研磨單元結合層而貼合於該底部基板上，因此，本發明之貼合式化學機械研磨修整器將可以避免研磨層及底部基板由於熱膨脹係數之差異而使得化學機械研磨修整器之底部基板在硬化後發生變形，並將造成化學機械研磨修整器之表面也會隨之變形，進而破壞修整器表面之研磨顆粒平坦度。另一方面，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，由於該底部基板具有一中心突出部之設計，因此，在研磨單元設置於底部基板上的排列過程中，或是在研磨單元結合層的加熱固化過程中，此中心突出部之設計將可 提供研磨單元能夠更容易的固定排列於預定的位置，同時也可以避免研磨單元在加熱固化過程所產生的位移。另一方面，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，更可以同時藉由定位治具及其定位塊而控制研磨單元之排列位置及間隙，使研磨單元可符合預期的排列位置及圖案。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，該研磨單元結合層表面上的研磨單元貼合數量可依據研磨加工的需求或研磨單元的尺寸設計而任意變化；其中，若將研磨單元設計為較小尺寸規格，則研磨單元結合層表面上將會貼合較多數量的研磨單元，同時也將更容易控制個別研磨單元之表面平坦度；若將研磨單元設計為較大尺寸規格，則研磨單元結合層表面上將會貼合較少數量的研磨單元，同時也將使研磨單元貼合於底部基板的製程更為簡便。於本發明之一態樣中，該研磨單元結合層表面可具有4個至50個研磨單元；於本發明之另一態樣中，該底部基板表面可具有8個至12個研磨單元；又於本發明之另一態樣中，該研磨單元結合層表面可具有8個研磨單元，且本發明並未侷限於此。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，該些研磨單元之尺寸或外型可依據研磨加工的需求而任意變化，其中，該些研磨單元係依據前述內容可具有一扇形外型，並沿著該底部基板之該中心突出部而排列形成一不連續之環狀外型；在前述之貼合式化學機械研磨修整器中，該些研磨單元可具有一外弧及一內弧，其中，於本發明之 一態樣中，該內弧及外弧間之寬度可為5毫米至20毫米；於本發明之另一態樣中，該內弧及外弧間之寬度可為8毫米至14毫米；又於本發明之另一態樣中，該內弧及外弧間之寬度可為10毫米，且本發明並未侷限於此。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，該些底部基板之尺寸或外型可依據研磨加工的需求而任意變化，其中，於本發明之一態樣中，該底部基板之直徑可為70毫米至200毫米；於本發明之另一態樣中，該底部基板之直徑可為80毫米至120毫米；又於本發明之另一態樣中，該底部基板之直徑可為100毫米，且本發明並未侷限於此。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，該底部基板具有一中心突出部，使該些研磨單元沿著該底部基板之該中心突出部而排列形成一不連續之環狀外型，且該些研磨單元可利用底部基板之中心突出部以調整其排列位置，使研磨單元可固定於預期位置而排列；其中，於本發明之一態樣中，該中心突出部高度可為該些研磨單元高度之1/5至4/5；於本發明之另一態樣中，該中心突出部高度可為該些研磨單元高度之1/4至3/4；又於本發明之另一態樣中，該中心突出部高度可為該些研磨單元高度之2/3，且本發明並未侷限於此。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，每一研磨單元可具有複數個研磨顆粒、一研磨顆粒結合層及一研磨單元基板，其中，該些研磨顆粒埋設於該研磨顆粒 結合層內，且該些研磨顆粒可藉由該研磨顆粒結合層而固定於該研磨單元基板上。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒可為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼；在本發明之一較佳態樣中，該些研磨顆粒可為鑽石。此外，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒之粒徑可為30微米至600微米；在本發明之一較佳態樣中，該些研磨顆粒之粒徑可為200微米。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，該研磨顆粒結合層或該研磨單元結合層之材質可依據研磨加工需求及研磨加工條件而任意變化，其材質可為一焊料層、一樹脂層、一電鍍層、或一陶瓷層。在本發明之一較佳態樣中，該研磨顆粒結合層可以為一焊料層，其中，該焊料層可至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組。又在本發明之另一較佳態樣中，該研磨單元結合層可為一樹脂層，且該樹脂層可為一環氧樹脂。

本發明之另一目的係在提供一種貼合式化學機械研磨修整器之製作方法，以製得上述之貼合式化學機械研磨修整器，俾能有效的解決化學機械研磨修整器在硬化成型過程中所產生之表面變形問題，以達到化學機械研磨修整器之表面平坦化；此外，故可藉由研磨單元之不連續排列設計而提供研磨液具有更均勻的分佈效果，同時提供化學機械研磨修整器具有更優異的排屑性能力。

為達成上述目的，本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法，其步驟包括：提供一底部基板，其具有一中心突出部；提供一研磨單元結合層，其設置於該底部基板之外圈表面；將一定位治具設置於該中心突出部上，該定位治具具有複數個定位塊；提供複數個研磨單元，該些研磨單元藉由該定位治具而排列於該研磨單元結合層上；加熱固化該研磨單元結合層，使該些研磨單元結合固定於該研磨單元結合層上；以及移除該定位治具，以形成一貼合式化學機械研磨修整器；其中，該些研磨單元具有一扇形外型，並沿著該底部基板之該中心突出部而排列形成一不連續之環狀外型。不同於傳統單一整面之研磨層設計，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法中，由於化學機械研磨修整器表面之研磨層設計為複數個不連續之環狀研磨單元，故在本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作過程中，可將研磨顆粒先固定結合於研磨單元基板上形成小尺寸的研磨單元，再將每一研磨單元藉由一研磨單元結合層而貼合於該底部基板上，因此，本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法將可以避免研磨層及底部基板由於熱膨脹係數之差異而使得化學機械研磨修整器之底部基板在硬化後發生變形，並將造成化學機械研磨修整器之表面也會隨之變形，進而破壞修整器表面之研磨顆粒平坦度。另一方面，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法中，由於該底部基板具有一中心突出部之設計，因此，在研磨單元設置於底部基板上的排列過 程中，或是在研磨單元結合層的加熱固化過程中，此中心突出部之設計將可提供研磨單元能夠更容易的固定排列於預定的位置，同時也可以避免研磨單元在加熱固化過程所產生的位移。另一方面，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法中，更可以同時藉由定位治具及其定位塊而控制研磨單元之排列位置及間隙，使研磨單元可符合預期的排列位置及圖案。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法中，每一研磨單元可具有複數個研磨顆粒、一研磨顆粒結合層及一研磨單元基板，其中，該些研磨顆粒埋設於該研磨顆粒結合層內，且該些研磨顆粒可藉由該研磨顆粒結合層而固定於該研磨單元基板上。

在本發明之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法中，前述之研磨單元結合層或研磨顆粒結合層之加熱固化方式可為硬焊法、加熱硬化法、紫外光照射硬化法、電鍍法、或燒結法。在本發明之一較佳態樣中，該研磨顆粒結合層可以為一焊料層，其中，該焊料層可至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組，而該研磨顆粒結合層之加熱固化方式可為硬焊法。又在本發明之另一較佳態樣中，該研磨單元結合層可為一樹脂層，且該樹脂層可為一環氧樹脂，而該研磨單元結合層之加熱固化方式可為加熱硬化法。

綜上所述，根據本發明之貼合式化學機械研磨修整器及其製法，可有效改善化學機械研磨修整器在加熱 硬化之製作過程中所造成之表面熱變形問題，並提升化學機械研磨修整器之表面平坦度，進而增加修整器之研磨效率及使用壽命。

10,10',20‧‧‧底部基板

11,11',222‧‧‧研磨顆粒結合層

12,12',223‧‧‧研磨顆粒

201‧‧‧中心突出部

21‧‧‧定位治具

211‧‧‧定位塊

22,32,42‧‧‧研磨單元

221‧‧‧研磨單元基板

221a‧‧‧外弧

221b‧‧‧內弧

23‧‧‧研磨單元結合層

圖1A至圖1C係為習知化學機械研磨修整器之示意圖。

圖2A至圖2E係為本發明實施例1之貼合式化學機械研磨修整器之製作流程圖。

圖3係為本發明實施例1之貼合式化學機械研磨修整器之示意圖。

圖4A及圖4B係為本發明實施例2及實施例3之貼合式化學機械研磨修整器之示意圖。

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，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

比較例

請參考圖1A至圖1D，其係為一習知化學機械研磨修整器之示意圖。首先，如圖1A及圖1B所示，於一底部基 板10之工作面上形成一研磨顆粒結合層11，該底部基板10可設計為一中凹環狀圓盤，亦可以視研磨加工的需求而將底部基板10設計為一全平面環狀圓盤；接著，並利用一般習知的佈鑽技術(例如，模板佈鑽)將研磨顆粒12埋設於研磨顆粒結合層11，並可藉由模板(圖未顯示)控制研磨顆粒12的間距及排列方式；最後，再進行一加熱硬化處理，使研磨顆粒12藉由該研磨顆粒研磨層11而固定於底部基板10表面。請參考圖1C，然而，由於研磨顆粒結合層11’之熱膨脹係數及底部基板10’之熱膨脹係數間之差異，將會使化學機械研磨修整器之底部基板10’在硬化後發生變形，因此，造成底部基板10’表面之研磨顆粒結合層12’及研磨顆粒13’也隨之變形，並破壞修整器表面之研磨顆粒13’尖點之平坦度。

在前述比較例之習知化學機械研磨修整器中，研磨顆粒結合層11或11’為一般常用之鎳基金屬焊料，底部基板10或10’為不銹鋼材質，而研磨顆粒12或12’為一般常用之人工鑽石。

實施例1

請參考圖2A至圖2E，係為本發明實施例1之貼合式化學機械研磨修整器之製作流程圖。首先，如圖2A所示，提供一底部基板20，該底部基板20具有一中心突出部201；接著，將一研磨單元結合層23設置於底部基板20之外圈表面上，其中，研磨單元結合層23為環氧樹脂所組成，其可藉由一般塗佈方式形成於底部基板20之外圈表面上，並可以視需 要將環氧樹脂進行預加熱，使環氧樹脂變成半硬化狀態，如圖2B所示。接著，將一定位治具21設置於該底部基板20之該中心突出部201上，且該定位治具21具有複數個定位塊211，如圖2C所示；然後，提供複數個研磨單元22，使該些研磨單元22藉由該定位治具21而排列於該研磨單元結合層23上，並可藉由該定位治具21之定位塊211以調整控制該些研磨單元22之排列間距，如圖2D所示；最後，如圖2E所示，加熱固化該研磨單元結合層23，使該些研磨單元22結合固定於該研磨單元結合層23上，並移除該定位治具21，以形成一貼合式化學機械研磨修整器，其中，研磨單元22可透過加熱硬化法固定結合於研磨單元結合層23上；在前述之貼合式化學機械研磨修整器中，該些研磨單元22具有一扇形外型，並沿著該底部基板20之該中心突出部201而排列形成一不連續之環狀外型，此外，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，研磨單元22可藉由底部基板20之中心突出部201及定位治具21之定位塊211以調整其排列位置；該底部基板20表面具有8個研磨單元22而排列形成一不連續之環狀外型，該底部基板20之直徑為100毫米；該中心突出部201高度係為該些研磨單元22高度之2/3。

不同於傳統連續環狀外型或單一整面之研磨層設計，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，由於化學機械研磨修整器表面之研磨層設計為複數個不連續之環狀研磨單元22，故在本發明之貼合式化學機械研磨修整器的製作過程中，請一併參考圖2C’及圖2D，可將研磨顆粒 223透過研磨顆粒結合層222固定結合於研磨單元基板221上而形成小尺寸的研磨單元22，再將每一研磨單元22藉由一研磨單元結合層23而貼合於該底部基板20上，其中，在此實施例中，研磨顆粒結合層222為一般常用之鎳基金屬焊料，因此，研磨顆粒223可透過硬焊法固定結合於研磨單元基板221上而形成小尺寸的研磨單元22。此外，該些研磨單元22具有一外弧221a及一內弧221b，且該內弧221b及該外弧221b間之寬度為10毫米；該些研磨顆粒223為一般常用之人造鑽石，且該些研磨顆粒223之粒徑為200微米；該底部基板20及研磨單元基板221為不銹鋼材質。

據此，請參考圖3係為本發明實施例1之貼合式化學機械研磨修整器之示意圖。在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，包括：一底部基板20，其具有一中心突出部201；複數個研磨單元22，設置於該底部基板20上；以及一研磨單元結合層23，設置於該些研磨單元22及該底部基板20之間，或設置於該些研磨單元22之間；其中，該些研磨單元22具有一扇形外型，並沿著該底部基板20之該中心突出部201而排列形成一不連續之環狀外型，請一併參考圖3及圖2E。不同於傳統單一整面之研磨層設計，在本發明之貼合式化學機械研磨修整器中，研磨單元22可藉由底部基板20之中心突出部201及定位治具21之定位塊211以調整其排列位置，此外，由於化學機械研磨修整器表面之研磨層設計為複數個不連續之環狀研磨單元22，故在本發明之貼合式化學機械研磨修整器的製作過程中，可將研磨顆粒223先固定結合於 研磨單元基板上形成小尺寸的研磨單元，再將每一研磨單元藉由一研磨單元結合層222而貼合於該底部基板221上，因此，本發明之貼合式化學機械研磨修整器將可以避免研磨層及底部基板20由於熱膨脹係數之差異而使得化學機械研磨修整器之底部基板在硬化後發生變形，並將造成化學機械研磨修整器之表面也會隨之變形，進而破壞修整器表面之平坦度。

實施例2及3

請參考圖4A及圖4B，係為本發明實施例2及實施例3之貼合式化學機械研磨修整器之示意圖。實施例2及3與前述實施例1所述之製作流程大致相同，除了在研磨單元結合層上所排列的研磨單元數量不同。在實施例2中，該研磨單元結合層(圖未顯示)表面具有6個研磨單元32而排列形成一不連續之環狀外型，如圖4A所示；在實施例3中，該研磨單元結合層(圖未顯示)表面具有12個研磨單元42而排列形成一不連續之環狀外型，如圖4B所示。

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。

20‧‧‧底部基板

201‧‧‧中心突出部

22‧‧‧研磨單元

22‧‧‧研磨單元結合層

Claims (17)

1. 一種貼合式化學機械研磨修整器，包括：一底部基板，其具有一中心突出部；一研磨單元結合層，係設置於該底部基板之外圈表面上；以及複數個研磨單元，係設置於該研磨單元結合層上；其中，該些研磨單元係具有一扇形外型，並沿著該底部基板之該中心突出部而排列形成一不連續之環狀外型。
2. 如申請專利範圍第1項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該研磨單元結合層表面係具有4個至50個研磨單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該些研磨單元具有一外弧及一內弧，且該內弧及該外弧間之寬度係為5毫米至20毫米。
4. 如申請專利範圍第1項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該底部基板之直徑係為70毫米至200毫米。
5. 如申請專利範圍第1項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該中心突出部高度係為該些研磨單元高度之1/5至4/5。
6. 如申請專利範圍第1項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，每一研磨單元係具有複數個研磨顆粒、一研磨顆粒結合層及一研磨單元基板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒係埋設於該研磨顆粒結合層內， 且該些研磨顆粒藉由該研磨顆粒結合層而固定於該研磨單元基板上。
8. 如申請專利範圍第6項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒係為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼。
9. 如申請專利範圍第6項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒之粒徑係為30微米至600微米。
10. 如申請專利範圍第1或6項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該研磨顆粒結合層或該研磨單元結合層係為一焊料層、一樹脂層、一電鍍層、或一陶瓷層。
11. 如申請專利範圍第10項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該研磨顆粒結合層係為一焊料層，且該焊料層係至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組。
12. 如申請專利範圍第10項所述之貼合式化學機械研磨修整器，其中，該研磨單元結合層係為一樹脂層，且該樹脂層係為一環氧樹脂。
13. 一種貼合式化學機械研磨修整器之製作方法，其步驟包括：提供一底部基板，其具有一中心突出部；提供一研磨單元結合層，其設置於該底部基板之外圈表面；將一定位治具設置於該中心突出部上，該定位治具具有複數個定位塊； 提供複數個研磨單元，該些研磨單元係藉由該定位治具而排列於該研磨單元結合層上；加熱固化該研磨單元結合層，使該些研磨單元結合固定於該研磨單元結合層上；以及移除該定位治具，以形成一貼合式化學機械研磨修整器；其中，該些研磨單元係具有一扇形外型，並沿著該底部基板之該中心突出部而排列形成一不連續之環狀外型。
14. 如申請專利範圍第13項所述之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法，其中，每一研磨單元係具有複數個研磨顆粒、一研磨顆粒結合層及一研磨單元基板。
15. 如申請專利範圍第13或14項所述之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法，其中，該研磨單元結合層或該研磨顆粒結合層之加熱固化方式係為硬焊法、加熱硬化法、紫外光照射硬化法、電鍍法、或燒結法。
16. 如申請專利範圍第15項所述之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法，其中，該研磨顆粒結合層之加熱固化方式係為硬焊法。
17. 如申請專利範圍第15項所述之貼合式化學機械研磨修整器之製作方法，其中，該研磨單元結合層之加熱固化方式係為加熱硬化法。