TWI530998B - 硏磨元件及其製造方法 - Google Patents

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TWI530998B TW102106643A TW102106643A TWI530998B TW I530998 B TWI530998 B TW I530998B TW 102106643 A TW102106643 A TW 102106643A TW 102106643 A TW102106643 A TW 102106643A TW I530998 B TWI530998 B TW I530998B
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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Description

研磨元件及其製造方法
本發明係有關於一種研磨元件及其製造方法。
半導體積體電路的工業已經歷快速的發展。隨著IC材料與設計上的發展，使得IC每一個世代擁有比前一個世代小且複雜的電路。然而，這些發展也提高了IC製程與製造的複雜度。為了實現這些先進IC，在IC的製程與製造上也需要對等的發展。舉例來說，平坦化技術(例如：化學機械研磨(CMP))是用來平坦化一基板或是一層或多層位於基板上的特徵，以移除已加工表面的缺陷和/或增加微影製程的解析度。
本發明實施例提供一種研磨元件，包括：一基板；一強化層，位於該基板上；以及多個研磨顆粒，位於該基板上且部分內埋於該強化層中，且上述研磨顆粒的上尖端大抵上共平面。
本發明另一實施例提供一種研磨元件的製造方法，包括：設置一準直元件於一基板上方，該準直元件包括數個穿孔；放置多個研磨顆粒於該基板上與該準直元件的穿孔中；將一強化材料至少部分填到穿孔中；移除該準直元件；放置一校準盤於該基板上方，該校準盤具有一下表面；藉由該校 準盤的下表面對齊上述研磨顆粒的上尖端；以及硬化該強化材料。
100‧‧‧平坦化裝置
110‧‧‧晶圓
120‧‧‧平台
130‧‧‧拋光墊
150‧‧‧拋光墊修整器
160‧‧‧研磨漿配送器
170‧‧‧研磨漿料層
112‧‧‧晶圓110的表面
172‧‧‧研磨漿料
132‧‧‧拋光墊130的上表面
140‧‧‧晶圓座
152‧‧‧研磨板
154‧‧‧旋轉軸
310、182‧‧‧基板
312‧‧‧基板310的上表面
184‧‧‧強化層
186、330‧‧‧研磨顆粒
332‧‧‧研磨顆粒330的上尖端
188、380‧‧‧修整表面
300‧‧‧研磨板
360‧‧‧夾持裝置
320‧‧‧準直元件
324‧‧‧準直元件320的下表面
322‧‧‧準直元件320的上表面
32b‧‧‧穿孔
340‧‧‧強化材材
350‧‧‧校準盤
352‧‧‧校準盤350的下表面
342‧‧‧強化材料層
第1A圖顯示根據一或多個實施例中平坦化裝置的剖面圖，其中置有一半導體晶圓；第1B圖顯示根據一或多個實施例中第1A圖所示拋光墊修整器的剖面圖；第2圖顯示根據一或多個實施例中製造研磨板方法的流程圖；以及第3A-3G圖顯示根據一或多個實施例中各種不同製造階段研磨板的剖面圖。
要瞭解的是本說明書以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施本發明的不同特徵。而本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。依照標準慣例，該圖示僅作為圖例說明，並非按照實際比例繪示。
本說明書以下的揭露內容敘述了將第一特徵形成於第二特徵之上或上方，或第一特徵與第二特徵連結或耦合，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵 可能未直接接觸的實施例。另外，在空間上的相關用語，例如”較低”、”較高”、”水平”、”垂直”、”高於”、”低於”、”上”、”下”、”頂部”、”底部”等等及其衍生字(例如，”水平地”、”向下地”、”向上地”等等)係用以容易表達出本說明書中的特徵與其他特徵的關係。這些空間上的相關用語涵蓋了具有該特徵之裝置的不同方位。
第1A圖顯示根據一或多個實施例一平坦化裝置100的部分剖面圖，其中具有晶圓110。平坦化裝置100包含一平台120；一位於平台120上的拋光墊130；一晶圓座140，位於平台120上方且固定一晶圓110；以及一拋光墊修整器150(pad conditioner)，位於平台120上方；以及一研磨漿配送器160，其位於平台120上方。此外，當平坦化裝置100運作時，一研磨漿料層170位於拋光墊130上且與拋光墊130、晶圓110的表面112及拋光墊修整器150接觸。在一些實施例中，晶圓110係一半導體晶圓。
研磨漿配送器160運送一研磨漿料172到拋光墊130的上表面132，形成一研磨漿料層170。在一些實施例中，該層研磨漿料層170含有一蝕刻和/或研磨顆粒的溶液。該拋光墊130的上表面132定義一平坦化的參考水平標準，且其支撐研磨漿料層170。當平坦化裝置100運作時，晶圓座140及拋光墊130相互間是可動的。研磨漿料層170以預定的移除速率利用化學蝕刻與機械式的研磨將晶圓110的表面112平坦化(或稱為拋光)。
在一些實施例中，晶圓座140以可旋轉的方式設置 在平台120上方。在至少一實施例中，平台120是可旋轉的。
拋光墊修整器150有一研磨元件152，其設置在旋轉軸154上。在一些實施例中，該拋光墊修整器150設置在平台120上，且可繞著旋轉軸154旋轉。在一些實施例中，將拋光墊130的上表面132製備成預定的粗糙程度。然而，當平坦化裝置100運作時，拋光墊130的上表面132逐漸變光滑。為了使該上表面132保持在預期的粗糙程度，該研磨元件152可以刮擦拋光墊130的上表面132，以使該上表面132維持粗糙，同時也可移除形成在該上表面132的殘餘物。
在一些實施例中，拋光墊130的上表面132會在該晶圓110的表面112被拋光時或拋光後重新修整。
根據一或多個實施例，第1B圖為第1A圖中拋光墊修整器150的放大圖。拋光墊修整器150具有一研磨平板152，其設置於一旋轉軸154上。研磨板152具有一基板182，其具有第一表面182a、第二表面182b、位於基板182的第一表面182a上的強化層184以及多個部分內埋於強化層184中的研磨顆粒186。第二表面182b可將研磨板152設置於旋轉軸154上。多個研磨顆粒186的尖端186a大致上位於同一平面且定義出一假想的修整表面188。在一些實施例中，上述尖端186a與修整表面188的距離大約是修整表面188與該基板182的第一表面182a距離(D)的0%-2%。在一些實施例中，該尖端186a與修整表面188的距離為距離D的0%-0.05%。
在一些實施例中，修整表面188與第一表面182a之間的距離(D)與研磨顆粒186的多個尖端186a與基板182的第一 表面182a的平均距離相同。在一些實施例中，修整表面188與基板182的第一表面182a之間的距離(D)的範圍為200-350微米。在一些實施例中，上述尖端186a與修整表面188之間的最大距離與最小距離的差距不大於1微米。
在一些實施例中，基板182包括一金屬材料。在至少一實施例中，該金屬係不鏽鋼。在一些實施例中，強化層184包括鈷、鎳或焊錫。
在一些實施例中研磨顆粒186包括一磁性材料，因此可被磁力吸引。在一些實施例中，研磨顆粒186包括鐵磁性材料或順磁性材料。在至少一實施例中，研磨顆粒186為鑽石，其含有鐵磁性材料。在一些實施例中，鐵磁性材料包括鈷、鐵或鎳。
在一些實施例中，基板182為圓形或對稱的多邊形。在一些實施例中，研磨顆粒186平均地分佈在修整區域中，其中該修整區域被定義在基板182的第一表面182a上。在一些實施例中，修整區域為甜甜圈型區域或圓形區域。在至少一實施例中，修整區域包含完整的基板182第一表面182a。在至少一實施例中，基板182具有不對稱的形狀。
第2圖顯示根據一或多個實施例研磨板(如同在第1A圖與第1B圖中的研磨板152)製造方法200的流程圖。第3A-3G圖顯示不同製造階段的研磨板300的剖面圖。在一些實施例中，研磨板300可當作第1A圖及第1B圖的研磨元件152。與第1B圖的研磨板152相比，該研磨板300的圖示以顛倒的方式呈現，以便於理解該實施例。可理解的是如第2圖所顯示的製造 方法200流程圖執行當中、之前或/和之後，可執行額外的步驟，將在以下做簡短的說明。
如第2圖及第3A圖所示步驟210中，一基板310被用來做成研磨板300且一準直元件320置於基板310上方。該準直元件320具有一上表面322、一下表面324、多個穿孔32b定義於其中，且露出基板310的部分上表面312。該準直元件320的下表面324相鄰於基板310的上表面312。每一個穿孔32b都具有位於上表面322方向的上穿孔326a以及位於下表面324的下穿孔326b。其中，上穿孔326a的截面積大於下穿孔326b。在一些實施例中，該上穿孔326a的截面積等於或小於下穿孔326b。
在準直元件320上的穿孔32b的位置被用來定義多個研磨顆粒的位置(如第3B圖所示)。在一些實施例中，基板310以及準直元件320具有同樣的尺寸及形狀。在一些實施例中，基板310以及準直元件320是圓形或對稱的多邊形。在一些實施例中，穿孔32b的位置平均地分布在準直元件320上所定義的一甜甜圈型或圓形的修整區域。至少在一實施例中顯示，穿孔32b的位置平均分布在整個準直元件320上。
如第2圖及第3B圖所示步驟220中，研磨顆粒330被放置於基板310的上表面312上方以及準直元件320的穿孔32b之中。在一些實施例中，每個穿孔32b中都只放置一對應的研磨顆粒330。至少在一實施例中，該位於準直元件320上表面322方向的上穿孔326a可將所有研磨顆粒330大抵上沿著基板310平面的垂直方向對齊。在一些實施例中，該研磨顆粒330任意地分布在準直元件320的部分上表面322。接著，利用刷子清除 上表面322的其他部分。當沿著該準直元件320的上表面322進行清除之後，該研磨顆粒330將會任意地置於穿孔32b中。
在一些實施例中，研磨顆粒330為鑽石。在一些實施例中，鑽石的尺寸約150-300微米。
如第2圖及第3C圖所示步驟230中，一強化材料填入穿孔32b中，至少有部份被填入該穿孔32b中。在一些實施例中，強化材料340為一膏狀或膠狀材料，其容易受到外力或外部壓力而變形。在一些實施例中，強化材料340包含一含鈷或鎳的膏狀物。在一些實施例中，強化材料340是一包含錫和/或銀的焊錫膏。
在一些實施例中，強化材料340先被置於準直元件320部分的上表面322。接著利用一刮刀將該準直元件320上表面322的其他部分刮除。當沿著準直元件320的上表面322做刮除該強化材料340的動作後，強化材料340將會部分流入穿孔32b中。
如第2圖及第3D圖所示步驟240中，將準直元件320從基板310的上表面312移除。如第2圖及第3E圖所示步驟260中，一校準盤350置於該基板310上方。校準盤350具有一下表面352，其用來對齊研磨顆粒330的上尖端332。在一些實施例中，該下表面352的任何端點到基板上表面312的距離大約是該校準盤350的下表面352到該基板310的上表面312的平均垂直距離距離(H)的98%-100%。在一些實施例中，在下表面352的任何端點到該基板上表面312的距離大約是平均垂直距離H的99.95%-100%。在一些實施例中，距離H的範圍為從200-350 微米。
在一些實施例中，該校準盤350被一夾持裝置360固定住，而夾持裝置360被設置在基板310上。在一些實施例中，為了將該基板310與校準盤350分開至預期的距離H，數個間隔物位於該基板310上方，接著，將該校準盤350置於間隔物上。
校準盤350可吸引研磨顆粒330，促使該研磨顆粒330的上尖端332與該校準盤350的下表面352接觸。在一些實施例中，因為受到重力的影響(如第3D圖所示)，該研磨顆粒330自然地與基板310的上表面312接觸。該校準盤350將研磨顆粒330向上吸引與拉起，以對齊上述研磨顆粒330的上尖端332。
在一些實施例中，研磨顆粒330包括一磁性材料，其會被一磁力吸引。因此，就由磁力來吸引研磨顆粒330。在至少一實施例中，該校準盤350係一磁鐵，且該研磨顆粒330係具有鐵磁性不純物的鑽石，包括鈷、鐵或鎳。
如第2圖及第3F圖所示步驟260中，程序370用來硬化該強化材料340以形成一強化材料層342。在一些實施例中包含以不低於攝氏1000度的溫度加熱該強化材料340。在一些實施例中，該程序370包括以預定的溫度與時間來加熱該強化材料340以使強化材料340具有足夠剛性以固定經由基板310上表面312對齊的研磨顆粒330於對應的位置。在一些實施例中，『硬化』也稱為『回焊』該強化材料340使其成為強化材料層342。
第3G圖所示，在形成強化材料層342後，接著移除夾持裝置360與校準盤350。因為是以校準盤350進行對齊，研 磨顆粒330的上尖端332沿著參考平面380大抵上為共平面，其中參考平面380可稱為該研磨板300的修整表面380。研磨板300可做為在第1B圖中所示的研磨板152。上尖端332、修整表面380與基板310之間的關係類似於在第1B圖中所示尖端186a、修整表面188與基板182之間的關係。
在一些實施例中，一種裝置包含一基板，一位於該基板上的強化材料層以及多個位於該基板上的研磨顆粒。該研磨顆粒部分內埋於該強化材料層中。該研磨顆粒的上尖端大抵上共平面。
在一些實施例中，一種製造此裝置的方法包括於一基板上放置一準直元件，其中該準直元件包括數個穿孔。多個研磨顆粒置於基板上方，且位於準直元件的穿孔中。強化材料至少部分置於該穿孔中。接著，移除該準直元件並將該校準盤置於該基板上，其中該校準盤具有一下表面。該研磨顆粒的上尖端藉由該校準盤的下表面做對齊，接著，硬化該強化材料。
在一些實施例中顯示一研磨元件，包含一基板、多個位於該基板上表面的研磨顆粒與一可固定該研磨顆粒與該基板上表面的強化材料層。該基板具有一修整區域，其定義如上。該研磨顆粒平均地分佈在修整區域中。研磨顆粒的多個上尖端定義出一修整平面。在上述上尖端與該修整表面最大距離與最小的距離差異不超過1微米。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
300‧‧‧研磨板
332‧‧‧研磨顆粒330的上尖端
330‧‧‧研磨顆粒
340‧‧‧強化材料
360‧‧‧夾持裝置
312‧‧‧基板310的上表面
310‧‧‧基板
350‧‧‧校準盤
352‧‧‧校準盤350的下表面
H‧‧‧312與352之間的距離

Claims (5)

  1. 一種研磨元件的製造方法，包括：設置一準直元件於一基板上方，該準直元件包括數個穿孔；放置多個研磨顆粒於該基板上與該準直元件的穿孔中；將一強化材料至少部分填到上述穿孔中；移除該準直元件；放置一校準盤於該基板上方，該校準盤具有一下表面；藉由該校準盤的下表面磁力地(magnetically)對齊上述研磨顆粒之上尖端；以及硬化該強化材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨元件的製造方法，其中該校準盤的放置包括：放置一間隔物於該基板之上；以及放置該校準盤於該間隔物上方。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨元件的製造方法，其中上述研磨顆粒在該穿孔的放置包括：放置上述研磨顆粒之一到一對應的穿孔中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨元件的製造方法，其中上述研磨顆粒包括一磁性材料，且使用一磁力吸引上述研磨顆粒。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨元件的製造方法，其中上述研磨顆粒之上尖端的對齊包括吸引上述研磨顆粒以使該上尖端與該校準盤的下表面接觸。
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