TWI537097B - 組合式修整器及其製法與化學機械平坦化應用 - Google Patents

Description

組合式修整器及其製法與化學機械平坦化應用

本發明係關於一種組合式修整器、其製造方法、以及使用其之化學機械平坦化(chemical-mechanical Planaization，CMP)製程，尤指一種適用於使半導體晶圓表面平坦化之組合式修整器、其製造方法、以及使用其之化學機械平坦化製程。

對於矽晶圓表面上的微細銅電路或層間鎢電路，乃至絕緣電路的氧化膜介電層，皆必須經過平坦化製程使其表面平坦以利後續的製程步驟。目前半導體晶圓上製造積體電路(Interconnected Circuits，IC)的過程中，最受矚目的平坦化技術則屬化學機械平坦化(chemical-mechanical Planaization，CMP)，其是將晶圓壓於旋轉的拋光墊上研磨使其表面平坦。

在化學機械平坦化過程中，穩定且均勻地輸送磨漿至晶圓與拋光墊之間，使拋光墊表面浸滿了磨漿(Slurry)，此磨漿內含有化學藥劑(如酸液及氧化劑)用以侵蝕晶圓表面的薄膜，磨漿內也含無數的奈米陶瓷(如SiO₂、Al₂O₃、CeO₂)磨粒，可刺入並刮除微量薄膜，同時進行化學蝕刻與機械磨削作用，移除晶片上突出的沉積層，藉以拋光晶圓的表面，達成平坦化的目的。

整修器是化學機械平坦化必要的耗材，其功能為修整(Condition)拋光墊(Pad)。所謂修整，包括切削(Shave)拋光墊表面，移除拋光墊表面累積的廢棄物，藉此保持拋光墊表面的粗糙度。此外，整修器亦可使表面產生微量的隆起及凹陷，其即所謂絨毛(Asperities)的高低差，這樣觸壓拋光墊的面積可以大幅縮小，一旦接觸面積越小，接觸壓力就越大，接觸點處的磨漿才能擠壓晶圓的突出部位，磨漿內的化學藥劑(如H₂O₂)則會氧化而軟化或侵蝕晶圓。

然而，若化學機械平坦化過程中，所產生的廢棄物，包括晶圓的磨屑，如銅導線、鎢填孔、氧化膜、磨漿、磨粒、拋光墊碎屑等，該些磨屑通常會堆積在拋光墊表面而受擠壓成硬層(Glaze)，一旦形成硬層後，拋光墊即變滑而難以維持研磨力，因此拋光每一片晶元常需要使用修整器，達成製程之研磨效率(如拋光速度)與平坦度(如晶圓鍍膜的厚度分佈)，進而穩定晶圓品質。

然而，習知的鑽石修整器，通常是將鑽石顆粒以結合劑固定於金屬台盤表面，雖適合用於整修拋光墊，但對於更精密的化學機械平坦化製程，如線寬小於45奈米以下的化學機械平坦化製程，卻因拋光墊絨毛粗糙，容易造成晶圓的刮傷(scratch)、局部的過拋(dishing)、下陷(erosion)及厚度的不均勻(non-uniformity)。隨著積體電路的線寬要求日趨縮減，對於晶圓表面平坦度的需求即隨之提升，進而對於修整器的要求亦隨之提高，造成習知的鑽石修整器無法滿足45奈米以下化學機械平坦化製程的先進要求。

有鑑於此，專利早期公開案TW 201038362 A1與TW 201100198分別揭示一種組合式修整器及其製法，其中將可為各種不同大小、形狀、材料的研磨單元之研磨尖點尖角刺入一拋光墊，後續加壓研磨單元之另一側並填充樹脂固定各研磨單元，使研磨單元的研磨尖點頂點的高度差異在20微米之內。

然而，上述專利申請案所使用的研磨尖點需使用形狀規則性較高的鑽石磨粒，這種晶形的結晶面覆蓋率甚高(如大於50%的表面為結晶生長面)，否則當使用結晶面覆蓋率低之銳利鑽石則會造成過高的高度差異。除此之外，刺入拋光墊最深的鑽石，即所謂的「殺手鑽石」(killer diamond)，與其他鑽石的頂墊高度之差異皆沒有規範。為了符合更小線寬的製程要求，則需要持續改善修整器，使用更銳利的研磨尖點時仍能保持尖角高度的平坦度(亦即研磨尖點尖角高度的差異)，使整修器在拋光墊上形成更細微與均勻的刻痕，同時提升對於拋光墊的移除率，這樣才能有效去除硬層，恢復拋光墊上的絨毛，使其迅速拋光晶圓上的鍍膜。

本發明之主要目的係在提供一種組合式修整器，其中使用銳利研磨尖點，但仍能保持尖點高度分佈，避免「殺手鑽石」的存在，進而提高研磨單元上有效工作研磨尖點之比例，增加晶圓移除率與修整器的使用壽命。

為達成上述目的，本發明之一示例提供一種組合式修整器，包括：一底部基板；複數個研磨單元，係設置於該底部基板之表面，每一研磨單元包括複數個研磨尖點、以及一固定該些研磨尖點之結合劑層(可為金屬、陶瓷或樹脂)；以及一厚度可調節之黏著劑層，係固定該些研磨單元於該底部基板之表面，其中，該些研磨尖點中突出一預定平面之第一高點與第二高點之高度差小於10微米，第一高點與第十高點之高度差小於20微米，第一高點與第一百高點之高度差小於40微米，且該第一高點突出該結合劑層之高度大於50微米。

由於化學機械平坦化為平面的拋光，所以晶圓的高點和拋光墊的高點之間的接觸分佈，即決定化學機械平坦化的品質(如良率)及效率(如產能)。若拋光墊絨毛高點的分佈不均，晶圓不同部位的磨除率就快慢不同，晶圓表面就不平坦。更有甚者，有些地方可能拋光墊過度，造成同層凹陷(Dishing)或多層侵蝕(Erosion)；抑或，造成有些地方拋光不足而造成殘留。若晶圓拋光後之厚度不均勻(Within Wafer Non-Uniformity或WIWUU)，則會造成化學機械平坦化之效果不彰。有鑑於此，本發明基於許多測試實驗的數據，改良修整器，尤其藉由一厚度可調節之黏著劑層來調整工作研磨尖點的高度，以補償研磨單元厚度的差異達到上述最高尖點的高度分佈，避免產生殺手鑽石，提高研磨單元上有效工作研磨尖點之比例。

於本發明上述組合式修整器中，該厚度可調整之黏著劑層之材質可為一有機黏著劑。每一研磨單元更可包括一單元基板，且該結合劑層係設於該單元基板表面與該些研磨尖點之間，該結合劑層的材質舉例可為一焊料層、一電鍍層、一燒結層、或一樹脂層。上述研磨尖點，係指複數個研磨單元中所含的研磨顆粒上可達到研磨效果的端點，且這些端點係暴露於該結合劑層，換言之研磨尖點的高度，即指該些研磨尖點突出該結合劑層表面之高度。

對於該些研磨尖點的高度測量，可藉由光學檢測系統如德國FRT(Fries Research & Technology GmbH)公司所生產的表面檢測儀，測量修整器總研磨尖點(如一萬顆以上)的高度，亦即該些研磨尖點突出該結合劑層表面之高度，所得的高度數據再利用最小平方法，推算出一由該些研磨尖點尖角構成之假設平面，此假設平面即是上述之預定平面。該第一高點係指該些研磨尖點中最突出該預定平面的研磨尖點之高度，該第二高點係指該些研磨尖點中第二突出該預定平面的研磨尖點之高度，其他高點則同理類推。

晶圓的拋光位置多取決於拋光墊頂點的分佈，這種分佈則由修整器研磨尖點的高度所決定，修整器可為圓盤狀(如適用於Applied Materials機台)或環狀(如適用於Ebara機台)。圓盤的直徑一般約為100毫米，而環狀更可大至250毫米以上。通常修整器上佈滿數萬顆的研磨尖點(如鑽石顆粒)，例如80/90篩目(Mesh)、100/120篩目、120/140篩目的研磨尖點，不過即使是同一篩目的平均大小差別也可能高過30%。除此之外，同顆研磨尖點從不同的方向其尺寸也有很大差異，例如尖點之間的距離會比平面之間大至30%，且倘若研磨尖點的形狀不規則，其差別就會更大。

因此，本發明調整所使用的研磨顆粒，使其研磨尖點第一高點與第二高點之高度差小於10微米，第一高點與第十高點之高度差小於20微米，第一高點與第一百高點之高度差小於40微米，且該第一高點突出該結合劑層之高度大於50微米，以確保修整器具有眾多的工作尖點，藉以達成IC晶圓表面薄膜快速而均勻的移除效果。另外，需注意的是，該第一高點與第二高點可散佈於不同的研磨單元或者為於同一研磨單元，其餘高點亦是如此；換言之，該些高點的分佈並非集中於單一研磨單元。

於本發明上述組合式修整器中，該些研磨尖點之材質可為人造或天然鑽石、多晶鑽石(PCD)、立方氮化硼(cubic boron nitride，CBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)或其組合，且該些研磨尖點之粒徑大小可介於100至500微米之範圍。上述鑽石可為化學沉積鑽石、聚晶鑽石或其組合。另外，該底部基板的材質亦沒有特殊限制，舉例可為純樹脂、金屬、合金、塑膠、橡膠、陶瓷、玻璃或其組合(如樹脂與金屬之混合材)。

此外，因為鑽石通常以鐵鎳合金在高壓下(如5 GPa)催化石墨而成，因此其內含融熔的鐵鎳包裹體(Inclusion)。合金在高溫下會催化鑽石轉變回石墨或碳素，這時體積會大幅增加而脹裂鑽石。鑽石若以硬銲固定在鑽石碟上，因製程溫度偏高，許多鑽石會破裂，而在化學機械平坦化製程時刺入研磨墊深處的鑽石尖處可能沿微裂面崩落，這些鑽石碎屑可能刮傷昂貴的晶圓。有鑑於此，鑽石常以磁選機將包裹體多的鑽石吸離，即使如此，鑽石內仍多少含有殘留鐵鎳合金，若鑽石內部留下難以查覺的裂紋，便在化學機械平坦化製程時可能破裂而崩解出碎片，造成晶圓的刮傷。有鑑於此，高溫硬銲應選擇熔點較低的銲料。

於本發明中，當使用焊料做為該結合劑層的材質時，該焊料層可以包含1重量百分比以上選自由Cr、B、P、Ti及其合金所組群組之至少一者、包含50重量百分比以上選自由Ni、Cu及其合金所組群組之至少一者、或其組合，其中Cr、B、P、Ti等材料係用於活化該焊料層。具體而言，焊料通常為Ni-Cr-B或Ni-Cr-P、或Cu-Sn-Ti合金，熔點(Solidus)為800℃至1000℃。

此外，每一研磨單元可選擇性更包括：一金屬覆蓋層，其覆蓋於該結合劑層表面，且該金屬覆蓋層之材質可選自由Ni、Cr、鈀、Co、鉑、Au、Ti、Cu、W及其合金所組群組之至少一者，使研磨尖點更為穩固附著於該研磨單元之單元基板。再者，每一研磨單元可選擇性更包括：一保護層，其係薄層惰性材料，覆蓋於該金屬覆蓋層表面，且該保護層之材質可為金屬材質如鈀、鉑，或非金屬材質如陶瓷膜(如碳化矽、氮化矽、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋯)、類鑽碳(diamond-like carbon，DLC)膜、有機膜(如Teflon)或其組合，避免焊料受研磨漿液侵蝕(如pH=3的鎢製程磨漿)。

一般而言，鑽石的頂點高度會決定壓入拋光墊的力道，但其尖銳度卻會影響刺入的深度。通常鑽石越利，則拋光墊彈性及塑性的變形量越小，切削的深度就越大。由於形成於修整器表面的鑽石磨粒形狀不同且方向各異，通常只有最高的數百顆可接觸到拋光墊。若鑽石的形狀規則且對稱，則角度會為鈍角且不易刺入拋光墊，反而會推擠拋光墊表面而在兩側形成隆起的塑性變形；反觀，若鑽石有破裂面，亦即形狀不規則，則可能刺入拋光墊，切削拋光墊表面，同時移除廢棄物。

因此，於本發明上述組合式修整器中，於一百顆高度最高之該些研磨尖點中，50%以上的研磨尖點之結晶面覆蓋率低於80%，較佳為結晶面覆蓋率低於50%。當研磨尖點的結晶面覆蓋率越低時，表示該些研磨尖點具有較多的破碎面(即銳利面)，亦表示研磨單元工作面的研磨尖點，包含尖角與稜線，具有較多數的稜線夾角呈現小於45度(即指構成稜線之兩結晶面所夾的角度)，或者具有較多數的尖角小於90度狀態，因此對於拋光墊具有較高的移除率。參考圖9，其係研磨顆粒的示意圖，其中A、E與S分別代表尖角、稜線與表面，其中S₁為結晶面，A₁為結晶面夾角，S₂為破碎面，A₂為至少有一破碎面的夾角。由此可知，A₁與A₂分別為兩種不同的尖角，A₁的角度大於90度(即鈍角)，而A₂的角度小於90度(即銳角)，此表示當使用A₂做為研磨尖點時，其移除效率會大於A₁。

該些研磨尖點可以圖案化排列於該單元基板，或該些研磨尖點形成複數個團簇，且該些團簇圖案化排列於該單元基板，其中例如每一團簇係由二至六個研磨尖點所構成。

此外，該些研磨單元可於該底部基板上排列成單圈、雙圈、多圈、放射狀或螺旋狀，其可為圓盤狀、刀片狀或多邊形狀。若該些研磨單元呈圓盤狀，則其直徑係介於5至30毫米之範圍，較佳是不超過20毫米，該底部基板亦可為圓盤狀且其直徑係介於80至120毫米之範圍，也可將研磨單元固定在250至270毫米的環狀基板上使用。此外，圓盤狀的研磨單元若位於內部則在修整拋光墊時常被外部的研磨單元阻擋，使其難以發揮功能，故研磨單元較佳可排列於圓盤狀底部基板表面的外周緣，可在化學機械平坦化過程中發生外緣修整的懸崖效應，這樣就會增加工作顆數，而適合化學機械平坦化製程應用於18吋晶圓或22奈米製程。

於本發明上述組合式修整器中，該些研磨單元之間的間距係不窄於0.1毫米，較佳是大於0.5毫米，如此可確保化學機械平坦化製程中，漿料可以順利進出該些研磨單元之間的間隙，不會殘留其中而造成缺陷，如造成晶片的刮痕。另外，該些研磨單元之底面之黏著劑層之厚度範圍在0.6毫米以下，如此可以充分調整各個研磨單元之研磨尖點至同一平面，以有效增加工作鑽石顆粒數。

習知因尖點高低差異太大，傳統的修整器使用的尖點數(及刺入拋光墊的尖點數)佔不到尖點總數之1%，且傳統修整器的鑽石覆蓋面積超過40%；反觀，於本發明上述組合式修整器中，用於修整一拋光墊之該些研磨尖點可佔研磨尖點總數之1%以上；此外，該些研磨單元覆蓋該底部基板之面積可佔該底部基板之表面總面積之40%以下，如此可在降低成本下達到最佳的移除率。

本發明之另一目的係在提供一種組合式修整器之製造方法，其中使用具有銳利研磨尖點的研磨單元，經由反轉法，以各研磨單元最高數個尖點為平面基準，調整各研磨單元下方黏著材料的厚度而固定於基板上，這樣就可以使研磨單元上最高數個尖點不會特別突出而形成破壞性的「殺手鑽石」。使用共平面迫使各研磨單元的最高點達到共同高度也能提高有效工作研磨尖點之比例，進而增加修整器的移除效率與使用壽命。

為達成上述目的，本發明之另一示例提供一種組合式修整器之製造方法，包括以下步驟：設置一第二模具於一第一模具上，其中，該第二模具具有複數個孔洞；於該第二模具之每一孔洞中設置一研磨單元，其中，每一研磨單元包括複數個研磨尖點、以及一固定該些研磨尖點之結合劑層；形成一厚度可調整之黏著劑層，以固定該些研磨單元於一底部基板；以及移除該第一模具與該第二模具，以形成一組合式修整器，其中，該些研磨尖點中突出一預定平面之第一高點與第二高點之高度差小於10微米，第一高點與第十高點之高度差小於20微米，第一高點與第一百高點之高度差小於40微米，且該第一高點突出該結合劑層之高度大於50微米。

一般的鑽石修整器乃以加法製造，即在平面的基板(如不銹鋼316號)排列平放鑽石磨粒(如矩陣分佈)。以習知技術而言，單一修整器表面之鑽石頂點的高度差通常會超過50微米，固定鑽石磨粒的方法可利用電鍍法(EDD)加鎳固定，或者藉由硬銲法(BDD)以融熔合金凝固握持。前者的鑽石平面通常向上，而後者尖點或稜線常較突出，且平面向上的鑽石不易刺入拋光墊，尖點或稜線的鑽石相較之下則較易切削拋光墊。相較之下，本發明先行利用硬焊法形成研磨單元後，利用有機彈性材料結合及補償複數個研磨單元，使該些研磨單元排列於底部基板，因此除了可以擁有硬焊法的優點之外，亦可以避免其缺點，而使所形成的修整器具有等高的最高尖點，因此鑽石修整器在修整拋光墊之時，突出的鑽石頂點可接觸並刺入拋光墊，但又不會有過於突出的研磨尖點，因此不會出現刺入拋光墊太深造成絨毛高低差別太大，進而避免「鶴立雞群」的絨毛沾上過多磨漿，而造成磨漿內的奈米磨粒過度刺入晶圓表面，形成過度拋光，甚至刮傷晶圓。

於本發明上述組合式修整器之製造方法中，該厚度可調整之黏著劑層可於使用另一平板整平該些研磨單元的最高尖點之後形成，抑或形成該厚度可調整之黏著劑層之後，在該厚度可調整之黏著劑層尚未固化之前，以該底部基板整平該些研磨單元的最高尖點。

該厚度可調整之黏著劑層，可由有機黏著劑構成，舉例可為一塑膠材料、一橡膠材料、一熱熔膠或其組合；此外，該第二模具之該些孔洞係排列於該第二模具之外環，藉此設定該些研磨單元的位置於底部基板的外環。具體而言，該第二模具之該些孔洞係於該第二模具之外環構成例如12個孔洞。除此之外，組合式修整器中，研磨單元也可排列於內外環，且通常研磨單元面積越小，研磨時之工作顆粒數越多，但其製造成本偏高，因此以適量的研磨單元製成修整器可以平衡效果與成本。

於本發明上述組合式修整器之製造方法中，在該第二模具設置於該第一模具上之前，更包括以下步驟：形成一臨時黏著層於該第一模具表面，設置該第二模具於該臨時黏著層表面，使該臨時黏著層夾置於該第二模具與該第一模具之間，且於移除該第二模具之後，更包括以下步驟：移除該臨時黏著層。於本發明一較佳具體實例中，該臨時黏著層係一雙面膠帶。

於本發明另一較佳具體實例中，該些研磨單元之一側具有該些研磨尖點，且該厚度可調整之黏著劑層係設置於該側之相反側，且設置於該些孔洞之該些研磨單元，係以該些研磨尖點接觸該第一模具。此外，於移除該第二模具及該第一模具之後，更包括以下步驟：形成一模封膠層，以固定該些研磨單元。由上述可知，藉由加壓研磨單元之具有研磨尖點的一側，使研磨單元平整的排列於同一平面。

本發明上述組合式修整器之製造方法可以選擇性更包括以下步驟：於移除該第一模具之後，移除該第二模具。換言之，此即表示修整器可包含第二模具。

本發明之再另一目的係在提供一種化學機械平坦化(chemical-mechanical Planaization，CMP)製程，其中使用銳利研磨尖點，但仍能保持工作面的平面性，進而提高研磨單元上有效工作研磨尖點之比例，增加移除率與使用壽命。

為達成上述目的，本發明之再另一示例提供一種化學機械平坦化製程，包括以下步驟：提供一拋光墊；設置一晶圓於該拋光墊表面，使其與該拋光墊相互研磨；以及使用一修整器，其設置於該拋光墊表面，移除該晶圓研磨後之碎屑，其中，該修整器係本發明上述之組合式修整器。

摩爾定律(Moore’s law)提到單一尺寸的同一晶片上，所容納的電晶體(Transistor)數量，每十八個月會因製程技術提升而倍增，進而提升晶片執行運算之速度。如摩爾定律所述之持續進步，積體電路(integrated circuit，IC)的線寬線距亦逐漸超越32奈米的限制，然而其中亦面臨到化學機械平坦化製程難以超越瓶頸，因此無法進入更細小線寬線距的製程。反觀，由於本發明上述化學機械平坦化製程中採用改良的修整器，故本發明之化學機械平坦化製程可使用的晶圓的直徑可為200毫米、300毫米或450毫米，且該晶圓表面具有IC線路寬度可小於或等於45奈米、28奈米或22奈米。因此，若相關技術中採用本發明之技術，例如將本發明之化學機械平坦化製程應用於邏輯晶片(logic device)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、快取記憶體(flash memory)或硬碟(hard drive)之製作，將可如摩爾定律所述提升上述各裝置的執行運算速度。

一般而言，由於鑽石大小不一，形狀各異，方向不同，而且高點的距離隨機，因此拋光墊的犁削(plough)及切削的方式五花八門，造成修整後的拋光墊的高度參差不齊，進而使晶圓接觸的高點位置、各接觸點的面積及壓力難以控制，以致化學機械平坦化製程的拋光速率及均勻度變異性極高。當晶圓變化大時(如8吋至12吋乃至未來的18吋)，會擴大拋光速率及均勻度變異性，降低化學機械平坦化製程的品質及效率。不僅如此，當導線寬度越來越窄時(如45奈米至32奈米乃至未來的22奈米)，拋光墊的高點更容易造成破壞。電路變窄時，其間的介電材料必須更中空，才能避免露電，但中空的介電層變得脆弱，因此化學機械平坦化製程的接觸壓力需更為減弱，不過接觸壓力調小後，會造成拋光晶圓的速率也隨之降低，導致生產力變差。

目前的鑽石修整器通常採用平面添加鑽石的方法製造，因此頂點高度難以控制。此外，在高溫製造(如硬銲)下，以致基材扭曲變形，促使鑽石的頂點高度更加不平齊，也大幅降低了工作顆粒數，導致修整器上雖有數萬顆鑽石，但其工作顆粒卻只有數百顆。

由於鑽石修整器採加法(由具有鑽石磨粒的頂部加壓整平)製造，鑽石的大小形狀及方向難以控制，且工作面的鑽石數目、位置、刺入深度也難以捉摸，造成化學機械平坦化製程效果的可預期性大打折扣。儘管產業不斷在整修器基材的平坦度、鑽石形狀等嚴加把關，但改善效果卻有限。

有鑑於鑽石頂點高度齊頭的不易，本發明乃採反轉組合的方式，先製成鑽石研磨單元，鑽石研磨單元倒置於平面上，使各個研磨尖點齊平。這時使用一種可調整厚薄的黏著劑層置於研磨尖點的相反側，最後再灌入模封膠層(如樹脂)，固定所有研磨單元。這樣反轉齊頭的製造方式可以避免鑽石碟上常具的「鑽石殺手」(Killer Diamond)-即鶴立雞群的突出鑽石。「鑽石殺手」如果太尖利就容易因刺入拋光墊太深而拉扯斷裂，進而於拋光墊表面形成「殺手絨毛」(Killer Asperities)，造成晶圓刮傷受損。

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基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

本發明之實施例中該等圖式均為簡化之示意圖。惟該等圖示僅顯示與本發明有關之元件，其所顯示之元件非為實際實施時之示例，其實際實施時之元件數目、形狀等比例為一選擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。

製備例1

參考圖1A至1G，其係製造組合式修整器之流程示意圖。

首先，如圖1A所示，提供一第一模具10，該第一模具10具有一開口101。接著，如圖1B所示，形成一臨時黏著層11於該第一模具10之開口101表面，而後設置一第二模具12於該臨時黏著層11表面，使該第二模具12置於該第一模具10之開口101內，因此該臨時黏著層11夾置於該第二模具12與該第一模具10之間，其中，該第二模具12具有複數個孔洞121。於本製備例中，該臨時黏著層11係一雙面膠帶。

如圖1C及圖1G所示，於該第二模具12之每一孔洞121中設置一研磨單元20，其中，每一研磨單元20包括複數個研磨顆粒22(每一研磨顆粒22至少具有一研磨尖點221)、一單元基板21、以及一設於該單元基板21表面與該些研磨尖點221之間的結合劑層213。該些研磨單元20係利用一般硬焊法製造，其製法簡單說明如下。將銲片(BNi₂)點銲在直徑20毫米、厚度4毫米的單元基板21上，而後以模板將約150微米的研磨顆粒(如鑽石顆粒)排列在塗佈黏膠的銲片上，接著放入真空爐抽氣至真空度約為5至10 torr，加熱至最高1020℃持溫12分鐘(期間已黏膠揮發)，而銲片之銲料則熔化成液體銲牢鑽石顆粒。

由於鑽石原位於固定銲料之上，當銲料熔化形成液體時，其內的碳化物元素(如Cr)會擴散至鑽石表面。銲料因此會以毛細利拉沉鑽石，毛細力也順勢爬昇鑽石表面形成坡度，鑽石原先乃以平面黏住銲片表面，現因在液體內旋轉常使尖角向上。

而後，如圖1D以及圖1E所示，以一底部基板24整平該些研磨單元20，並填入一厚度可調整之黏著劑層23，固定該些研磨單元20。接著，如圖1F所示，移除該第一模具10、該臨時黏著層11、以及該第二模具12，以形成一組合式修整器2。

此組合式修整器2，包括：一底部基板24；複數個研磨單元20，係設置於該底部基板24之表面，每一研磨單元20包括複數個研磨尖點221；以及一厚度可調節之黏著劑層23，係固定該些研磨單元20於該底部基板24之表面，其中，該些研磨尖點221中突出一預定平面之第一高點與第二高點之高度差小於10微米，第一高點與第十高點之高度差小於20微米，第一高點與第一百高點之高度差小於40微米，且該第一高點突出該結合劑層213之高度大於50微米。

參考圖1G所示，其係本發明研磨單元之放大示意圖。每一研磨單元20包括複數個研磨顆粒22(每一研磨顆粒至少具有一研磨尖點221)、一單元基板21、一設於該單元基板21表面與該些研磨尖點221之間的結合劑層213、一覆蓋於該結合劑層213表面之金屬覆蓋層212、以及一覆蓋於該金屬覆蓋層212表面之保護層211。

該結合劑層213可為一焊料層、一電鍍層、一燒結層、或一樹脂層，若為該焊料層，其包含1重量百分比以上選自由Cr、B、P、Ti及其合金所組群組之至少一者、包含50重量百分比以上選自由Ni、Cu及其合金所組群組之至少一者或其組合。

該金屬覆蓋層212可使用電鍍形成，其材質可選自由Ni、Cr、鈀、Co、鉑、Au、Ti、Cu、W及其合金所組群組之至少一者；該保護層211之材質可為鈀、鉑、碳化矽、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋯、類鑽碳(diamond-like carbon，DLC)或其組合。

製備例2

參考圖2A至2G，其係製造組合式修整器之流程示意圖。

首先，如圖2A所示，提供一第二模具12，該第二模具12具有12個孔洞121，且該些孔洞係排列於該第二模具12的外環。接著，如圖2B所示，將該第二模具12置於一第一模具10表面。

如圖2C所示，於該第二模具12之每一孔洞121中，設置一研磨單元20，其中該研磨單元20之工作面(具有研磨尖點之表面)朝向該第一模具10之表面。於本製備例中，該些研磨單元20係類似製備例1所述。而後，如圖2D所示，於每一研磨單元20之研磨尖點的相反側上點膠，形成一厚度可調整之黏著劑層23。接著，如圖2E所示，以一底部基板24平壓於該厚度可調整之黏著劑層23上，其中該底部基板24具有一凹槽，使該底部基板24呈現ㄇ字形，並將該ㄇ字形之底部基板24以凹槽向該厚度可調整之黏著劑層23平壓。

如圖2F所示，移除該第一模具10。接著，如圖2G所示，反置圖2F之結構，移除該第二模具12並形成一模封膠層25，強化該些研磨單元20固定於該底部基板24，以形成一組合式修整器。

雖然硬焊法製得之研磨單元可能具有殺手鑽石，但利用本發明上述方法，可組合使用具有類似高度殺手鑽石的不同研磨單元，並將其研磨尖端齊平，因此「殺手鑽石」已和其他研磨單元上突出的鑽石尖端高度接近。

測試例

參考圖3，其顯示上述製備例2所製得之組合式修整器(實施例1，其中使用之鑽石顆粒的結晶面覆蓋率約為60%至80%，其即為Element Six製造的PDA 878)、習知陶瓷燒結法製得之修整器(比較例1)以及硬焊法製得之修整器(比較例2)等三者，尖點高度差與工作顆粒數的比較圖。由圖3可知，研磨時本發明實施例1修整器上在10微米的高度差左右即有60至70個工作顆粒；相較之下，比較例1與比較例2則需要較大的尖端高度差才可以提供較多的工作顆粒數，即使比較例1修整器，也需要研磨顆粒的高度差超過40微米才達到100顆以上的工作顆粒。由此可知，對於相同的高度差內實際工作的研磨顆粒數，本發明修整器遠高於習知修整器。

參考圖4與圖5，其分別顯示上述製備例2所製得之組合式修整器(實施例1，其中使用之鑽石顆粒的結晶面覆蓋率約為60%至80%，其即為Element Six製造的PDA 878；實施例2，其中使用之鑽石顆粒的結晶面覆蓋率為40%至60%，其即為Element Six製造的PDA 657)、以及硬焊法製得之修整器(比較例2)等三者，第一高點與第二高點之高度差(微米)與刮痕數的比較圖、以及刮痕數與移除率的比較圖。

由圖4可知，本發明實施例1與2之修整器，第一高點與第二高點之高度差約為0微米時，研磨後刮痕數介於100至150條，此表示實施例1與2之修整器的品質良好，研磨時的品質穩定性佳；反觀，比較例2之修整器，研磨顆粒的高點差距散亂不一，且刮痕數也僅介於不到50條至不到100條，此表示比較例2之修整器的品質不一，研磨時的品質穩定性不良。另一方面，由圖5可知，本發明實施例2之修整器研磨移除率約為每小時250至300微米，刮痕數約為100至150條，本發明實施例1之修整器研磨移除率約為每小時150至200微米，刮痕數約為125至150條，此表示本發明實施例1與實施例2之修整器的穩定度高，品管容易；反觀，比較例2之修整器，研磨移除率約為每小時125至225微米，刮痕數約為50至75條，此表示比較例2之修整器不僅刮痕數少，品質也不穩定。

參考圖6，其顯示上述製備例2所製得之組合式修整器(實施例1與實施例2)、習知硬焊法製得之修整器(比較例2)以及習知電鍍法製得之修整器(比較例3)等四者，修整器使用時間與移除率的比較圖。由圖6可知，研磨時本發明實施例1與2之修整器，移除率隨著使用時間緩慢下降，此表示本發明之修整器因控制良好平整性，而具有最快的修整速率及最長的壽命；反觀，比較例2之修整器移除率上下震盪不穩定，進而造成品質管控上出問題，而比較例3之修整器移除率不佳，無法節省研磨製程的時間及成本。

參考圖7，其顯示上述製備例2所製得之組合式修整器(實施例2)以及硬焊法製得之修整器(比較例2)等兩者，拋光晶圓數與移除率的比較圖。由圖7可知，相較於比較例2，本發明實施例2之修整器可使用於化學機械平坦化製程達到研磨更多的晶圓數。

應用例

參考圖8，其係化學機械平坦化(chemical-mechanical Planaization，CMP)製程之示意圖。如圖8所示，一般係將一晶圓4設置於該拋光墊6表面，並藉由管線8提供研磨漿液，使其與該拋光墊6相互研磨，而該拋光墊6表面的另一個空白部分則設置一修整器2，以移除該晶圓研磨後之碎屑，其中，此所使用之修整器則可使用本發明上述製備例製得之修整器。

綜上所述，因為目前現有的整片硬銲鑽石修整器最高研磨頂點常比次高者突出20微米以上，且前10顆最高研磨顆粒的突出範圍僅達50微米；反觀，使用本發明上述方法，以反轉齊頭法製造組合式修整器可使最高研磨頂點與次高者之差距降至10微米以下，因此可以提高研磨單元上有效工作研磨尖點之比例，增加移除率與使用壽命。

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。

10．．．第一模具

101．．．開口

11．．．臨時黏著層

12．．．第二模具

121．．．孔洞

20．．．研磨單元

221．．．研磨尖點

21．．．單元基板

213．．．結合劑層

24．．．底部基板

23．．．厚度可調整之黏著劑層

2．．．組合式修整器

212．．．金屬覆蓋層

211．．．保護層

25．．．模封膠層

4．．．晶圓

6．．．拋光墊

8．．．管線

圖1A至1G係本發明製備例1中製造組合式修整器之流程示意圖。

圖2A至2G係本發明製備例2中製造組合式修整器之流程示意圖。

圖3係本發明與習知修整器之尖點高度差與工作顆粒數的比較圖。

圖4係本發明與習知修整器之第一高點與第二高點之高度差(微米)與刮痕數的比較圖。

圖5係本發明與習知修整器所造成的刮痕數與移除率的比較圖。

圖6係本發明與習知修整器之修整器使用時間與移除率的比較圖。

圖7係本發明與習知修整器之拋光晶圓數與移除率的比較圖。

圖8係本發明化學機械平坦化製程之示意圖。

圖9係研磨顆粒之示意圖。

Claims (36)

1. 一種組合式修整器，包括：一底部基板；複數個研磨單元，係設置於該底部基板之表面，每一研磨單元包括複數個研磨尖點、以及一固定該些研磨尖點之結合劑層；以及一厚度可調節之黏著劑層，係固定該些研磨單元於該底部基板之表面，其中，該些研磨尖點中突出一預定平面之第一高點與第二高點之高度差小於10微米，第一高點與第十高點之高度差小於20微米，第一高點與第一百高點之高度差小於40微米，且該第一高點突出該結合層之高度大於50微米；其中，於一百顆高度最高之該些研磨尖點中，50%以上的研磨尖點之結晶面覆蓋率係低於80%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，用於修整一拋光墊之該些研磨尖點佔研磨尖點總數之1%以上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨單元覆蓋該底部基板之面積佔該底部基板一表面總面積之40%以下。
4. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨單元係於該底部基板上排列成單圈、雙圈、多圈、放射狀或螺旋狀。
5. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，進行修整時，至少有一千個以上之研磨尖點會接觸一拋光墊。
6. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨尖點之材質係鑽石、立方氮化硼(cubic boron nitride，CBN)或其組合。
7. 如申請專利範圍第6項所述之組合式修整器，其中，該鑽石係為化學沉積鑽石、聚晶鑽石或其組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，於一百顆高度最高之該些研磨尖點中，50%以上的研磨尖點之結晶面覆蓋率係低於50%。
9. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，每一研磨單元更包括一單元基板，且該結合劑層係設於該單元基板表面與該些研磨尖點之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該結合劑層係一焊料層、一電鍍層、一燒結層、或一樹脂層。
11. 如申請專利範圍第10項所述之組合式修整器，其中，每一研磨單元更包括：一金屬覆蓋層，其係覆蓋於該結合劑層表面，且該金屬覆蓋層之材質係選自由Ni、Cr、鈀、Co、鉑、Au、Ti、Cu、W及其合金所組群組之至少一者。
12. 如申請專利範圍第11項所述之組合式修整器，其中，每一研磨單元更包括：一保護層，其係覆蓋於該金屬 覆蓋層表面，且該保護層之材質係為鈀、鉑、碳化矽、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋯、類鑽碳(diamond-like carbon，DLC)或其組合。
13. 如申請專利範圍第10項所述之組合式修整器，其中，該焊料層包含1重量百分比以上選自由Cr、B、P、Ti及其合金所組群組之至少一者、包含50重量百分比以上選自由Ni、Cu及其合金所組群組之至少一者、或其組合。
14. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨單元可為圓盤狀、輻射狀或多邊形狀。
15. 如申請專利範圍第14項所述之組合式修整器，其中，該圓盤狀之直徑係介於5至30毫米之範圍。
16. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該底部基板係為圓盤狀且其直徑係介於80至120毫米之範圍。
17. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨尖點之粒徑大小係介於100至500微米之範圍。
18. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該厚度可調整之黏著劑層之材質係為一有機黏著劑。
19. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨尖點係圖案化排列於該單元基板，或該些研磨尖點形成複數個團簇，且該些團簇圖案化排列於該單元基板，其中，每一團簇係由二至六個研磨尖點所構成。
20. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨單元之間的間距係不窄於0.1毫米。
21. 如申請專利範圍第20項所述之組合式修整器，其中，該間距係大於0.5毫米。
22. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中，該些研磨單元之底面該黏著劑層之厚度範圍在0.6毫米以下。
23. 如申請專利範圍第22項所述之組合式修整器，其中，該些研磨單元之頂面高出該厚度可調節之黏著劑層表面係1毫米以上。
24. 一種組合式修整器之製造方法，包括以下步驟：設置一第二模具於一第一模具上，其中，該第二模具具有複數個孔洞；於該第二模具之每一孔洞中設置一研磨單元，其中，每一研磨單元包括複數個研磨尖點、以及一固定該些研磨尖點之結合劑層；形成一厚度可調整之黏著劑層，以固定該些研磨單元於一底部基板；以及移除該第一模具與該第二模具，以形成一組合式修整器，其中，該些研磨尖點中突出一預定平面之第一高點與第二高點之高度差小於10微米，第一高點與第十高點之高度差小於20微米，第一高點與第一百高點之高度差小於40微米，且該第一高點突出該結合層之高度大於50微米；其中，於該第二模具設置於該第一模具上之前，更包括以下步驟：形成一臨時黏著層於該第一模具表面，設置 該第二模具於該臨時黏著層表面，使該臨時黏著層夾置於該第二模具與該第一模具之間。
25. 如申請專利範圍第24項所述之組合式修整器之製造方法，於移除該第二模具之後，更包括以下步驟：移除該臨時黏著層。
26. 如申請專利範圍第24項所述之組合式修整器之製造方法，其中，該些研磨單元之一側具有該些研磨尖點，且該厚度可調整之黏著劑層係設置於該側之相反側。
27. 如申請專利範圍第26項所述之組合式修整器之製造方法，其中，設置於該些孔洞之該些研磨單元，係以該些研磨尖點接觸該第一模具。
28. 如申請專利範圍第27項所述之組合式修整器之製造方法，於移除該第二模具及該第一模具之後，更包括以下步驟：形成一模封膠層，以固定該些研磨單元。
29. 如申請專利範圍第24項所述之組合式修整器之製造方法，其中，該第二模具之該些孔洞係排列於該第二模具之外環。
30. 如申請專利範圍第29項所述之組合式修整器之製造方法，其中，該第二模具之該些孔洞係於該第二模具之外環構成12個孔洞。
31. 一種化學機械平坦化(chemical-mechanical Planaization，CMP)製程，包括以下步驟：提供一拋光墊； 設置一晶圓於該拋光墊表面，使其與該拋光墊相互研磨；以及使用一修整器，其設置於該拋光墊表面，移除該晶圓研磨後之碎屑，其中，該修整器係如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器。
32. 如申請專利範圍第31項所述之化學機械平坦化製程，其係可應用於邏輯晶片(logic device)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、快取記憶體(flash memory)或硬碟(hard drive)之製作。
33. 如申請專利範圍第31項所述之化學機械平坦化製程，其中，該晶圓的直徑係為200毫米、300毫米或450毫米。
34. 如申請專利範圍第31項所述之化學機械平坦化製程，其中，該晶圓表面具有IC線路寬度小於或等於45奈米。
35. 如申請專利範圍第34項所述之化學機械平坦化製程，其中，該晶圓表面具有IC線路寬度小於或等於28奈米。
36. 如申請專利範圍第35項所述之化學機械平坦化製程，其中，該晶圓表面具有IC線路寬度小於或等於22奈米。