TWI590914B - A chemical mechanical polishing dresser to adjust the height of the abrasive particles - Google Patents

Description

一種可調整研磨顆粒突出高度之化學機械研磨修整器

本發明為有關一種化學機械研磨修整器，尤指一種可調整研磨顆粒突出高度之化學機械研磨修整器。

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具有複數研磨顆粒的研磨墊(或拋光墊)對一晶圓表面進行研磨，且該些研磨顆粒係經過高度調整，使該研磨墊的修整精密度提高。

如中華民國發明專利公告第562719號，提出一種能個別調整一磨粒的修整盤，將每一顆獨立的磨粒分別以焊材焊在一根金屬桿的桿頂端面上。如果在桿頂端面上預設一凹槽，還可將該磨粒依其晶形以特定的方向固定後焊牢。由於該磨粒乃焊在金屬桿上，所以金屬盤並不需要加熱，因此其加工精度可以保持。這時將焊好的金屬桿分別插入金屬盤的特定位置銷孔內就可控制磨粒的分佈。

另可參中華民國發明專利公開第201532734號，提出一種高性能化學機械研磨修整器，包括一基板、一結合層以及複數個研磨顆粒，該結合層係設置於該基板上，該些研磨顆粒係藉由該結合層以直接固定於該基板上，或者，每一研磨顆粒係設置於一金屬固定座上，且該基板具有複數個凹槽或複數個貫穿孔，使該金屬固定座容置於該些凹槽或該些貫穿孔中，且該金屬固定座藉由該結合層以固定於該基板上，其中，該研磨顆粒係經由一表面加工處理，使該研磨顆粒具有特定之切削刃角、晶形結構、尖端高度、及尖端方向性，或者，該研磨顆粒係未經加工處理之研磨顆粒。

此外，本案申請人所提出申請的中華民國發明專利申請第104117686號，提出一種化學機械研磨修整器，包含一基板以及複數研磨單元，該基板具有一水平頂面，該些研磨單元設於該基板之該水平頂面，包含一研磨單元基板、一研磨層以及一結合層，該研磨單元基板具有相對的一上表面和一下表面，該研磨層形成於該上表面並具有複數研磨尖端，該結合層形成於該下表面與該基板之間並於面向該下表面之一面形成一斜面。其中該些研磨單元更包含一墊設件，該墊設件設於該基板之該水平頂面並墊設於該下表面之一側，且該結合層形成於該下表面、該墊設件與該水平頂面之間並於面向該下表面之一面形成該斜面。

又可參中華民國發明專利公告第I228066號，提出一種研磨布用修整器，是在可旋轉的金屬台的表面形成有修整面之研磨布用修整器，其特徵為：在上述修整面，朝其周方向並排設置有複數個磨石顆粒群，在上述金屬台，設置有能調節全部或一部分的磨石顆粒群中以多數個磨石顆粒的前端所分別形成的基準面之上述修整面的高低差之調節機構。上述調節機構係由位在表面固著有磨石顆粒群，可上下滑動自如地嵌入到上述金屬台的表面所開口之凹部之基台、及設置在該基台的背面，螺合在從上述金屬台之凹部的底面貫穿到該金屬台的背面側之螺絲孔之調節用螺絲、及利用該調節用螺絲來調節固著在上述基台的磨石顆粒群之基準面的高度位置。

於以上先前技術之中，中華民國發明專利公告第562719號係先將每一顆獨立的磨粒分別以焊材焊在一根金屬桿的桿頂端面上，再將該金屬桿插入該金屬盤的孔內，並將金屬盤反扣在該平板上以用於調整該磨粒的頂點高度，待頂點高度調整完畢後，再透過黏結材料將該金屬桿黏固於該金屬盤上，然固定後的該磨粒即無法再次進行高度調整；中華民國公開第201532734號則將該些研磨顆粒或者將載有該研磨顆粒的該金屬固定座藉由該結合層直接固定於該基板上，此作法與前一個先前技術類似，固定後無法再對高度進行調整；而中華民國專利申請第104117686號係先透過該墊設件來調整該研磨尖端的高度，調整完畢後再於該基板的該水平頂面與該研磨單元基板的該下表面之間形成該結合層，用於將該研磨單元牢固於該基板上，此案也同樣有前述固定後無法再對高度進行調整的問題。

另中華民國發明專利公告第I228066雖揭示可透過旋轉該調節用螺絲而調整該磨石顆粒群的該高度差，然該調節機構部分外露於該金屬台外，因此於研磨過程中易使該磨石顆粒群或該調節機構從該金屬台上脫落，造成修整穩定性不佳的問題，且該調節機構係直接設置於該金屬台上，並無任何緩衝機構來緩衝研磨時所造成的衝擊力，易於研磨過程中造成該金屬台、該調節機構或該磨石顆粒群的毀損，另外，當要更換該些磨石顆粒群時，需連同該調節機構一併更換，使耗材成本相對提高。

綜上可知，傳統的化學機械研磨修整器，對於調整研磨顆粒突出高度之技術，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對於研磨顆粒突出高度調整技術有待改進的問題。

為達上述目的，本發明提供一種可調整研磨顆粒突出高度之化學機械研磨修整器，包括一基座、複數個研磨單元、複數個緩衝單元以及複數個調整單元，該基座具有一上表面以及複數個貫穿於該上表面的容置槽，該容置槽分別具有一鄰近該上表面的開口以及一遠離該上表面的螺紋壁，該研磨單元容置於該容置槽，包括一承載柱以及一設置於該承載柱上的研磨顆粒，該研磨顆粒具有一突出該開口的尖端以及一自該尖端朝該承載柱延伸的擴大部，該緩衝單元容置於該容置槽，包括一設置於該開口的彈性擋止件，該彈性擋止件具有一中空，該中空的內徑介於該尖端和該擴大部之間，該調整單元容置於該容置槽，包括一和該螺紋壁螺合並承載該承載柱以調整該尖端突出至遠離該開口的一突出高度的螺絲件。

於一實施例中，該彈性擋止件為一橡膠O形環。

於一實施例中，該緩衝單元更包括一設置於該承載柱與該調整單元之間的彈性緩衝件。

於一實施例中，該彈性緩衝件為一矽膠墊。

於一實施例中，該基座更包括複數個擋止壁，該擋止壁凸設於該容置槽的該開口處且具有一小於該容置槽的一第一內徑的第二內徑。

於一實施例中，該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，該研磨單元更包括一形成於該承載柱與該研磨顆粒之間且將該研磨顆粒固定於該承載柱上的結合層。

於一實施例中，該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，該突出高度為介於10μm至500μm之間。

於一實施例中，該調整單元遠離該承載柱的一端具有一卡槽，該卡槽的形狀擇自於六角狀、一字狀及十字狀所組成之群組。

於一實施例中，該承載柱設置於該容置槽內，且該研磨顆粒受該彈性擋止件的阻擋而部分突出於該容置槽外。

於一實施例中，該突出高度小於該研磨顆粒的一高度。

綜上所述，本發明相較於習知技藝可達到之功效在於，本發明係利用該調整單元來調整該研磨顆粒的該尖端突出於該開口的該突出高度，於使用過程中，當部分或特定的該研磨顆粒群磨耗到一定程度，可藉由該調整單元調整該突出高度，以提供高度補償，維持修整器的效能；其次，縱使在生產完成後、使用過程中或是依據不同的應用需求，皆可彈性地調整該突出高度，且因設置有該彈性擋止件，該研磨單元以及該調整單元係受該彈性擋止件的阻擋，當於修整過程中，該研磨單元以及該調整單元將不易脫落，使修整時的穩定性提高；另因設置該緩衝單元於該容置槽中，當該研磨顆粒接觸待修整工件時，可以提供緩衝效果以降低損壞率。又，由於該研磨單元與該調整單元係以獨立方式設置，故當特定的該研磨單元磨耗或損壞時，只要單獨更換該研磨單元即可，大幅降低成本。

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中該化學機械研磨修整器俯視示意圖、『圖1』的A-A方向剖面示意圖以及本發明一實施例的結構分解示意圖，本發明為一種可調整研磨顆粒突出高度之化學機械研磨修整器，包括一基座10、複數個研磨單元20、複數個緩衝單元30以及複數個調整單元40，該基座10具有一上表面101、複數個容置槽102以及複數個擋止壁103，該容置槽102貫穿於該上表面101且具有一第一內徑，分別包括一鄰近該上表面101的開口1021以及一遠離該上表面101的螺紋壁1022，該擋止壁103凸設於該容置槽102的該開口1021處且具有一小於該第一內徑的第二內徑，於本發明之一實施例中，該基座10的材質為不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料、陶瓷材料或上述組合。

該研磨單元20容置於該容置槽102，分別包括一承載柱21以及一設置於該承載柱21上的研磨顆粒22，該研磨顆粒22具有一突出該開口1021的尖端221以及一自該尖端221朝該承載柱21延伸的擴大部222，該研磨顆粒22可選用人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石或立方氮化硼。於本發明一實施例中，該承載柱21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。於本實施例中，該研磨單元20更包括一結合層23，形成於該承載柱21與該研磨顆粒22之間且將該研磨顆粒22固定於該承載柱21上，該結合層23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，該基座10以及該承載柱21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。

該緩衝單元30容置於該容置槽102，包括一設置於該開口1021的彈性擋止件31，該彈性擋止件31具有一中空，該中空的內徑介於該尖端221和該擴大部222之間。於本實施例中，該研磨單元20的該研磨顆粒22穿設於該彈性擋止件31的該中空，以使該彈性擋止件31受該擋止壁103壓制而固定於該承載柱21和該擋止壁103之間。有關該彈性擋止件31的設置方式，本發明並不以前述為限，舉例來說，於另一實施例中，可於該容置槽102靠近該開口1021的位置設置一凹槽，使該彈性擋止件31的一外環部固設於該凹槽內；於另一實施例中，可透過一黏著劑將該彈性擋止件31的該外環部黏合於該容置槽102靠近該開口1021的位置。此外，於本實施例中，該緩衝單元30更包括一彈性緩衝件32，設置於該承載柱21與該調整單元40之間，其中該彈性擋止件31可為一橡膠O形環(O-ring)，該彈性緩衝件32可為一矽膠墊。

該調整單元40容置於該容置槽102的底部，包括一螺絲件41，該螺絲件41和該螺紋壁1022螺合並承載該承載柱21以調整該尖端221突出至遠離該上表面101的一突出高度，其中該突出高度為介於10μm至500μm之間，該突出高度小於該研磨顆粒22的一高度。於本實施例中，該螺絲件41遠離該承載柱21的一端具有一卡槽，該卡槽的形狀可為六角狀、一字狀或十字狀，藉此使用者可利用工具插入該卡槽而轉動該螺絲件41。

請搭配參閱『圖4』及『圖5』所示，分別為本發明一實施例中該研磨顆粒具有該第一突出高度的示意圖以及本發明一實施例中該研磨顆粒具有該第二突出高度的示意圖，在組裝完成後，可將該螺絲件41往該開口1021的方向移動，推動該承載柱21向上，使該研磨顆粒22的該尖端221穿過該彈性擋止件31，其中，該研磨顆粒22將受該彈性擋止件31的阻擋而部分突出一第一突出高度h1於該容置槽102外，如『圖4』所示；欲再調整該突出高度時，讓該螺絲件41往該開口1021的方向進一步移動，使該彈性擋止件31和該彈性緩衝件32的厚度壓縮，而令該尖端221於該上表面101突出一第二突出高度h2，如『圖5』所示。於實際應用，可由一荷重控制來決定每一個該研磨顆粒22的該尖端221於該上表面101所突出的該突出高度，例如控制該調整單元40的鎖合磅數。

請搭配參閱『圖6』及『圖7』所示，分別為本發明一實施例中該研磨顆粒磨耗後的示意圖以及本發明一實施例中補償磨耗後該研磨顆粒高度的示意圖，於研磨過程中該些研磨顆粒22會有磨耗的產生，以『圖4』之實施例作為基礎，部分的該研磨顆粒22的該尖端221於該上表面101所突出的該第一突出高度h1被磨耗至一第三突出高度h3，該第三突出高度h3小於該第一突出高度h1，如『圖6』所示。此時修整效率將因該些研磨顆粒22具有突出高度差異而受影響，藉由控制該螺絲件41以調整該尖端221的該突出高度，使磨耗較多的該些研磨顆粒22的該尖端221的該第三突出高度h3再次調整至該第一突出高度h1，如『圖7』所示。

綜上所述，由於該調整單元可調整該研磨顆粒的該尖端突出於該開口的該突出高度，於使用過程中，當部分或特定的該研磨顆粒群磨耗到一定程度，可藉由該調整單元調整該突出高度，以提供高度補償，維持修整器的功能；且縱使在生產完成後、使用過程中或是依據不同的應用需求，皆可彈性地調整該突出高度，且因設置有該彈性擋止件，該研磨單元以及該調整單元係受該彈性擋止件的阻擋，當於修整過程中，該研磨單元以及該調整單元將不易脫落，使修整時的穩定性提高，另因設置該緩衝單元於該容置槽中，當該研磨顆粒接觸待修整工件時，可以提供緩衝效果以降低損壞率，且該緩衝單元使該研磨單元穩固地保持在該容置槽內，可防止該研磨單元研磨時產生一自轉效應而脫落，另一方面，該緩衝單元更提供該調整單元對該研磨單元推進時的緩衝效果，以使該研磨單元具有微調的功效。又，由於該研磨單元與該調整單元係以獨立方式設置，故當特定的該研磨單元磨耗或損率時，只要單獨更換該研磨單元即可，大幅降低耗材成本。

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。

10‧‧‧基座

101‧‧‧上表面

102‧‧‧容置槽

103‧‧‧擋止壁

1021‧‧‧開口

1022‧‧‧螺紋壁

20‧‧‧研磨單元

21‧‧‧承載柱

22‧‧‧研磨顆粒

221‧‧‧尖端

222‧‧‧擴大部

23‧‧‧結合層

30‧‧‧緩衝單元

31‧‧‧彈性擋止件

32‧‧‧彈性緩衝件

40‧‧‧調整單元

41‧‧‧螺絲件

h1‧‧‧第一突出高度

h2‧‧‧第二突出高度

h3‧‧‧第三突出高度

『圖1』，為本發明一實施例中，該化學機械研磨修整器俯視示意圖。 『圖2』，為『圖1』的A-A方向剖面示意圖。 『圖3』，為本發明一實施例的結構分解示意圖。 『圖4』，為本發明一實施例中，該研磨顆粒具有該第一突出高度的示意圖。 『圖5』，為本發明一實施例中，該研磨顆粒具有該第二突出高度的示意圖。 『圖6』，為本發明一實施例中，該研磨顆粒磨耗後的示意圖。 『圖7』，為本發明一實施例中，補償磨耗後該研磨顆粒高度的示意圖。

10‧‧‧基座

101‧‧‧上表面

102‧‧‧容置槽

103‧‧‧擋止壁

1021‧‧‧開口

1022‧‧‧螺紋壁

20‧‧‧研磨單元

21‧‧‧承載柱

22‧‧‧研磨顆粒

221‧‧‧尖端

222‧‧‧擴大部

23‧‧‧結合層

30‧‧‧緩衝單元

31‧‧‧彈性擋止件

32‧‧‧彈性緩衝件

40‧‧‧調整單元

41‧‧‧螺絲件

Claims (12)

1. 一種可調整研磨顆粒突出高度之化學機械研磨修整器，包括：一基座，該基座具有一上表面以及複數個貫穿於該上表面的容置槽，該容置槽分別具有一鄰近該上表面的開口以及一遠離該上表面的螺紋壁；複數個研磨單元，容置於該容置槽，該研磨單元分別包括一承載柱以及一設置於該承載柱上的研磨顆粒，該研磨顆粒具有一突出該開口的尖端以及一自該尖端朝該承載柱延伸的擴大部；複數個緩衝單元，容置於該容置槽，該緩衝單元包括一設置於該開口的彈性擋止件，該彈性擋止件具有一中空，該中空的內徑介於該尖端和該擴大部之間；以及複數個調整單元，容置於該容置槽，該調整單元包括一和該螺紋壁螺合並承載該承載柱以調整該尖端突出至遠離該開口的一突出高度的螺絲件；其中該承載柱設置於該容置槽內，且該研磨顆粒受該彈性擋止件的阻擋而部分突出於該容置槽外。
2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該彈性擋止件為一橡膠O形環。
3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該緩衝單元更包括一設置於該承載柱與該調整單元之間的彈性緩衝件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨修整器，其中該彈性緩衝件為一矽膠墊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該基座更包括複數個擋止壁，該擋止壁凸設於該容置槽的該開口處且具有一小於該容置槽的一第一內徑的第二內徑。
6. 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。
7. 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。
8. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該研磨單元更包括一形成於該承載柱與該研磨顆粒之間且將該研磨顆粒固定於該承載柱上的結合層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之化學機械研磨修整器，其中該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。
10. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該突出高度為介於10μm至500μm之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該調整單元遠離該承載柱的一端具有一卡槽，該卡槽的形狀擇自於六角狀、一字狀及十字狀所組成之群組。
12. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器，其中該突出高度小於該研磨顆粒的一高度。