TWI616279B

TWI616279B - Chemical mechanical polishing dresser and manufacturing method thereof

Info

Publication number: TWI616279B
Application number: TW105124293A
Authority: TW
Inventors: 周瑞麟; 黃庭笙; 王信君; 蘇學紳
Original assignee: 中國砂輪企業股份有限公司
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US20180029192A1; JP6369768B2; TW201805117A; US10173297B2; CN107671724A; JP2018022877A

Abstract

一種化學機械研磨修整器，包含一底部基板、一中間基板以及一鑽石膜，該中間基板設置於該底部基板上，該中間基板包括一中空部、一圍繞該中空部的環形部以及至少一遠離該底部基板而自該環形部凸出的凸出環，該凸出環包括沿一環帶區域相隔排列的複數個凸塊，該凸塊係沿該中間基板之一徑向延伸，該鑽石膜設置於該中間基板上，該鑽石膜係順應該凸塊形成複數個研磨凸起。

Description

一種化學機械研磨修整器及其製造方法

本發明為有關一種化學機械研磨修整器及其製造方法，尤指一種兼具良好切削與移除能力的化學機械研磨修整器及其製造方法。

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固定在一旋轉台的研磨墊(或拋光墊)，接觸並施力於一承載在一可自旋之載具上的晶圓，於研磨時，該載具與該旋轉台將進行轉動且提供一研磨漿料至該研磨墊。一般而言，研磨所造成的碎屑與研磨漿料將累積在研磨墊中的孔洞，令研磨墊產生耗損且導致其對於晶圓的研磨效果下降，因此，係需要使用一修整器(Conditioner)移除研磨墊中殘留的碎屑與研磨漿料。

習知的化學機械研磨修整器，一種為採用鑽石顆粒作為研磨材料者，如中華民國發明專利公告第575477號，揭示一種化學機械研磨調節器，是針對於具備有支持構件、及設在上述支持構件之面上的複數個硬質砥粒的化學機械研磨調節器，其特徵為使上述複數個硬質砥粒，在上述支持構件之面上呈規則性排列，其中上述硬質砥粒為鑽石粒。另一種為採用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)鑽石者，如中華民國發明專利公開第200948533號(D5)，提出一種非平面CVD鑽石塗覆CMP墊調節件及其製造方法，主要揭示一種調節頭，包含一CVD鑽石塗覆複合物，該調節頭更包含：(a)一未塗覆基材，包含一基材表面，該基材更包含：(1)一第一相，包含至少一陶瓷材料；以及(2)一第二相，包含至少一碳化物形成材料，且其中該基材表面包含至少一凸出該基材表面的非平面修邊區域；或如中華民國新型專利公告第M275917號，提出一種用於化學機械研磨之調節盤，主要揭示一種在化學機械研磨製程中用於一研磨墊上之調節器，包含一基座結構以及複數個葉片，該基座結構具有一旋轉軸，該凸出葉片在一葉片區內由該基座結構支撐，每一個紫片係從該基座結構中心區域向外呈放射狀並切線地延伸出，該等葉片係以一共同方向延伸；或如本案申請人所申請之中華民國發明專利申請第104208835號，揭示一種化學機械研磨修整器，包含一基板以及複數個研磨單元，該基板具有一頂面，該研磨單元藉一結合層設於該基板，各研磨單元包含一研磨單元基板與一研磨層，該研磨單元基板設於該結合層相對該基板之一面，且以該基板之頂面的面積為100%，該研磨單元基板覆蓋於該基板所佔之面積為5%至50%，該研磨層形成於該研磨單元基板相對該研磨層之一面並具有複數尖端。

於以上先前技術之中，以使用鑽石顆粒的化學機械研磨修整器來說，往往因鑽石顆粒切削特性的關係，容易切破並塞入拋光墊，並進一步造成晶圓的刮傷；而以使用CVD鑽石的化學機械研磨修整器來說，原則上均包括一基座、複數個形成於該基座上的研磨單元基板以及形成於該研磨單元基板上的CVD鑽石，並以CVD鑽石做為修整之材料，其中，就該研磨單元基板的形狀論之，在中華民國發明專利公開第200948533號中，該非平面表面特徵結構可為線性或非線性線段，例如同心環、不連續或交錯同心環、螺旋、不連續螺旋、矩形、不連續矩形、不規則圖案等；或為不連續或連續同心環與螺旋、和同心環與螺旋形線段。在中華民國新型專利公告第M275917號，該彎曲葉片以輻射方向延伸，每一個葉片從一中心區域延伸至邊緣。在中華民國發明專利申請第104208835號中，研磨單元基板可為如六邊形、弧形或其他幾何形狀。針對前述使用CVD鑽石的化學機械研磨修整器之中，雖可改善切破拋光墊的問題，但並無法有效地移除雜質或切屑。由以上可知，化學機械研磨修整器之結構設計仍有待改進。

本發明的主要目的，在於解決習知使用鑽石顆粒的化學機械研磨修整器，容易切破並塞入拋光墊，而造成晶圓刮傷的問題；以及習知使用CVD鑽石的化學機械研磨修整器，無法有效地移除雜質或切屑的問題。

為達上述目的，本發明提供一種化學機械研磨修整器，包含一底部基板、一中間基板以及一鑽石膜，該中間基板設置於該底部基板上，該中間基板包括一中空部、一圍繞該中空部的環形部以及至少一遠離該底部基板而自該環形部凸出的凸出環，該凸出環包括沿一環帶區域相隔排列的複數個凸塊，該凸塊係沿該中間基板之一徑向延伸，該鑽石膜設置於該中間基板上，該鑽石膜係順應該凸塊形成複數個研磨凸起。

於一實施例中，相鄰的該研磨凸起彼此間相隔一間距，該間距為該凸塊之一寬度的1至5倍。

於一實施例中，該研磨凸起相對該中間基板之該徑向呈一弧度。

於一實施例中，該研磨凸起具有一粗糙頂面。

於一實施例中，該研磨凸起具有一平坦頂面。

於一實施例中，該中間基板為一導電材料，該導電材料擇自於鉬、鎢及碳化鎢所組成之群組。

於一實施例中，該中間基板為一非導電材料，該非導電材料為矽或單晶氧化鋁。

於一實施例中，該中間基板的材質為一導電碳化矽或一非導電碳化矽。

於一實施例中，更包括一設置於該底部基板和該中間基板之間的結合層。

於一實施例中，該凸出環具有一介於2至20之間的環圈數。

於一實施例中，相鄰的該凸出環彼此相互錯位。

於一實施例中，該底部基板係一平面基板，該中間基板設置於該平面基板上。

於一實施例中，該底部基板具有一容置該中間基板的環形容置槽。

於一實施例中，該中間基板為一圓形基板。

於一實施例中，該圓形基板包括複數個彼此鄰接的片段。

於一實施例中，更包括複數個研磨單元，該研磨單元分別包括一穿設於該底部基板的承載柱、一設置於該承載柱上的研磨顆粒以及一設置於該承載柱和該研磨顆粒之間的一磨料結合層。

於一實施例中，該研磨單元位於該底部基板的一外圍部分。

於一實施例中，該研磨單元位於該底部基板的一中央部分。

為達上述目的，本發明還提供一種化學機械研磨修整器的製造方法，包括以下步驟：

步驟1：提供一中間基板，該中間基板包括一中空部、一圍繞該中空部的環形部以及至少一自該環形部凸出的凸出環，該凸出環包括沿一環帶區域相隔排列的複數個凸塊，該凸塊係沿該中間基板之一徑向延伸；

步驟2：形成一鑽石膜於該中間基板上，該鑽石膜係順應該凸塊形成複數個研磨凸起；以及

步驟3：將該中間基板固定於一底部基板上。

於一實施例中，該中間基板的成形方法為一壓鑄法或一能量加工法。

於一實施例中，該中間基板係利用一結合層固定於該底部基板。

於一實施例中，該中間基板係利用一硬焊法固定於該底部基板。

於一實施例中，該中間基板係利用一機械結合固定於該底部基板。

和上述先前技術相較之下，例如中華民國發明專利公告第575477號，本發明因不採用鑽石顆粒，而是利用由該鑽石膜形成的該研磨凸起對拋光墊進行修整，故可降低切破拋光墊的問題，而避免晶圓遭刮傷；和中華民國發明專利公開第200948533號、中華民國新型專利公告第M275917號以及中華民國發明專利申請第104208835號相較之下，本發明利用特殊的研磨凸起的結構，能夠高效率的將切削和雜質向外排除，且在各方向的排除量一致，能有穩定的修整表現。因此，整體來說將提供優異的修整效果。此外，在製造該化學機械研磨修整器時，係先形成具有規則高低起伏的環狀凸起結構的該鑽石膜，再一次性地將該中間基板固定於該底部基板，製程上相對簡便，有利於大量生產，並降低製造成本。

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』、『圖2』與『圖3』所示，分別為本發明第一實施例的俯視示意圖、『圖1』的A-A方向剖面示意圖以及『圖1』的B-B方向側視示意圖。本發明為一種化學機械研磨修整器，包含一底部基板10、一中間基板20、一鑽石膜30以及一結合層40，該底部基板10包括一環形容置槽11以及一被該環形容置槽11圍繞的中央部分12，於本發明之一實施例中，該底部基板10的材質為不鏽鋼、金屬材料、塑膠材料、陶瓷材料或前述組合。

該中間基板20設置於該底部基板10上，於本實施例中，該中間基板20為一一體成形的圓形基板，且呈一中空環狀而設置於該環形容置槽11內，然於其他實施例中，該中間基板20可包括複數個片段，並鄰接相拼形成該圓形基板，其中，該環形容置槽11的深度亦可依照實際使用需求而調整，此處僅為舉例說明；且，於其他實施例中，該底部基板10可為一平面基板，即沒有設置該環形容置槽11，而該中間基板20設置於該底部基板10的一頂面。此外，該中間基板20的材質可以為一導電碳化矽或一非導電碳化矽。

在本發明的第一實施例中，該中間基板20包括一中空部21、一環形部22以及至少一凸出環23，該環形部22圍繞該中空部21。於本發明中，該凸出環23的環圈數可介於1至20之間，本實施例係以1環圈數做為舉例說明，該凸出環23包括複數個彼此相隔且沿一環帶區域排列的凸塊231，其中，該凸塊231係自該環形部22朝遠離該底部基板10的方向凸出，且該凸塊231沿該中間基板20之一徑向延伸。於本發明中，該徑向的定義是由該中間基板20的一中心朝該中間基板20的一外緣延伸的方向。於本實施例中，該凸塊231相對該中間基板20之該徑向呈一弧度，該凸塊231之弧度方向為逆時針，且該凸塊231之截面呈一方形，如『圖2』所示。然本發明並不限於此，於其他實施例中，該凸塊231亦可為其他幾何形狀，如梯形。本實施例中，該中間基板20透過該結合層40設置於該底部基板10上，該結合層40係一具有附著力之材料，例如樹脂，進一步來說，如環氧樹脂。

該鑽石膜30披覆於該中間基板20而順應該凸塊231形成複數個研磨凸起31，該研磨凸起31之間形成一排削通道32，換言之，該鑽石膜30乃形成一規則高低起伏的環狀凸起結構，其中，該研磨凸起31亦呈該弧度，如『圖1』所示。於本發明中，該研磨凸起31包括一頂面311，該頂面311可為一粗糙頂面或一平坦頂面。此外，於同一該環帶區域上的該研磨凸起31彼此間係相隔一間距S，該間距S可為該凸塊231之一寬度的1至5倍。

請參『圖4』和『圖5』，分別為本發明第二實施例的俯視示意圖以及『圖4』的C-C方向剖面示意圖，其中，該化學機械研磨修整器更包括複數個研磨單元50，該研磨單元50分別包括一承載柱51、一研磨顆粒52以及一磨料結合層53，該承載柱51穿設於該底部基板10，該研磨顆粒52設置於該承載柱51上，而該磨料結合層53設置於該承載柱51和該研磨顆粒52之間以將該研磨顆粒52固定於該承載柱51，於本實施例中，該研磨單元50位於該底部基板10的該中央部分12。請參『圖6』和『圖7』，分別為本發明第三實施例的俯視示意圖以及『圖6』的D-D方向剖面示意圖，本實施例與第二實施例的差異為，該研磨單元50位於該底部基板10的一外圍部分13。

請續參『圖8』和『圖9』，為本發明第四實施例的俯視示意圖以及使用示意圖，在本實施例中，該凸出環23以2環圈數做為舉例說明，包括一第一凸出環以及一第二凸出環，該第一凸出環和該第二凸出環各包括複數個彼此相隔的複數個第一凸塊以及複數個第二凸塊，該鑽石膜30披覆於該中間基板20而於該第一凸塊及該第二凸塊上對應形成複數個第一研磨凸起31a和複數個第二研磨凸起31b，並形成複數個第一排削通道32a和複數個第二排削通道32b。此外，於本實施例中，該第一研磨凸起31a和該第二研磨凸起31b彼此間形成一錯位D，且該第一研磨凸起31a和該第二研磨凸起31b的弧度方向相反，前者為逆時針，後者為順時針。請進一步參閱『圖9』，係以本實施例舉例說明該化學機械研磨修整器之排削機制，當進行修整時，該化學機械研磨修整器將因自轉而產生一向外之離心力，此時，切削和雜質將受該離心力的驅動而從該第一排削通道32a和該第二排削通道32b快速向外排除。請繼續參閱『圖10』，為本發明第五實施例的俯視示意圖，本實施例與前一實施例的差別在於，該第一研磨凸起31a和該第二研磨凸起31b的弧度方向為相同。

本發明還提供一種化學機械研磨修整器的製造方法，係對應前述的化學機械研磨修整器，請併參『圖11A』至『圖14B』，為本發明一實施例的製造流程示意圖，該方法說明如後：

先提供一中間基板20，請參『圖11A』與『圖11B』，『圖11B』為『圖11A』的E-E方向剖面示意圖，該中間基板20包括一中空部21、一圍繞該中空部21的環形部22。接著，對該中間基板20進行加工，例如採一能量加工法，該能量加工法可為一放電加工法或一雷射加工法，此處僅為舉例說明，使用者可依實際需求而選擇適當加工方法。將該中間基板20的部分移除，而使該中間基板20產生至少一凸出環23，該凸出環23包括複數個彼此相隔且沿一環帶區域排列的凸塊231，該凸塊231沿該中間基板20的徑向延伸，如『圖12A』與『圖12B』所示，『圖12B』為『圖12A』的F-F方向剖面示意圖。於本發明中，該中間基板20可為一導電材料或一非導電材料，該導電材料可為鉬、鎢、碳化鎢或前述組合，該非導電材料可為矽或單晶氧化鋁。當使用導電材料時，可配合使用該放電加工法，當使用非導電材料，可配合使用該雷射加工法。此外，除了採用前述方法成形該中間基板20的結構之外，還可以使用一壓鑄法直接於成形時得到前述結構，舉例來說，利用粉末壓出預期的形狀，再經過燒結成形。

請參『圖13A』與『圖13B』，『圖13B』為『圖13A』的G-G方向剖面示意圖，待成形該中間基板20後，將一鑽石膜30披覆於該中間基板20而順應該凸塊231形成複數個研磨凸起31，該研磨凸起31之間形成一排削通道32，於本發明中，該鑽石膜30為一化學氣相沉積法形成的鑽石薄膜，化學氣相沉積法例如熱線氣相沉積法(filament CVD)、電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)、微波電漿化學氣相沉積法(MPCVD)或其他類似之方法。然後，再利用一結合層40將該中間基板20固定於一底部基板10，如『圖14A』與『圖14B』所示，『圖14B』為『圖14A』的H-H方向剖面示意圖，於本發明中，該中間基板20和該底部基板10之間亦可使用一硬焊法或一機械結合相互固定。

綜上所述，本發明的化學機械研磨修整器因不採用鑽石顆粒，而是利用由該鑽石膜形成的該研磨凸起對拋光墊進行修整，故可降低切破拋光墊的問題，而避免晶圓遭刮傷；且，本發明的化學機械研磨修整器利用特殊的研磨凸起的結構，能夠高效率的將切削和雜質向外排除，且在各方向的排除量一致，能有穩定的修整表現。因此，整體來說將提供優異的修整效果。此外，在製造該化學機械研磨修整器時，係先形成具有規則高低起伏的環狀凸起結構的該鑽石膜，再一次性地將該中間基板固定於該底部基板，製程上相對簡便，有利於大量生產，並降低製造成本。

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：底部基板 11：環形容置槽 12：中央部分 13：外圍部分 20：中間基板 21：中空部 22：環形部 23：凸出環 231：凸塊 30：鑽石膜 31：研磨凸起 31a：第一研磨凸起 31b：第二研磨凸起 311：頂面 32：排削通道 32a：第一排削通道 32b：第二排削通道 40：結合層 50：研磨單元 51：承載柱 52：研磨顆粒 53：磨料結合層 D：錯位 S：間距

『圖1』，為本發明第一實施例的俯視示意圖。『圖2』，為『圖1』的A-A方向剖面示意圖。『圖3』，為『圖1』的B-B方向側視示意圖。『圖4』，為本發明第二實施例的俯視示意圖。『圖5』，為『圖4』的C-C方向剖面示意圖。『圖6』，為本發明第三實施例的俯視示意圖。『圖7』，為『圖6』的D-D方向剖面示意圖。『圖8』，為本發明第四實施例的俯視示意圖。『圖9』，為本發明第四實施例的使用示意圖。『圖10』，為本發明第五實施例的俯視示意圖。『圖11A』至『圖14B』，為本發明一實施例的製造流程示意圖。

Claims

一種化學機械研磨修整器，包含：一底部基板；一中間基板，設置於該底部基板上，該中間基板包括一中空部、一圍繞該中空部的環形部以及至少一遠離該底部基板而自該環形部凸出的凸出環，該凸出環包括沿一環帶區域相隔排列的複數個凸塊，該凸塊係沿該中間基板之一徑向延伸；一設置於該底部基板和該中間基板之間的結合層；以及一鑽石膜，設置於該中間基板上，該鑽石膜係順應該凸塊形成複數個研磨凸起。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中相鄰的該研磨凸起彼此間相隔一間距，該間距為該凸塊之一寬度的1至5倍。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該研磨凸起相對該中間基板之該徑向呈一弧度。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該研磨凸起具有一粗糙頂面。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該研磨凸起具有一平坦頂面。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該中間基板為一導電材料，該導電材料擇自於鉬、鎢及碳化鎢所組成之群組。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該中間基板為一非導電材料，該非導電材料為矽或單晶氧化鋁。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該中間基板的材質為一導電碳化矽或一非導電碳化矽。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該凸出環具有一介於2至20之間的環圈數。
如申請專利範圍第9項所述的化學機械研磨修整器，其中相鄰的該凸出環彼此相互錯位。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該底部基板係一平面基板，該中間基板設置於該平面基板上。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該底部基板具有一容置該中間基板的環形容置槽。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中該中間基板為一圓形基板。
如申請專利範圍第13項所述的化學機械研磨修整器，其中該圓形基板包括複數個彼此鄰接的片段。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械研磨修整器，其中更包括複數個研磨單元，該研磨單元分別包括一穿設於該底部基板的承載柱、一設置於該承載柱上的研磨顆粒以及一設置於該承載柱和該研磨顆粒之間的一磨料結合層。
如申請專利範圍第15項所述的化學機械研磨修整器，其中該研磨單元位於該底部基板的一外圍部分。
如申請專利範圍第15項所述的化學機械研磨修整器，其中該研磨單元位於該底部基板的一中央部分。
一種化學機械研磨修整器的製造方法，包括以下步驟：步驟1：提供一中間基板，該中間基板具有一表面，該中間基板包括一中空部、一圍繞該中空部的環形部以及至少一自該環形部凸出的凸出環，該凸出環包括沿一環帶區域相隔排列的複數個凸塊，該凸塊係沿該中間基板之一徑向延伸；步驟2：形成一鑽石膜於該中間基板上，該鑽石膜係順應該凸塊形成複數個研磨凸起；以及步驟3：將該中間基板的一底面固定於一底部基板上，其中，該中間基板係利用一結合層、一硬焊法、或一機械結合固定於該底部基板。
如申請專利範圍第18項所述的化學機械研磨修整器的製造方法，其中該中間基板的成形方法擇為一壓鑄法或一能量加工法。