TWI825565B - 研磨修整器 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種研磨修整器，包括一器件基底、多個研磨顆粒以及一金屬基多層結構。所述器件基底具有一研磨面，多個所述研磨顆粒分布於所述研磨面上，所述金屬基多層結構形成於所述研磨面上，且具有多個凸狀物以分別固定住多個所述研磨顆粒，其中每一個所述研磨顆粒具有一被對應的所述凸狀物共形包覆的內端部以及一外露於對應的所述凸狀物的外端部。藉此，能夠減少研磨顆粒結合材料的用量，並同時兼顧研磨修整器的使用效能和可靠度。
Description
本發明涉及一種研磨器具，特別是涉及一種研磨修整器，可用於晶圓研磨墊的修整。
在半導體製程中，晶圓上不斷的經過沉積、曝光、顯影與蝕刻，以形成一層層的微電路；若每層微電路都凹凸不平，勢必會影響層間的疊加，因此須達到相當程度的平坦化，才有辦法製作出性能佳的積體電路。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是半導體製程中常見的平坦化技術之一，其是利用研磨墊(Pad)對晶圓(或其他半導體元件)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力將晶圓表面之雜質或不平坦結構移除。而當研磨墊使用一段時間後，研磨過程產生的磨屑容易積滯於研磨墊之表面，造成研磨效果及效率降低，此時須利用修整器(Conditioner)對研磨墊之表面進行修整，使研磨墊維持在最佳的使用狀態。
修整器是藉由研磨顆粒來發揮作用，一般是利用結合層來將研磨顆粒抓牢而有效地固定於修整器的基底上。一旦結合層無法將研磨顆粒抓牢，在修整過程中容易發生研磨顆粒掉落；另外，雖然增加結合層的厚度可以提高對研磨顆粒與基底的結合力，但這樣一來便會增加結合層材料的消耗，並將增加廢料的產生。
本發明著重於減少研磨顆粒結合材料的用量，所採用的技術手段是：利用電鍍方式形成一金屬基多層結構，將研磨顆粒固定在研磨面上。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種研磨修整器，其包括一器件基底、多個研磨顆粒以及一金屬基多層結構。所述器件基底具有一研磨面，多個所述研磨顆粒分布於所述研磨面上，所述金屬基多層結構形成於所述研磨面上，且具有多個凸狀物以分別固定住多個所述研磨顆粒，其中每一個所述研磨顆粒具有一被對應的所述凸狀物共形包覆的內端部以及一外露於對應的所述凸狀物的外端部。
在本發明的一實施例中，每一個所述凸狀物的一最小寬度與所包覆的所述研磨顆粒的一平均粒徑的比值為0.5-5：10。
在本發明的一實施例中，每一個所述研磨顆粒的所述外端部的高度小於其總高度的40%。
在本發明的一實施例中，在所述基底的所述研磨面與所述金屬基多層結構的多個所述凸狀物之間形成有多個凹陷區域，且多個所述凹陷區域界定出研磨液與磨屑的流動空間。
在本發明的一實施例中，所述金屬基多層結構包括一或多個鎳基層、一或多個銅基層或它們的任意組合。
在本發明的一實施例中，所述金屬基多層結構由內向外包括一第一鎳基層、一銅基層以及一第二鎳基層。
在本發明的一實施例中，所述金屬基多層結構由內向外包括一第一銅基層、一第二銅基層以及一鎳基層。
在本發明的一實施例中，所述金屬基多層結構由內向外包括一第一鎳基層、一第一銅基層、一第二銅基層、一第三銅基層以及一第二鎳基
層。
在本發明的一實施例中，多個所述研磨顆粒是選自於鑽石研磨粒、立方氮化硼研磨粒或它們的組合。
本發明的其中一有益效果在於，本發明的研磨修整器，其能通過“所述金屬基多層結構形成於所述研磨面上，且具有多個凸狀物以分別固定住多個所述研磨顆粒，其中每一個所述研磨顆粒具有一被對應的所述凸狀物共形包覆的內端部以及一外露於對應的所述凸狀物的外端部”的技術手段，以減少研磨顆粒結合材料的用量，進而減少廢料的產生，並同時兼顧研磨修整器的使用效能和可靠度。更進一步來說，本發明的研磨修整器可用於對晶圓研磨墊進行修整，且在修整過程中碎屑不易在研磨修整器的研磨面上堆積而影響加工精度。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
1:研磨修整器
11:器件基底
110:研磨面
110a:第一研磨面
110b:第二研磨面
12:研磨顆粒
121:內端部
122:外端部
13:金屬基多層結構
13a:凸狀物
131a:第一鎳基層
131b:第二鎳基層
132a:第一銅基層
132b:第二銅基層
132c:第三銅基層
D:平均粒徑
W:最小寬度
R:凹陷區域
圖1為本發明的研磨修整器的其中一結構示意圖。
圖2為本發明的研磨修整器的另外一結構示意圖。
圖3為圖1中III部分的其中一局部放大圖。
圖4為圖1的III部分的另外一局部放大圖，顯示金屬基多層結構的另外一種組成。
圖5為本發明的研磨修整器的局部區域的電子掃描顯微鏡照片。
圖6為本發明的研磨修整器的變化實施方式的結構示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“研磨修整器”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過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也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1及圖2，顯示本發明的研磨修整器1的主要實施方式的構造。如圖1及圖2所示，本發明的研磨修整器1包括一器件基底11、多個研磨顆粒12及一金屬基多層結構13。器件基底11具有一研磨面110，多個研磨顆粒12分布於研磨面110上，金屬基多層結構13形成於研磨面110上，且具有多個凸狀物以分別固定住多個研磨顆粒12。其中每一個研磨顆粒12具有一被對應的凸狀物13a共形包覆的內端部121及一外露於對應的凸狀物13a的外端部122。本文中術語“共形”指的是凸狀物13a的垂直厚度或其他特徵根據所包覆的研磨顆粒12的內端部121的外形輪廓而變化。
本發明的研磨修整器1可用於晶圓研磨墊(拋光墊)的修整，以維持高拋光效率並提高晶圓的良率，但並不以此為限。下文中將配合圖式來描述器件基底11、研磨顆粒12與金屬基多層結構13的技術細節。
器件基底11可為一金屬基板或一覆金屬層的基板，以提供良好的支撐性和導電性。作為金屬基板，可舉出不鏽鋼基板；作為覆金屬層的基板，可舉出覆金屬層的陶瓷基板。然而，本發明不以上述所舉的例子為限。
又，器件基底11的形狀可為圓盤狀或其他幾何形狀，器件基底11的厚度可依據實際應用的需要而任意變化。
多個研磨顆粒12可選自於微米(micro)等級或奈米(nano)等級的鑽石研磨粒、立方氮化硼研磨粒或它們的組合，且多個研磨顆粒12可以尖端朝上的方式分布於器件基底11的研磨面110上，其中顆粒尖端的外形可為刀刃狀、圓錐狀、圓柱狀、角錐狀或角柱狀。實際應用時，多個研磨顆粒12可以呈規則排列或不規則排列分布，且可具有相同或不同的尖端方向性。以上所述只是可行的實施方式，而非用以限制本發明。
請配合參閱圖3至圖5，金屬基多層結構13是利用電鍍方式形成於器件基底11的研磨面110上，其中凸狀物13a包覆住研磨顆粒12的內端部121外側。為了同時達到良好的包覆固定效果與所需的研磨性能，凸狀物13a的包覆厚度(凸狀物13a的寬度)需達到一定程度，且研磨顆粒12的露出率(研磨顆粒12的露出高度)需達到一定比例。若凸狀物13a的包覆厚度未達到一定程度，將導致凸狀物13a對研磨顆粒12的包覆不足，而在研磨過程中容易發生顆粒掉落的問題；另一方面，若研磨顆粒12的露出率未達到一定比例，將導致研磨性能變差。較佳地，每一個凸狀物13a的最小寬度W與所包覆的研磨顆粒12的平均粒徑D的比值為0.5-5：10，且每一個研磨顆粒12的外端部122的高度小於其總高度的40%。關於研磨顆粒12的粒徑、凸狀物13a的包覆厚度(寬度)與凸狀物13a的露出高度，可藉由本領域技術人員慣常使用的方法量測或分析得到。
從導電性、包覆性、結合強度、物理性能、相容性等方面綜合考量，金屬基多層結構13可為一銅鎳基多層結構，即金屬基多層結構13包括一或多個鎳基層、一或多個銅基層或它們的任意組合。更進一步來說，金屬基多層結構13可為三層結構，如圖3所示，其由內向外可包括一第一鎳基層131a、一第一銅基層132a及一第二鎳基層131b，或者可包括一第一銅基層
132a、一第二銅基層132b及一第一鎳基層131a。另外，金屬基多層結構13也可為五層結構，如圖4所示，其由內向外可包括一第一鎳基層131a、一第一銅基層132a、一第二銅基層132b、一第三銅基層132c及一第二鎳基層132b。以上所述只是可行的實施方式，而非用以限制本發明。
實際應用時，金屬基多層結構13可以是對器件基底11的研磨面110連同多個研磨顆粒12一起進行多階段電鍍處理而形成。多階段電鍍處理可使用一連續式電鍍設備並在預定的操作條件(如溫度、電流密度等)下來實施，其中各階段可採用相同配方或不同配方的鍍液。舉例來說，在圖4所示的實施例中，各鍍層可採用表1中所示的條件來形成。
請複參閱圖1，根據實際需要，如為了提高加工精度，在器件基底11的研磨面110與金屬基多層結構13的多個凸狀物13a之間可形成有多個凹陷區域R，其中多個凹陷區域R界定出研磨液與碎屑的流動空間；這樣一來，在修整過程中碎屑就不容易在研磨面110上發生堆積。需要說明的是，兩個相鄰的凸狀物13a可以彼此分開或彼此緊鄰，本發明對此並無特別限制。
請參閱圖6，顯示本發明的研磨修整器1另外一種可行的實施方式的構造。如上述圖式所示，考慮到可兩面使用的需求，本發明的研磨修整器1可進一步設置為：器件基底11具有相對的一第一研磨面110a及一第二研磨
面110b，其中第一研磨面110a及第二研磨面110b上均有多個研磨顆粒12分布，且第一研磨面110a及第二研磨面110b上各形成有一金屬基多層結構13，以使兩面上的多個研磨顆粒12與器件基底11牢固地結合成一體。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明的研磨修整器，其能通過“所述金屬基多層結構形成於所述研磨面上，且具有多個凸狀物以分別固定住多個所述研磨顆粒，其中每一個所述研磨顆粒具有一被對應的所述凸狀物共形包覆的內端部以及一外露於對應的所述凸狀物的外端部”的技術手段，以減少研磨顆粒結合材料(鍍料)的用量，進而減少廢料的產生，並同時兼顧研磨修整器的使用效能和可靠度。更進一步來說，本發明的研磨修整器可用於對晶圓研磨墊進行修整，且在修整過程中碎屑不易在研磨修整器的研磨面上堆積而影響加工精度。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1:研磨修整器
11:器件基底
110:研磨面
12:研磨顆粒
121:內端部
122:外端部
13:金屬基多層結構
13a:凸狀物
R:凹陷區域
Claims (7)
- 一種研磨修整器，包括：一器件基底，具有第一研磨面；多個研磨顆粒，分布於所述第一研磨面上；以及一金屬基多層結構，利用電鍍方式形成於所述第一研磨面上，其中所述金屬基多層結構具有多個凸狀物以分別固定住多個所述研磨顆粒；其中，每一個所述研磨顆粒具有一被對應的所述凸狀物共形包覆的內端部以及一外露於對應的所述凸狀物的外端部；每一個所述凸狀物的一最小寬度與其所包覆的所述研磨顆粒的一平均粒徑的比值為0.5-5：10；其中，所述金屬基多層結構由內向外依次包括第一鎳基層、銅基層及第二鎳基層，或者由內向外依次包括第一銅基層、第二銅基層及鎳基層，或者由內向外依次包括第一鎳基層、第一銅基層、第二銅基層、第三銅基層及第二鎳基層。
- 如請求項1所述的研磨修整器，其中，每一個所述研磨顆粒的所述外端部的高度小於其總高度的40%。
- 如請求項1所述的研磨修整器，其中，在所述器件基底的所述第一研磨面與所述金屬基多層結構的多個所述凸狀物之間形成有多個凹陷區域，且多個所述凹陷區域界定出研磨液與磨屑的流動空間。
- 如請求項1所述的研磨修整器，其中，所述器件基底具有與所述第一研磨面相對的第二研磨面，所述研磨修整器包括另外多個分布於所述第二研磨面上的研磨顆粒及另外一形成於 所述第二研磨面上的金屬基多層結構，且所述另外一金屬基多層結構具有另外多個凸狀物以分別固定住所述另外多個研磨顆粒。
- 如請求項4所述的研磨修整器，其中，所述器件基底為一金屬基板或一覆金屬基板。
- 如請求項5所述的研磨修整器，其中，所述器件基底呈圓盤狀。
- 如請求項1所述的研磨修整器，其中，多個所述研磨顆粒是選自於鑽石研磨粒、立方氮化硼研磨粒或它們的組合。
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