TWM458275U - 藍寶石拋光墊修整器 - Google Patents

Description

藍寶石拋光墊修整器

    本創作係有關於一種拋光墊修整器，特別是一種利用藍寶石材料作為修整器之研磨面之藍寶石拋光墊修整器。

    按，化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是半導體器件製造工藝中一種技術，其係利用化學腐蝕及機械力對加工過程中的矽晶圓或其它襯底材料進行平坦化處理，故又被稱為化學機械平坦化。在化學機械研磨技術尚未問世前，曾有反刻、玻璃迴流、旋塗膜層等平坦化技術，但效果並不理想，直到80年代末期，IBM公司發展化學機械研磨技術，使表面平坦化達到更為精細的處理，奠定其於大規模積體電路製造中關鍵的地位。

    化學機械研磨係結合化學蝕刻與機械研磨的加工方法，其主要分為拋光與修整兩個部份。拋光係由一個用來進行晶片研磨的拋光平台(Platen)，及一個用來固定晶片的承載器(Wafer carrier)握柄與一個供應拋光液(Slurry)的裝置所組成，首先承載器利用真空將晶片吸住並且施加壓力於鋪有一層拋光墊(Polishing pad)的拋光平台上，藉由晶片承載器及拋光平台兩者同方向旋轉所產生的相對運動進行拋光加工，在拋光的同時，於晶片表面與拋光墊兩者之間加入拋光液，拋光液具有潤滑及侵蝕的作用，使晶片表面凸出部份加以移除，達到全面性平坦化的目標。修整是指利用鑲嵌入有數千顆以上的鑽石磨粒之鑽石修整器對拋光墊表面進行自轉或來回擺動，以清除磨屑及於拋光墊表面刻出溝紋，以提昇拋光墊對晶圓的摩擦阻力，進而維持拋光速率與保持晶圓乾淨；其中，修整的過程又區分為線上(In-situ)修整及離線(Ex-situ)修整兩種，所謂線上修整是指拋光的同時也進行修整的動作，而離線修整則在拋光完成後再進行修整。

    為了在拋光墊壽命期間獲得穩定的化學機械研磨性能，會使用鑽石修整器保持拋光墊表面的紋理常態，並去除拋光副產品(如磨屑)。請參閱第一A圖及第二A圖，其為習知的拋光墊修整器結構示意圖，拋光墊修整器係以鑽石磨粒B燒結或黏著於金屬基材A表面所製成。由於鑽石磨粒B裸露於金屬基材A表面之高度、外觀形狀及尺寸不一，使得鑽石磨粒B可利用率不穩定，且數以萬計之鑽石磨粒B是藉由電鍍或硬焊燒結之方式與金屬基材A結合，結合力與接觸面積大小及狀態成正相關，鑽石磨粒B與金屬基材A間存在介面間熱漲冷縮致使鑽石粒B脫落失效，另一種鑽石磨粒B脫落之模式，為金屬基材A表面塗布接著層C，並將鑽石磨粒B黏著於接著層C之表面，若接著層C遭受拋光液的腐蝕，會失去接著效果，而使鑽石磨粒B脫落。鑽石磨粒脫落的結果，會造成被加工物之局部或大面積之刮傷與破片損失。

    例如，台灣專利公告第I264345號「化學機械研磨修整器」，其在一樹脂層中具有提高的超級磨粒附著力。該CMP拋光墊包括一樹脂層、被固定在該樹脂層中以便每一超級磨粒的一外露部分從該樹脂層突出的超級磨粒，及一設置在每一超級磨粒與該樹脂層之間的金屬鍍層，其中該外露的部分實質上在該金屬鍍層之外。同沒有該金屬鍍層的超級磨粒相比，該金屬鍍層用作增強該樹脂層中該超級磨粒附著力。然而，該前案雖利用金屬鍍層加強超級磨粒附著於樹脂層之附著力，卻仍舊無法解決拋光液腐蝕樹脂層，使超級磨粒容易由修正器脫落之缺點。

    又如，台灣專利公告第I289093號「鑽石碟製程」，其步驟包括有：提供一容置單元，並於容置單元中形成一黏附層，且覆蓋一具有複數個網目之鏤空件於黏附層上，將複數個鑽石顆粒佈植於鏤空件上並嵌入於鏤空件之網目中，而使鑽石顆粒黏附於黏附層上，接著灌注一樹脂材料於容置單元中，以使鑽石顆粒固著於樹脂材料，最後將樹脂材料連同鑽石顆粒由容置單元中脫離，而得到鑽石顆粒均勻分布且取向一致的鑽石碟基座。然而，該方法係將鑽石顆粒附於黏附層，並灌注樹脂材料以固著鑽石顆粒，當樹脂材料接觸拋光液，與其反應後會受到腐蝕，鑽石顆粒即會脫落，而造成被加工物(如晶圓片)刮傷或破片。

    因此，如何製造具有均一性、避免因鑽石磨粒與金屬基材之熱膨脹係數不同及接著層受拋光液腐蝕，導致加工過程中鑽石脫落、被加工物損失，且適用長時間與拋光墊磨擦修整、可精確掌控磨粒狀態、提升化學機械拋光製程良率與可靠度之拋光墊修整器，實為一重要課題。

    由於現有技術尚無法完善處理此類問題，所以有加以突破、解決之必要。因此，如何提升方便性、實用性與經濟效益，此為業界應努力解決、克服之重點項目。

    緣此，本創作人有鑑於習知鑽石拋光墊修整器之缺失未臻理想之事實，本案創作人即著手研發其解決方案，希望能開發出一種更具便利性、實用性與高經濟效益之藍寶石拋光墊修整器，以促進社會之發展，遂經多時之構思而有本創作之產生。

    本創作之目的在於提供一種藍寶石拋光墊修整器，其係於藍寶石層表面形成複數藍寶石磨粒，無須利用電鍍或燒結的方式來結合，可避免於拋光製程中造成晶粒脫落的情形，降低晶圓被晶粒刮傷的的問題，提升化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的良率，且藍寶石磨粒大小一致可增加工作粒數(Number of Working Crytals)，使晶粒磨平的速率遲緩，因此，晶圓磨除率下降的速率也會減慢，可提升修整器的使用壽命與加工良率。

    為達上述之目的，本創作係提供一種藍寶石拋光墊修整器，其包含一承載盤；一藍寶石層，其設於該承載盤上；及複數藍寶石磨粒，其係一體成形設於該藍寶石層表面。

10‧‧‧承載盤
20‧‧‧藍寶石層
30‧‧‧藍寶石磨粒
A‧‧‧金屬基材
B‧‧‧鑽石磨粒
C‧‧‧接著層

第一A圖為習知鑽石拋光墊修整器之結構示意圖(一)；
第一B圖為習知鑽石拋光墊修整器之結構示意圖(二)；
第二A圖為本創作較佳實施例之結構示意圖(一)；
第二B圖為本創作較佳實施例之結構示意圖(二)；
第三A圖為本創作較佳實施例之結構俯視圖(一)；及
第三B圖為本創作較佳實施例之結構俯視圖(二)。

    茲為使對本創作之結構特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：

    由於習知的鑽石拋光墊修整器係利用鑲嵌、電鍍、燒結或黏著等方式將鑽石磨粒固定於一金屬基材，連接介面間容易受到熱膨脹係數不同而脫離，或黏著層與拋光液接觸反應後，造成黏著層腐蝕，失去黏著性，都會使鑽石磨粒由金屬基材表面脫落，造成晶圓片磨除率及磨除速率下降，且有刮傷晶圓片或破片的情況發生，因此，本創作即提出得以改善習知缺點之技術。

    首先，請參閱第二A圖及第二B圖，其為本創作較佳實施例之結構示意圖(一)及結構示意圖(二)；如圖所示，本實施例包含一承載盤10、一藍寶石層20及複數藍寶石磨粒30，該藍寶石層20設於該承載盤10上，該些藍寶石磨粒30係一體成形設於該藍寶石層20表面。

    其中，該些藍寶石磨粒30之高度為50~500μm，較佳高度為80~200μm。該些藍寶石磨粒30之外形為尖頭錐柱、平頭錐柱、三面錐柱、平頭三面錐柱或其組合擇一者，第二A圖及第二B圖所示之該些藍寶石磨粒30分別為尖頭錐柱及平頭錐柱，其可視使用需求變換藍寶石磨粒30之外形，以對拋光墊進行拋光、研磨。該藍寶石層20與該些複數藍寶石磨粒30為單晶結構、多晶結構或其組合擇一者。

    請一併參閱第三A圖及第三B圖，其為本創作較佳實施例之結構俯視圖(一)及結構俯視圖(二)；如第三A圖所示，該些藍寶石磨粒30於藍寶石層20表面之排列方式可以特定順序排列，亦可任意排序，其排列方式不為所限。該些藍寶石磨粒30更可以不同之外形及不同之順序排列來組合，如第三B圖所示。

    因此，透過該藍寶石層20與該些藍寶石磨粒30一體成形之結構及藍寶石磨粒30可變的外形與排列順序，使得藍寶石磨粒30不易由藍寶石層20脫落，進而提昇晶圓片之磨除率、磨除速率及良率。

    綜上所述，本創作係將藍寶石材料應用於拋光墊修整器之研磨面，並利用微影蝕刻製程加工藍寶石材料，經過曝光、顯影及蝕刻等步驟後，於一藍寶石層表面一體成形複數藍寶石磨粒，透過微影蝕刻成形之藍寶石磨粒具有良好的均一性，其外形亦能透過改變光罩圖案輕易變換，由於該些藍寶石磨粒係一體成形設於該藍寶石層表面，沒有連接介面，且兩者為相同之材料，故不會因為熱膨脹係數不同，而產生連接介面脫離的狀況，如此即能提昇拋光墊修整器之使用壽命、磨除率及磨除效率，亦能避免被加工物刮傷或破片。

    雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧承載盤

20‧‧‧藍寶石層

30‧‧‧藍寶石磨粒

Claims (6)

1. 一種藍寶石拋光墊修整器，係用以修整一拋光墊，其包含：
   一承載盤；
   一藍寶石層，其設於該承載盤上；及
   複數藍寶石磨粒，其係一體成形設於該藍寶石層表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石拋光墊修整器，其中該些藍寶石磨粒之高度為50~500μm。
3. 如申請專利範圍第2項所述之藍寶石拋光墊修整器，其中該些藍寶石磨粒之較佳高度為80~200μm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石拋光墊修整器，其中該些藍寶石磨粒之結構為尖頭錐柱、平頭錐柱、三面錐柱、平頭三面錐柱或其組合擇一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石拋光墊修整器，其中該藍寶石層與該些複數藍寶石磨粒為單晶結構、多晶結構或其組合擇一者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石拋光墊修整器，其中該些複數藍寶石磨粒為依序排列或任意排列。