TWM477939U - 平坦化之化學機械研磨修整器 - Google Patents
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Description
本創作係關於一種化學機械研磨修整器，尤指一種具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)係為各種產業中常見之研磨製程。利用化學研磨製程可研磨各種物品的表面，包括陶瓷、矽、玻璃、石英、或金屬的晶片等。此外，隨著積體電路發展迅速，因化學機械研磨可達到大面積平坦化之目的，故為半導體製程中常見的晶圓平坦化技術之一。
在半導體之化學機械研磨過程中，係利用研磨墊(Pad)對晶圓(或其它半導體元件)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以移除晶圓表面之雜質或不平坦結構；當研磨墊使用一定時間後，由於研磨過程所產生的研磨屑積滯於研磨墊之表面而造成研磨效果及效率降低，因此，可利用修整器(conditioner)對研磨墊表面磨修，使研磨墊之表面再度粗糙化，並維持在最佳的研磨狀態。
然而，在化學機械研磨加工的過程中，由於化學機械研磨修整器表面常常會存有少數具有一特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒，而這些具有該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒將會影響修整器對拋光墊的修整效果或造成拋光墊刮傷破壞，進而破壞化學機械研磨加工的整體研磨效能，因此有必要對修整器實施一檢測步驟以確保後續使用能得到預期的研磨效果。習知檢查拋光墊修整器是否具有該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒的作法大多採用人工以光學顯微鏡(OM)進行視覺觀察，一旦發現有該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒，便利用例如油性筆之標記手段將該位置圈出再拍照，最後再由人工比對研磨前後照片以標示出具有該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒的正確位置。
已知技術中，如中華民國公告專利第524729號，係揭示一種化學機械研磨機之梳理器，包括：一梳理器基底；一第一導電層及一第二導電層分別配置在上述梳理器基底內，且上述第一導電層及上述第二導電層是被絕緣隔離；複數個鑽石嵌入上述第一導電層及上述第二導電層；以及一接合層配置在上述梳理器基底上，用以固定上述鑽石；其中，上述第一導電層及上述第二導電層，用以檢測當上述鑽石脫落而有導電物質進入上述鑽石之先前固定位置時，而造成上述第一導電層及上述第二導電層短路，以檢測出上述鑽石脫落。
此外，另一中華民國公開專利第201111110A1
號，係揭示一種提供評估及/或提高化學機械研磨(CMP)墊修整器性能的方法及系統。在一方面中，舉例而言，一種識別一CMP墊修整器中之過度侵蝕性超研磨顆粒的方法可包括：將一具有複數個超研磨顆粒之CMP墊修整器定置於一指示基板上，以使該CMP墊修整器之複數個超研磨顆粒之至少一部分接觸該指示基板，及在一第一方向上移動該CMP墊修整器經過該指示基板，以使該複數個超研磨顆粒之該部分在該基板上產生一第一標記圖案，其中該第一標記圖案自該複數個超研磨顆粒中識別複數個工作超研磨顆粒。
然而，上述之化學機械研磨修整器中，其係藉由電流短路以判定出修整器在研磨過程中所掉落的研磨顆粒，或藉由基板刮痕以標示出CMP墊修整器中之過度侵蝕性超研磨顆粒，但在目前技術中，仍無法在實際修整器上機研磨之前，就預先檢測出可能會對拋光墊產生刮痕之研磨顆粒，並將這些具有潛在問題的研磨顆粒進行篩選及去除。因此，目前急需發展出一種平坦化之化學機械研磨修整器，其可將具有該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒由該化學機械研磨修整器上去除，進而避免該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒在化學機械研磨過程中對於被研磨工件產生刮傷及破壞。
本創作之主要目的係在提供一種平坦化之化學機械研磨修整器，用以將風險鑽石由該化學機械研磨修整器
上去除，進而避免風險鑽石在化學機械研磨過程中對於拋光墊的產生的刮傷及破壞。
為達成上述目的，本創作係提供一種平坦化之化學機械研磨修整器，包括：一基板；一結合層，該結合層設置於該基板上；以及複數個研磨顆粒，該些研磨顆粒埋設於該結合層，且該些研磨顆粒藉由該結合層以固定於該基板上；其中，該平坦化之化學機械研磨修整器為經由一測試拋光墊進行研磨，用以去除該些研磨顆粒內所含有之一個或複數個風險鑽石。於前述本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，可藉由將修整器在實際上機研磨之前，使修整器與測試拋光墊先進行預先研磨，用以去除修整器上具有特別突出高度之突出尖端、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒，並減少其對於拋光墊的刮痕及破壞。因此，本創作將可藉由化學機械研磨修整器之平坦化表面設計，以減少被研磨工件的刮傷率，進而使化學機械研磨修整器具有更優異的研磨效率及工作壽命。此外，在前述本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒之突出尖端具有一平坦化表面係指在化學機械研磨修整器表面的該些研磨顆粒之突出尖端具有一相等的尖端高度，使該些研磨顆粒之突出尖端可形成一平坦化表面。
不同於習知化學機械研磨修整器之尖點檢測方式，主要都是直接將修整器對拋光墊進行研磨測試，或是以人工方式針對修整器全部面積進行檢查之作業型態，習知作法既耗費精力又花時間且檢測結果仍存有疑慮。另一方面，
化學機械研磨修整器上若存在有該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒，除了會造成該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒在化學機械研磨過程中對於拋光墊產生的刮傷及破壞之外，同時也會因為整個研磨加工集中於少數具有該特定突出高度之研磨顆粒，造成化學機械研磨修整器上大部分低於該特定突出高度之研磨顆粒無法接觸於拋光墊以進行修整，使得修整器的使用壽命大幅縮短及研磨效能大幅衰退。因此，於本創作平坦化之化學機械研磨修整器中，將可藉由將修整器在實際上機研磨之前，使修整器與測試拋光墊先進行預先研磨，用以去除修整器上具有特別突出高度之突出尖端具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒，並減少其對於拋光墊的刮痕及破壞。
此外，本創作除了可藉由使修整器與測試拋光墊先進行預先研磨以將風險鑽石由該化學機械研磨修整器上去除，更可以進一步將晶型完整的鑽石顆粒填補於該風險鑽石去除後所遺留的位置上，以維持原有修整器表面所配置之鑽石顆粒數目及排列圖案。
在本文中所述之「特定突出高度」意指以最高突出尖點之研磨顆粒作為一基準高度，由此基準高度向下延伸(即，朝向化學機械研磨修整器之結合層或基板方向延伸)一特定距離，據此，該基準高度及該特定距離之間即可定義為一特定突出高度，且落入在該基準高度及該特定距離之間的研磨顆粒即可定義為具有該特定突出高度之研磨顆粒。
於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該風險鑽石可指具有一特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒，該特定突出高度可依據使用者需求或對修整器平坦度之要求而任意變化，其中，該特定突出高度可為5微米至100微米，較佳為10微米至30微米。
於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該測試拋光墊可指與實際加工時完全相同或實質上相同之拋光墊。前述之拋光墊材料可包括聚碳酸酯、聚碸、乙烯共聚物、聚醚、聚酯、聚醚-聚酯共聚物、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯共聚物、聚丁二烯、聚乙烯亞胺、聚胺基甲酸酯、聚醚碸、聚酮、環氧樹脂、聚矽氧、其共聚物及其混合物，本創作並未侷限於此。前述測試拋光墊可依據其組成、結構或性質作為判斷，以區分測試拋光墊與實際研磨時所用的拋光墊是否完全相同，例如，可拋光墊之組成份作為判斷，或可利用動態機械分析儀(Dynamic Mechanical Analyzer,DMA)來測量拋光墊之柔軟性、韌性、硬度等各項機械性質，以便將修整器在實際上機研磨之前，使修整器與測試拋光墊先進行預先研磨，用以去除修整器上具有特別突出高度之突出尖端並減少其對於拋光墊的刮痕及破壞。
於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，修整器施加於測試拋光墊之作用力、修整器作用於該測試拋光墊之轉速、測試拋光墊之轉速、以及修整器作用於該測試拋光墊之研磨時間，都可依據研磨加工條件或使用者需求而
做任意的變化。其中，前述平坦化之化學機械研磨修整器施加於該測試拋光墊之作用力可為2磅至150磅，較佳為15磅至25磅。此外，於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該平坦化之化學機械研磨修整器之轉速可為5rpm(轉/分鐘)至200rpm，較佳為30rpm。再者，於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該測試拋光墊之轉速可為5rpm至200rpm，較佳為70rpm。另一方面，於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該平坦化之化學機械研磨修整器作用於該測試拋光墊之研磨時間可為2分鐘至60分鐘，較佳為30分鐘。
於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒可為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼；在本創作之一較佳態樣中，該些研磨顆粒可為人造鑽石。另一方面，於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該些研磨顆粒之粒徑可為30微米至600微米；於本創作之一態樣中，該些研磨顆粒之粒徑可為200微米。
於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該結合層之組成分或研磨顆粒之組成分或尺寸可依據研磨加工的條件及需求而任意變化，該結合層之組成可為陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料、或高分子材料，本創作並未侷限於此。在本創作之一態樣中，該結合層可為一焊料層，該焊料層可少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、銅、及其組合所組成之群組。於本創作之另一態樣中，該高分子材料係為環氧樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯酸樹脂、酚醛樹脂。
此外，於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，該基板之材質及尺寸可依據研磨加工的條件及需求而任意變化，其中，該基板之材質可為不鏽鋼、模具鋼、金屬合金、或陶瓷材料、高分子材料或其組合，本創作並未侷限於此。在本創作之一較佳態樣中，該基板之材質可為不鏽鋼基板。
綜上所述，根據本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，可藉由將修整器在實際上機研磨之前，使修整器與測試拋光墊先進行預先研磨，用以將該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒由該化學機械研磨修整器上去除，以達到化學機械研磨修整器之表面平坦化，進而避免該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒在化學機械研磨過程中對於拋光墊產生的刮傷及破壞。
10,20,30,40‧‧‧化學機械研磨修整器
11‧‧‧拋光墊
21,31‧‧‧測試拋光墊
12‧‧‧晶圓
13‧‧‧晶圓載具
14‧‧‧旋轉平台
201,301,401‧‧‧基板
202,302,402‧‧‧結合層
203,303,403,4031‧‧‧研磨顆粒
204,3041,3042‧‧‧風險鑽石
205,3051,3052,405‧‧‧磨料凹槽
H10,H20‧‧‧特定突出高度
H11,H21‧‧‧磨料露出率
D1,D2‧‧‧研磨間距
圖1係習知化學機械研磨設備之示意圖。
圖2A至圖2D係本創作實施例1之平坦化之化學機械研磨修整器之研磨流程圖。
圖3A至圖3D係本創作實施例2之平坦化之化學機械研磨修整器之研磨流程圖。
圖4A及圖4B係本創作實施例3之平坦化之化學機械研磨修整器之示意圖。
以下係藉由具體實施例說明本創作之實施方式，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創作之其他優點與功效。此外，本創作亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
圖1係為習知化學機械研磨設備之示意圖，包括：一化學機械研磨修整器10、一拋光墊11及一晶圓12，其中，拋光墊11設置於一旋轉平台14上，晶圓12固定於一晶圓載具13，研磨漿透過一噴嘴15提供於化學機械研磨設備中，使拋光墊11可隨著旋轉平台14旋轉並對設置於上方的晶圓12進行研磨加工，且同時使化學機械研磨修整器10對拋光墊11進行修整，以維持拋光墊11的研磨效果及使用壽命。
實施例1
請參考圖2A至圖2D，其係為本創作實施例1之平坦化之化學機械研磨修整器之研磨流程圖，相較於一般化學機械研磨修整器，本創作之平坦化之化學機械研磨修整器係將修整器與測試拋光墊進行預先研磨，用以去除該些研磨顆粒內所含有之一個或複數個特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒，即，所謂的風險鑽石。首先，如圖2A所示，提供一化學機械研磨修整器20，其含有一不鏽鋼材質之基板201、一鎳基金屬焊料之結合層202、及複數個研磨顆粒203，藉由加熱硬焊的方式，使該些研磨顆
粒203埋設固定於該結合層202，且該些研磨顆粒203藉由該結合層202以固定於該基板201上，其中，該些研磨顆粒203為粒徑200微米之人造鑽石顆粒，且研磨顆粒203的設置方式可以為一般習知的佈鑽技術(例如，模板佈鑽)，並可藉由模板(圖未顯示)控制研磨顆粒203的間距及排列方式，以及該些研磨顆粒203均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性，此外，於化學機械研磨修整器20上也同時存在著少數具有一特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之風險鑽石204。
接著，如圖2B所示，提供一測試拋光墊21，該測試拋光墊21由聚胺基甲酸酯材質所組成。之後，請一併參考圖2C，再將該化學機械研磨修整器20之該些研磨顆粒203朝向該測試拋光墊21，並提供一向下作用力(如圖2B所示箭頭方向)使該化學機械研磨修整器20接觸於該測試拋光墊21，使化學機械研磨修整器20與測試拋光墊21進行預先研磨，用以去除該些研磨顆粒203內所含有之風險鑽石204。於前述研磨過程中，由於具有該特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之風險鑽石204將會對該測試拋光墊21形成較大的刺入深度，或者，風險鑽石204與結合層202之結合強度不佳而被分離，因此，在該化學機械研磨修整器20與測試拋光墊21進行相互研磨轉動時，將可以同時使刺滲入該測試拋光墊21的風險鑽石204去除，以達到化學機械研磨修整器20之表面平坦化。最後，如圖2D所示，將該化學機械研磨修整器20與測試拋光墊(圖未顯示)進行分離，在該化學機
械研磨修整器20上將會由被去除的風險鑽石204在原先的位置上遺留形成一磨料凹槽205。
於前述本創作實施例1之平坦化之化學機械研磨修整器中，該化學機械研磨修整器20施加於該測試拋光墊21之作用力為15磅，該化學機械研磨修整器20作用於該測試拋光墊之轉速為30rpm，該測試拋光墊21之轉速為70rpm，又，該化學機械研磨修整器20作用於該測試拋光墊21之研磨時間為30分鐘，因此，在上述研磨條件下，將使風險鑽石204由該化學機械研磨修整器20上被去除，進而避免風險鑽石204在實際上機的化學機械研磨過程中對於拋光墊產生的刮傷及破壞。
實施例2
請參考圖3A至圖3D，係為本創作實施例2之平坦化之化學機械研磨修整器之研磨流程圖。實施例2與前述實施例1所述之平坦化之化學機械研磨修整器之研磨流程大致相同，其不同之處在於，實施例1為去除修整器表面的單一特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差的風險鑽石，而實施例2為去除修整器表面的不同特定突出高度的風險鑽石。於此實施例2中，請參考圖3A，該些研磨顆粒303藉由該結合層302以固定於該基板301上，且該些研磨顆粒303內含有兩種特定突出高度，包括，特定突出高度為H10的第一風險鑽石3041及特定突出高度為H20的第二風險鑽石3041，其中，前述特定突出高度以最高突出尖點之研磨
顆粒作為一基準高度(如圖3A中的虛線)，由此基準高度向下延伸之特定距離，在實施例2中，將第一風險鑽石3041之特定突出高度H10及磨料露出率H11分別為20微米及80微米，第二風險鑽石之特定突出高度H20及磨料露出率H21分別為40微米及60微米，前述磨料露出率意指每一研磨顆粒或每一風險鑽石相較於該結合層302表面之突出高度。接著，請參考圖3B，將化學機械研磨修整器30與測試拋光墊31之間的研磨間距(D1)控制為H11(80微米)或略小於H11，使特定突出高度為H10(20微米)之第一風險鑽石3041及特定突出高度小於H10之其它風險鑽石可對該測試拋光墊31形成較大的刺入深度，並在轉動該化學機械研磨修整器30與測試拋光墊31的同時，可將特定突出高度為H10的第一風險鑽石3041或特定突出高度小於H10之其它風險鑽石都被去除，並在原先的位置上遺留形成第一磨料凹槽3051。接著，請參考圖3C及圖3D，將化學機械研磨修整器30與測試拋光墊31之間的研磨間距(D2)控制為H21(60微米)或略小於H21，使特定突出高度為H20(40微米)之第二風險鑽石3042及特定突出高度小於H20之其它風險鑽石可對該測試拋光墊31形成較大的刺入深度，在轉動該化學機械研磨修整器30與測試拋光墊31的同時，可將特定突出高度為H20的第二風險鑽石3042或特定突出高度小於H20之其它風險鑽石都被去除，並在原先的位置上遺留形成第二磨料凹槽3052。於本創作之平坦化之化學機械研磨修整器中，可根據研磨條件與需求調整化學機械研磨修整器30與測試拋光墊31之間的研磨間距，因而可去
除在結合層302上具有不同的特定突出高度之研磨顆粒304，避免該特定突出高度之研磨顆粒在實際上機的化學機械研磨過程中對於拋光墊產生的刮傷及破壞。
實施例3
請參考圖4A及圖4B，係為本創作實施例3之平坦化之化學機械研磨修整器之示意圖。實施例3與前述實施例1所述之平坦化之化學機械研磨修整器大致相同，其不同之處在於，實施例1為經由修整器與測試拋光墊進行研磨後所形成之平坦化之化學機械研磨修整器，而實施例3為將鑽石顆粒進一步填補於被去除的風險鑽石所遺留的磨料凹槽內。如圖4A所示，如同實施例1所形成之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒403藉由該結合層402以固定於該基板401上，且在該化學機械研磨修整器40上將會由被去除的風險鑽石(圖未顯示)在原先的位置上遺留形成一磨料凹槽405。如圖4B所示，使用者更可以進一步將晶型完整的研磨顆粒4031填補於前述被去除的風險鑽石在原先的位置上遺留形成一磨料凹槽405內，以維持原有化學機械研磨修整器40表面所配置之研磨顆粒403數目及排列圖案。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本創作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。
40‧‧‧化學機械研磨修整器
401‧‧‧基板
402‧‧‧結合層
403‧‧‧研磨顆粒
405‧‧‧磨料凹槽
Claims (15)
- 一種平坦化之化學機械研磨修整器，包括：一基板；一結合層，該結合層係設置於該基板上；以及複數個研磨顆粒，該些研磨顆粒係埋設於該結合層，且該些研磨顆粒藉由該結合層以固定於該基板上；其中，該平坦化之化學機械研磨修整器係經由一測試拋光墊進行研磨，用以去除該些研磨顆粒內所含有之一個或複數個風險鑽石。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該風險鑽石係指具有一特定突出高度、具有結構缺陷、或結合強度較差之研磨顆粒。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該特定突出高度係為5微米至100微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該特定突出高度係為10微米至30微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該測試拋光墊係指與實際加工時完全相同或實質上相同之拋光墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該平坦化之化學機械研磨修整器施加於該測試拋光墊之作用力為2磅至150磅。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該平坦化之化學機械研磨修整器作用於該測試拋光墊之轉速為5rpm至200rpm(轉/分鐘)。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該測試拋光墊之轉速為5rpm至200rpm。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該平坦化之化學機械研磨修整器作用於該測試拋光墊之研磨時間為2分鐘至60分鐘。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒係為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該些研磨顆粒之粒徑係為30微米至600微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該結合層之組成係為陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料、或高分子材料。
- 如申請專利範圍第12項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該硬焊材料係至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組。
- 如申請專利範圍第12項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該高分子材料係為環氧樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯酸樹脂、酚醛樹脂。
- 如申請專利範圍第1項所述之平坦化之化學機械研磨修整器，其中，該基板係為不鏽鋼基板、模具鋼基板、金屬合金基板、陶瓷基板、高分子基板或其組合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW102223582U TWM477939U (zh) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | 平坦化之化學機械研磨修整器 |
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Family
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Family Applications (1)
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| TW102223582U TWM477939U (zh) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | 平坦化之化學機械研磨修整器 |
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| Country | Link |
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| TW (1) | TWM477939U (zh) |
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2013
- 2013-12-13 TW TW102223582U patent/TWM477939U/zh not_active IP Right Cessation
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