TWI383860B - Modular dresser - Google Patents

Description

組合式修整器

本發明係有關一種修整器，尤其是有關CMP拋光墊的組合式修整器及其製法。

化學機械拋光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是目前半導體晶圓表面平坦化的製程中最受矚目的技術。在化學機械拋光製程中，拋光墊的功能是將拋光液穩定而均勻地輸送至晶圓與拋光墊之間，在化學蝕刻與機械磨削兩者相互作用下，將晶片上凸出的沈積層移除。

為了達到晶圓加工量產的需求及維持品質的穩定性，必須利用鑽石修整器(Diamond dresser)在化學機械拋光的過程中適時地對拋光墊進行修整，除了移除表面之拋光副產物，恢復拋光墊的粗糙面，改善其容納漿料的能力，並恢復拋光墊表面的孔洞及其把持、運送拋光液之能力，如此可以節省拋光墊成本，並可達到晶圓量產時品質穩定的需求。

傳統的鑽石修整器是將平均粒徑的鑽石粒固定在金屬盤上，這種鑽石修整器適合修整硬式的拋光墊(如IC1000等)。傳統修整器的功能不僅要移除拋光晶圓時產生的廢料，更進一步的需要切削一層拋光墊，使拋光墊恢復一定的粗糙度，但是這種傳統類型的鑽石修整器並不適用於45奈米(nm)以下的CMP製程。由於積體電路的線寬日趨微小，例如2006年開始執行65奈米(nm)的製程，晶圓表面平坦化及平滑度的要求就越來越高，相對修整拋光墊的修整器要求也愈來愈高。預計於2010年之45nm的製程，必須以極低的壓力進行拋光才能避免磨穿奈米級的銅線及脆弱的低介電常數(Low K)電阻層。因此修整後的拋光墊需要更高的平整性，且需配合大尺吋晶圓之需求重新設計。未來的鑽石修整器除了修整器之鑽石顆粒分佈規則外，尖錐的頂點高度(Leveling)要求也更高；除此之外，修整器也需要在拋光墊上刻劃出更細微更均勻的刻紋，但相反的，修整器對拋光墊的移除率更低，這樣的要求是傳統修整器無法做到的。

有各種不同修整器的專利，例如台灣專利I228066揭示一種研磨布用修整器及其使用之研磨布的修整方法，包括一金屬台設置有調節機構，以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的高低差。

台灣公開專利200821093揭示的鑽石修整器，包括在各鑽石砥粒黏接部上，各自黏接有不同種類的鑽石砥粒，鑽石砥粒黏接部與修整器基板之間是藉由螺栓固定或黏接劑固定。

美國專利US6,054,183、揭示的修整器，是在一基板上形成複數鑽石粒及一層CVD鑽石；複數鑽石粒被CVD鑽石包覆而被固定於基板表面。

國際專利公開號WO00/64630，揭示一研磨層包括多數磨粒，該磨粒包含有機樹脂(Organic resin)、金屬鹽(Metal salt)及平均散佈於多數磨粒之間的鑽石磨粒。

美國公開專利US20060128288揭示的修整器，包括多數鑽石顆粒被一金屬黏結劑層固定於一金屬基板。

日本公開專利JP2006-315088揭示的修整器，包括一圓盤狀基台結合多數圓形的PCD鑽石片。

一般修整器的直徑約是108公毫米(mm)的大盤子，因為面積大所以變形量也大，較不容易結合各種不同大小、形狀、材料的磨粒，且使多數研磨顆粒的頂點在同一高度，且大面積的修整器的價錢較高。

為了使較大面積的修整器更容易結合各種不同大小、形狀、材料的磨粒，且使多數研磨顆粒的頂點在同一高度，而提出本發明。

本發明的主要目的，在提供一種組合式修整器，使一大基板的同一研磨端面結合多數具有磨粒的小基板，較容易使多數磨粒的切削端在同一高度，且更容易結合各種不同大小、形狀、材料的磨粒。

本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。

如圖1、2所示，本發明第一實施例的組合式整修器1，尤其是作為CMP拋光墊的修整器者，包括一大基板11及複數研磨單元12所組成。

如圖2所示，大基板11設有一結合面110、底面111及對應於複數研磨單元12的複數穿透孔112；複數穿透孔112分別容置複數研磨單元12，複數研磨單元12突出結合面110；複數研磨單元12與大基板11之間藉由結合劑13固定結合。

複數研磨單元12分別包括一小基板120及複數磨粒121；小基板120的一面122結合複數磨粒121；磨粒121具有一可對一工件進行切削的切削端123；小基板120相對於設有該複數磨粒121的另一面124與大基板11的底面111約在同一基準平面14。大基板11形成複數穿透孔112的複數內壁113與複數研磨單元12的複數外壁125分別具有複數凹凸結構114、126。當結合劑13滲入複數凹凸結構114、126內，分別固化結合複數內壁113、複數外壁125後，將使大基板11與複數研磨單元12的結合更穩固，在研磨作業中複數研磨單元12相對於大基板11無法垂直移動，因此更不會脫離大基板11。複數內壁113、複數外壁125中也可均不設複數凹凸結構114、126，或僅其中一者設複數凹凸結構114、126。

如圖1所示，大基板11的複數穿透孔112與複數研磨單元12的剖面可為圓形或多邊形，例如正方形等形狀。

本實施例的複數研磨單元12分別比大基板11高，藉由複數研磨單元12的高度，決定複數磨粒121的複數切削端123突出大基板11的結合面110的高度。複數切削端123突出大基板11的高度差異在20微米內，使複數切削端123與一平面15的高度差異在20微米內。複數切削端123突出大基板11的結合面110的高度為0.05-5毫米。

如圖2、3所示，本發明第二實施例的組合式整修器2與上述第一實施例的組合式修整器1的結構相比較，除了大基板21的複數穿透孔212呈錐狀，其孔徑為上寬下窄，其內壁213的傾斜角度為1度至15度的形狀不同外，其餘結構大致相同。大基板21設有一結合面210、底面211及對應於複數研磨單元12的複數穿透孔212，大基板21形成複數穿透孔212的複數內壁213也具有與複數凹凸結構126相對的複數凹凸結構214；複數研磨單元12分別置於複數穿透孔112的內，複數磨粒121的另一面124分別卡固的嵌入複數穿透孔212孔徑較窄的下端，且與底面211在同一基準平面14，再藉由結合劑22固定結合。在研磨作業中複數研磨單元12受壓力時要避免垂直移動，複數穿透孔212呈錐狀的目的是要使複數研磨單元12受壓力時，無法往複數穿透孔212錐度小的那一邊移動而更加牢固。複數內壁213、複數外壁125中也可均不設複數凹凸結構214、126，或僅其中一者設複數凹凸結構214、126。

如圖2、4A、4B所示，本發明第三實施例的組合式整修器3與上述第一實施例的組合式修整器1的結構相比較，除了複數研磨單元31分別比大基板11短，且藉由一模板32的厚度控制複數研磨單元31突出大基板11的結合面110的高度不同外，其餘結構大致相同。複數研磨單元31也由複數小基板310結合複數磨粒311所組成；小基板310的一面312結合複數磨粒311；磨粒311具有一可對一工件進行切削的切削端313；小基板310相對於設有複數磨粒311的另一面314置於大基板11的穿透孔112內，另一面314高於底面111；結合劑13封閉大基板11的底面111的穿透孔112。大基板11形成複數穿透孔112的複數內壁113與複數研磨單元31的複數外壁315分別具有相對的複數凹凸結構114、316。複數內壁213、複數外壁315中也可均不設複數凹凸結構214、316，或僅其中一者設複數凹凸結構214、316。模板232可為金屬板。

如圖4B所示，本實施例製作時，係使模板32結合大基板11，將複數研磨單元31的切削端313分別穿過大基板11的複數穿透孔112及穿入模板32，利用模板32的厚度控制複數研磨單元31的突出量，再由大基板11的複數穿透孔112注入結合劑13，使大基板11固定結合複數研磨單元31，然後再使模板32脫離大基板11，形成如圖4A所示的組合式修整器3。

如圖2、5所示，本發明第四實施例的組合式整修器4與上述第一實施例的組合式修整器1的結構相比較，除了大基板41設有複數容置槽411取代大基板11的複數穿透孔112外，其餘結構大致相同。且大基板41形成複數容置槽411的複數內壁412也具有複數凹凸結構413；大基板41的複數容置槽411分別容置複數研磨單元12，複數研磨單元12突出結合面410；複數研磨單元12與大基板11之間藉由結合劑13固定結合。小基板120相對於設有該複數磨粒121的另一面124分別與大基板41的形成複數容置槽411底部的複數底壁414在同一基準平面14。

如圖5、6所示，本發明第五實施例的組合式整修器5與上述第四實施例的組合式修整器4的結構相比較，除了大基板51的複數容置槽511的槽徑較大基板41的複數容置槽411的槽徑小，且略小於小基板120的外徑之外，其餘結構大致相同。大基板51的複數容置槽511分別容置複數研磨單元12；複數研磨單元12與大基板11之間藉由緊配結合的方式固定結合。本實施例是將研磨單元12以機械力擠壓入金屬製的大基板51的容置槽511內，利用凹凸結構的變形量固定研磨單元12，最後也可以再用結合劑將空隙補滿。

如圖5、7所示，本發明第六實施例的組合式整修器6與上述第四實施例的組合式修整器4的結構相比較，除了大基板61的複數容置槽611的深度較大基板41的複數容置槽411的深度長，且大於小基板120的高度之外，其餘結構大致相同。大基板61的複數容置槽611分別容置複數研磨單元12；複數研磨單元12與大基板61之間藉由結合劑13固定結合。複數小基板120相對於設有該複數磨粒121的另一面124分別與大基板61的形成複數容置槽611底部的複數底壁612有一段距離；結合劑13分別填充於複數磨粒121的另一面124與複數底壁612之間。

如圖3、8所示，本發明第七實施例的組合式整修器7與上述第二實施例的組合式修整器2的結構相比較，除了大基板71設有複數容置槽711取代大基板21的複數穿透孔212外，其餘結構大致相同。且複數容置槽711的槽徑為上寬下窄的形狀，其內壁713的傾斜角度為1度至15度；該小基板120相對於設有該複數磨粒121的另一面124分別卡固的嵌入該複數容置槽711的槽徑較窄的下端，複數研磨單元12突出結合面710；大基板71形成複數容置槽711的複數內壁713也具有複數凹凸結構714；複數研磨單元12與大基板71之間藉由結合劑22固定結合。小基板120相對於設有該複數磨粒121的另一面124分別與大基板71的形成複數容置槽711底部的複數底壁715在同一基準平面14。

如圖9所示，本發明第八實施例的組合式整修器8，包括一大基板81及複數研磨單元82所組成，其大基板81及複數研磨單元82利用結合劑83結合或緊配結合的結構，可分別如前述本發明第一至七實施例的組合式整修器1、2、3、4、5、6、7所示者。本實施例的大基板81周緣內側設有等間隔環狀排列的8個研磨單元82，且間隔環狀排列的8個研磨單元82的內側設有等間隔排列的4個研磨單元82。本實施例複數研磨單元82特殊的排列方式可避開大基板81下端面設置的螺孔。

本發明的磨粒的材料可為人造或非人造鑽石、多晶鑽石(PCD)、立方晶氮化硼(CBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)、最硬結晶體、多晶材料、或上述材料的混合材料等所組成。本發明的磨粒可以利用高溫高壓結合、硬焊、燒結、電鍍、塑膠膠合或陶瓷結合等方法結合小基板。

本發明的大基板的材料包含金屬、金屬合金、塑膠材料(Polymer)、陶製品、碳製品、及上述材料的混合物，以316L不銹鋼材料為佳。

本發明的結合劑的材料包含金屬、金屬合金、塑膠材料(Polymer)、陶瓷材料、及上述材料的混合物，其中以塑膠材料為實施例代表，此外也可包含焊接合金材料。

本發明的大基板可為圓盤狀，直徑約90-120毫米(mm)。小基板可為圓盤狀，直徑約10-30毫米，以20毫米較佳。磨粒的大小為100-500微米(micron)，以160-200微米較佳。本發明大基板的較佳實施例為不銹鋼材質；結合劑的較佳實施例可為樹脂材料；磨粒與小基板固定方式的較佳實施例可藉由樹脂膠合或藉由含有鉻、鈦的銅鋅合金結合；小基板的外表面有一含鎳的電鍍層。

本發明利用組合式的方法，先製作複數研磨單元，小的研磨單元較容易使多數磨粒的切削端在同一高度，再使一大基板結合複數研磨單元成為一大面積的組合式修整器，較容易使大面積組合式修整器的多數磨粒的切削端在同一高度。本發明的優點是製作小的研磨單元成本較低，且組合式修整器可視需要變化不同的磨粒，例如組合式修整器的外圈可以用粒度較大的鑽石，內圈可以用粒度較小的鑽石；或是外圈可以用切削能力差，但較耐磨，晶形完整的鑽石，內圈可以用切削能力好，但是不耐磨，晶形較不好的鑽石。同一小研磨單元的鑽石顆粒大小、形狀、材料相同，但組合式修整器內的複數研磨單元的鑽石顆粒大小、形狀、材料可相同或不相同。利用複數研磨單元組合成一較大的組合式修整器，可控制組合式修整器的切削速度及磨耗率。

以上所記載，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本發明主張之專利範圍，而不限於實施例所揭示者。

1、2、3、4、5、6、7、8．．．組合式修整器

11、21、41、51、61、71、81．．．大基板

110、210、410、710．．．結合面

111、211．．．底面

112、212．．．穿透孔

113、213、412、713．．．內壁

114、214、126、316、413、714．．．凹凸結構

12、31、82．．．研磨單元

120、310．．．小基板

121、311．．．磨粒

122、312．．．面

123、313．．．切削端

124、314．．．另一面

125、315．．．外壁

13、22、83．．．結合劑

14．．．基準平面

15．．．平面

32．．．模板

411、511、611、711．．．容置槽

414、612、715．．．底壁

圖1為本發明第一實施例的組合式修整器的示意圖。

圖2為圖1的AA剖面的示意圖。

圖3為本發明第二實施例的組合式修整器的剖面示意圖。

圖4A為本發明第三實施例的組合式修整器的剖面示意圖。

圖4B製作為本發明第三實施例的組合式修整器的示意圖。

圖5為本發明第四實施例的組合式修整器的示意圖。

圖6為本發明第五實施例的組合式修整器的剖面示意圖。

圖7為本發明第六實施例的組合式修整器的剖面示意圖。

圖8為本發明第七實施例的組合式修整器的剖面示意圖。

圖9為本發明第八實施例的組合式修整器的剖面示意圖。

1．．．組合式修整器

11．．．大基板

110．．．結合面

111．．．底面

112．．．穿透孔

113．．．內壁

114、126．．．凹凸結構

12．．．研磨單元

120．．．小基板

121．．．磨粒

122．．．面

123．．．切削端

124．．．另一面

125．．．外壁

13．．．結合劑

14．．．基準平面

15．．．平面

Claims (22)

1. 一種組合式修整器，是作為CMP拋光墊的修整器者，包括：一大基板，設有一結合面、一底面及複數穿透孔或複數容置槽其中之一者；該複數穿透孔呈錐狀，該複數穿透孔的孔徑為上寬下窄的形狀；該複數容置槽呈錐狀，該複數容置槽的槽徑為上寬下窄的形狀；複數研磨單元，分別具有複數磨粒；該複數磨粒分別具有複數切削端；該複數研磨單元分別具有一小基板；該複數小基板的一面分別設有該複數磨粒；其中該複數小基板相對於設有該複數磨粒的另一面，分別卡固的嵌入該複數穿透孔的孔徑較窄的下端或分別卡固的嵌入該複數容置槽的槽徑較窄的下端其中之一，使該複數穿透孔或該複數容置槽其中之一者分別容置該複數研磨單元，該複數切削端分別突出該結合面；該複數研磨單元與該大基板之間藉由結合劑結合或緊配結合其中之一者固定結合；該複數磨粒的複數切削端分別與一平面的高度差異在20微米內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中該大基板設有複數穿透孔；該小基板相對於設有該複數磨粒的另一面分別與該大基板的該底面在同一基準平面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中該大基板設有複數容置槽；該小基板相對於設有該複數磨粒的另一面分別與該大基板的形成該複數容置槽底部的複數底壁在同一基準平面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中該大基板形成該複數穿透孔的複數內壁的傾斜角度為1度至15度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之組合式修整器，其中該大基板形成該複數容置槽的複數內壁的傾斜角度為1度至15度。
6. 如申請專利範圍第1至第5項中任一項所述之組合式修整器，其中該大基板形成該複數穿透孔或該複數容置槽其中之一者的複數內壁與該複數研磨單元的複數外壁中至少有一具有複數凹凸結構。
7. 如申請專利範圍第6項所述之組合式修整器，其中該大基板的材料包含金屬、金屬合金、塑膠材料、陶製品、碳製品、及上述材料的混合其中之一者。
8. 如申請專利範圍第7項所述之組合式修整器，其中該大基板的材料是316L不銹鋼材料。
9. 如申請專利範圍第8項所述之組合式修整器，其中該複數磨粒與該小基板是藉由高溫高壓結合、硬焊、燒結、電鍍、塑膠膠合或陶瓷結合其中之一者固定結合。
10. 如申請專利範圍第9項所述之組合式修整器，其中該大基板為圓盤狀，直徑為90-120毫米。
11. 如申請專利範圍第10項所述之組合式修整器，其中該小基板為圓盤狀，直徑為10-30毫米。
12. 如申請專利範圍第11項所述之組合式修整器，其中該磨粒的大小為100-500微米。
13. 如申請專利範圍第12項所述之組合式修整器，其中該磨粒的大小為160-200微米。
14. 如申請專利範圍第6項所述之組合式修整器，其中該複數穿透孔或該複數容置槽其中之一者與該複數研磨單元的剖面為圓形或多邊形其中之一者。
15. 如申請專利範圍第14項所述之組合式修整器，其中該大基板周緣內側設有等間隔環狀排列的8個研磨單元。
16. 如申請專利範圍第15項所述之組合式修整器，其中該8個研磨單元的內側設有等間隔排列的4個研磨單元。
17. 如申請專利範圍第16項所述之組合式修整器，其中該複數磨粒與該小基板是藉由高溫高壓結合、硬焊、燒結、電鍍、塑膠膠合或陶瓷結合其中之一者固定結合。
18. 如申請專利範圍第17項所述之組合式修整器，其中該結合劑分別滲入該複數凹凸結構內，分別固化結合該複數內壁、該複數外壁；該結合劑的材料包含金屬、金屬合金、塑膠材料、陶瓷材料、及上述材料的混合物其中之一者。
19. 如申請專利範圍第18項所述之組合式修整器，其中該結合劑的材料為環氧樹脂材料。
20. 如申請專利範圍第6項所述之組合式修整器，其中該結合劑分別滲入該複數凹凸結構內，分別固化結合該複數內壁、該複數外壁；該結合劑的材料包含金屬、金屬合金、塑膠材料、陶瓷材料、及上述材料的混合物其中之一者。
21. 如申請專利範圍第20項所述之組合式修整器，其中該結合劑的材料為環氧樹脂材料。
22. 如申請專利範圍第21項所述之組合式修整器，其中該複數磨粒與該小基板是藉由高溫高壓結合、硬焊、燒結、電鍍、塑膠膠合或陶瓷結合其中之一者固定結合。