研磨墊整理器及其製造方法
2023-05-29 09:57:31 3
專利名稱：研磨墊整理器及其製造方法
技術領域：
本發明是有關於一種化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)裝置及其製造方法，且特別是有關於一種研磨墊整理器(PadConditioner)及其製造方法。
背景技術：
在半導體製程中，隨著元件尺寸持續縮減，微影曝光解析度也相對增加，且伴隨著曝光景深的縮減，對於晶圓表面的高低起伏程度的要求更為嚴苛。因此，目前晶圓的平坦化(Planarization)都是依賴化學機械研磨製程來完成，它獨特的非等向性磨除性質除了用於晶圓表面輪廓的平坦化之外，亦可應用於垂直及水平金屬內連線(Interconnects)的鑲嵌結構的製作、前段製程中元件淺溝渠隔離製作及先進元件的製作、微機電系統平坦化和平面顯示器製作等。
公知進行化學機械研磨製程時，通常分為旋轉式平臺(Rotational Platen)研磨機或是線性移動式(Linear)研磨機。旋轉式平臺研磨裝置大多使用研磨頭(Carrier)抓住晶圓，然後把晶圓的正面壓在舖有一層供有研漿(Slurry)的研磨墊(Pad)的研磨臺(Polishing Table)上進行研磨(Polishing)；另外，線性移動式研磨機裝置也是使用研磨頭抓住晶圓，然後把晶圓的正面壓在由兩滑輪傳動的迴圈式研磨墊上進行研磨。
然而在經過一段時間的研磨製程之後，上述兩種化學機械研磨機臺的研磨墊上都會有殘留顆粒(Particle)堆積，這些顆粒有的來自研漿中的研磨微粒，有的則可能是來自晶圓上被研磨去除的薄膜。因此，為保持研磨墊的清潔，必須使用一研磨墊整理器來去除研磨墊上的殘留顆粒，以增加研磨墊的使用壽命及效能。
圖1至圖2所顯示為公知一種研磨墊整理器的製造方法的示意圖。首先，請參照圖1，提供一個由不鏽鋼材質所構成的底層102，接著在底層102上散布鑽石顆粒104，其中鑽石顆粒104可以經由篩選而具有接近的大小。接著，請參照圖2，利用硬焊的方式，在底層102上形成由鎳金屬或其他合金所構成的固定層106，以將鑽石顆粒104固定於底層102上而形成研磨墊整理器。
然而，依上述方法所製造的研磨墊整理器具有下述的問題雖然鑽石顆粒經過篩選，然而並無法完全避免鑽石顆粒大小不一的情形，因此在所形成的研磨墊調整器中，較大的鑽石顆粒的高度較高(如圖2圈示位置A所示)，而且，鑽石顆粒在配置於底層上時可能會產生堆疊的情形(如圖2圈示位置B所示)，此種情形同樣會使得堆疊處的鑽石高度較高，而上述鑽石顆粒高度不均的問題將會使得在研磨時相當容易刮傷研磨墊的表面。
而且，上述將鑽石顆粒固定的方式，並不能保證所有的鑽石顆粒都均勻鑲嵌在固定層中達鑽石顆粒的一半高度以上，較大顆的鑽石顆粒鑲嵌在固定層中的高度就越小，尤其是對鑽石顆粒堆疊處(如圖2圈示位置B所示)而言，堆疊的鑽石顆粒鑲嵌在固定層的高度很小，因此，在進行研磨時，很容易因為應力而發生鑽石剝落的情形，從而使得研磨墊表面被刮傷，縮短研磨墊整理器的使用壽命。
此外，例如是在研磨金屬層時，研漿的pH值小於7，由於強酸性的研漿可能會腐蝕研磨墊整理器上的固定層，因而造成鑽石顆粒容易脫落，因此必須採用外場(Ex-situ)刷除的方式，也就是在每一批研磨製程前或研磨製程後使用研磨墊整理器作刷除處理。然而，由於外場刷除無法隨時清除研磨過程中的殘留顆粒，所以其清除功效較臨場刷除差，而且會增加製程的複雜度。
再者，上述配置鑽石的方式並不能控制鑽石顆粒的顆粒大小、排列形狀與排列密度，而可能會產生鑽石顆粒堆疊等狀況，因此並不容易使研磨墊整理器保持均一的研磨速度。
發明內容
本發明的目的是提供一種研磨墊整理器及其製造方法。能夠使研磨墊整理器的鑽石顆粒具有均一的露出高度。
本發明的再一目的是提供一種研磨墊整理器及其製造方法，能夠避免研磨墊整理器的鑽石顆粒脫落。
本發明的又一目的是提供一種研磨墊整理器及其製造方法，能夠使研磨墊整理器同時適用於酸性以及鹼性的研磨環境。
本發明的另一目的是提供一種研磨墊整理器及其製造方法，能夠控制鑽石顆粒的顆粒大小、排列形狀與密度，以提供均一的研磨速率。
為實現上述目的，本發明提出的研磨墊整理器，包括一底層；以及複數個鑽石顆粒，鑲嵌於該底層的一表面上，其中該些鑽石顆粒露出該底層的該表面的部分具有相同的高度。
所述的研磨墊整理器，其中於該些鑽石顆粒之中具有一最小高度H，且該些鑽石顆粒露出該底層的該表面高度小於H/2。
所述的研磨墊整理器，其中該底層的材質包括陶瓷。
所述的研磨墊整理器，其中該底層的材質包括金屬。
所述的研磨墊整理器，其中該些鑽石顆粒於該底層上的配置範圍內呈二維矩陣的整齊排列。
本發明提出的上述研磨墊整理器的製造方法，包括下列步驟形成包覆有複數個鑽石顆粒的一底層，其中該些鑽石顆粒對齊於該底層的一表面；以及由該些鑽石顆粒所對齊的該表面側去除部分該底層，以露出該些鑽石顆粒。
所述的製造方法，其中形成包覆有該些鑽石顆粒的該底層的方法包括熱壓燒結法。
所述的製造方法，其中形成包覆有該些鑽石顆粒的該底層的方法還包括下列步驟將該些鑽石顆粒配置在一基準面上；以及於該基準面上形成該底層，並移除該基準面。
所述的製造方法，其中於該基準面上形成該底層還包括下列步驟於該基準面上散布一待燒結粉末以覆蓋該些鑽石顆粒；以及將該待燒結粉末燒結形成該底層。
所述的製造方法，其中將該待燒結粉末燒結形成該底層的方法包括熱壓燒結法。
所述的製造方法，其中將該些鑽石顆粒配置在該基準面上的方法還包括下列步驟於該基準面上配置一篩網；於該篩網的複數個網眼之間的該基準面上個別配置複數個鑽石顆粒；以及移除該篩網。
所述的製造方法，其中該底層的材質包括金屬。
所述的製造方法，其中由該些鑽石顆粒所對齊的該表面側去除部分該底層，以露出該些鑽石顆粒的方法包括研磨、噴砂以及酸洗所組的族群其中之一。
所述的製造方法，其中該底層的材質包括陶瓷。
所述的製造方法，其中由該些鑽石顆粒所對齊的該表面側去除部分該底層，以露出該些鑽石顆粒的方法包括研磨以及噴砂所組的族群其中之一。
所述的製造方法，其中於該些鑽石顆粒中具有一最小高度H，且該些鑽石顆粒露出該底層的該表面高度小於H/2。
由上述可知，由於本發明的研磨墊調整器系能夠使鑲嵌於底層上的鑽石顆粒具有均一的高度，因此在進行研磨墊的整理時並不會刮傷研磨墊的表面。
而且，由於本發明的研磨墊調整器能夠對鑽石顆粒鑲嵌於底層內的高度進行良好的控制，因而使得鑽石顆粒能夠牢固的固定於底層中而不易脫落，進而能夠延長研磨墊整理器的使用壽命。
尚且，由於本發明的研磨墊調整器的底層能夠採用陶瓷粉末熱壓燒結，因此具有良好的耐酸、耐鹼特性，而能夠同時適用於鹼性與酸性的研磨製程，並能夠延長研磨墊調整器的使用壽命。
此外，由於本發明的研磨墊調整器能夠由篩網對鑽石顆粒的顆粒大小、排列形狀以及排列密度進行良好的控制，因此能夠使研磨墊調整器保持在均一的研磨速率。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下圖1至圖2所顯示為一種公知研磨墊整理器的製造方法的示意圖。
圖3至圖5所顯示為本發明的第一實施例的研磨墊整理器的製造流程示意圖。
圖6至圖9所顯示為本發明的第二實施例的研磨墊整理器的製造流程示意圖。
具體實施例方式
本發明提供一種研磨墊整理器(Pad Conditioner)及其製造方法，依此製造方法所製造的研磨墊整理器可以應用於各種化學機械研磨(ChemicalMechanical Polishing，簡稱CMP)裝置上，例如旋轉式平臺(Rotational Platen)研磨機或是線性移動式(Linear)研磨機，然本發明可有相關不同的變型，凡符合本發明的精神，皆適用於本發明的範疇。
第一實施例圖3至圖5所顯示為本發明的第一實施例的研磨墊整理器的製造流程示意圖。首先，請參照圖3，提供一個基準面202，其中此基準面202例如是具黏性表面的紙，接著，將鑽石顆粒204配置在基準面202的一側表面上，其例如是將鑽石顆粒204配置在紙的具黏性表面上，以使鑽石顆粒204黏附在紙的表面上。其中此鑽石204例如是事先經過篩選而具有接近的大小，並且於此些鑽石顆粒204中的最小鑽石顆粒204的高度例如是H。
接著，請參照圖4，以預定形成研磨墊調整器的底層的待燒結粉末，將鑽石顆粒完全覆蓋(未圖示)，然後，將包含有鑽石顆粒204的待燒結粉末，以熱壓(Heat press)的方式燒結形成包覆有鑽石顆粒204的底層206，且在燒結過程中，作為基準面202的紙會被燒掉而移除。其中待燒結粉末的材質例如是金屬粉末或是陶瓷粉末，而且，在所形成的底層206中，鑽石顆粒204對齊底層206的一側表面。
接著，請參照圖5，由鑽石顆粒204所對齊的底層206表面側，去除部分的底層206並露出鑽石顆粒204的部分高度，以形成由底層206a與鑽石顆粒204所組成的研磨墊調整器。其中所去除底層206的厚度，較佳為小於最小鑽石顆粒204的一半高度(亦即是H/2)，而且去除部分底層206的方法，例如是採用研磨或是噴砂的方式，並且，當底層206的材質為金屬時，還可以使用酸洗的方式以去除部分底層206。
請繼續參照圖5以說明本發明的第一實施例的研磨墊整理器。本發明的研磨墊整理器由底層206a與鑽石顆粒204所組成。
其中底層206a例如是金屬材質或是陶瓷材質所構成，其例如是由金屬粉末或是陶瓷粉末經熱壓燒結所形成。
鑽石顆粒204鑲嵌於底層206a一側的表面上，其中此些鑽石顆粒204露出於底層206a表面的部分具有相同的高度，並且，鑽石顆粒204露出底層206a表面的高度，小於最小鑽石顆粒204的一半高度。
由上述第一實施例可知，在圖4步驟中，由於鑽石顆粒204被包覆在底層206中，並對齊底層206的一側表面(亦即是原先的基準面202)，因此，即使在配置鑽石顆粒時產生鑽石顆粒較大(圖5圈示位置A)或是鑽石顆粒堆疊(圖5圈示位置B)的情形，由於在圖5中，由鑽石顆粒204所對齊那一側的底層206表面去除部分的底層206，因此能夠確保露出的鑽石顆粒204具有相同的高度。
而且，在上述第一實施例中，由對底層206去除厚度進行良好的控制，而能夠使得最小的鑽石顆粒204鑲嵌於底層206a內的高度能夠超過其一半的高度H，進而使得鑽石顆粒204能夠牢固的固定於底層206a中而不易脫落。
尚且，如果底層206a的材質是採用陶瓷的話，由於陶瓷具有耐酸鹼的性質，則此研磨墊整理器能夠同時適用於鹼性與酸性的研磨環境。
第二實施例圖6至圖9所顯示為本發明的第二實施例的研磨墊整理器的製造流程示意圖。首先，請同時參照圖6與圖7，提供一個基準面302，其中此基準面302例如是具黏性表面的紙，接著，如圖7所示，在基準面302上放置篩網310，接著，由篩網310的篩選，將適當大小的鑽石顆粒304配置在篩網310的網眼中的基準面302上，其例如是將鑽石顆粒304散布在篩網310上，此時只有顆粒小於網眼者得以進入網眼中並黏附於基準面302上。並且於此些鑽石顆粒304中的最小鑽石顆粒304的高度例如是H。
接著，請參照圖8，將篩網310移除，再以預定形成研磨墊調整器的底層的待燒結粉末，將鑽石顆粒304完全覆蓋(未圖示)，然後，將包含有鑽石顆粒304的待燒結粉末，以熱壓的方式燒結形成包含有鑽石顆粒304的底層306，且在燒結過程中，作為基準面302的紙會被燒掉而移除。其中待燒結粉末的材質例如是金屬粉末或是陶瓷粉末，而且，在所形成的底層306中，鑽石顆粒304對齊底層306的一側表面。
接著，請參照圖9，由鑽石顆粒304所對齊的底層306表面側，去除部分的底層306並露出鑽石顆粒304的部分高度，以形成由底層306a與鑽石顆粒304所組成的研磨墊調整器。其中所去除的底層306的厚度，較佳為小於最小鑽石顆粒304的一半高度(亦即是H/2)，而且去除部分底層306的方法，例如是採用研磨或是噴砂的方式，並且，當底層306的材質為金屬時，還可以使用酸洗的方式去除部分的底層306。
請繼續參照圖9以說明本發明的第二實施例的研磨墊整理器。本發明的研磨墊整理器由底層306a與鑽石顆粒304所組成。
其中底層306a例如是由金屬材質或是陶瓷材質所構成，其例如是由金屬粉末或是陶瓷粉末經熱壓燒結所形成。
鑽石顆粒304鑲嵌於底層306a一側的表面上，其中此些鑽石顆粒304露出於底層306a表面的部分具有相同的高度，並且，鑽石顆粒304露出底層306a表面的高度，不大於最小鑽石顆粒304的高度的一半。尚且鑽石顆粒304在底層306a的鑽石顆粒的配置區域內呈二維矩陣的整齊排列。
本發明第二實施例的研磨墊調整器，除了具有如同第一實施例的優點的外，在圖6、7所示的配置鑽石顆粒的步驟中，由於在基準面302上事先配置篩網310，使得只有鑽石顆粒304小於網眼者才能黏附於基準面302的上，因此，由篩網310的規範，鑽石顆粒304能夠整齊/均勻的配置於基準面302上。而且，由改變所使用篩網310的網眼大小與排列密度，能夠對鑽石顆粒304的排列形狀與密度進行良好控制，以因應實際製程對於不同研磨速率的需求。
在本發明上述第一、第二實施例中，鑽石顆粒均勻的分布在底層的一側表面上，然而本發明並不局限於上述的分布形式，例如是可以在一側表面上呈環狀分布，或是採用其他的分布方式等。
而且，在本發明上述第一、第二實施例中，使用基準面202、302的目的，是為了使鑽石顆粒204、304的一側能夠位於同一平面上，然而本發明並不限定於使用基準面202、302，只要在燒結形成本發明的包覆鑽石顆粒的底層之後，其中的鑽石顆粒對齊底層的一側表面，就包含於本發明的技術特徵之內。
綜上所述，本發明至少具有下述的優點1、經由本發明的製造方法所得的研磨墊調整器，由於鑲嵌於其上的鑽石顆粒具有均一的高度，因此在進行研磨墊的整理時並不會刮傷研磨墊的表面，進而能夠確保被研磨物不會因為研磨墊受損而連帶被刮傷。
2、經由本發明的製造方法所得的研磨墊調整器，由於能夠對鑽石顆粒鑲嵌於底層內的高度進行良好的控制，因而使得鑽石顆粒能夠牢固的固定於底層中而不易脫落，進而能夠延長研磨墊的壽命。
3、經由本發明的製造方法所得的研磨墊調整器，由於底層系能夠採用陶瓷粉末熱壓燒結，因此所形成的陶瓷研磨墊調整器具有良好的耐酸、耐鹼特性，而能夠同時適用於鹼性與酸性的研磨製程，並能夠延長研磨墊調整器的使用壽命。
4、經由本發明的製造方法所得的研磨墊調整器，由於能夠由篩網對鑽石顆粒的排列形狀以及排列密度進行良好的控制，因此能夠使研磨墊調整器保持在均一的研磨速率。
雖然本發明已以較佳實施例描述如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝的人士，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視申請專利範圍所界定的為準。
權利要求
1.一種研磨墊整理器，包括一底層；以及複數個鑽石顆粒，鑲嵌於該底層的一表面上，其中該些鑽石顆粒露出該底層的該表面的部分具有相同的高度。
2.如權利要求1所述的研磨墊整理器，其特徵在於，其中於該些鑽石顆粒之中具有一最小高度H，且該些鑽石顆粒露出該底層的該表面高度小於H/2。
3.如權利要求1所述的研磨墊整理器，其特徵在於，其中該底層的材質包括陶瓷。
4.如權利要求1所述的研磨墊整理器，其特徵在於，其中該底層的材質包括金屬。
5.如權利要求1所述的研磨墊整理器，其特徵在於，其中該些鑽石顆粒於該底層上的配置範圍內呈二維矩陣的整齊排列。
6.一種研磨墊整理器的製造方法，包括下列步驟形成包覆有複數個鑽石顆粒的一底層，其中該些鑽石顆粒對齊於該底層的一表面；以及由該些鑽石顆粒所對齊的該表面側去除部分該底層，以露出該些鑽石顆粒。
7.如權利要求6所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中形成包覆有該些鑽石顆粒的該底層的方法包括熱壓燒結法。
8.如權利要求6所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中形成包覆有該些鑽石顆粒的該底層的方法還包括下列步驟將該些鑽石顆粒配置在一基準面上；以及於該基準面上形成該底層，並移除該基準面。
9.如權利要求8所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中於該基準面上形成該底層還包括下列步驟於該基準面上散布一待燒結粉末以覆蓋該些鑽石顆粒；以及將該待燒結粉末燒結形成該底層。
10.如權利要求9所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中將該待燒結粉末燒結形成該底層的方法包括熱壓燒結法。
11.如權利要求8所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中將該些鑽石顆粒配置在該基準面上的方法還包括下列步驟於該基準面上配置一篩網；於該篩網的複數個網眼之間的該基準面上個別配置複數個鑽石顆粒；以及移除該篩網。
12.如權利要求6所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中該底層的材質包括金屬。
13.如權利要求12所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中由該些鑽石顆粒所對齊的該表面側去除部分該底層，以露出該些鑽石顆粒的方法包括研磨、噴砂以及酸洗所組的族群其中之一。
14.如權利要求6所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中該底層的材質包括陶瓷。
15.如權利要求14所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中由該些鑽石顆粒所對齊的該表面側去除部分該底層，以露出該些鑽石顆粒的方法包括研磨以及噴砂所組的族群其中之一。
16.如權利要求6所述的研磨墊整理器的製造方法，其特徵在於，其中於該些鑽石顆粒中具有一最小高度H，且該些鑽石顆粒露出該底層的該表面高度小於H/2。
全文摘要
一種研磨墊整理器，此研磨墊整理器具有一底層與複數個鑽石顆粒，其中此些鑽石顆粒鑲嵌於底層的一表面上，並且鑽石顆粒露出底層表面的部分具有相同的高度，並且此些鑽石顆粒露出底層表面的高度，小於最小鑽石顆粒的一半高度。以使得研磨墊調整器不會因為鑽石顆粒高度不均而刮傷研磨墊的表面，並能夠避免鑽石顆粒的脫落。
文檔編號B24B53/12GK1532026SQ03107309
公開日2004年9月29日 申請日期2003年3月19日 優先權日2003年3月19日
發明者李文華, 周瑞麟 申請人:銓科光電材料股份有限公司