CN104097146B - 抛光垫修整器结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抛光垫修整器结构及其制作方法，抛光垫修整器结构包含具有特定轴向的蓝宝石芯片本体及保护膜，蓝宝石芯片本体的上表面具有微结构，保护层覆盖该蓝宝石本体的上表面，微结构的高度误差小于平均高度的5％，该方法包含芯片单元形成步骤、影像转移步骤、热处理步骤及保护层形成步骤，芯片单元形成步骤形成特定轴向的蓝宝石芯片，影像转移步骤以半导体制程的影像转移方式形成微结构，得到蓝宝石芯片本体，热处理步骤减少晶格缺陷，保护层形成步骤在蓝宝石芯片本体上形成保护层，达到提升机械及化学的抗磨耗、抗蚀效果。

Description

抛光垫修整器结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种抛光垫修整器结构及其制作方法，尤其是在具有特定轴向的蓝宝石芯片上形成磨擦系数低及耐腐蚀的微结构。

背景技术

随着半导体及光电产业的蓬勃发展，科技日新月异的进展，对元件线宽的要求逐渐变小，以及电路积体化的高度发展，在整个半导体制程中，平坦化的制程日趋重要。现今以化学机械抛光法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)最能够满足电子元件制程中，高度平坦化的需求。

在化学机械抛光法中，所使用的抛光垫表面具有孔洞及纤毛两个结构，孔洞的目的是用以涵养抛光浆(slurry)，而纤毛用以与工件机磨擦，如此，藉由化学力与机械力的结合，去除表面不平整的部位。然而，抛光垫在抛光的过程中也会被钝化，可能产生的现象包含孔洞被移除的颗粒(particle)或研磨粒(abrasive)填塞空隙、纤毛因长时间的摩擦有磨耗等，这都会导致抛光效率的降低。

为了维持一定的抛光效率，而避免制程的停止，目前采用的方式是一边进行化学机械抛光，同时一边使用抛光垫修整器刮除表面颗粒及刮痕整理，而使得在抛光垫的表面产生新的孔洞以含养抛光液，以及产生新的纤毛以移除材料。

现今来说，抛光垫修整器的结构是以钻石微粒硬焊于金属盘表面，由于其钻石裸露的高低不一、外观形状不一及大小不一，而使得整体钻石微粒在修整时的利用率约只有10％左右，且由于钻石微粒是藉由电镀或硬焊烧结的方式与金属盘结合，结合力与接触面积大小及状态呈正相关，钻石颗粒与焊层间依旧存在接口间热涨冷缩至钻石脱落失效状态，当热涨冷缩严重或是接着层的金属遭受抛光浆的腐蚀而使得钻石粒脱落时，可能会导致加工物的局部或大面积的刮伤与破片损失，这时产生的问题就比定期维修更为严重。

另外，虽然近年来已经发展出以陶瓷材料形成一体成型的抛光垫修整器，而能够避免钻石的脱离的问题，然而，整体的硬度仍然远低于钻石，且对于晶圆用的抛光液，仍然有被腐蚀的现象，因此，需要一种能够耐机械、化学的磨损，同时面微结构高低相同、大小一致，且不易脱落的抛光垫修整器。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种抛光垫修整器结构，该抛光垫修整器结构包含一蓝宝石芯片本体以及一保护膜，蓝宝石芯片本体为具有一特定轴向，且其上表面上具有多个微结构，而该保护层为钻石膜或类钻碳膜，覆盖该蓝宝石本体的上表面，其中特定轴向为a轴向、c轴向、r轴向、m轴向、n轴向以及v轴向的其中之一，且所述微结构的高度误差小于一平均高度的5％。

进一步地，蓝宝石芯片本体及保护层之间还包含一缓冲层，以增加保护层的附着力，其中该缓冲层为钛、铂、铜、掺杂钛的氧化铝、氧化钛、氧化铝氧化钛混合物，以及石墨的至少其中之一。

本发明的另一目的是提供一种本发明抛光垫修整器的制作方法，该方法包含芯片单元形成步骤、影像转移步骤、热处理步骤以及保护层形成步骤。芯片单元形成步骤是在将原料在高温炉熔料后，在特定轴向对晶种拉晶，而形成特定轴向的晶棒，再藉由切片，得到具有特定轴向的蓝宝石芯片。影像转移步骤是在该具有特定轴向的蓝宝石芯片，以半导体制程的影像转移方式，使得在该具有特定轴向的蓝宝石芯片的表面上形成多个微结构，形成该蓝宝石芯片本体。

热处理步骤是将影像转移步骤该蓝宝石芯片本体，放入高温炉中，升温至1000℃～1800℃维持1～8小时后炉冷，而使蓝宝石的晶格重整，减少晶格缺陷。保护层形成步骤是在蓝宝石芯片本体上形成一保护层，而完成抛光垫修整器结构。此外，在热处理步骤后、保护层形成步骤之前，还可先进行一缓冲层形成步骤，在蓝宝石芯片本体上先形成一缓冲层以增加保护层的附着力。

藉由以广泛应用、技术成熟的蓝宝石晶圆，以半导体的影像转移方式在其上形成具有微结构的蓝宝石芯片本体，由于蓝宝石芯片本体具有特定轴向。

蓝宝石晶圆，且经热处理减少晶格缺陷，并在其上形成保护层，达到微结构高度均匀、不易脱落的优点，更藉由保护层达到机械及化学的抗磨耗、抗蚀效果，而有效地解决现有技术上所面临的问题。

附图说明

图1为本发明抛光垫修整器结构的剖面示意图；

图2A至图2D为图1中蓝宝石芯片本体的立体及放大剖视图；以及

图3至图6为本发明抛光垫修整器的制作方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1抛光垫修整器结构

10蓝宝石芯片

15微结构

20保护层

30缓冲层

S1抛光垫修整器的制作方法

S10芯片单元形成步骤

S20影像转移步骤

S30热处理步骤

S40保护层形成步骤

S50缓冲层形成步骤

具体实施方式

以下配合图式及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

参阅图1，为本发明抛光垫修整器结构的剖面示意图。如图1所示，本发明抛光垫修整器结构1包含一蓝宝石芯片本体10，以及一保护层20，蓝宝石芯片本体10为特定轴向的芯片，且其上表面上具有多个微结构15，保护层20为钻石膜或一类钻碳(Diamond Like Carbon，DLC)膜，覆盖该蓝宝石本体10的上表面。该特定轴向可以为a轴向(包含 以及)、c轴向([0001])、r-轴向(包含 以及)、m-轴向(包含以及)、该v轴向以及该n轴向又其中a轴向、c轴向以及m-轴向侧向的耐磨度较高，而r-轴向、v轴向以及n轴向正向的耐磨度较高。

进一步地，在蓝宝石芯片本体10及一保护层20之间还包含一缓冲层30，以增加保护层20的附着力，其中该缓冲层20为钛、铂、铜、铬、镍、氮化硅、氮氧化硅、掺杂钛的氧化铝、氧化钛、氧化铝氧化钛混合物，以及石墨的至少其中之一。

参阅图2A至图2D，为图1中蓝宝石芯片本体的立体及放大剖视图。如图2A所示，蓝宝石芯片本体10上的所述微结构15为对称平头锥柱；如图2B所示，蓝宝石芯片本体10上的所述微结构15为不称平头锥柱；如图2C所示，蓝宝石芯片本体10上的所述微结构15为对称尖头锥柱；以及；如图2D所示，蓝宝石芯片本体10上的所述微结构15为不对称尖头锥柱。在此仅为示例，而不用以限定，可依实际使用形成各种微结构的形状。而所述微结构15的高度误差小于平均高度的5％。

参阅图3，为本发明抛光垫修整器的制作方法的流程图。如图3所示，本发明抛光垫修整器的制作方法S1包含芯片单元形成步骤S10、影像转移步骤S20、热处理步骤S30以及保护层形成步骤S40。芯片单元形成步骤S10是在将原料在高温炉熔料后，在特定轴向对晶种拉晶，而形成特定轴向的晶棒，再藉由切片，得到具有特定轴向的蓝宝石芯片。

影像转移步骤S20是在该具有特定轴向的蓝宝石芯片，以半导体制程的影像转移方式，使得在该具有特定轴向的蓝宝石芯片的上表面上形成多个微结构15，形成该蓝宝石芯片本体10，其中影像转移步骤S20可以包含传统的涂布光阻、曝光、显影、湿蚀刻、移除光阻等细部步骤，也可以将湿蚀刻、移除光阻改为干蚀刻及光阻灰化。

热处理步骤S30是将影像转移步骤S20后的该蓝宝石芯片本体10，放入一高温炉中，升温至1000℃～1800℃维持1～8小时后炉冷，如此，使得蓝宝石的晶格重整，而减少晶格缺陷。

保护层形成步骤S40是以溅镀(Sputtering)、有机金属化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)、电浆化学气相沉积(Plasmaenhanced chemical vapor deposition，PECVD)、低压化学气相沉积(Low pressurechemical vapor deposition，LPCVD)、脉冲雷射沉积(pulsed laser deposition，PLD)，以及电弧离子蒸镀(arc ion plating，AIP)的其中之一在蓝宝石芯片本体10上形成一保护层20，而完成本发明的抛光垫修整器结构。

进一步地，可以在热处理步骤S30后，保护层形成步骤S40之前先进行一缓冲层形成步骤S50，主要是以蒸镀、溅镀、MOCVD、PECVD、LPCVD、PLD以及AIP的其中之一，在蓝宝石芯片本体10上先形成一缓冲层30。

更进一步地，可以如图4至图6所示，热处理步骤S30可以在完成缓冲层形成步骤S50后进行，再执行保护层形成步骤S40，也可以在完成缓冲层形成步骤S50及保护层形成步骤S40后再进行热处理步骤S30，更广泛地，还可以在影像转移步骤S20、缓冲层形成步骤S50及保护层形成步骤S40各进行一次热处理步骤S30。

本发明的技术特征主要在于，应用形成发光二极管常用的蓝宝石晶圆，以半导体的影像转移方式形成在上表面具有微结构的蓝宝石芯片本体，由于蓝宝石芯片本体具有特定轴向，且经过热处理减少缺陷，并在其上形成保护层。如此，除了达到微结构的高度均匀、不易脱落，更藉由保护层达到机械及化学的抗磨耗、抗蚀效果，而有效地解决现有技术上所面临的问题。

以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (10)

1.一种抛光垫修整器结构，其特征在于，包含：

一蓝宝石芯片本体，为具有一特定轴向的芯片，且其上表面上具有多个微结构；

一保护层，为一钻石膜或一类钻碳膜，覆盖该蓝宝石芯片本体的上表面，

其中该特定轴向为a轴向、c轴向、r轴向、m轴向、n轴向以及v轴向的其中之一，且所述微结构的高度误差小于一平均高度的5％；以及

一缓冲层，该缓冲层设置在该蓝宝石芯片本体以及该保护层之间。

2.如权利要求1所述的抛光垫修整器结构，其特征在于，该缓冲层为钛、铂、铜、铬、镍、氮化硅、氮氧化硅、掺杂钛的氧化铝、氧化钛、氧化铝氧化钛混合物，以及石墨的至少其中之一。

3.如权利要求1所述的抛光垫修整器结构，其特征在于，所述微结构的外观形状为对称平头锥柱、对称尖头锥柱、不对称平头锥柱，或不对称尖头锥柱。

4.一种抛光垫修整器结构的制作方法，其特征在于，包含：

一芯片单元形成步骤，将原料在高温炉熔料后，在特定轴向对晶种拉晶，而形成一特定轴向的一晶棒，再将该晶棒切片得到具有该特定轴向的一蓝宝石芯片；

一影像转移步骤，在该蓝宝石芯片的一上表面上以影像转移的方式，形成多个微结构，完成一蓝宝石芯片本体；

一保护层形成步骤，在该蓝宝石芯片本体的该上表面上形成一保护层，完成该抛光垫修整器结构；以及

至少一热处理步骤，将具有该宝石芯片本体放入一高温炉中进行一热处理，以修复晶格缺陷及/或增加保护层附着力，该至少热处理步骤在该影像转移步骤后，或/及保护层形成步骤后进行，

其中该特定轴向为a轴向、c轴向、r轴向、m轴向、n轴向以及ν轴向的其中之一，且所述微结构的高度误差小于一平均高度的5％。

5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该保护层形成步骤是以溅镀、有机金属化学气相沉积、电浆化学气相沉积、低压化学气相沉积、脉冲镭射沉积，以及电弧离子蒸镀的其中之一形成该保护层于该蓝宝石芯片本体的该上表面。

6.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述微结构的外观形状为对称平头锥柱、对称尖头锥柱、不对称平头锥柱，或不对称尖头锥柱。

7.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，进一步在保护层形成步骤之前先进行一缓冲层形成步骤，在该蓝宝石芯片本体的上表面先形成一缓冲层，其中该缓冲层是以蒸镀、溅镀、MOCVD、PECVD、LPCVD、PLD以及AIP的其中之一所形成。

8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该缓冲层为钛、铂、铜、掺杂钛的氧化铝、氧化钛、氧化铝氧化钛混合物，以及石墨的至少其中之一。

9.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该热处理步骤是将完成该影像转移步骤后的该蓝宝石芯片，放入一高温炉中，升温至1000℃～1800℃维持1～8小时后炉冷。

10.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，进一步在该缓冲层形成步骤前或后再进行一热处理步骤。