CN108857866A - 化学机械研磨抛光垫修整器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学机械研磨抛光垫修整器及其制造方法，化学机械研磨抛光垫修整器包含一底部基板：一中间层，设置在该底部基板上，该中间层包括一中空部以及一围绕该中空部的环状部，该环状部具有多个凸块；以及一钻石膜，设置在该中间层上，并对应该中间层的该凸块而形成多个研磨凸起；其中，该研磨凸起的一顶面具有一图案化结构，且该顶面具有一介于2至20之间的中心线平均粗糙度(Ra)。

Description

化学机械研磨抛光垫修整器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种化学机械研磨抛光垫修整器，尤指一种兼具良好切屑能力与移除能力的化学机械研磨抛光垫修整器、以及其制造方法。

背景技术

在半导体晶圆的制造过程中，为了让晶圆的表面达到平坦化的目标，常使用化学机械研磨工艺，利用固定在一旋转台的研磨垫接触并对晶圆进行研磨。但研磨所产生的碎屑及研磨浆料会累积在研磨垫的孔洞中，日积月累下使研磨垫产生耗损也降低研磨效果。因此，常使用修整器来移除研磨垫中残留的碎屑和研磨浆料。

现有的化学机械研磨抛光垫修整器大略分为两类：一类采用钻石颗粒作为研磨材料，另一类则是以化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)沉积钻石膜作为研磨材料。

就上述利用化学气相沉积法沉积钻石膜来作为研磨材料的该化学机械研磨抛光垫修整器而言，现有技术中，如中国台湾专利公开号200948533提供的化学机械研磨抛光垫调节件，是将CVD钻石涂层涂覆在由陶瓷材料与较佳为未反应的碳化物形成材料所组成的基材上，且其调节件具有一个可预料或不可预料的凸面特征结构，以协助调节件的使用。上述的凸面特征结构包括同心环、不连续或交错同心环、螺旋、不连续螺旋、矩形、不连续矩形等。

另，申请人在先前提出的中国台湾专利申请号105124293中提供一种化学机械研磨抛光垫修整器，包含一底部基板、一中间基板、以及一研磨层，该中间基板设置在该底部基板上，且该中间基板包括一中空部、一围绕该中空部的环形部、以及至少一远离该底部基板而自该环形部凸出的凸出环，该凸出环包括沿着一环带区域相隔排列的多个凸块，该凸块沿着该中间基板的径向延伸，而一钻石层设置在该中间基板上，顺应该凸块形成多个研磨凸起，该研磨凸起可具有一平坦顶面亦可具有一粗糙顶面。

又如中国台湾专利公开号201249595提供的化学机械平坦化研磨垫整理器，包括具有第一组突起以及第二组突起的基板，该第一组突起具有第一平均高度且该第二组突起具有不同于第一平均高度的第二平均高度，且该第一组突起以及该第二组突起的顶部均具有一层多晶钻石。在此申请案的说明书中提到其第一组突起中一个或多个突起的远程表面可具有不规则或粗糙表面且第二组突起中各突起的远程表面可具有不规则或粗糙表面，但在其他实施例中，第一组突起中一个或多个突起的顶部可具有平坦表面，且第二组突起中各突起的顶部可具有平坦表面。

上述以CVD钻石膜作为研磨材料的化学机械研磨抛光垫修整器可进一步结合研磨颗粒，如本案申请人在先前提出的中国台湾专利公开号201630689即揭示一种化学机械研磨修整器，其包含一基座，该基座的表面划分为呈现同心圆的一中心表面以及一外围表面，该中心表面内凹成为一内凹部，该外围表面则环绕中心表面并内凹形成多个装设孔，且有多个滑块设在外围表面并散布在装设孔之间，各滑块具有一滑块修整面，除此之外，该化学机械研磨修整器还有多个修整柱对应地设置在该装设孔中，该修整柱包含一柱体与一装设在该柱体顶面的磨料。

在上述前案中，譬如中国台湾专利公开号200948533仅提到在基材上形成该凸面特征结构；而中国台湾专利申请号105124293、中国台湾专利公开号201249595、以及201630689虽然揭示其研磨凸起可具有一粗糙顶面，但并未对该粗糙顶面多加定义或描述，仅中国台湾专利公开号201249595在说明书中略提到其粗糙度或不规则表面可至少部分归因于来自经转变为碳化硅的多孔石磨基板的粗糙度；再者，该顶面的粗糙与否仅为实施时的一种态样，在其他实施例中，亦可为一平坦顶面。显然，该研磨凸起的顶面型态并非上述前案的技术重点所在。

因此，即便上述前案通过改良现有化学机械研磨修整器的该顶面，使其具有多个非平面凸块并将该些凸块排列为特定的形状来达到研磨或切割速率一致、强化移除能力等效果，但实际应用在加工的时候，在抛光垫小孔内的残留碎屑仍然无法有效移除，影响了化学机械研磨修整器的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决现有使用化学气相沉积(CVD)钻石膜的化学机械研磨修整器无法有效地移除杂质或切屑，致使该化学机械研磨修整器的使用寿命缩短的缺点。

为了达到上述目的，本发明发现当对于一化学机械研磨抛光垫修整器的一顶面(即，工作面)进行加工使之具有一图案化结构及一特定的中心线平均粗糙度(Ra)时，该化学机械研磨抛光垫修整器的均匀性更佳、也展现出更好的碎屑移除效果。

更具体的，本发明所提供的化学机械研磨抛光垫修整器包含：一底部基板；一中间层，设置在该底部基板上，该中间层包括一中空部以及一围绕该中空部的环状部，该环状部具有多个凸块；以及一钻石膜，设置在该中间层上，并对应该中间层的该凸块而形成多个研磨凸起；其中，该研磨凸起的一顶面具有一图案化结构，且该顶面具有一介于2至20之间的中心线平均粗糙度(Ra)。

在本发明一实施例中，该图案化结构包括多个规则或不规则排列的立体图形。

在本发明一实施例中，该立体图形选自由三角锥、四角锥、五角锥、六角椎、七角锥、八角椎、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、七角柱、八角柱、圆锥、圆柱、椭圆锥、椭圆柱以及其组合所组成的群组。

在本发明一实施例中，该立体图形的一中心点与一相邻的立体图形的中心点之间具有一第一间距，该第一间距大于该立体图形的一宽度，且该第一间距为该立体图形的该宽度的0.5至8.3倍。

在本发明一实施例中，该第一间距介于50μm至250μm之间。

在本发明一实施例中，该立体图形具有一介于30μm至100μm之间的宽度。

在本发明一实施例中，该研磨凸起上每平方毫米(mm²)所包括的该立体图形数量介于10个至250个之间。

在本发明一实施例中，该立体图形在该研磨凸起上排列形成多个立体图形聚集部。

在本发明一实施例中，该立体图形聚集部与一相邻的立体图形聚集部之间具有至少一平坦区域，该平坦区域不含有该研磨凸起。

在本发明一实施例中，该中间层为一导电碳化硅或一非导电碳化硅。

在本发明一实施例中，该研磨凸起相对该中间层的一径向呈一弧度。

在本发明一实施例中，该凸块在该环状部排列成多个凸出环，且位在相邻的该凸出环的该凸块彼此相互错位。

在本发明一实施例中，该环状部的该凸块为经一能量加工法、一放电加工法、或一压铸法而形成。

本发明并提供一种化学机械研磨抛光修整器的制造方法，包括：提供一底部基板；设置一中间层，该中间层包括一中空部以及一围绕该中空部的环状部，在该环状部上形成多个凸块；在该中间层上形成一钻石膜，令该钻石膜顺应该中间层的该凸块而形成多个研磨凸起，该研磨凸起的一顶面形成有一图案化结构且具有一介于2至20之间的中心线平均粗糙度(Ra)；以及将该中间层的一侧固定在该底部基板上。

在本发明一实施例中，该中间层通过一结合层固定在该底部基板上。

在本发明一实施例中，该环状部的该凸块为经一能量加工法、一放电加工法、或一压铸法而形成。

是以，本发明的化学机械研磨抛光垫修整器在其顶面具有一图案化结构，增加该顶面的一中心线平均粗糙度(Ra)，故相较于现有技术而言，本发明的化学机械研磨抛光垫修整器的均匀性获得提升，而以均匀性佳化学机械研磨抛光垫修整器进行修整时，即使是小孔内的残留碎屑也可以顺利移除，故能提升移除能力，综合上述优点，本发明的化学机械研磨修整器的使用寿命将有所延长。

附图说明

图1为本发明第一实施例的化学机械研磨抛光垫修整器的俯视图。

图2A为图1的A-A’方向剖面示意图。

图2B为图1的B-B’方向剖面示意图。

图3为图1的一工作面(顶面)的图案化结构示意图。

图4为从图1的一工作面(顶面)俯视的俯视图。

图5A为本发明第二实施例的化学机械研磨抛光垫修整器的俯视图。

图5B为图5A的C-C’方向剖面示意图。

图6为本发明第二实施例另一态样的化学机械研磨抛光垫修整器的俯视图。

图7A至图7B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片

图8A至图8B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片。

图9A至图9B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片。

图10A至图10B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片。

图11A至图11B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片。

图12A至图12B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片。

图13A至图13B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片。

图14A至图14B为本发明中该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)图片。

具体实施方式

涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：

第一实施例

请参考图1并搭配图2A、图2B，分别代表本发明第一实施例的化学机械研磨抛光垫修整器1的俯视图、A-A’方向剖面示意图、以及B-B’方向剖面示意图。

本发明的化学机械研磨抛光垫修整器1主要包含一底部基板10、一中间层20、以及一钻石膜30，其中，该中间层20设置在该底部基板10上，该钻石膜30则是披覆在该中间层20上。本实施例中，该化学机械研磨抛光垫修整器1的制造方法包括：

(S1)提供一底部基板10。

(S2)设置一中间层20，该中间层20包括一中空部20a以及一围绕该中空部20a的环状部20b，将该环状部20b经一能量加工法(譬如一放电加工法、一激光加工法)或一压铸法而具有多个凸块201。举例来说，当使用一导电材料作为该中间层时，可配合使用该放电加工法，当使用一非导电材料作为该中间层时，可配合使用该激光加工法在该环状部20b上产生该凸块201。除此之外，还可以使用一压铸法直接在成形时得到前述结构，譬如，利用粉末压出预期的形状，再经过烧结成形。

(S3)在该中间层20上形成一钻石膜30，令该钻石膜30顺应该中间层20的该凸块201而形成多个研磨凸起301，该研磨凸起301的一顶面3011形成有一图案化结构且具有一介于2至20之间的中心线平均粗糙度(Ra)。

(S4)将该中间层20的一侧固定在该底部基板10上。

下文中将更详细地介绍该化学机械研磨抛光垫修整器1的结构。

该底部基板10可为一平面基板、亦可为一设有可容纳该中间层20的沟槽的非平面基板。适用在本发明的该底部基板10的材料举例可为不锈钢、金属材料、高分子材料、陶瓷材料或其组合。

该中间层20设置在该底部基板10上，且形成该中间层20的材料可为一导电碳化硅或为一不导电碳化硅。本实施例中，该中间层20包括一中空部20a以及一围绕该中空部20a的环状部20b。该环状部20经一激光加工法刻画而具有多个凸块201，该凸块201沿着该环状部20b排列形成一凸出环，且视情况该凸块201可以该中空部20a为中心，排列形成至少一圈的该凸出环，举例可为1至20圈的该凸出环、更佳为2至20圈的该凸出环，本实施例以2圈的该凸出环说明，此时，相邻的该凸出环中的该凸块201彼此相互错位。该凸块201的形状并无特别限制，举例来说，可为梯形、扇形、或依需求设计为其他形状。本实施例中，该凸块201为经该激光加工法刻画而形成，且在该凸块201的一顶面上亦经由该激光加工法刻画而具有一图案化结构，然在其他实施例中也可通过如放电加工法或压铸法等方式形成该凸块201及该图案化结构，本发明对此并无特别限制。

本实施例中，该钻石膜30为经一化学气相沉积法形成。该化学气相沉积法举例可为热线气相沉积法(filament CVD)、电浆辅助化学气相沉积法(PECVD)、微波电浆化学气相沉积法(MPCVD)或其他类似的方法，顺应该中间层20的该凸块201而披覆在该中间层20的表面形成多个研磨凸起301，本实施例中，该些研磨凸起301相对该中间层20的一径向呈一弧度，如图1所绘示。

因为该钻石膜30为顺应该中间层20的形状而形成的缘故，故由该钻石膜30凸出的该研磨凸起301也顺应该凸块201而在该研磨凸起301的一顶面3011形成有一对应该凸块201的该图案化结构，该图案化结构包括多个规则或不规则排列的立体图形，更具体来说，可为多个规则或不规则排列的三角锥、四角锥、五角锥、六角椎、七角锥、八角椎、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、七角柱、八角柱、圆锥、圆柱、椭圆锥、椭圆柱或其组合，通过该图案化结构赋予该研磨凸起的该顶面3011一介于2至20之间的中心线平均粗糙度(Ra)。

本实施例是经由一结合层40来结合该底部基板10及该中间层20，该结合层40可选用任何具有附着力的材料，譬如树脂。在其他实施例中也可通过一硬焊法或一机械结合来将该中间层20固定在该底部基板10上。

请参考图4，当由一工作面俯视该化学机械研磨抛光垫修整器1时，可以看见多个研磨凸起301以及在两研磨凸起301之间所形成的一排屑通道302。

顺应该中间层20的形状，该钻石膜30的该研磨凸起301的一顶面3011上由多个规则或不规则排列的立体图形3012(见图3)形成该图案化结构。如前文所述，该立体图形3012可选自由三角锥、四角锥、五角锥、六角椎、七角锥、八角椎、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、七角柱、八角柱、圆锥、圆柱、椭圆锥、椭圆柱以及其组合所组成的群组。

为了详细说明，请参考图3，本实施例的该立体图形3012以规则的正六角柱为例，每一该立体图形3012的一中心点与一相邻的立体图形3012的中心点之间具有一第一间距D1。

本实施例中，该第一间距D1大于该立体图形3012的一宽度D0，且该第一间距D1为该立体图形3012的该宽度D0的0.5至8.3倍。本实施例中，该第一间距D1可介于50μm至250μm之间，而该立体图形3012的该宽度D0可介于30μm至100μm之间，然本发明对此并无特别限制，本领域具有通常知识者可依需求选择适当的该第一间距D1以及该立体图形3012的该宽度D0，只要符合上述该第一间距D1大于该立体图形3012的一宽度D0，且该第一间距为该立体图形3012的该宽度D0的0.5至8.3倍即可。举例来说，在一非限制性实施例中，该第一间距D1可为200μm，而该宽度D0可为80μm，使该第一间距D1为该宽度D0的2.5倍；在另一实施例中，该第一间距D1可为65μm，而该宽度D0可为30μm，则该第一间距D1为该宽度D0的约2.17倍。

本实施例中，该研磨凸起301上每平方毫米(mm²)所包括的该立体图形3012数量介于10个至250个之间，且该立体图形3012在该顶面3011的排列方式并无特别的限制。举例来说，请参考图4，可在该研磨凸起301的该顶面3011上排列形成两个该立体图形聚集部303，且该立体图形聚集部303彼此之间具有至少一平坦区域304，该平坦区域304不含有该研磨凸起301。然在其他实施例中，该顶面3011上可具有两个以上的该立体图形聚集部303；或者在另一实施例中，该立体图形3012并未聚集形成该立体图形聚集部303，而是均匀地形成在该顶面3011上。

第二实施例

本发明第二实施例的化学机械研磨抛光垫修整器1，如图5A所示。在第二实施例中，除了进一步包括多个研磨单元50外，该化学机械研磨抛光垫修整器1的结构与上述的第一实施例大致上相同。

请续参考图5B，为图5A的C-C’方向剖面示意图。在本发明第二实施例的化学机械研磨抛光垫修整器1中，该研磨单元50包括一承载柱51、一设置在该承载柱51上的研磨颗粒52、以及一用来结合该承载柱51与该磨料颗粒52的磨料结合层53。在第二实施例中，该研磨单元50设置在该底部基板10对应该中间层20的该中空部20a的位置上。

在其他实施例中，请参考图6，为本发明第二实施例另一态样的化学机械研磨抛光垫修整器1的俯视图。在此态样的化学机械研磨抛光垫修整器1与图5A所绘示的化学机械研磨抛光垫修整器1差异仅在于该研磨单元50的设置位置：在图6的态样中，该研磨单元50设置在该底部基板10的一外围部10a上(请搭配参考图2B)。

图7A至图7B、图8A至图8B、图9A至图9B、图10A至图10B、图11A至图11B、图12A至图12B、图13A至图13B、以及图14A至图14B为本发明中，该图案化结构的其他态样的扫描电子显微镜(SEM)照片，包括规则或不规则的六边形、规则或不规则的五边形、规则或不规则的四边形等，但只要该研磨凸起301的一顶面3011具有一图案化结构而令该顶面3011具有一介于2至20之间的中心线平均粗糙度(Ra)即可，本发明对此并无特别限制。

譬如，图7A至图7B的态样中，由于顶面包括多个规则排列的该立体图形的该图案化结构的缘故，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为4，且在此态样中，该立体图形的该宽度为80μm，且相邻两立体图形的中心点之间的距离(即，该第一间距)为200μm，使该第一间距为该宽度的约2.5倍。

图8A至图8B的态样中，由于其顶面包括多个规则排列的四角柱的该图案化结构，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为20，且在此态样中，该四角柱的该宽度为70μm，且相邻两四角柱的中心点之间的距离(即，该第一间距)为120μm，使该第一间距为该宽度的约1.71倍。

图9A至图9B的态样中，由于其顶面包括多个规则排列的五角柱的该图案化结构，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为20，且在此态样中，该五角柱的该宽度为70μm，且相邻两五角柱的中心点之间的距离(即，该第一间距)为170μm，使该第一间距为该宽度的约2.43倍。

图10A至图10B的态样中，由于其顶面包括多个规则排列的该立体图形的该图案化结构，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为15，且在此态样中，该立体图形的该宽度为70μm，且相邻两立体图形的中心点之间的距离(即，该第一间距)为170μm，使该第一间距为该宽度的约2.43倍。

图11A至图11B的态样中，由于其顶面包括多个规则排列的该立体图形的该图案化结构，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为12，且在此态样中，该立体图形的该宽度为70μm，且相邻两立体图形的中心点之间的距离(即，该第一间距)为170μm，使该第一间距为该宽度的约2.43倍。

图12A至图12B的态样中，由于其顶面包括多个规则排列的该立体图形的该图案化结构，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为8，且在此态样中，该立体图形的该宽度为70μm，且相邻两立体图形的中心点之间的距离(即，该第一间距)为170μm，使该第一间距为该宽度的约2.43倍。

图13A至图13B的态样中，由于其顶面包括多个规则排列的四角柱的该图案化结构，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为9，且在此态样中，该四角柱的该宽度为50μm，且相邻两四角柱的中心点之间的距离(即，该第一间距)为100μm，使该第一间距为该宽度的2倍。

图14A至图14B的态样中，由于其顶面包括多个规则排列的该立体图形的该图案化结构，使其顶面具有一中心线平均粗糙度(Ra)为9，且在此态样中，该立体图形的该宽度为30μm，且相邻两立体图形的中心点之间的距离(即，该第一间距)为65μm，使该第一间距为该宽度的约2.17倍。

综上所述，本发明的化学机械研磨抛光垫修整器1在其顶面3011具有一图案化结构，增加该顶面3011的一中心线平均粗糙度(Ra)，故相较于现有技术而言，本发明的化学机械研磨抛光垫修整器1的均匀性获得提升，而以均匀性佳化学机械研磨抛光垫修整器进行修整时，即使是小孔内的残留碎屑也可以顺利移除，故能提升移除能力，综合上述优点，本发明的化学机械研磨修整器的使用寿命将有所延长。

以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种化学机械研磨抛光垫修整器，其特征在于，包含：

一底部基板：

一中间层，设置在该底部基板上，该中间层包括一中空部以及一围绕该中空部的环状部，该环状部具有多个凸块；以及

一钻石膜，设置在该中间层上，并对应该中间层的该凸块而形成多个研磨凸起；

其中，该研磨凸起的一顶面具有一图案化结构而具有一介于2至20之间的中心线平均粗糙度。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该图案化结构包括多个规则或不规则排列的立体图形。

3.如权利要求2所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该立体图形选自由三角锥、四角锥、五角锥、六角椎、七角锥、八角椎、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、七角柱、八角柱、圆锥、圆柱、椭圆锥、椭圆柱以及其组合所组成的群组。

4.如权利要求2所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该立体图形的一中心点与一相邻的立体图形的中心点之间具有一第一间距，该第一间距大于该立体图形的一宽度，且该第一间距为该立体图形的该宽度的0.5至8.3倍。

5.如权利要求4所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该第一间距介于50μm至250μm之间。

6.如权利要求2所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该立体图形具有一介于30μm至100μm之间的宽度。

7.如权利要求2所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该研磨凸起上每平方毫米所包括的该立体图形数量介于10个至250个之间。

8.如权利要求2所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该立体图形在该研磨凸起上排列形成多个立体图形聚集部。

9.如权利要求8所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该立体图形聚集部与一相邻的立体图形聚集部之间具有至少一平坦区域，该平坦区域不含有该研磨凸起。

10.如权利要求1所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该中间层为一导电碳化硅或一非导电碳化硅。

11.如权利要求1所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该研磨凸起相对该中间层的一径向呈一弧度。

12.如权利要求1所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该凸块在该环状部排列成多个凸出环，且位在相邻的该凸出环的该凸块彼此相互错位。

13.如权利要求1所述的化学机械研磨抛光修整器，其特征在于，该环状部的该凸块是经一能量加工法或一压铸法而形成。

14.一种化学机械研磨抛光修整器的制造方法，其特征在于，包括：

提供一底部基板；

设置一中间层，该中间层包括一中空部以及一围绕该中空部的环状部，在该环状部上形成多个凸块；

在该中间层上形成一钻石膜，令该钻石膜顺应该中间层的该凸块而形成多个研磨凸起，该研磨凸起的一顶面形成有一图案化结构且具有一介于2至20之间的中心线平均粗糙度；以及

将该中间层的一侧固定在该底部基板上。

15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，该中间层通过一结合层固定在该底部基板上。

16.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，该环状部的该凸块为经一能量加工法或一压铸法而形成。