CN101927457A - 组合式修整器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式修整器，包括一大基板，设有一结合面、一底面及多个穿透孔或多个容置槽；多个研磨单元，分别具有多个磨粒；多个磨粒分别具有多个切削端；多个穿透孔或多个容置槽分别容置多个研磨单元，多个切削端分别突出结合面；多个研磨单元与大基板之间通过结合剂固定结合；多个磨粒的多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内；较容易使大面积组合式修整器的多个磨粒的切削端在同一高度，可视需要变化不同的磨粒，且制作多个小的研磨单元再组合成一大面积修整器的成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及修整器，尤其是有关CMP抛光垫的组合式修整器及其制法。
背景技术
化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是目前半导体晶片表面平坦化的工艺中最受瞩目的技术。在化学机械抛光工艺中，抛光垫的功能是将抛光液稳定而均匀地输送至晶片与抛光垫之间，在化学刻蚀与机械磨削兩者相互作用下，将芯片上凸出的沉积层移除。
为了达到晶片加工量产的需求及维持质量的稳定性，必须利用钻石修整器(Diamond dresser)在化学机械抛光的过程中适时地对抛光垫进行修整，除了移除表面的抛光副产物，恢復抛光垫的粗糙面，改善其容纳浆料的能力，并恢復抛光垫表面的孔洞及其把持、运送抛光液的能力，如此可以节省抛光垫成本，并可达到晶片量产时质量稳定的需求。
传统的钻石修整器是将平均粒径的钻石粒固定在金属盘上，这种钻石修整器适合修整硬式的抛光垫(如IC1000等)。传统修整器的功能不仅要移除抛光晶片时产生的废料，更进一步的需要切削一层抛光垫，使抛光垫恢復一定的粗糙度，但是这种传统类型的钻石修整器并不适用于45纳米(nm)以下的CMP工艺。由于集成电路的线宽日趋微小，例如2006年开始执行65纳米(nm)的工艺，晶片表面平坦化及平滑度的要求就越來越高，相对修整抛光垫的修整器要求也愈來愈高。预计于2010年的45nm的工艺，必须以极低的压力进行抛光才能避免磨穿纳米级的铜线及脆弱的低介电常數(Low K)电阻层。因此修整后的抛光垫需要更高的平整性，且需配合大尺寸晶片的需求重新设计。未来的钻石修整器除了修整器的钻石颗粒分布规则外，尖锥的顶点高度(Leveling)要求也更高；除此之外，修整器也需要在抛光垫上刻划出更细微更均匀的刻纹，但相反的，修整器对抛光垫的移除率更低，这样的要求是传统修整器无法做到的。
有各种不同修整器的专利，例如中国台湾专利I228066揭示一种研磨布用修整器及其使用的研磨布的修整方法，包括一金属台设置有调节机构，以调节全部或一部分的磨石颗粒群中以多个磨石颗粒的前端所分别形成的基准面的高低差。
中国台湾公开专利200821093揭示的钻石修整器，包括在各钻石砥粒粘接部上，各自粘接有不同种类的钻石砥粒，钻石砥粒粘接部与修整器基板之间是通过螺栓固定或粘接剂固定。
美国专利US6,054,183、揭示的修整器，是在一基板上形成多个钻石粒及一层CVD钻石；多个钻石粒被CVD钻石包覆而被固定于基板表面。
国际专利公开号WO00/64630，揭示一研磨层包括多个磨粒，该磨粒包含有机树脂(Organic resin)、金属盐(Metal salt)及平均散布于多个磨粒之间的钻石磨粒。
美国公开专利US20060128288揭示的修整器，包括多个钻石颗粒被一金属粘结剂层固定于一金属基板。
日本公开专利JP2006-315088揭示的修整器，包括一圆盘状基台结合多个圆形的PCD钻石片。
一般修整器的直径约是108毫米(mm)的大盘子，因为面积大所以变形量也大，较不容易结合各种不同大小、形状、材料的磨粒，且使多个研磨颗粒的顶点在同一高度，且大面积的修整器的价钱较高。
发明内容
为了使较大面积的修整器更容易结合各种不同大小、形状、材料的磨粒，且使多个研磨颗粒的顶点在同一高度，而提出本发明。
本发明的主要目的，在提供一种组合式修整器，使一大基板的同一研磨端面结合多个具有磨粒的小基板，较容易使多个磨粒的切削端在同一高度，且更容易结合各种不同大小、形状、材料的磨粒。
一种组合式修整器，是作为CMP抛光垫的修整器，其包括：一大基板，设有一结合面、一底面及多个穿透孔或多个容置槽其中之一；多个研磨单元，分别具有多个磨粒；该多个磨粒分别具有多个切削端；其中该多个穿透孔或该多个容置槽其中之一分别容置该多个研磨单元，该多个切削端分别突出该结合面；该多个研磨单元与该大基板之间通过结合剂结合或紧配结合其中之一固定结合；该多个磨粒的多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内。
本发明的其它目的、功效，请参阅图式及实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例的组合式修整器的示意图；
图2为图1的AA剖面的示意图；
图3为本发明第二实施例的组合式修整器的剖面示意图；
图4A为本发明第三实施例的组合式修整器的剖面示意图；
图4B制作为本发明第三实施例的组合式修整器的示意图；
图5为本发明第四实施例的组合式修整器的示意图；
图6为本发明第五实施例的组合式修整器的剖面示意图；
图7为本发明第六实施例的组合式修整器的剖面示意图；
图8为本发明第七实施例的组合式修整器的剖面示意图；
图9为本发明第八实施例的组合式修整器的剖面示意图。
【主要元件符号说明】
1、2、3、4、5、6、7、8组合式修整器
11、21、41、51、61、71、81大基板
110、210、410、710结合面
111、211底面 112、212穿透孔
113、213、412、713内壁
114、214、126、316、413、714凹凸结构
12、31、82研磨单元
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结合剂 14基准平面
15平面 32模板
411、511、611、711容置槽
414、612、715底壁
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明第一实施例的组合式整修器1，尤其是作为CMP抛光垫的修整器，包括一大基板11及多个研磨单元12所组成。
如图2所示，大基板11设有一结合面110、底面111及对应于多个研磨单元12的多个穿透孔112；多个穿透孔112分别容置多个研磨单元12，多个研磨单元12突出结合面110；多个研磨单元12与大基板11之间通过结合剂13固定结合。
多个研磨单元12分别包括一小基板120及多个磨粒121；小基板120的一面122结合多个磨粒121；磨粒121具有一可对一工件进行切削的切削端123；小基板120相对于设有该多个磨粒121的另一面124与大基板11的底面111约在同一基准平面14。大基板11形成多个穿透孔112的多个内壁113与多个研磨单元12的多个外壁125分别具有多个凹凸结构114、126。当结合剂13渗入多个凹凸结构114、126内，分别固化结合多个内壁113、多个外壁125后，将使大基板11与多个研磨单元12的结合更稳固，在研磨作业中多个研磨单元12相对于大基板11无法垂直移动，因此更不会脱离大基板11。多个内壁113、多个外壁125中也可均不设多个凹凸结构114、126，或仅其中之一设多个凹凸结构114、126。
如图1所示，大基板11的多个穿透孔112与多个研磨单元12的剖面可为圆形或多边形，例如正方形等形状。
本实施例的多个研磨单元12分别比大基板11高，通过多个研磨单元12的高度，决定多个磨粒121的多个切削端123突出大基板11的结合面110的高度。多个切削端123突出大基板11的高度差异在20微米内，使多个切削端123与一平面15的高度差异在20微米内。多个切削端123突出大基板11的结合面110的高度为0.05-5毫米。
如图2、图3所示，本发明第二实施例的组合式整修器2与上述第一实施例的组合式修整器1的结构相比较，除了大基板21的多个穿透孔212呈锥状，其孔径为上宽下窄，其内壁213的倾斜角度为1度至15度的形状不同外，其余结构大致相同。大基板21设有一结合面210、底面211及对应于多个研磨单元12的多个穿透孔212，大基板21形成多个穿透孔212的多个内壁213也具有与多个凹凸结构126相对的多个凹凸结构214；多个研磨单元12分别置于多个穿透孔112之内，多个磨粒121的另一面124分别卡固的嵌入多个穿透孔212孔径较窄的下端，且与底面211在同一基准平面14，再通过结合剂22固定结合。在研磨作业中多个研磨单元12受压力时要避免垂直移动，多个穿透孔212呈锥状的目的是要使多个研磨单元12受压力时，无法往多个穿透孔212锥度小的那一边移动而更加牢固。多个内壁213、多个外壁125中也可均不设多个凹凸结构214、126，或仅其中一者设多个凹凸结构214、126。
如图2、图4A、图4B所示，本发明第三实施例的组合式整修器3与上述第一实施例的组合式修整器1的结构相比较，除了多个研磨单元31分别比大基板11短，且通过一模板32的厚度控制多个研磨单元31突出大基板11的结合面110的高度不同外，其余结构大致相同。多个研磨单元31也由多个小基板310结合多个磨粒311所组成；小基板310的一面312结合多个磨粒311；磨粒311具有一可对一工件进行切削的切削端313；小基板310相对于设有多个磨粒311的另一面314置于大基板11的穿透孔112内，另一面314高于底面111；结合剂13封闭大基板11的底面111的穿透孔112。大基板11形成多个穿透孔112的多个内壁113与多个研磨单元31的多个外壁315分别具有相对的多个凹凸结构114、316。多个内壁213、多个外壁315中也可均不设多个凹凸结构214、316，或仅其中之一设多个凹凸结构214、316。模板232可为金属板。
如图4B所示，本实施例制作时，使模板32结合大基板11，将多个研磨单元31的切削端313分别穿过大基板11的多个穿透孔112及穿入模板32，利用模板32的厚度控制多个研磨单元31的突出量，再由大基板11的多个穿透孔112注入结合剂13，使大基板11固定结合多个研磨单元31，然后再使模板32脱离大基板11，形成如图4A所示的组合式修整器3。
如图2、图5所示，本发明第四实施例的组合式整修器4与上述第一实施例的组合式修整器1的结构相比较，除了大基板41设有多个容置槽411取代大基板11的多个穿透孔112外，其余结构大致相同。且大基板41形成多个容置槽411的多个内壁412也具有多个凹凸结构413；大基板41的多个容置槽411分别容置多个研磨单元12，多个研磨单元12突出结合面410；多个研磨单元12与大基板11之间通过结合剂13固定结合。小基板120相对于设有该多个磨粒121的另一面124分别与大基板41的形成多个容置槽411底部的多个底壁414在同一基准平面14。
如图5、图6所示，本发明第五实施例的组合式整修器5与上述第四实施例的组合式修整器4的结构相比较，除了大基板51的多个容置槽511的槽径较大基板41的多个容置槽411的槽径小，且略小于小基板120之外径之外，其余结构大致相同。大基板51的多个容置槽511分别容置多个研磨单元12；多个研磨单元12与大基板11之间通过紧配结合的方式固定结合。本实施例是将研磨单元12以机械力挤压入金属制的大基板51的容置槽511内，利用凹凸结构的变形量固定研磨单元12，最后也可以再用结合剂将空隙补满。
如图5、图7所示，本发明第六实施例的组合式整修器6与上述第四实施例的组合式修整器4的结构相比较，除了大基板61的多个容置槽611的深度较大基板41的多个容置槽411的深度长，且大于小基板120的高度之外，其余结构大致相同。大基板61的多个容置槽611分别容置多个研磨单元12；多个研磨单元12与大基板61之间通过结合剂13固定结合。多个小基板120相对于设有该多个磨粒121的另一面124分别与大基板61的形成多个容置槽611底部的多个底壁612有一段距离；结合剂13分别填充于多个磨粒121的另一面124与多个底壁612之间。
如图3、图8所示，本发明第七实施例的组合式整修器7与上述第二实施例的组合式修整器2的结构相比较，除了大基板71设有多个容置槽711取代大基板21的多个穿透孔212外，其余结构大致相同。且多个容置槽711的槽径为上宽下窄的形状，其内壁713的倾斜角度为1度至15度；该小基板120相对于设有该多个磨粒121的另一面124分别卡固的嵌入该多个容置槽711的槽径较窄的下端，多个研磨单元12突出结合面710；大基板71形成多个容置槽711的多个内壁713也具有多个凹凸结构714；多个研磨单元12与大基板71之间通过结合剂22固定结合。小基板120相对于设有该多个磨粒121的另一面124分别与大基板71的形成多个容置槽711底部的多个底壁715在同一基准平面14。
如图9所示，本发明第八实施例的组合式整修器8，包括一大基板81及多个研磨单元82所组成，其大基板81及多个研磨单元82利用结合剂83结合或紧配结合的结构，可分别如前述本发明第一至七实施例的组合式整修器1、2、3、4、5、6、7所示。本实施例的大基板81周缘内侧设有等间隔环状排列的8个研磨单元82，且间隔环状排列的8个研磨单元82的内侧设有等间隔排列的4个研磨单元82。本实施例多个研磨单元82特殊的排列方式可避开大基板81下端面设置的螺孔。
本发明的磨粒的材料可为人造或非人造钻石、多晶钻石(PCD)、立方晶氮化硼(CBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)、最硬结晶体、多晶材料、或上述材料的混合材料等所组成。本发明的磨粒可以利用高温高压结合、硬焊、烧结、电镀、塑料胶合或陶瓷结合等方法结合小基板。
本发明的大基板的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶制品、碳制品、及上述材料的混合物，以316L不锈钢材料为佳。
本发明的结合剂的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶瓷材料、及上述材料的混合物，其中以塑料材料为实施例代表，此外也可包含焊接合金材料。
本发明的大基板可为圆盘状，直径约90-120毫米(mm)。小基板可为圆盘状，直径约10-30毫米，以20毫米较佳。磨粒的大小为100-500微米(micron)，以160-200微米较佳。本发明大基板的较佳实施例为不锈钢材质；结合剂的较佳实施例可为树脂材料；磨粒与小基板固定方式的较佳实施例可通过树脂胶合或通过含有铬、钛的铜锌合金结合；小基板之外表面有一含镍的电镀层。
本发明利用组合式的方法，先制作多个研磨单元，小的研磨单元较容易使多个磨粒的切削端在同一高度，再使一大基板结合多个研磨单元成为一大面积的组合式修整器，较容易使大面积组合式修整器的多个磨粒的切削端在同一高度。本发明的优点是制作小的研磨单元成本较低，且组合式修整器可视需要变化不同的磨粒，例如组合式修整器的外圈可以用粒度较大的钻石，内圈可以用粒度较小的钻石；或是外圈可以用切削能力差，但较耐磨，晶形完整的钻石，内圈可以用切削能力好，但是不耐磨，晶形较不好的钻石。同一小研磨单元的钻石颗粒大小、形状、材料相同，但组合式修整器内的多个研磨单元的钻石颗粒大小、形状、材料可相同或不相同。利用多个研磨单元组合成一较大的组合式修整器，可控制组合式修整器的切削速度及磨耗率。
以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的专利范围，而不限于实施例所揭示。
Claims (22)
1.一种组合式修整器，是作为CMP抛光垫的修整器，其特征在于包括：
一大基板，设有一结合面、一底面及多个穿透孔或多个容置槽其中之一；
多个研磨单元，分别具有多个磨粒；该多个磨粒分别具有多个切削端；
其中该多个穿透孔或该多个容置槽其中之一分别容置该多个研磨单元，该多个切削端分别突出该结合面；该多个研磨单元与该大基板之间通过结合剂结合或紧配结合其中之一固定结合；该多个磨粒的多个切削端分别与一平面的高度差异在20微米内。
2.如权利要求1所述的组合式修整器，其特征在于，该多个研磨单元分别具有一小基板；该多个小基板的一面分别设有该多个磨粒。
3.如权利要求2所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板设有多个穿透孔；该小基板相对于设有该多个磨粒的另一面分别与该大基板的该底面在同一基准平面。
4.如权利要求2所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板设有多个容置槽；该小基板相对于设有该多个磨粒的另一面分别与该大基板的形成该多个容置槽底部的多个底壁在同一基准平面。
5.如权利要求2所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板设有多个穿透孔；该多个穿透孔呈锥状，该多个穿透孔的孔径为上宽下窄的形状；该小基板相对于设有该多个磨粒的另一面分别卡固的嵌入该多个穿透孔的孔径较窄的下端。
6.如权利要求5所述的组合式修整器，其特征在于，该多个小基板的另一面分别与该大基板的该底面在同一基准平面。
7.如权利要求2所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板设有多个容置槽；该多个穿透孔呈锥状，该多个容置槽的槽径为上宽下窄的形状；该小基板相对于设有该多个磨粒的另一面分别卡固的嵌入该多个容置槽的槽径较窄的下端。
8.如权利要求7所述的组合式修整器，其特征在于，该小基板相对于设有该多个磨粒的另一面分别与该大基板的形成该多个容置槽底部的多个底壁在同一基准平面。
9.如权利要求2所述的组合式修整器，其特征在于，该多个研磨单元分别比该大基板短。
10.如权利要求9所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板设有多个穿透孔；该结合剂封闭该大基板的底面的多个穿透孔。
11.如权利要求9所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板设有多个容置槽；该多个小基板相对于设有该多个磨粒的另一面分别与该大基板的形成多个容置槽底部的多个底壁有一段距离；该结合剂分别填充于该多个磨粒的另一面与该多个底壁之间。
12.如权利要求6所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板形成该多个穿透孔的多个内壁的倾斜角度为1度至15度。
13.如权利要求8所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板形成该多个容置槽的多个内壁的倾斜角度为1度至15度。
14.如权利要求2至13项中任一项所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板形成该多个穿透孔或该多个容置槽其中之一的多个内壁与该多个研磨单元的多个外壁中至少有一具有多个凹凸结构。
15.如权利要求14所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板的材料包含金属、金属合金、塑料材料、陶制品、碳制品、及上述材料的混合其中之一；该多个磨粒与该小基板是通过高温高压结合、硬焊、烧结、电镀、塑料胶合或陶瓷结合其中之一固定结合；该结合剂的材料包含金属、金属合金、塑料材料、陶瓷材料、及上述材料的混合物其中之一。
16.如权利要求15所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板的材料是316L不锈钢材料；该结合剂的材料为环氧树脂材料。
17.如权利要求16所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板为圆盘状，直径为90-120毫米；该小基板为圆盘状，直径为10-30毫米；该磨粒的大小为100-500微米。
18.如权利要求17所述的组合式修整器，其特征在于，该磨粒的大小为160-200微米。
19.如权利要求16所述的组合式修整器，其特征在于，该多个穿透孔或该多个容置槽其中之一与该多个研磨单元的剖面为圆形或多边形其中之一。
20.如权利要求17所述的组合式修整器，其特征在于，该大基板周缘内侧设有等间隔环状排列的8个研磨单元。
21.如权利要求20所述的组合式修整器，其特征在于，该8个研磨单元的内侧设有等间隔排列的4个研磨单元。
22.如权利要求15所述的组合式修整器，其特征在于，该结合剂分别渗入该多个凹凸结构内，分别固化结合该多个内壁、该多个外壁。
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