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    本發明關於一種具有基板及形成於該基板之至少一表面上之切削刀刃圖形的CMP墊調整器，且尤其關於一種具有切削刀刃圖形的CMP墊調整器，其中該切削刀刃圖形具有可增加CMP墊調整器之生產力且可充分確保切削刀刃圖形之強度及安全的改善之結構。
    公开号:TW201309416A
    申请号:TW101125747
    申请日:2012-07-16
    公开日:2013-03-01
    发明作者:Seh-Kwang Lee；Joo-Han Lee
    申请人:Ehwa Diamond Ind Co Ltd；
    IPC主号:B24B53-00
    专利说明:
    化學機械拋光墊調整器
    本發明有關於具有基板及形成於該基板之至少一表面上的切削刀刃圖形的化學機械拋光(CMP)墊調整器，且尤其有關於一種具有切削刀刃圖形的CMP墊調整器，其中該切削刀刃圖形具有可增加CMP墊調整器之生產力且可充分確保切削刀刃圖形之強度及安全的改善之結構。
    目前來說，半導體電路之速度及積體密度逐漸增加，且因此半導體晶片的尺寸逐漸增加。此外，為了提供多層互連結構，互連之寬度逐漸小型化，且晶圓直徑變得更大。
    然而，在裝置之積體密度增加且最小線寬減少的情況下，以遭遇到無法依據先前技術藉由局部平坦化來克服的限制。為了增進處理效率或品質，便藉由化學機械拋光(CMP)來執行晶圓之整體平坦化。利用CMP之整體平坦化為現有晶圓製程的必要部份。
    CMP(化學機械拋光)為其中半導體晶圓藉由化學及機械處理而加以平坦化的拋光製程。
    原則上，CMP拋光係藉由按壓拋光墊及晶圓而彼此抵住並使其彼此相對移動、同時對拋光墊供給由研磨粒子及化學品之混合物組成的研磨漿。在此，由聚氨酯製成的拋光墊之表面上的許多孔洞用來接收新鮮拋光液，因此可獲得晶圓表面的高拋光效率及均勻拋光。
    然而，由於在拋光製程期間施加壓力及相對速度，因此拋光墊之表面在拋光期間隨時間經過而不均勻地變形，且拋光墊上的孔洞變得被拋光殘留物所阻塞，使得拋光墊無法執行其預期功能。針對此理由，無法完成藉由整體平坦化來均勻拋光晶圓表面。
    為了克服CMP拋光墊的不均勻變形及孔洞阻塞，因此藉由使用CMP墊調整器對拋光墊之表面精細拋光來執行CMP墊調整製程，以形成新的孔洞。
    CMP墊調整製程可在與CMP製程相同時間執行，以增加生產力。此即所謂「原位調整」(in-situ conditioning)。
    用於CMP製程之拋光液含有例如二氧化矽、氧化鋁或氧化鈰的研磨粒子，且CMP製程係依據所使用之拋光製程種類而大致上分類為氧化物CMP及金屬CMP。用於氧化物CMP之拋光液一般具有10-12之pH值，且用於金屬CMP之拋光液具有4或更低之酸性pH值。
    習知的CMP墊調整器包含藉由電鍍製程所製造的電鍍型CMP墊調整器、及藉由在高溫下熔化CMP墊調整器及金屬粉末所製造的熔化型CMP墊調整器。
    然而，這些習知的電鍍型及熔化型CMP墊調整器在以下方面具有問題：當將其使用於金屬CMP製程中之原位調整時，附著於CMP墊調整器之表面的鑽石粒子藉由利用CMP漿之拋光粒子及酸性溶液所致之表面侵蝕的拋光動作而變得自該表面分離。
    當分離之鑽石粒子在CMP拋光製程期間卡在CMP拋光墊時，其刮傷晶圓表面而增加製程瑕疵率，且使得CMP拋光墊必須更換。
    此外，藉由侵蝕而從金屬接著劑釋放的金屬離子在金屬CMP製程期間移動至半導體電路之金屬線路，而導致造成短路之金屬離子污染。因為金屬離子污染所造成的短路僅在已完成所有製程之後顯現，所以由金屬離子污染所致之製造成本的損失顯著。
    在解決上述發生於習知CMP墊調整器中之問題的嘗試中，韓國專利公開公報第2000-24453號揭露一種拋光墊調整器及其製造方法。此專利公開公報揭露處理具有複數多邊形柱體之基板，該等多邊形柱體利用CVD製程而自該基板之至少一表面突出至實質上相同的高度，藉此在該表面上形成鑽石薄膜。於此，該等多邊形柱體為突出之切削刀刃。
    此拋光墊調整器包含突出實質上相同之距離的複數切削刀刃。這些刀刃可在調整製程期間於聚氨酯拋光墊上產生小刻痕，但無法微細地壓碎調整製程期間所產生之大碎片、或有效率地清除自晶圓產生之污泥。
    針對如該等功能者，除了用以切削拋光墊之切削刀刃之外，拋光墊調整器還應具有不同高度之切削刀刃，其減小調整製程期間產生的碎片之尺寸，並使污泥的流動順暢。
    圖1顯示習知之具有切削刀刃的CMP墊調整器101。如圖1所示，為了在基板110上形成複數個獨立的切削刀刃圖形120，故將鑽石沈積在基板110上，且然後使用蝕刻遮罩使其圖案化。然後，將鑽石塗層130沈積在切削刀刃圖形120上。
    然而，此CMP墊調整器具有以下兩問題。首先，為了藉由第一鑽石沈積製程而在基板上形成切削刀刃圖形，因此必須在基板上使鑽石層形成為對應至切削刀刃之高度的高度。
    各種製程被使用以利用化學氣相沉積(CVD)製程來形成鑽石沈積層。其中，通常將熱絲(thermal filament)製程用來形成具有相對大面積之基板，例如CMP墊調整器。
    當使用熱絲製程時，因為鑽石之增加率低達約0.1-0.3μm/hr，所以需要100-200小時之塗佈時間以使鑽石增加至30-60μm之高度，俾形成CMP墊調整器用之切削刀刃圖形。由此原因，CMP墊調整器之生產力顯著降低。
    另一問題為即使鑽石具有高硬度，但其因高脆性而具有極低的衝擊強度。考量到藉由在CMP系統中之拋光墊的拋光期間精細地切削刀刃圖形而經歷的調整器壓力及藉由與拋光材料之摩擦的研磨，切削刀刃圖形的對抗破損及分離之穩定性無法獲得確保。此切削刀刃圖形之破損及分離導致刮傷形成於矽晶圓上。
    因此，確保切削刀刃圖形之衝擊穩定性極為重要。然而，因為CVD鑽石生長為柱狀結構，使其對於調整製程期間所施加之剪切負載而言極為脆弱，故難以形成具有100μm之尺寸的精細切削刀刃圖形。
    因此，本發明之目的為提供一種具有切削刀刃圖形的CMP墊調整器，該切削刀刃圖形係快速且輕易地形成，使得CMP墊調整器之生產力可獲得增加。
    本發明之另一目的為提供一種CMP墊調整器，其中切削刀刃圖形具有微細結構，同時其強度及穩定性可獲得確保。
    本發明之又另一目的為提供一種具有切削刀刃圖形的CMP墊調整器，其在調整製程期間有效地執行碎片之移除及例如污泥之外來物的排出。
    本發明之目的並不限於上述之目的，且其他目的將由熟悉本技術領域者自以下說明而瞭解。
    為了達到上述目的，本發明提供一種CMP墊調整器，其具有基板及形成於該基板之至少一表面上的切削刀刃圖形，其中切削刀刃圖形包含：複數基板刀刃部，彼此分離地形成於基板上；及鑽石沉積物刀刃部，形成於該複數基板刀刃部上。
    於此，複數基板刀刃部可形成為具有相同高度，且形成於該複數基板刀刃部上之鑽石沉積物刀刃部可形成為具有相同厚度，使得切削刀刃圖形之切削刀刃具有相同高度。然而，在一些情況中，複數基板刀刃部之若干者可形成為具有不同高度，或鑽石沉積物刀刃部可具有不同厚度，使得切削刀刃圖形之切削刀刃可具有不同高度。尤其，若切削刀刃圖形之切削刀刃將具有不同高度，則較佳地使複數基板刀刃部形成為具有不同高度，並使鑽石沉積物刀刃部在基板刀刃部上形成為相同厚度。
    本發明亦提供一種CMP墊調整器，其具有基板及形成於該基板之至少一表面上的複數切削刀刃圖形，其中該複數切削刀刃圖形包含：複數基板刀刃部，彼此分離地形成於該基板上；及鑽石沉積物刀刃部，形成於該複數基板刀刃部之若干者上。
    較佳地，複數基板刀刃部形成為具有相同高度，且鑽石沉積物刀刃部具有相同厚度、形成於相鄰基板刀刃部中之一基板刀刃部、且不形成於另一基板刀刃部，使得切削刀刃圖形之切削刀刃具有不同高度。
    更佳地，基板刀刃部係藉由基板上之凹部而彼此分隔。
    於此，基板刀刃部較佳地具有多邊形之剖面形狀。
    並且，基板刀刃部較佳地具有多邊形、圓形或橢圓形之平面形狀。
    再者，鑽石沉積物刀刃部較佳地具有1-10 μm之厚度。
    於此，切削刀刃圖形之上表面係較佳地利用包含SiC研磨材料之輪件或包含鑽石砂礫之樹脂輪加以修整。
    此外，CMP墊調整器較佳地更包含鑽石塗佈層，其係形成於基板及切削刀刃圖形二者上。
    同時，藉由此配置，切削刀刃圖形可具有100 μm或更小之微細結構。
    本發明具有以下之卓越功效。
    首先，在依據本發明之CMP墊調整器中，切削刀刃圖形可利用快速且簡單的方式形成，使得CMP墊調整器之生產力可獲得增加。
    再者，在本發明之CMP墊調整器中，所形成之切削刀刃圖形可具有精細結構，同時其強度及穩定性可獲得確保。
    此外，在本發明之CMP墊調整器中，切削刀刃圖形在調整製程期間有效地移除碎片及如污泥之外來物。
    以下將參考隨附圖式來詳細說明本發明。
    圖2a、2b、3a及3b為CMP墊調整器之剖面圖，其中切削刀刃圖形之所有切削刀刃均包含基板刀刃部及沉積物刀刃部。圖4a、4b、5a及5b為CMP墊調整器之剖面圖，其中僅有一些切削刀刃圖形之切削刀刃包含基板刀刃部及沉積物刀刃部。如該等圖式所示，依據本發明之CMP墊調整器1包含基板10、及形成於基板10之至少一表面上的切削刀刃圖形20。
    基板10可由高硬度材料(例如一般鐵合金、超硬合金或陶瓷材料)製成，且可具有圓盤形狀。
    於此，基板10之材料較佳地為選自SiC、Si3N4、WC、及其混合物中至少一者。
    在一些情況中，基板10可由選自基於碳化鎢(WC)之超硬合金(包含碳化鎢-鈷(WC-Co)、碳化鎢-碳化鈦-鈷(WC-TiC-Co)、及碳化鎢-碳化鈦-碳化鉭-鈷(WC-TiC-TaC-Co))、與基於金屬陶瓷(TiCN)、碳化硼(B4C)、及二硼化鈦(TiB2)之超硬合金中的一或更多者所製成。此外，基板可較佳地由例如氮化矽(Si3N4)或矽(Si)之陶瓷材料所製成。基板10之材料的其他實例包含氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrOx)、二氧化矽(SiO2)、碳化矽(SiC)、氮氧化矽(SiOxNy)、氮化鎢(WNx)、氧化鎢(WOx)、DLC(diamond-like coating，類鑽膜)、氮化硼(BN)、或氧化鉻(Cr2O3)。
    再者，當由上方觀之，基板較佳地具有圓盤形狀，且在一些情況中，其可具有多邊形狀。
    在較佳實施例中，於形成切削刀刃圖形20前，基板10之至少一表面係藉由研磨或研光而加以平坦化、並於沉積鑽石沉積物刀刃部23前以超音波加以處理。
    切削刀刃圖形20包含形成於基板10之一表面上的複數基板刀刃部21、及形成於複數基板刀刃部21之若干或全部者上的鑽石沉積物刀刃部23。
    基板刀刃部21可在基板上彼此分隔地形成為相同或不同高度。如圖2a至4b所示，基板刀刃部21可為具有矩形剖面形狀之部份，其係藉由凹部25彼此分隔。或者，如圖5a及5b所示，基板刀刃部21可具有以下結構：具有矩形剖面形狀之基板刀刃部與具有三角剖面形狀之基板刀刃部21a彼此交替並藉由凹部25彼此分隔。此外，當由上方觀之，基板刀刃部21可具有多邊形、圓形或卵形。儘管並未顯示於圖式中，仍應瞭解當由側面及由上方觀之，基板刀刃部21可具有多邊喇叭形、或多邊圓錐或橢圓錐形、或圓柱或橢圓柱形。
    基板刀刃部21可藉由例如機械處理、雷射處理或蝕刻的方法而形成。
    並且，鑽石沉積物刀刃部23係於複數基板刀刃部21上形成為相同厚度。如圖2a至3b所示，鑽石沉積物刀刃部23可形成於所有基板刀刃部21上、或僅形成於複數基板刀刃部21之若干者上。在較佳實施例中，如圖4a至5b所示，鑽石沉積物刀刃部23係形成於相鄰基板刀刃部21中之一基板刀刃部21上，且未形成於另一基板刀刃部21上。
    如圖5a及5b所示，當基板刀刃部21由彼此交替的具有矩形剖面形狀之基板刀刃部21與具有三角剖面形狀之基板刀刃部21a組成時，鑽石沉積物刀刃部23較佳地形成於具有矩形剖面形狀之基板刀刃部21上。
    於此，鑽石沉積物刀刃部23可使用化學氣相沉積(CVD)形成於基板刀刃部21上。舉例來說，在形成基板刀刃部21前，可使鑽石沉積層形成於基板10之一表面上並加以平坦化，而後局部地移除鑽石沉積層而留下位於將形成基板刀刃部21之區域中的鑽石沉積層。
    於此，鑽石沉積層之化學氣相沉積係較佳地在以下條件下執行：壓力：10-55 Torr；氫及甲烷之流速：分別為1-2 SLM及約25 SCCM；基板10之溫度：約900℃；熱絲(filament)溫度：1900-2000℃；及基板10與熱絲之間的距離：10-15 mm。
    為了確保鑽石沉積層的整體平均度，因此較佳地在平坦化製程中使用具有2000目(mesh)或更大之粒子的樹脂或陶瓷拋光盤將如此沉積之鑽石沉積層加以平坦化至1-10μm的厚度。然後，可將鑽石沉積物刀刃部23在基板刀刃部21上均勻地形成為1-10μm的厚度。
    並且，鑽石沉積層之移除可藉由蝕刻(例如反應性離子蝕刻、乾式蝕刻、濕式蝕刻或電漿蝕刻)、或機械處理或雷射處理來執行。
    在已將鑽石沉積層移除後，切削刀刃圖形20之上表面較佳地藉由蝕刻或機械處理加以修整，以消除高度上的差異、角落的崩塌、或彎曲剖面部份。此修整製程可使用包含SiC研磨材料之輪件、或包含鑽石砂礫之樹脂輪來執行。於此，鑑於表面粗糙度或切削刀刃之穩定性，因此研磨輪或包含鑽石砂礫之樹脂輪較佳地包括具有2000目或更大之尺寸的細研磨粒子。
    同時，如圖2a、3a、4a及5a所示，鑽石塗佈層30可使用化學氣相沉積在基板10及切削刀刃圖形20上形成為比鑽石沉積物刀刃部23更薄之厚度。在形成鑽石塗佈層30前，其上形成有基板刀刃部21及鑽石沉積物刀刃部23的基板10係較佳地接受超音波預處理。在此超音波預處理製程中，使用微細鑽石粒子使微細刮傷形成於沉積物刀刃部23、剩餘之凹部25及基板刀刃部21上，以使鑽石塗佈層更堅硬。在已形成鑽石塗佈層30後，切削刀刃圖形20之切削刀刃的高度係以交替形式相異，如圖3a、4a及5a所示。
    如圖2b、3b、4b及5b所示，在例如切削刀刃圖形20之耐久性藉由基板刀刃部21及鑽石刀刃部而充分獲得確保的若干情況中、或考量使用的條件，便可省略鑽石塗佈層30。
    如上述，依據本發明之CMP墊調整器具有鑽石沉積物刀刃部23形成於基板刀刃部21上的結構。因此，切削刀刃圖形20中的沉積物刀刃部23之厚度可相當小，且因此被沉積以形成切削刀刃圖形20之鑽石沉積物刀刃部23的鑽石可被沉積至一較小厚度。於是，因為用作調整器1之切削刀刃的切削刀刃圖形20之高度之顯著部份(30-60 μm)由基板刀刃部21組成，所以即使在熱絲製程中的鑽石之生長率低達約0.1-0.3 μm/hr時，用以形成鑽石沉積物刀刃部23的鑽石之沉積時間仍明顯減少。此可增加CMP墊調整器1的生產力。
    此外，依據本發明，切削刀刃圖形20係由形成於基板10上的基板刀刃部21及鑽石沉積物刀刃部23所形成。因此，不若其中切削刀刃圖形120僅由鑽石層形成的習知CMP墊調整器，具有微細結構的切削刀刃圖形20之強度、穩定性及耐久性充分地獲得確保。因此，可預防調整製程中的切削刀刃圖形20之破損及分離，使得刮傷晶圓的問題可獲得解決。
    依據本發明之CMP墊調整器(尤其是具有切削刀刃圖形20包括高度不同之切削刀刃之結構CMP墊調整器1)具有以下的卓越功效：拋光墊拋光係藉由較高之切削刀刃圖形20所執行、調整製程期間產生之碎片被較低之切削圖形細微地壓碎、且拋光晶圓導致之污泥經由切削刀刃圖形20之間的高度差異所提供之空間而有效地排出至外側。
    依據本發明之CMP墊調整器1的切削刀刃圖形20之耐久性受到測試，且測試之結果係顯示於以下表1及圖6及7中。
    在耐久性測試中，樣本1為包含僅由鑽石形成之切削刀刃圖形的習知CMP墊調整器；且樣本2為發明性的CMP墊調整器，其中如圖2a所示般配置之切削刀刃圖形係由基板刀刃部21及鑽石沉積物刀刃部23組成。
    於此，樣本1係藉由以下方式獲得：在20mm超硬基板上使鑽石沉積至35 μm之厚度、使用雷射以1mm之間隔形成切削刀刃圖形(各為50 μm(L)×50 μm(W))、以超音波清洗及預處理所產生之結構、及藉由熱絲製程在圖形上形成5 μm鑽石塗佈層。
    樣本2係藉由以下方式獲得：在20mm超硬基板10上形成35 μm厚之由5μm厚之鑽石沉積物刀刃部23及基板刀刃部21組成的切削刀刃圖形20、以超音波清洗及預處理所產生之結構、及藉由熱絲製程在所產生之結構上形成5 μm鑽石塗佈層。
    如由以上之表1及圖6及7可見，其為習知CM墊調整器之樣本1表現出約40g之平均剪切強度，因其由於鑽石之固有特性而對衝擊及負載具有低韌度(toughness)。此外，當剪切高度增加(亦即朝切削刀刃圖形之末端移動)時剪切強度減少，意謂著當切削刀刃圖形之高度增加時，末端處之破損或分離的可能性增加。
    另一方面，可見到樣本2(依據本發明之CMP墊調整器1)之剪切強度由於基板刀刃部21之機械韌度而為樣本1(習知)者的至少10倍高。
    因此可見，在依據本發明之CMP墊調整器1中，切削刀刃圖形20的強度、穩定性及耐久性充分地獲得確保。
    如上述，因為切削刀刃圖形係以快速及簡易的方式形成，所以依據本發明的CMP墊調整器之生產力增加。並且，所形成之切削刀刃圖形可具有精細結構，同時可充分確保其強度及穩定性。
    此外，依據本發明之CMP墊調整器在調整製程期間有效地移除碎片及排除例如污泥之外來物。
    儘管已為了說明性目的而揭露本發明之較佳實施例，但熟悉本技術領域者將察知，在不悖離揭露於隨附申請專利範圍之範圍及精神的情況下，可能有各種變化、增加及替代。
    1‧‧‧CMP墊調整器
    10‧‧‧基板
    20‧‧‧切削刀刃圖形
    21‧‧‧基板刀刃部
    21a‧‧‧基板刀刃部
    23‧‧‧鑽石沉積物刀刃部
    25‧‧‧凹部
    30‧‧‧鑽石塗佈層
    101‧‧‧CMP墊調整器
    110‧‧‧基板
    120‧‧‧切削刀刃圖形
    130‧‧‧鑽石塗層
    圖1為習知的CMP墊調整器之剖面圖。
    圖2a及2b為依據本發明之一實施例的CMP墊調整器之剖面圖。
    圖3a及3b為依據本發明之另一實施例的CMP墊調整器之剖面圖。
    圖4a及4b為依據本發明之再另一實施例的CMP墊調整器之剖面圖。
    圖5a及5b為依據本發明之又另一實施例的CMP墊調整器之剖面圖。
    圖6為顯示針對圖1的CMP墊調整器之切削刀刃圖形的耐久性測試之照片。
    圖7為顯示針對依據本發明的CMP墊調整器之切削刀刃圖形的耐久性測試之照片。
    1‧‧‧CMP墊調整器
    10‧‧‧基板
    20‧‧‧切削刀刃圖形
    21‧‧‧基板刀刃部
    23‧‧‧鑽石沉積物刀刃部
    25‧‧‧凹部
    30‧‧‧鑽石塗佈層
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] 一種化學機械拋光(CMP)墊調整器，其具有一基板及形成於該基板之至少一表面上的複數切削刀刃圖形，其中該複數切削刀刃圖形包含：複數基板刀刃部，彼此分離地形成於該基板上；及複數鑽石沉積物刀刃部，形成於該複數基板刀刃部上。
    [2] 如申請專利範圍第1項之CMP墊調整器，其中該複數基板刀刃部之若干者係形成為具有不同高度。
    [3] 一種CMP墊調整器，其具有一基板及形成於該基板之至少一表面上的複數切削刀刃圖形，其中該複數切削刀刃圖形包含：複數基板刀刃部，彼此分離地形成於該基板上；及複數鑽石沉積物刀刃部，形成於該複數基板刀刃部之若干者上。
    [4] 如申請專利範圍第3項之CMP墊調整器，其中該複數基板刀刃部之若干者係形成為具有相同高度，且該複數鑽石沉積物刀刃部具有相同厚度、形成於相鄰基板刀刃部中之一基板刀刃部、且不形成於另一基板刀刃部。
    [5] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之CMP墊調整器，其中該複數基板刀刃部係藉由該基板上之複數凹部而彼此分隔。
    [6] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之CMP墊調整器，其中該複數基板刀刃部具有一多邊形之剖面形狀。
    [7] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之CMP墊調整器，其中該複數基板刀刃部具有一多邊形、圓形或橢圓形之平面形狀。
    [8] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之CMP墊調整器，其中複數鑽石沉積物刀刃部之直徑具有1-10 μm之厚度。
    [9] 如申請專利範圍第8項之CMP墊調整器，其中該複數切削刀刃圖形之一上表面係利用包含一SiC研磨材料之一輪件或包含鑽石砂礫之一樹脂輪加以修整。
    [10] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之CMP墊調整器，其中該CMP墊調整器更包含一鑽石塗佈層，其係形成於該基板及該複數切削刀刃圖形二者上。
    [11] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之CMP墊調整器，其中該複數切削刀刃圖形具有100 μm或更小之微細結構。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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