蓝宝石抛光垫修整器及其制造方法

蓝宝石抛光垫修整器及其制造方法
【专利摘要】本发明提出一种蓝宝石抛光垫修整器及其制造方法，其利用微影蚀刻制程加工一蓝宝石层，于蓝宝石层表面形成多个蓝宝石磨粒，并将成形后的蓝宝石层与蓝宝石磨粒应用于抛光垫整修器的研磨面，而蓝宝石磨粒的外形能透过蚀刻控制成形，无须利用电镀或烧结的方式来结合，因此该些蓝宝石磨粒具有良好均一性，且与底部蓝宝石层为相同材料，无接口间热涨冷缩问题，可避免于抛光制程中造成颗粒脱落的情形，降低晶圆被颗粒刮伤的问题，进而提升修整器的使用寿命与加工良率。
【专利说明】蓝宝石抛光垫修整器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种抛光垫修整器及其制造方法，特别是一种利用蓝宝石材料作为修整器的研磨面的蓝宝石抛光垫修整器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)是半导体器件制造工艺中一种技术，其利用化学腐蚀及机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理，故又被称为化学机械平坦化。在化学机械研磨技术尚未问世前，曾有反刻、玻璃回流、旋涂膜层等平坦化技术，但效果并不理想，直到80年代末期，IBM公司发展化学机械研磨技术，使表面平坦化达到更为精细的处理，奠定其于大规模集成电路制造中关键的地位。
[0003]化学机械研磨结合化学蚀刻与机械研磨的加工方法，其主要分为抛光与修整两个部份。抛光由一个用进芯片研磨的抛光平台(Platen)，及一个用固定芯片的承载器(Wafer carrier)握柄与一个供应抛光液(Slurry)的装置所组成,首先承载器用真空将芯片吸住并且施加压于铺有一层抛光垫(Polishing pad)的抛光平台上，藉由芯片承载器及抛光平台者同方向旋转所产生的相对运动进抛光加工，在抛光的同时，于芯片表面与抛光垫者的间加入抛光液，抛光液具有润及侵蚀的作用，使芯片表面凸出部份加以移除，达到全面性平坦化的目标。修整是指用镶嵌入有千颗以上的钻石磨的钻石修整器对抛光垫表面进行自转或来回摆动，以清除磨屑及于抛光垫表面刻出沟纹，以提升抛光垫对晶圆的摩擦阻力，进而维持抛光速率与保持晶圆干净；其中，修整的过程又区分为在线(In-situ)修整及脱机(Ex-situ)修整两种，所谓在线修整是指抛光的同时也进行修整的动作，而脱机修整则在抛光完成后再进行修整。
[0004]为了在抛光垫寿命期间获得稳定的化学机械研磨性能，会使用钻石修整器保持抛光垫表面的纹理常态，并去除抛光副产品(如磨屑)。请参阅图1A及图1B，其为习知的抛光垫修整器结构示意图，抛光垫修整器以钻石磨B烧结或黏着于金属基材A表面所制成。由于钻石磨B裸露于金属基材A表面的高度、外观形状及尺寸不一，使得钻石磨B可利用率不稳定，且数以万计的钻石磨B是藉由电镀或硬焊烧结的方式与金属基材A结合，结合力与接触面积大小及状态成正相关，钻石磨B与金属基材A间存在界面间热涨冷缩致使钻石粒B脱落失效，另一种钻石磨B脱落的模式，为金属基材A表面涂布接着层C，并将钻石磨B黏着于接着层C的表面，若接着层C遭受抛光液的腐蚀，会失去接着效果，而使钻石磨 B脱落。钻石磨脱落的结果，会造成被加工物的局部或大面积的刮伤与破片损失。
[0005]例如，中国台湾地区专利公告第1264345号“化学机械研磨修整器”，其在一树脂层中具有提高的超级磨粒附着力。该CMP抛光垫包括一树脂层、被固定在该树脂层中以便每一超级磨粒的一外露部分从该树脂层突出的超级磨粒，及一设置在每一超级磨粒与该树脂层的间的金属镀层，其中该外露的部分实质上在该金属镀层的外。同没有该金属镀层的超级磨粒相比，该金属镀层用作增强该树脂层中该超级磨粒附着力。然而，该前案虽利用金属镀层加强超级磨粒附着于树脂层的附着力，却仍旧无法解决抛光液腐蚀树脂层，使超级磨粒容易由修正器脱落的缺点。
[0006]又如，中国台湾地区专利公告第1289093号“钻石碟制程”，其步骤包括有:提供一容置单元，并于容置单元中形成一黏附层，且覆盖一具有多个网目的镂空件于黏附层上，将多个钻石颗粒布植于镂空件上并嵌入于镂空件的网目中，而使钻石颗粒黏附于黏附层上，接着灌注一树脂材料于容置单元中，以使钻石颗粒固着于树脂材料，最后将树脂材料连同钻石颗粒由容置单元中脱离，而得到钻石颗粒均匀分布且取向一致的钻石碟基座。然而，该方法将钻石颗粒附于黏附层，并灌注树脂材料以固着钻石颗粒，当树脂材料接触抛光液，与其反应后会受到腐蚀，钻石颗粒即会脱落，而造成被加工物(如晶圆片)刮伤或破片。
[0007]因此，如何制造具有均一性、避免因钻石磨与金属基材的热膨胀系数不同及接着层受抛光液腐蚀，导致加工过程中钻石脱落、被加工物损失，且适用长时间与抛光垫磨擦修整、可精确掌控磨粒状态、提升化学机械抛光制程良率与可靠度的抛光垫修整器，实为一重要课题。
[0008]由于现有技术尚无法完善处理此类问题，所以有加以突破、解决的必要。因此，如何提升方便性、实用性与经济效益，此为业界应努力解决、克服的重点项目。
[0009]缘此，本发明人有鉴于习知钻石抛光垫修整器及其制造方法的缺失未臻理想的事实，本案发明人即着手研发其解决方案，希望能开发出一种更具便利性、实用性与高经济效益的蓝宝石抛光垫修整器及其制造方法，以促进社会的发展，遂经多时的构思而有本发明的产生。

【发明内容】

[0010]本发明的目的在于提供一种蓝宝石抛光垫修整器，其于蓝宝石层表面形成多个蓝宝石磨粒，无须利用电镀或烧结的方式来结合，可避免于抛光制程中造成晶粒脱落的情形，降低晶圆被晶粒刮伤的的问题，提升化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)的良率,且蓝宝石磨粒大小一致可增加工作粒数(Number of Working Crytals),使晶粒磨平的速率迟缓，因此，晶圆磨除率下降的速率也会减慢，可提升修整器的使用寿命与加工良率。
[0011]本发明的目的在于提供一种蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其利用微影蚀刻于蓝宝石层表面进行加工，使蓝宝石层表面一体成形多个蓝宝石磨粒，成形的蓝宝石磨粒外形能藉由蚀刻控制，以提升晶粒大小的均一性，避免晶粒脱落而刮伤晶圆片，并提升化学机械抛光制程的良率与可靠度。
[0012]为达上述的目的，本发明提供一种蓝宝石抛光垫修整器，其包含一承载盘；一蓝宝石层，其设于该承载盘上；及多个蓝宝石磨粒，其一体成形设于该蓝宝石层表面。
[0013]为达上述的目的，本发明提供一种蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其步骤包含:提供一蓝宝石层；于该蓝宝石层进行微影蚀刻制程；形成多个蓝宝石磨粒于该蓝宝石层表面；及设置该蓝宝石层于一承载盘上。
[0014]实施本发明产生的有益效果是:本发明利用微影蚀刻制程加工一蓝宝石层，于蓝宝石层表面形成多个蓝宝石磨粒，并将成形后的蓝宝石层与蓝宝石磨粒应用于抛光垫整修器的研磨面，而蓝宝石磨粒的外形能透过蚀刻控制成形，无须利用电镀或烧结的方式来结合，因此该些蓝宝石磨粒具有良好均一性，且与底部蓝宝石层为相同材料，无接口间热涨冷缩问题，可避免于抛光制程中造成颗粒脱落的情形，降低晶圆被颗粒刮伤的的问题，进而提升修整器的使用寿命与加工良率。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1A为习知钻石抛光垫修整器的结构示意图(一)；
图1B为习知钻石抛光垫修整器的结构示意图(二)；
图2A为本发明较佳实施例的结构示意图(一)；
图2B为本发明较佳实施例的结构示意图(二)；
图3A为本发明较佳实施例的结构俯视图(一)；
图3B为本发明较佳实施例的结构俯视图(二)；及 图4为本发明较佳实施例的步骤流程图。
[0016]【图号对照说明】
10 承载盘
20 蓝宝石层 30 蓝宝石磨粒 A 金属基材 B 钻石磨 C 接着层。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下:
由于习知的钻石抛光垫修整器利用镶嵌、电镀、烧结或黏着等方式将钻石磨粒固定于一金属基材，连接接口间容易受到热膨胀系数不同而脱离，或黏着层与抛光液接触反应后，造成黏着层腐蚀，失去黏着性，都会使钻石磨粒由金属基材表面脱落，造成晶圆片磨除率及磨除速率下降，且有刮伤晶圆片或破片的情况发生，因此，本发明即提出得以改善习知缺点的技术。
[0018]首先,请参阅图2A及图2B,其为本发明较佳实施例的结构示意图(一)及结构示意图(二)；如图所示，本实施例包含一承载盘10、一蓝宝石层20及多个蓝宝石磨粒30，该蓝宝石层20设于该承载盘10上，该些蓝宝石磨粒30 —体成形设于该蓝宝石层20表面。
[0019]其中，该些蓝宝石磨粒30的高度为50-200μπι。该些蓝宝石磨粒30的外形为尖头锥柱、平头锥柱、三面锥柱、平头三面锥柱或其组合择一者，图2Α及图2Β所示的该些蓝宝石磨粒30分别为尖 头锥柱及平头锥柱，其可视使用需求变换蓝宝石磨粒30的外形，以对抛光垫进行抛光、研磨。该蓝宝石层20与该些多个蓝宝石磨粒30为单晶结构、多晶结构或其组合择一者。
[0020]请一并参阅图3Α及图3Β，其为本发明较佳实施例的结构俯视图(一)及结构俯视图(二)；如图3Α所示，该些蓝宝石磨粒30于蓝宝石层20表面的排列方式可以特定顺序排列，亦可任意排序，其排列方式不为所限。该些蓝宝石磨粒30更可以不同的外形及不同的顺序排列来组合，如图3B所示。
[0021]因此，透过该蓝宝石层20与该些蓝宝石磨粒30 —体成形的结构及蓝宝石磨粒30可变的外形与排列顺序，使得蓝宝石磨粒30不易由蓝宝石层20脱落，进而提升晶圆片的磨除率、磨除速率及良率。
[0022]请参阅图4，其为本发明较佳实施例的步骤流程图；如图所示，本实施例的抗沾黏的透光薄膜形成方法，其步骤如下:
步骤S50:提供一蓝宝石层；
步骤S60:于该蓝宝石层进行微影蚀刻制程；
步骤S70:形成多个蓝宝石磨粒于该蓝宝石层表面 '及 步骤S80:设置该蓝宝石层于一承载盘上。
[0023]其中，于该蓝宝石层进行微影蚀刻制程的步骤包含:
步骤S62:涂布一光阻层于该蓝宝石层表面；
步骤S64:设置一光罩于该光阻层上方并进行曝光；
步骤S66:浸溃曝光后的光阻层于一显影剂；及 步骤S68:蚀刻显影后的蓝宝石层。
[0024]该光阻层选自一正光阻层或一负光阻层，光阻厚度为20-200 μ m。该些蓝宝石磨粒的高度为50-200 μ m。该些蓝宝石磨粒的外形为尖头锥柱、平头锥柱、三面锥柱、平头三面锥柱或其组合择一者。该曝光的光源选自紫外光、远紫外光、X射线、电子束或离子束择一者。该蓝宝石层与该些多个蓝宝石磨粒为单晶结构、多晶结构或其组合择一者。
[0025]此外，蚀刻制程可选自干式蚀刻、湿式蚀刻或其组合择一者，组合的蚀刻制程其顺序可先进行干式蚀刻，再以湿式蚀刻处理，亦可反过来进行。干式蚀刻选用的气体可为BCl3/Cl2/Ar 或 BCl3/HBr/Ar，湿式蚀刻选用的溶液可为 H2S04/H3P04、fc2/MeOH 或 ΝΗ40Η/Η202/H2O。
[0026]综上所述，本发明将蓝宝石材料应用于抛光垫修整器的研磨面，并利用微影蚀刻制程加工蓝宝石材料，经过曝光、显影及蚀刻等步骤后，于一蓝宝石层表面一体成形多个蓝宝石磨粒，透过微影蚀刻成形的蓝宝石磨粒具有良好的均一性，其外形亦能透过改变光罩图案轻易变换，由于该些蓝宝石磨粒一体成形设于该蓝宝石层表面，没有连接接口，且两者为相同的材料，故不会因为热膨胀系数不同，而产生连接接口脱离的状况，如此即能提升抛光垫修整器的使用寿命、磨除率及磨除效率，亦能避免被加工物刮伤或破片。
[0027]上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
【权利要求】
1.一种蓝宝石抛光垫修整器，用以修整一抛光垫，其特征在于，其包含: 一承载盘； 一蓝宝石层，其设于该承载盘上 '及 多个蓝宝石磨粒，其一体成形设于该蓝宝石层表面。
2.如权利要求1所述的蓝宝石抛光垫修整器，其特征在于，其中该些蓝宝石磨粒的高度为50?200 μ m。
3.如权利要求1所述的蓝宝石抛光垫修整器，其特征在于，其中该些蓝宝石磨粒的结构为尖头锥柱、平头锥柱、三面锥柱、平头三面锥柱或其任意一种组合。
4.如权利要求1所述的蓝宝石抛光垫修整器，其特征在于，其中该蓝宝石层与该些多个蓝宝石磨粒为单晶结构、多晶结构或其任意一种组合。
5.一种蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，其步骤包含: 提供一蓝宝石层； 于该蓝宝石层进行微影蚀刻制程； 形成多个蓝宝石磨粒于该蓝宝石层表面；及 设置该蓝宝石层于一承载盘上。
6.如权利要求5所述的蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，其中于该蓝宝石层进行微影蚀刻制程的步骤包含: 涂布一光阻层于该蓝宝石层表面； 设置一光罩于该光阻层上方并进行曝光； 浸溃曝光后的光阻层于一显影剂中；及 蚀刻显影后的蓝宝石层。
7.如权利要求6所述的蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，其中该光阻层选自一正光阻层或一负光阻层。
8.如权利要求6所述的蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，其中该曝光的光源选自紫外光、远紫外光、X射线、电子束或离子束中的任意一个。
9.如权利要求6所述的蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，其中蚀刻制程可选自干式蚀刻、湿式蚀刻或其任意一种组合。
10.如权利要求5所述的蓝宝石抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，其中该蓝宝石层与该些多个蓝宝石磨粒为单晶结构、多晶结构或其任意一种组合。
【文档编号】B24B53/12GK104029125SQ201310594032
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年3月8日
【发明者】戴子轩, 魏匡灵, 吕权浪, 钟润文 申请人:鑫晶钻科技股份有限公司