CN101073880B - 研磨垫及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种研磨垫及其制造方法，包含一研磨垫本体，以及位于研磨垫本体内部的至少一长条形辅助压缩体，长条形辅助压缩体的压缩性大于研磨垫本体的压缩性。

Description

研磨垫及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种研磨垫及其制造方法，且特别是有关于一种适用于化学机械研磨，且兼顾硬度与压缩性的研磨垫及其制造方法。

背景技术

在半导体集成电路的制造过程中，随着隔离结构、晶体管、金属层与介电层一层层堆垒上去之后，晶圆的表面也跟着越来越不平坦。受限于曝光机所能达到的聚焦深度(depth of focus)的限制，将光罩图案转移至晶圆上光阻的过程也就越加困难，曝光结果也越容易失真。而化学机械研磨法是一种可以让晶圆全面平坦化的制造过程，藉以使上述的问题得以解决。

化学机械研磨法在进行当中，是将晶圆压在研磨垫上，让晶圆在表面布满研浆的研磨垫上移动，而研浆中含有微细的研磨颗粒与化学试剂。因此晶圆在研磨垫上移动时，可藉由研磨颗粒的机械式研磨与化学试剂的化学反应二者的帮助来进行晶圆的平坦化制程。

由于化学机械研磨法的首要目标为能让晶圆均匀地全面平坦化，而且还要能让同一批次晶圆的平坦化结果具有重复性。而研磨垫的硬度(rigidity或stiffness)以及可压缩性(compressibility或compliance)与晶圆研磨后的平坦度有相当大的关系。一般来说，硬度高的研磨垫可以增加晶圆研磨的平坦度，而可压缩性高的研磨垫则可以增加晶圆研磨的均匀度。因此在使用硬度较高的研磨垫来研磨晶圆之后，往往还需要再使用硬度较低的研磨垫来改善晶圆研磨的均匀度，这使得化学机械研磨法的产量较低。已知的单层研磨垫在特性上只能取决于所使用的材料，且此种单层研磨垫的制作在硬度与研磨均匀性上不易取得良好平衡。

为了兼顾上述的硬度与可压缩性的要求，亦有部分已知的研磨垫以至少一层硬垫、以及至少一层软垫迭合在一起来组成所需的研磨垫，例如第5212910号美国专利与第5257478号美国专利所揭露的研磨垫。然而，如第6217426号美国专利所述，由至少两层迭合而成的研磨垫虽然可以部分兼顾晶圆研磨的平坦度与均匀度的要求，但在研磨过程中，由至少两层迭合而成的研磨垫容易因为外力而彼此脱离。而且双层结构研磨垫的制作在时间与成本花费上也有较大负担。

上述已知技术中，无可避免地增加了制程复杂度及制造成本。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种研磨垫及其制造方法，用以改善化学机械研磨的均匀度及平坦度。

本发明的又一目的在于提供一种研磨垫及其制造方法，以制造兼顾硬度与压缩性的研磨垫。

根据本发明的上述目的，提出一种研磨垫及其制造方法，适用于化学机械研磨。研磨垫包括一研磨垫本体以及至少一长条形辅助压缩体，长条形辅助压缩体内埋于研磨垫本体，且该长条形辅助压缩体不与研磨垫本体的上表面与下表面接触，其中该长条形辅助压缩体的压缩性大于研磨垫本体的压缩性。

本发明中的一研磨垫制造方法，包括：安装一辅助压缩体成形模具于一研磨垫模具内部，其中辅助压缩体成形模具具有至少一长条突出部，用以定义研磨垫内部的长条形辅助压缩体；注入一高分子材料于研磨垫模具的一模穴中，以形成一研磨垫本体，其中长条突出部被包覆于高分子材料中，以使该长条突出部不与该研磨垫模具的上表面与下表面接触；以及实施一脱模步骤并将辅助压缩体成形模具与成形的研磨垫本体分离而取出，得到一具有中空信道的研磨垫。

本发明中的另一研磨垫制造方法，包括：安装至少一长条形辅助压缩体于一研磨垫模具的内部，该辅助压缩体不与研磨垫本体的上表面与下表面接触；注入一高分子材料于研磨垫模具的一模穴中，以形成一研磨垫本体，其中长条形辅助压缩体被包覆于高分子材料中；以及实施一脱模步骤，以得到一内埋长条形辅助压缩体的研磨垫。长条形辅助压缩体的材料还可利用一可分解材料取代。于高分子材料硬化成形步骤后，再施以一分解该长条形辅助压缩体材料的步骤，例如以一分解溶剂将材料分解，使研磨垫本体内部留下中空的通道结构。

本发明中的再一研磨垫制造方法，包括：形成一研磨垫本体，以及钻孔研磨垫本体的侧面，该钻孔的位置介于研磨垫本体的上表面和下表面之间。研磨垫本体的形成，是利用一般模具一体成形方式达成。钻孔方式为机械式钻孔或者激光钻孔。

本发明中的研磨垫制造方法可在研磨垫内部制造出内埋的中空通道或长条形辅助压缩体，藉由此中空通道或长条形辅助压缩体，可有效地增加研磨垫的可压缩性。而且中空通道尺寸的调整，仅需藉由辅助压缩体成形框架的设计而轻易达成，从而具有相当自由的设计弹性。此中空通道的横截面孔径为50μm至2mm。本发明还提供一种兼顾硬度与可压缩性的研磨垫制造方法，不仅使制造者节省大量成本与制造时间，更有效地提升化学机器研磨时，表面的平坦度以及均匀度。

附图说明

为使本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例更简明易懂，特将附图详细说明罗列如下：

图1A为本发明中研磨垫的一实施例的侧视图。

图1B至图1D为本发明中研磨垫的一实施例的上视图。

图2为本发明中研磨垫制造方法的一实施例的流程图。

图3为本发明中研磨垫制造装置的一实施例的示意图。

图4为图3中所述研磨垫的制造方法流程图。

图5A为本发明中辅助压缩体成形框架的上视图。

图5B为本发明中研磨垫制造装置的又一实施例的侧视图。

图6为图5B中所述研磨垫的制造方法流程图。

图7A至图7B为本发明中辅助压缩体成形框架其它不同形态的上视图。

具体实施方式

本发明揭露一种应用于化学机械研磨、兼具硬度及可压缩性的研磨垫及其制造方法。藉由在研磨垫本体内部形成至少一个中空通道、或者压缩性比研磨垫本体材料更大的长条形辅助压缩体，使研磨垫整体具有相较于仅以单一材料制成的研磨垫较佳的可压缩性。当运用于兼顾硬度与压缩性的单层研磨垫结构的制造时，更有助于制造速度的提升以及制造成本的降低。

以下将结合附图详细阐释本发明的精神，本领域的技术人员在了解本发明的实施例后，当可由本发明所揭示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。以下将以单层结构的研磨垫为例，说明数个制造本发明研磨垫的实施例。然本发明并非限制于单层结构的应用，双层或双层以上的研磨垫同样可由本发明获得较佳可压缩性的优点。

请参阅图1A至图1D，其分别绘示了本发明所述研磨垫一实施例的侧视图及上视图。研磨垫100包含一研磨垫本体102，以及位于研磨垫本体102内部的至少一长条形辅助压缩体104，此长条形辅助压缩体104的压缩性大于研磨垫本体102。藉由研磨垫本体102内部的长条形辅助压缩体104，使研磨垫100整体的可压缩性大为提升。长条形辅助压缩体104可如图1B，完全贯通研磨垫本体102，或如图1C，长条形辅助压缩体104的一端形成于研磨侧面102a，其另一端封闭于研磨垫本体102内部，且呈辐射状并各自独立，或如图1D，辐射状于中心相会的长条形辅助压缩体104的配置方式。此长条形辅助压缩体104不仅可为压缩性大于研磨垫本体102的一实体材料，如一实心管或空心管，亦可为一中空通道，也就是空气，同样可达到增加研磨垫100的可压缩性的效果。

请参阅图2，其绘示了本发明所述研磨垫制造方法一实施例的流程图。在本实施例中，研磨垫的制造方法200包含以下步骤。步骤202中，形成一研磨垫本体102。可利用已知的模具一体成形方式制作出此研磨垫本体102。接着在步骤204中，于研磨垫本体102的侧面进行钻孔，以形成中空通道的长条形辅助压缩体104。钻孔的步骤204可利用机械钻孔、或以精度较佳且可得到较小尺寸的激光钻孔方式达成。

本实施例中，可利用现有的研磨垫模具，制造出研磨垫100，并利用钻孔的方式，于研磨垫侧面102a上钻出通道，以形成由空气所组成的长条形辅助压缩体104。

本发明所述研磨垫的另一实施例，请参阅图3，其绘示了依本发明所述研磨垫制造装置的示意图。

研磨垫制造装置300包含有一辅助压缩体成形模具310，以及一研磨垫模具320。辅助压缩体成形模具310包含有一基座312以及至少一长条突出部314突出于基座312。研磨垫模具320具有一模穴322，以形成研磨垫100。研磨垫模具320更具有一注入口324连接模穴322，使一高分子材料可经由此注入口324，进入模穴322。辅助压缩体成形模具310由研磨垫模具320的一侧面插入，两者相结合便形成本发明所述的研磨垫的制造装置300。

图4绘示了图3中研磨垫的制造方法。方法400始于步骤402，步骤402中，装置一辅助压缩体成形模具310于一研磨垫模具320内部，其中辅助压缩体成形模具310具有至少一长条突出部314，用以使成形的研磨垫本体102内部形成中空通道104。辅助压缩体成形模具310中，长条突出部314之间系为平行排列，且长条突出部314的截面形状可为任意形状，例如椭圆形、圆形或多边形。

当辅助压缩体成形模具310装于研磨垫模具320中时，长条突出部314在研磨垫侧面102a上的位置，如图1A所示，配置于研磨垫本体102的上表面与下表面之间，亦即模穴322的上下表面之间，但不接触到，使长条形辅助压缩体104可正确定义在研磨垫本体的内部，而非上下表面。本实施例中所形成的研磨垫本体102厚度约为6mm，而长条突出部314具有直径约为1mm的一圆形截面。

步骤406中，注入高分子材料于研磨垫模具320的模穴322中，等待至高分子材料硬化成形。此高分子材料即为形成研磨垫本体102所用的材料，研磨垫本体102的材料例如为具有孔隙的高分子材料。于本实施例中，使用的高分子材料为聚氨酯发泡体(polyurethane foam；PU foam)。自注入口324注入高分子材料至模穴322中，等待高分子材料硬化之后，研磨垫本体102便成形于研磨垫模具320内。

步骤408中，实施一脱模步骤，并将辅助压缩体成形模具310取出，得到一具有中空通道的长条形辅助压缩体104的研磨垫110。此实施例中的研磨垫的上视图如图1B所示。长条形辅助压缩体104可贯通研磨垫本体102或中止于研磨垫本体102的内部，其可藉由调整长条突出部314的长度而决定。

制造方法中可选择包含步骤404，即在注入高分子材料前，预先涂布离形剂于辅助压缩体成形模具310。此离形剂可为蜡、含氟树脂、或含硅树脂，以避免脱模时研磨垫本体102内部产生损伤，使高分子成形后的脱模步骤更为顺利。另外，此辅助压缩体成形模具310的材料可选择具有低表面能的材料，例如为含氟的一高分子材料(如Teflon)或含硅的高分子材料(如Silicon Rubber)。或者，此辅助压缩体成形模具310的材料亦可为复合材料，例如为表面被具有含氟的高分子材料，或含硅的高分子材料此类具有低表面能的材料包覆的复合材料。如辅助压缩体成形模具310使用上述具有不沾粘特性的低表面能材料，则步骤404的涂布离形剂的步骤可被省略。

本发明所述研磨垫制造装置的另一实施例，请参阅图5A与图5B，其分别绘示了研磨垫装置中辅助压缩体成形框架的示意图，及其装置于研磨垫模具的侧剖面示意图。

请参阅图5A，其绘示了一辅助压缩体成形框架510的上视图，辅助压缩体成形框架510为一网状框架，且由复数个长条形辅助压缩体512所构成，且此长条形辅助压缩体512的压缩性须大于研磨垫本体102，如为橡胶材料或多孔性聚氨酯材料。

请参阅图5B，其绘示了辅助压缩体成形框架510装入研磨垫模具520的剖面图。研磨垫模具520利用一夹持的方式固定辅助压缩体成形框架510。可预先在研磨垫模具520的下半部(下模)移除些许深度，以提供夹持或置放的空间。

请参阅图6，其绘示了上述实施例中研磨垫的制造方法流程图。方法600系始于一装置步骤602，步骤602中，其利用夹持的方式将辅助压缩体成形框架510装于一研磨垫模具520内部。其中辅助压缩体成形框架510具有至少一长条形辅助压缩体512，且长条形辅助压缩体512的压缩性大于研磨垫本体102的压缩性，用以内埋于研磨垫本体102内。其中辅助压缩体成形框架510的长条形辅助压缩体512为网状排列。

步骤604中，注入高分子材料于研磨垫模具520的一模穴530中，以形成一研磨垫本体102，其中长条形辅助压缩体512被包覆于高分子材料中。

步骤606，于脱模后，裁切研磨垫100周边的多余材料，得到具有一内埋长条形辅助压缩体512的研磨垫100。

另外，若长条形辅助压缩体512选择用一可分解材料如聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)、聚乳酸(poly lactic acid；PLA)、或聚苯乙烯(polystyrene；PS)，则制造方法600还包含一步骤608，以分解长条形辅助压缩体512，形成中空通道于研磨垫100中。依据不同的可分解材料而使用对应的分解溶剂。以上述可分解材料为例，其中水可溶解聚乙烯醇及聚乳酸、有机溶剂(如二氯甲烷)可溶解聚苯乙烯。当长条形辅助压缩体512被完全分解后，便于研磨垫本体102内部形成中空通道结构，其亦可提升研磨垫100的可压缩性。

请参阅图7A与图7B，其分别绘示了辅助压缩体成形框架其它不同形态的示意图。辅助压缩体成形框架700的又一形态为一螺旋形排列的长条形辅助压缩体710(如图7A)，或一同心圆排列的长条形辅助压缩体720(如图7B)。长条形辅助压缩体710与720藉由一支撑架构730支撑，并保持于一平面，避免部份下垂。支撑架构730的两端固定于边框740上。支撑架构730的材料可为尼龙纤维、聚酯纤维、或聚氨酯纤维，边框740的材料可为一金属材料或一高分子材料。于本实施例中支撑架构730与长条形辅助压缩体710、720可为一体成形，或藉由黏贴剂固定。

当脱模后，将边框740及部分支撑架构730切断，便得到一内埋长条形辅助压缩体710或720的研磨垫。

关于长条形辅助压缩体的排列方式，除了上述各实施例中所示的平行排列、网状排列、螺旋形排列以及同心圆排列外，亦可以是其它各种排列方式，依制程设备、需求等考虑而得自由设计选用。上述实施例说明并非限定长条形辅助压缩体的排列方式。除此之外，长条形辅助压缩体的截面形状可为任意形状，例如椭圆形、圆形或多边形等。

上述实施例中均以单层排列的长条形辅助压缩体做为说明，但本发明的长条形辅助压缩体并不限于单层排列，亦可选择为多层排列。

由上述本发明实施例可知，应用本发明具有下列优点。本发明的研磨垫具有横截面尺寸自50μm至2mm的内部长条形辅助压缩体或中空通道，使整体研磨垫的可压缩性大为增加。本发明的研磨垫制造方法可在研磨垫内部制造出内埋的中空通道或长条形辅助压缩体，藉由此中空通道或长条形辅助压缩体，可有效地增加研磨垫的可压缩性。而且中空通道尺寸的调整，仅需藉由辅助压缩体成形框架的设计而轻易达成，具有相当自由的设计弹性。此外，本发明亦提供一种兼顾硬度与可压缩性的研磨垫制造方法，不仅使制造者节省大量成本与制作时间，更有效地提升化学机器研磨时，表面的平坦度以及均匀度。

并且，本发明的制造方法若应用在单层研磨垫结构的制作，也具有相当大的成本效益，因其不仅相较于已知的单层研磨垫具有更佳的压缩性，提供了一种兼顾硬度与压缩性的单层研磨垫的解决方案。

虽然本发明已以实施例形式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当权利要求所界定的为准。

Claims (27)

1.一种研磨垫，包含：

一研磨垫本体；以及

至少一长条形辅助压缩体，位于研磨垫本体的内部，且该长条形辅助压缩体不与研磨垫本体的上表面与下表面接触，其中长条形辅助压缩体的压缩性大于研磨垫本体的压缩性。

2.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体的截面形状是选自包括一椭圆形、一圆形、一多边形、或其组合所组成的族群。

3.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，其中的长条形辅助压缩体的横截面尺寸为50μm～2mm。

4.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述的研磨垫本体为一高分子发泡体。

5.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体为一中空通道或一实体材料。

6.如权利要求5所述的研磨垫，其特征在于，所述的实体材料为一实心管或一空心管。

7.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体的排列是选自包括一平行排列、一网状排列、一螺旋形排列、一同心圆排列、一辐射状排列、或其组合所组成的族群。

8.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，其中的长条形辅助压缩体为一单层排列或一多层排列。

9.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，其中的长条形辅助压缩体贯通研磨垫本体。

10.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体一端形成于研磨垫本体的一侧面，另一端封闭于研磨垫本体的内部。

11.一种研磨垫的制造方法，包含：

将一辅助压缩体成形模具装于一研磨垫模具的内部，其中该辅助压缩体成形模具具有至少一长条突出部，用以定义一研磨垫内部的一长条形辅助压缩体；

注入一高分子材料于该研磨垫模具的一模穴中，以形成一研磨垫本体，其中该长条突出部被包覆于该高分子材料中，使该长条突出部不与该研磨垫模具的上表面与下表面接触；以及

实施一脱模步骤并分离该辅助压缩体成形模具与该研磨垫本体，以得到具有中空通道的一研磨垫。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的长条突出部的横截面尺寸为50μm至2mm。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的高分子材料为一聚氨酯发泡体。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，其中该装置一辅助压缩体成形模具的步骤是自该研磨垫模具的侧边，将该辅助压缩体成形模具推入，并与该研磨垫模具密合。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的长条突出部为一金属材料、一具有低表面能的材料、或表面被具有低表面能材料包覆的一复合材料。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包含，在注入高分子材料的步骤前涂布一离形剂于辅助压缩体成形模具。

17.一种研磨垫的制造方法，包含：

安装至少一长条形辅助压缩体于一研磨垫模具的内部，其中该长条型辅助压缩体不接触该研磨垫模具之上表面与下表面；

注入一高分子材料于该研磨垫模具的一模穴中，以形成一研磨垫本体，其中的长条形辅助压缩体被包覆于高分子材料中；以及

实施一脱模步骤，以得到一内埋长条形辅助压缩体的研磨垫。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体的压缩性大于高分子材料的压缩性。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体为一橡胶或一多孔性聚氨酯材料。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，其中安装长条形辅助压缩体于研磨垫模具内部的步骤是安装一辅助压缩体成形框架于研磨垫模具内部，其中的辅助压缩体成形框架具有至少一长条形辅助压缩体。

21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的脱模步骤后还包含裁切研磨垫周边的多余材料，使长条形辅助压缩体的一部份留在研磨垫内。

22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体为一可分解材料。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述的长条形辅助压缩体的材料为聚乙烯醇、聚乳酸、或聚苯乙烯。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述的方法还包含，在形成内埋长条形辅助压缩体的研磨垫的步骤后，分解该长条形辅助压缩体。

25.一种研磨垫的制造方法，包含：

形成一研磨垫本体；以及

钻孔该研磨垫本体的侧面，其中该钻孔的位置介于研磨垫本体的上表面和下表面之间。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述的钻孔的步骤为实施一机械式钻孔。

27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述的钻孔的步骤为实施一激光钻孔。

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