CN101579838B - 研磨方法、研磨垫及研磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种研磨方法、研磨垫及研磨系统，此研磨方法首先提供具有多个沟槽的研磨垫，每一沟槽的宽度为W，且相邻两沟槽之间的间距为P。设定一物件在此研磨垫上的摆动距离，此摆动距离使物件上任一特定点与其中心点间的方向，垂直于沟槽切线方向位置时，经过的沟槽次数相同。接着，以此摆动距离对此物件进行研磨步骤，此摆动距离可以使物件表面获得较佳的研磨均匀度。

Description

研磨方法、研磨垫及研磨系统

技术领域

本发明是有关于一种研磨垫、研磨系统及研磨方法，且特别是有关于一种可以使物件表面获得较佳研磨均匀度的研磨垫、研磨系统及研磨方法。

背景技术

随着产业的进步，平坦化制程经常被采用为生产各种元件的制程。在平坦化制程中，研磨制程经常为产业所使用。一般来说，研磨制程是对被固定的物件施加一压力以将其压置于研磨垫上，并在物件及研磨垫表面彼此进行相对运动。借由此相对运动所产生的摩擦，移除部分物件表面，而使其表面逐渐平坦。

图1是现有的一种圆形研磨垫的俯视示意图。圆形研磨垫110包括多个同心圆沟槽120。同心圆沟槽120是用来容纳或排除研磨所产生的残屑或副产物，并可使物件130于研磨完毕时较容易自圆形研磨垫110上移开。

在进行研磨时，除了圆形研磨垫110转动，与圆形研磨垫110表面相接触的物件130本身亦会自转，以期望物件130表面各部分都可以与同心圆沟槽120接触。然而，由于传统圆形研磨垫110上的同心圆沟槽120是正圆形沟槽且物件130是以通过其中心点的轴线作为旋转轴而自转。因此当物件130的特定点与其中心点间的方向，垂直于沟槽切线方向位置时，此特定点将固定处于沟槽处或非沟槽处，若以处于沟槽处为例，则此特定点相邻的点则固定处于非沟槽处，因此造成研磨均匀度不佳。而且，物件130越靠近其中心部分之处，此问题越显严重，因为在整个研磨过程，物件130靠近中心的部分几乎会固定地与圆形研磨垫110上的特定位置(例如沟槽处或是非沟槽处)接触。因此造成物件130靠近中心部分之处，其研磨率会较其余部分的研磨率低或高(视中心部分固定于沟槽处或是非沟槽处)。物件130的研磨率不均匀的问题，可能进而影响元件的可靠度。

因此，需要一种研磨垫及研磨方法以提供较佳的研磨均匀度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种研磨方法，可有助于获得具有较平坦表面的物件。

本发明另提供一种研磨垫，能够提供物件表面较均匀的研磨率。

本发明又提供一种研磨系统，能够使物件表面各部分的研磨率具有较佳的均匀度。

本发明提出一种研磨方法。首先，提供一研磨垫，其中此研磨垫上具有多个沟槽，每一沟槽的宽度(width)为W，且相邻两沟槽之间的间距(pitch)为P。之后，设定一物件在此研磨垫上的一摆动距离(oscillatory movement distance)，其中此摆动距离使物件上任一特定点与其中心点间的方向，垂直于沟槽切线方向位置时，经过的沟槽次数相同。接着，以此摆动距离对物件进行研磨步骤。

本发明另提出一种研磨方法。首先，提供一研磨垫，其中此研磨垫上具有多个沟槽，每一沟槽的宽度为W，且相邻两沟槽之间的间距为P。之后，设定一物件在此研磨垫上的一摆动距离 $D\≅P\×N-W,$ 其中N为正整数。接着，以此摆动距离对物件进行研磨步骤。

本发明另提出一种研磨垫，用于对一物件进行研磨制程，且在研磨制程过程中，物件在此研磨垫上有一摆动距离D。此研磨垫包括多个沟槽，每一沟槽的宽度W以及相邻两沟槽之间的间距P满足 $D\≅P\×N-W,$ 其中N为正整数。

本发明又提出一种研磨系统，其包括研磨垫以及物件。研磨垫上具有多个沟槽，且每一沟槽的宽度为W，且相邻两沟槽之间的间距为P。物件设置在研磨垫上，且物件在研磨垫上有一摆动距离D，其中此摆动距离 $D\≅P\×N-W,$ N为正整数。

本发明的研磨方法、研磨垫及研磨系统，借由调整物件在研磨垫上的摆动距离、沟渠的宽度、两沟渠间的间距三个参数之间的相对关系，因而可以使被研磨物件表面的研磨率具有更佳的均匀度。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是现有的一种圆形研磨垫的俯视示意图。

图2为依照本发明的一实施例的研磨系统的剖面示意图。

图3为依照本发明的一实施例的研磨垫的俯视示意图。

图4为依照本发明的另一实施例的研磨垫的俯视示意图。

图5为依照本发明的其他实施例的研磨系统的剖面示意图。

图6为依照本发明的其他实施例的研磨垫的俯视示意图。

主要元件符号说明：

110：圆形研磨垫

120：同心圆沟槽

130、330、630：物件

640：移动方向

300、600：研磨系统

302、602：承载台

304、604：物件载具

310、610：研磨垫

320、620：沟槽

331、332、631、A₁、A₂、B₁、B₂、X₁、Y₁：位置

606：传动轮

A、B、X、Y：特定点

D：摆动距离

P：间距

W：宽度

具体实施方式

图2为依照本发明的一实施例的研磨系统的剖面示意图。图3为依照本发明的一实施例的研磨垫的俯视示意图。须注意的是，为简化图示，故于图3中省略物件本身旋转的情况，并省略物件载具的结构，但并非用以限定本发明的范围。请参照图2，研磨系统300包括承载台302、物件载具304、研磨垫310及物件330。承载台302例如是用以承载研磨垫310。物件载具304例如是用以固持物件330于研磨垫310的表面上。此外，在一实施例中，研磨系统300更可选择性地于研磨过程中供应研浆或溶液，使此研磨系统300可以应用于化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)制程中。本发明的研磨垫、研磨系统及研磨方法可应用于如半导体、集成电路、微机电、能源转换、通讯、光学、储存碟片、及显示器等元件的制作中所使用的研磨制程，制作这些元件所使用的物件330可包括半导体晶圆、III V族晶圆、储存元件载体、陶瓷基底、高分子聚合物基底、及玻璃基底等，但并非用以限定本发明的范围。

研磨垫310例如是贴附于承载台302的表面上，用以研磨物件330。研磨垫310例如是由聚合物基材所构成，聚合物基材可以是热固性树脂(thermosetting resin)或热塑性树脂(thermoplastic resin)所合成的聚合物基材。研磨垫310除聚合物基材外，另可包含导电材料、研磨颗粒、微球体(micro-sphere)或可溶解添加物于此聚合物基材中。

请同时参照图2与图3，研磨垫310上具有多个沟槽320。在此实施例中，承载台302为圆形转盘，研磨垫310为圆形研磨垫，沟槽320例如为同心圆沟槽。每一个沟槽320具有宽度W，且相邻两个沟槽320之间具有间距P。当承载台302旋转时，会同时带动贴附于承载台302表面的研磨垫310，而使研磨垫310可以旋转。

物件载具304配置于承载台302上，用以固持物件330并对物件330施加一压力以将物件330压置于研磨垫310的表面上，而使物件330的待研磨面可以与研磨垫310相接触。物件载具304除了可以使物件330于研磨垫310上旋转外，还可以使物件330于研磨垫310上来回平移摆动，以使物件330与研磨垫310之间的接触不会局限在某一特定的区域，可有助于使研磨速率和均匀度更平稳，并使研磨过程能够更均匀。

特别说明的是，物件330在研磨垫310上来回平移会具有一个摆动距离D，且摆动距离D会满足下式：

$D\≅P\×N-W,$

N为正整数。

具体地说，物件330可以借由物件载具304的带动而在研磨垫310上进行来回平移的摆动，摆动的方向为垂直于沟槽320切线方向，以同心圆沟槽为例摆动的方向即为同心圆沟槽的径向，其中物件330的摆动距离D约略相等于研磨垫310上相邻两沟槽320之间的间距P的整数倍减掉沟槽320的宽度W。

举例来说，当物件330的特定点与其中心点间的方向，垂直于沟槽切线方向位置时，如图3中区域M₁的局部放大图所示，在物件330还未进行摆动时，物件330上的特定点A与研磨垫310相接触的位置会位于沟槽处，而物件330上的特定点B与研磨垫310相接触的位置会位于非沟槽处。当N＝1时，亦即物件330在研磨垫310上的摆动距离 $D\≅P-W,$ 物件330例如是会平移至位置331处，而物件330上的特定点A会随着物件330的摆动而移动到位置A₁，同时特定点B也会随物件330的摆动而移动到位置B₁。在此种情况下，物件330上原先位于沟槽处的特定点A会移动到位于非沟槽处的位置A₁，物件330上原先位于非沟槽处的特定点B会经过一沟槽移动到相邻的非沟槽处位置B₁。因此，物件330上的特定点A与特定点B在随着物件330的摆动而移动到位置331处的过程中，会各与研磨垫310上的沟槽320接触一次。因此可以使物件330的特定部分交互经过沟槽处及非沟槽处，而非固定处于沟槽处或非沟槽处。

图4为依照本发明的另一实施例的研磨垫的俯视示意图。在图4中，与图3相同的构件则使用相同的标号并省略其说明。在另一实施例中，当以N＝2为例时，物件330在研磨垫310上的摆动距离 $D\≅2P-W.$ 当物件330的特定点与其中心点间的方向，垂直于沟槽切线方向位置时，如图4中区域M₂的局部放大图所示，当物件330平移至位置332时，物件330上原先位于沟槽处的特定点A会经过另一沟槽而移动到位于非沟槽处的位置A₂，而物件330上原先位于非沟槽处的特定点B会经过二沟槽移动到相邻的非沟槽处位置B₂。而且，物件330上的特定点A在随着物件330的摆动而移动到位置A₂的过程中，物件330上的特定点A会与研磨垫310上的沟槽320接触两次；物件330上的特定点B在随着物件330的摆动而移动到位置B₂的过程中，物件330上的特定点B亦会与研磨垫310上的沟槽320接触两次。因此，可有助于使物件330上的特定部分均匀地交互经过沟槽处及非沟槽处，而非固定处于沟槽处或非沟槽处。

同理，当N＝3、4、…等任意正整数时，物件330上原先位于沟槽处的特定点A可以随着物件330的摆动，经过另外N-1个沟槽而移动到位于非沟槽处的位置A_N(未绘示)，而物件330上原先位于非沟槽处的特定点B也可以随着物件330的摆动，经过N个沟槽而移动到位于非沟槽处的位置B_N(未绘示)。此外，在物件330上的特定点A、B摆动平移到位置A_N、B_N的过程中，物件330上的特定点A、B分别与研磨垫310上的沟槽320经过的次数会相等，即N次，因此可以使物件330上的各特定部分均匀地经过沟槽处及非沟槽处，而非固定处于沟槽处或非沟槽处。

如此一来，在整个研磨过程中，借由调整物件330在研磨垫310上的摆动距离D，可以使物件330特定点与其中心点间的方向，垂直于沟槽切线方向位置时，此特定点不会固定处于沟槽处或非沟槽处。特别是物件330靠近中心的部分在整个研磨过程，就不会一直固定地与研磨垫310上的特定位置(例如沟槽处或非沟槽处)接触。因此，可有助于使物件330靠近中心的部分与其余部分的研磨率较为一致，而使物件330的表面获得较佳的研磨均匀度。

在上述实施例中是以圆形的承载台、研磨垫以及同心圆沟槽为例来进行说明，然而本发明并不限于此。本发明除了上述实施例之外，尚具有其他的实施型态。图5为依照本发明的其他实施例的研磨系统的剖面示意图。图6为依照本发明的其他实施例的研磨垫的俯视示意图。在图5与图6中，与图2相似的构件则省略其说明。此外，为简化图示，故于图6中省略物件本身旋转的情况，并省略物件载具的结构，但并非用以限定本发明的范围。请同时参照图5与图6，在其他实施例中，研磨系统600包括承载台602、物件载具604、传动轮606、研磨垫610及物件630。此外，在一实施例中，研磨系统600更可选择性地于研磨过程中供应研浆或溶液，使此研磨系统600可以应用于化学机械研磨制程中。

承载台602例如是固定的平台。研磨垫610例如是带状研磨垫，而贴附于承载台602的表面上。借由配置在研磨垫610两侧的传动轮606转动，可以带动研磨垫610以输送带的形式往直线方向移动，亦即如图5与图6所示的移动方向640。而且，研磨垫610上具有多个沟槽620。在一实施例中，沟槽620为直线形沟槽，且各沟槽620的纵向例如是平行于研磨垫610的移动方向640。各沟槽620例如是以彼此平行的方式排列，每一个沟槽620具有宽度W，且相邻两个沟槽620之间具有间距P。

用以固持物件630于研磨垫610的表面上的物件载具604配置于承载台602上。物件载具604除了可以使物件630于研磨垫610上旋转外，还可以使物件630于研磨垫610上来回平移摆动，以改善研磨均匀度。物件630在研磨垫610上来回摆动的方向例如是垂直于沟槽620切线方向，亦即垂直于此实施例中直线形沟槽620的纵向，且物件630在研磨垫610上具有摆动距离D会满足下式：

$D\≅P\×N-W,$

N为正整数。

详言之，当以N＝1为例时，请参照图6，在进行研磨过程中，当物件630以摆动距离 $D\≅P-W$ 在研磨垫610上进行来回平移时，物件630会平移至位置631处。当物件630的特定点与其中心点间的方向，垂直于沟槽620切线方向位置时，如图6中区域M₃的局部放大图所示，物件630上原先位于沟槽处的特定点X会随着物件630的摆动而移动到位于非沟槽处的位置X₁；而另一方面，物件630上原先位于非沟槽处的特定点Y也会随物件630的摆动，经过一沟槽而移动到位于相邻非沟槽处位置Y₁。因此，物件630上的特定点X与特定点Y在随着物件630的摆动而移动到位置631处的过程中，各会与研磨垫610上的沟槽620接触一次。因此可以使物件630的特定部分交互经过沟槽处及非沟槽处，而非固定处于沟槽处或非沟槽处。

同理，当N＝2、3、…等任意正整数时，物件630上原先位于沟槽处的特定点X可以随着物件630的摆动，经过另外N-1个沟槽而移动到位于非沟槽处的位置X_N(未绘示)，而物件630上原先位于非沟槽处的特定点Y也可以随着物件630的摆动，经过N个沟槽而移动到位于非沟槽处的位置Y_N(未绘示)。此外，在物件630上的特定点X、Y摆动平移到位置X_N、Y_N的过程中，物件630上的特定点X、Y分别与研磨垫610上的沟槽620经过的次数会相等，即N次，因此可以使物件630上的各特定部分均匀地经过沟槽处及非沟槽处，而非固定处于沟槽处或非沟槽处。

此外，上述实施例中，若物件630在研磨垫610上来回摆动的方向不是垂直于沟槽620切线方向，例如是与直线形沟槽620的纵向夹一角度θ，则物件630在研磨垫610上具有摆动距离D会满足下式：

$D\×\sin \mathrm{\θ}\≅P\×N-W,$

N为正整数。

如此一来，在研磨系统600中，亦可以借由调整物件630在研磨垫610上的摆动距离D，使物件630的特定部分交互经过沟槽处及非沟槽处，进而使物件630的表面获得较佳的研磨均匀度。

此外，本发明所提出的研磨方法，适于用以研磨一物件的表面。首先，提供一研磨垫，此研磨垫上具有多个沟槽，每一沟槽的宽度为W，且相邻两沟槽之间的间距为P。研磨垫例如是圆形研磨垫或是带状研磨垫。当使用圆形研磨垫时，研磨垫上的沟槽可为同心圆沟槽；当使用带状研磨垫时，研磨垫上的沟槽可为直线型沟槽。值得一提的是，在本发明的研磨方法中所使用的研磨垫也可以是上述实施例所述的研磨系统中的任一研磨垫，本发明于此不作特别的限定。之后，设定物件在此研磨垫上的摆动距离，使物件上任一特定点与其中心点间的方向，垂直于这些沟槽切线方向位置时，经过的沟槽次数相同。在一实施例中，摆动距离 $D\≅P\×N-W,$ 其中N为正整数。接着，以此摆动距离对物件进行一研磨步骤。由于调整摆动距离能够有助于物件上特定点不会固定处于沟槽处或非沟槽处。特别是物件靠近中心的部分在整个研磨过程，就不会一直固定地与研磨垫上的特定位置(例如沟槽处或非沟槽处)接触。因此使用本发明的研磨方法可以获得较佳的研磨均匀度。

在此说明的是，本发明除了可以根据现有研磨垫的沟槽配置来调整物件在研磨垫上的摆动距离D外，还可以应用于物件在研磨垫上的摆动距离D已固定的研磨系统中。在一实施例中，当摆动距离D固定设为25.4mm时，可以利用物件在研磨垫上的固定摆动距离D来制造合适的研磨垫，也就是使制造出来的研磨垫，其沟槽的宽度W且相邻两沟槽之间的间距P可以满足公式： $D\≅P\×N-W,$ 其中N为正整数。以固定沟槽的宽度W＝0.6mm为例，当N＝4时，相邻两沟槽之间的间距约为P＝6.5mm  当N＝5时，相邻两沟槽之间的间距约为P＝5.2mm。

综上所述，本发明的研磨方法、研磨垫及研磨系统，借由调整物件在研磨垫上的摆动距离与研磨垫上的沟槽配置关系，可以使物件上的特定部分均匀地交互经过沟槽处及非沟槽处，进而使被研磨物件的表面具有更佳的研磨均匀度。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (33)

1.一种研磨方法，包括：

提供一研磨垫，其中该研磨垫上具有多个沟槽，每一沟槽的宽度为W，且相邻两沟槽之间的间距为P；

设定一物件在该研磨垫上的一摆动距离，其中该摆动距离使该物件上任一特定点与其中心点间的方向，垂直于该些沟槽切线方向位置时，经过的沟槽次数相同；以及

以该摆动距离对该物件进行一研磨步骤。

2.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，该摆动距离其中N为正整数。

3.如权利要求1至2项中任一权利要求所述的研磨方法，其特征在于，该研磨垫为圆形研磨垫。

4.如权利要求3所述的研磨方法，其特征在于，该些沟槽为多个同心圆沟槽。

5.如权利要求4所述的研磨方法，其特征在于，该摆动的方向为该些同心圆沟槽的径向。

6.如权利要求1至2项中任一权利要求所述的研磨方法，其特征在于，该研磨垫为带状研磨垫。

7.如权利要求6所述的研磨方法，其特征在于，该些沟槽为多个直线型沟槽。

8.如权利要求7所述的研磨方法，其特征在于，该摆动的方向为垂直于该些直线型沟槽的纵向。

9.一种研磨方法，包括：

提供一研磨垫，其中该研磨垫上具有多个沟槽，每一沟槽的宽度为W，且相邻两沟槽之间的间距为P；

设定一物件在该研磨垫上的一摆动距离其中N为正整数；以及

以该摆动距离对该物件进行一研磨步骤。

10.如权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，该研磨垫为圆形研磨垫。

11.如权利要求10所述的研磨方法，其特征在于，该些沟槽为多个同心圆沟槽。

12.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该摆动的方向为该些同心圆沟槽的径向。

13.如权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，该研磨垫为带状研磨垫。

14.如权利要求13所述的研磨方法，其特征在于，该些沟槽为多个直线型沟槽。

15.如权利要求14所述的研磨方法，其特征在于，该摆动的方向为垂直于该些直线型沟槽的纵向。

16.一种研磨垫，用于对一物件进行一研磨制程，且在该研磨制程过程中，该物件在该研磨垫上有一摆动距离D，该研磨垫包括：

多个沟槽，每一沟槽的宽度W以及相邻两沟槽之间的间距P满足 其中N为正整数。

17.如权利要求16所述的研磨垫，其特征在于，该摆动距离D为25.4mm。

18.如权利要求16至17项中任一权利要求所述的研磨垫，其特征在于，该研磨垫为圆形研磨垫。

19.如权利要求18所述的研磨垫，其特征在于，该些沟槽为多个同心圆沟槽。

20.如权利要求19所述的研磨垫，其特征在于，该摆动的方向为该些同心圆沟槽的径向。

21.如权利要求16至17项中任一权利要求所述的研磨垫，其特征在于，该研磨垫为带状研磨垫。

22.如权利要求21所述的研磨垫，其特征在于，该些沟槽为多个直线型沟槽。

23.如权利要求22所述的研磨垫，其特征在于，该摆动的方向为垂直于该些直线型沟槽的纵向。

24.一种研磨系统，包括：

一研磨垫，该研磨垫上具有多个沟槽，且每一沟槽的宽度为W，且相邻两沟槽之间的间距为P；以及

一物件，设置在该研磨垫上，且该物件在该研磨垫上有一摆动距离D，其中该摆动距离N为正整数。

25.如权利要求24所述的研磨系统，其特征在于，还包括一物件载具，用以固持该物件于该研磨垫的表面上，并且使该物件于该研磨垫上摆动以及旋转。

26.如权利要求24所述的研磨系统，其特征在于，还包括一承载台，用以承载该研磨垫，并且使该研磨垫旋转或移动。

27.如权利要求24所述的研磨系统，其特征在于，该摆动距离D为25.4mm。

28.如权利要求24至27项中任一权利要求所述的研磨系统，其特征在于，该研磨垫为圆形研磨垫。

29.如权利要求28所述的研磨系统，其特征在于，该些沟槽为多个同心圆沟槽。

30.如权利要求29所述的研磨系统，其特征在于，该摆动的方向为该些同心圆沟槽的径向。

31.如权利要求24至27项中任一权利要求所述的研磨系统，其特征在于，该研磨垫为带状研磨垫。

32.如权利要求31所述的研磨系统，其特征在于，该些沟槽为多个直线型沟槽。

33.如权利要求32所述的研磨系统，其特征在于，该摆动的方向为为垂直于该些直线型沟槽的纵向。