CN101987431A - 研磨方法、研磨垫与研磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨方法、研磨垫与研磨系统。本发明是使用研磨垫进行研磨一研磨物件，此研磨垫包括研磨层以及配置在研磨层中的表面图案。研磨层具有研磨面、旋转中心区域及周围区域。而上述表面图案包括数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽。所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面。所述数个沟槽截面各具有左侧壁与右侧壁，而所述数个沟槽截面的左侧壁构成的左侧壁群组与所述数个沟槽截面的右侧壁构成的右侧壁群组其中之一群组与研磨面具有一夹角，此夹角为一钝角。

Description

研磨方法、研磨垫与研磨系统

技术领域

本发明涉及一种研磨技术，且特别涉及一种可提供研磨液具有不同的流场分布的研磨垫、研磨系统与研磨方法。

背景技术

随着产业的进步，平坦化工艺经常被采用为生产各种元件的工艺。在平坦化工艺中，化学机械研磨工艺经常为产业所使用。一般来说，化学机械研磨工艺是通过供应具有化学品混合物的研磨液于研磨垫上，并对被研磨物件施加一压力以将其压置于研磨垫上，且在物件及研磨垫彼此进行相对运动。通过相对运动所产生的机械摩擦及研磨液的化学作用下，移除部分物件表层，而使其表面逐渐平坦，来达成平坦化的目的。

图1是现有的一种研磨垫的俯视示意图，图2是图1中的研磨垫沿着线段A-A’的剖面图。请参照图1，研磨垫100包括研磨层102与多个圆形沟槽104，这些圆形沟槽104是以同心圆的方式配置在研磨层102中用来容纳研磨液。在进行研磨时，研磨层102与研磨物件105(例如为晶圆)的表面相接触，同时研磨垫100沿着旋转方向即箭头101所示方向转动。在研磨垫100转动的同时，研磨液持续地供应至研磨垫100上并流经研磨层102与研磨物件105之间。

由图2所示，部分研磨液通过研磨垫100转动产生的离心力(centrifugal force)，使研磨液自圆形沟槽104以径向地向外方向流动至研磨层102表面，如研磨液的流动方向即箭头103所示方向。在进行研磨时，研磨液的流场分布会影响研磨特性。因此，提供具有使研磨液流场分布不同的研磨垫为产业选择，以因应不同研磨工艺的需求是需要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种研磨垫，能够使研磨液具有不同的流场分布。

本发明提供一种研磨系统，能够使研磨液具有不同的流场分布

本发明提供一种研磨方法，能够使研磨液具有不同的流场分布。

本发明提出一种研磨垫，至少包括一研磨层与配置在研磨层中的表面图案；此研磨层具有研磨面、旋转中心区域及周围区域；而上述表面图案至少包括数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有左侧壁与右侧壁，所述数个沟槽截面的左侧壁构成的左侧壁群组与所述数个沟槽截面的右侧壁构成的右侧壁群组其中之一群组与研磨面具有第一夹角，此第一夹角为一钝角。

本发明提出一种适用于具有一旋转方向的研磨系统的研磨垫，至少包括一研磨层与配置在研磨层中的表面图案；此研磨层具有研磨面、旋转中心区域及周围区域；而上述表面图案至少包括数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有左侧壁与右侧壁，其中所述数个左侧壁、所述数个右侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，此倾斜方向为上述旋转方向的反方向。

本发明提出一种研磨系统，包括载具与研磨垫；上述载具用以固持研磨物件，而研磨垫固定于研磨平台上；另外，上述研磨垫至少包括一研磨层与配置在研磨层中的表面图案；此研磨层具有研磨面、旋转中心区域及周围区域；而上述表面图案至少包括数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有左侧壁与右侧壁，其中所述数个沟槽截面的左侧壁构成的左侧壁群组与所述数个沟槽截面的右侧壁构成的右侧壁群组其中之一群组与研磨面具有第一夹角，此第一夹角为一钝角。

本发明提出一种研磨系统，包括载具与研磨垫；上述载具用以固持研磨物件，而研磨垫固定于具有一旋转方向的研磨平台上；另外，上述研磨垫至少包括一研磨层与配置在研磨层中的表面图案；此研磨层具有研磨面、旋转中心区域及周围区域；而上述表面图案至少包括数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有左侧壁与右侧壁，所述数个左侧壁、所述数个右侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，此倾斜方向为上述旋转方向的反方向。

本发明提出一种研磨方法。首先，使用研磨垫进行研磨一研磨物件，此研磨垫沿一旋转方向旋转；上述研磨垫包括研磨层与配置在研磨层中的表面图案；此研磨层具有研磨面、旋转中心区域及周围区域；而上述表面图案至少包括数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽；所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有左侧壁与右侧壁，其中所述数个沟槽截面的左侧壁构成的左侧壁群组与所述数个沟槽截面的右侧壁构成的右侧壁群组其中之一群组与研磨面具有第一夹角，此第一夹角为一钝角。

本发明提出一种研磨方法。首先，使用研磨垫进行研磨一研磨物件，此研磨垫沿一旋转方向旋转；上述研磨垫包括研磨层与配置在研磨层中的表面图案；此研磨层具有研磨面、旋转中心区域及周围区域；而上述表面图案至少包括数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽；所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有左侧壁与右侧壁，其中所述数个左侧壁、所述数个右侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，此倾斜方向为上述旋转方向的反方向。

本发明的研磨垫、研磨系统与研磨方法，通过研磨垫具有倾斜方向的沟槽侧壁，使得研磨液能够顺着沟槽侧壁的倾斜方向而流至研磨层的表面，以提供研磨液具有不同的流场分布。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下面特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是现有的一种研磨垫的俯视示意图。

图2是图1中的研磨垫沿着线段A-A’的剖面图。

图3A～图3F是本发明一实施例的研磨垫的俯视图。

图4A～图4C是本发明另一实施例的研磨垫的俯视图。

图5是本发明一实施例的一种研磨系统的俯视图。

图6是图5沿着II-II’的剖面示意图。

主要元件符号说明：

研磨垫-100、200、300、420；            箭头(研磨液的流动方向)-103；

研磨层-102、421；                      研磨物件-105、415；

研磨面-201、423；                      左侧壁-202a；

右侧壁-202b；                          沟槽截面-210；

研磨系统-400；                         载具-410；

固持环-412；                           夹角-α、β、γ1、γ2；

弯曲方向-d1、d2、d2’；                半径-R、R1、R2；

沟槽间距-P；                           宽度-W；

第一夹角-θ1；                         第二夹角-θ2；

箭头(研磨垫的旋转方向)-101、211、311、411；

沟槽-104、202、203、206、301、422；

箭头(研磨垫旋转的反方向)-213、430；

辅助沟槽-204、205、207、208、302、303。

具体实施方式

图3A～图3F是本发明一实施例的研磨垫的俯视图。在本实施例中，研磨垫200沿着旋转方向即箭头211的方向逆时针转动。研磨垫200的研磨层具有研磨面与配置于研磨层中的表面图案，表面图案为数个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽所组成(如图3A～图3F粗黑线所示)。这些沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，也就是说，在同一半径的圆周方向，每一个沟槽仅有一个沟槽截面；各沟槽的沟槽截面皆分别具有左侧壁与右侧壁，且左侧壁群组与右侧壁群组其中之一群组与研磨面之间的夹角为钝角，这里所说的左侧壁群组是由这些沟槽的、处于同一半径的圆周方向上的沟槽截面的左侧壁构成，右侧壁群组是由这些沟槽的、处于同一半径的圆周方向上的沟槽截面的右侧壁构成。在一实施例中，这些沟槽侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，而此倾斜方向为沿着研磨垫200旋转方向即箭头211的反方向。

以图3A而言，沟槽202是直线形，而所组成的表面图案为呈放射状分布配置在研磨层中，沟槽202的虚拟延伸线横跨旋转中心。也就是说，沟槽202的其中一端点(内侧端点)位于靠近旋转中心区域，而另一端点(外侧端点)位于靠近周围区域。然而，沟槽亦可横跨旋转中心，且其两端点皆位于靠近周围区域，如图3B、图3C所示的沟槽202。

而这些沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，这些沟槽截面各具有二个侧壁。为了方便说明，以下以沿着同一半径的圆周方向切线I-I’的沟槽截面210来进行说明。这些沟槽截面210各具有一左侧壁202a与一右侧壁202b(视向为自周围区域到旋转中心区域)，其中左侧壁202a与研磨面201之间的第一夹角θ1为钝角，即第一夹角θ1大于90度；右侧壁202b与研磨面201之间的第二夹角θ2为锐角，即第二夹角θ2小于90度。其中，相对于研磨垫200的旋转方向即箭头211所示方向，右侧壁202b为前端侧壁，而左侧壁202a为后端侧壁。也就是说，相对于研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向，沟槽截面210的后端侧壁即左侧壁202a与研磨面201间的夹角为钝角。换句话说，相对于研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向，沟槽截面210的后端侧壁即左侧壁202a具有一个倾斜角度。上述沟槽截面210虽以相同的倾斜角度绘示，但并非用以限定本发明的范围，其中各沟槽截面亦可具有不相同的倾斜角度。

而在研磨垫200转动时，相对于研磨垫200的旋转方向即箭头211所示方向，沟槽202中的研磨液会沿着研磨垫200旋转的反方向即箭头213所示方向流至研磨面201。据此，当沟槽202相对于研磨垫200旋转方向即箭头211的后端侧壁即左侧壁202a具有一个倾斜角度时，沟槽202内的研磨液较容易由沟槽202的后端侧壁即左侧壁202a而流至研磨面201，以提供研磨液具有不同的流场分布。

在一实施例中，后端侧壁即左侧壁202a与研磨面201间的第一夹角θ1为钝角，即第一夹角θ1大于90度，例如是介于100度至150度，还例如是介于120度至140度；而前端侧壁即右侧壁202b与研磨面201间的第二夹角θ2为锐角，即第二夹角θ2小于90度，例如是介于30度至80度，还例如是介于40度至60度。因此，相对于研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向，所经过的沟槽侧壁与研磨面201间的夹角，依序为锐角与钝角交错配置。换句话说，这些沟槽侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，而此倾斜方向为沿着研磨垫200旋转方向的反方向。其中，这些侧壁与该研磨面的垂直方向的夹角，例如为介于30度至80度，还例如是介于40度至60度。另外，后端侧壁即左侧壁202a与前端侧壁即右侧壁202b可为相互平行，也就是第一夹角θ1与第二夹角θ2总和为180度。如此，随着研磨过程造成研磨层的磨耗，仍可使研磨面201的接触面积保持固定。

除了在研磨垫200中设置如图3A所示的沟槽202(在此特别将之称为主要沟槽202，以与后续的辅助沟槽作为区别)之外，亦可同时设置其他辅助沟槽。如图3B所示，除了直线形放射状配置在研磨层中的主要沟槽202之外，在图3B中还设置了辅助沟槽204介于主要沟槽202间。另外，如图3C所示，除了呈直线形放射状分布配置在研磨层中的主要沟槽202之外，在图3C中还设置了辅助沟槽205介于主要沟槽202间，其中辅助沟槽205的内侧端点与主要沟槽202相连，且与主要沟槽202间具有一夹角α，此夹角方向(从主要沟槽202至辅助沟槽205)与研磨垫200旋转方向相同。以图3C所示为例，研磨垫200的旋转方向即箭头211所示方向为正向(即逆时针方向)，辅助沟槽205与主要沟槽202间的夹角α的夹角方向亦为正向，夹角α例如是介于5度至45度。此辅助沟槽205的设计可在研磨垫200旋转时将一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流场分布。上述这些辅助沟槽204、辅助沟槽205例如是自研磨垫200某一半径区域向外延伸至靠近周围区域，如图3B、图3C所示，以减少靠近旋转中心区域与靠近周围区域间的沟槽密度差异。但不以此限制本发明的范围，这些辅助沟槽204、辅助沟槽205亦可以自研磨垫200不同半径区域向外延伸至靠近周围区域。

上述图3B、图3C中，主要沟槽202与辅助沟槽204、辅助沟槽205相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，这些沟槽截面各具有二个侧壁。其中，相对于研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向的后端侧壁与研磨面间具有钝角的夹角，使研磨液较容易由沟槽的后端侧壁流至研磨面，以提供研磨液具有不同的流场分布，其余进一步的构造及特征皆与图3A相似，故在此不再赘述。

在另一实施例中，研磨垫200中亦可设置如图3D所示的沟槽206(在此特别将之称为主要沟槽206，以与后续的辅助沟槽作为区别)，沟槽206是呈直线形放射状分布配置在研磨层中，但沟槽206的虚拟延伸线没有横跨旋转中心。沟槽206的其中一端点(内侧端点)位于靠近旋转中心区域，而另一端点(外侧端点)位于靠近周围区域。沟槽206的外侧端点与研磨垫200的半径R有一交点，且半径R与沟槽206之间有一夹角β，此夹角方向(从半径R至沟槽206)与研磨垫200旋转方向相同。以图3D所示为例，研磨垫200的旋转方向即箭头211所示方向为正向(即逆时针方向)，半径R与沟槽206之间的夹角β的夹角方向亦为正向，夹角β例如是介于1度至30度。此种沟槽206设计可在研磨垫200旋转时将一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流场分布。

根据本发明的另一实施例，如图3E所示，此实施例的研磨垫200与图3D相似，不同之处在于，图3E的研磨垫200除了主要沟槽206之外，还包括了辅助沟槽207。辅助沟槽207例如是自研磨垫200某一半径区域向外延伸至靠近周围区域，以减少靠近旋转中心区域与靠近周围区域间的沟槽密度差异。但不以此限制本发明的范围，这些辅助沟槽亦可以自研磨垫200不同半径区域向外延伸至靠近周围区域。特别是，主要沟槽206的外侧端点与研磨垫200的半径R1有一交点，且半径R1与主要沟槽206之间有一夹角γ1，且此夹角γ1的方向(从半径R1至主要沟槽206)与研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向相同。另外，辅助沟槽207的外侧端点与另一半径R2有一交点，且半径R2与辅助沟槽207之间有一夹角γ2，且此夹角γ2的方向(从半径R2至辅助沟槽207)亦与研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向相同。举例来说，研磨垫200的旋转方向即箭头211所示方向为正向(即逆时针方向)，夹角γ1的方向与此夹角γ2的方向亦为正向，夹角γ1、夹角γ2分别例如是介于1度至30度。此种主要沟槽206与辅助沟槽207的设计可在研磨垫200旋转时将一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流场分布。

根据本发明的又一实施例，如图3F所示，此实施例的研磨垫200与图3D相似，不同之处在于，图3F的研磨垫200除了主要沟槽206之外，还包括了辅助沟槽208介于主要沟槽206间，其中辅助沟槽208的内侧端点与主要沟槽206相连。此外，辅助沟槽208例如是自研磨垫200某一半径区域向外延伸至靠近周围区域，以减少靠近旋转中心区域与靠近周围区域间的沟槽密度差异。但不以此限制本发明的范围，这些辅助沟槽亦可以自研磨垫200不同半径区域向外延伸至靠近周围区域。特别是，主要沟槽206的外侧端点与研磨垫200的半径R有一交点，且半径R与主要沟槽206之间有一夹角γ1，且此夹角γ1的方向(从半径R至主要沟槽206)与研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向相同。另外，辅助沟槽208的内侧端点与主要沟槽206相连，且与主要沟槽206之间有一夹角γ2，且此夹角γ2的方向(从主要沟槽206至辅助沟槽208)亦与研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向相同。举例来说，研磨垫200的旋转方向即箭头211所示方向为正向(即逆时针方向)，夹角γ1的方向与夹角γ2的方向亦为正向，夹角γ1例如是介于1度至30度，夹角γ2例如是介于5度至45度。此种主要沟槽206与辅助沟槽208的设计可在研磨垫200旋转时将一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流场分布。

上述图3D的主要沟槽206及图3E、图3F中的主要沟槽206与辅助沟槽207、辅助沟槽208，相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，这些沟槽截面各具有二个侧壁。其中，相对于研磨垫200旋转方向即箭头211所示方向的后端侧壁与研磨面间具有一钝角的夹角，使研磨液较容易由沟槽的后端侧壁流至研磨面，以提供研磨液具有不同的流场分布，其余进一步的构造及特征皆与图3A相似，故在此不再赘述。

除了上述几种具有直线形沟槽的研磨垫之外，在本发明的其他的实施例中，研磨垫的单一个直线形沟槽亦可为多个片段形(例如是直线状片段形)或孔洞形(例如是圆孔形)沟槽排列成弧形来取代，而其所组成的表面图案以放射状分布配置在研磨层中。

图4A～图4C是本发明另一实施例的研磨垫的俯视图。在此，研磨垫300沿着旋转方向即箭头311的方向逆时针转动。图4A～图4C的研磨垫300仅是沟槽形状与图3A有所不同，其余构造皆与图3A相似或相同。以图4A而言，沟槽301是弧形，而所组成的表面图案为呈螺旋状分布配置在研磨层中。特别是，弧形沟槽301的曲度可使弧形沟槽301由内向外具有一弯曲方向d1，而且弯曲方向d1与研磨垫300旋转方向即箭头311所示方向相同。举例来说，研磨垫300的旋转方向即箭头311所示方向为正向(即逆时针方向)，弯曲方向d1亦为正向。此种螺旋状分布的弧形沟槽301的设计可在研磨垫300旋转时将一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流场分布。

另外，根据另一实施例，如图4B所示，此实施例的研磨垫300与图4A相似，不同之处在于，图4B的研磨垫300除了弧形主要沟槽301之外，还包括了弧形辅助沟槽302。弧形辅助沟槽302例如是自研磨垫300某一半径区域向外延伸至靠近周围区域，以减少靠近旋转中心区域与靠近周围区域间的沟槽密度差异。但不以此限制本发明的范围，这些辅助沟槽亦可以自研磨垫300不同半径区域向外延伸至靠近周围区域。特别是，弧形主要沟槽301由内向外具有弯曲方向d1，且此弯曲方向d1与研磨垫300旋转方向即箭头311所示方向相同。另外，弧形辅助沟槽302的曲度可使弧形辅助沟槽302由内向外具有一弯曲方向d2，而且弯曲方向d2亦与研磨垫300旋转方向即箭头311所示方向相同。举例来说，研磨垫300的旋转方向即箭头311所示方向为正向(即逆时针方向)，弯曲方向d1、弯曲方向d2亦为正向。此种螺旋状分布的弧形主要沟槽301与弧形辅助沟槽302的设计可在研磨垫300旋转时将一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流场分布。

再者，根据另一实施例，如图4C所示，此实施例的研磨垫300与图4A相似，不同之处在于，图4C的研磨垫300除了弧形主要沟槽301之外，还包括了弧形辅助沟槽303，其中弧形辅助沟槽303的内侧端点与弧形主要沟槽301相连。此外，弧形辅助沟槽303例如是自研磨垫300某一半径区域向外延伸至靠近周围区域，以减少靠近旋转中心区域与靠近周围区域间的沟槽密度差异。但不以此限制本发明的范围，这些辅助沟槽亦可以自研磨垫300不同半径区域向外延伸至靠近周围区域。特别是，弧形主要沟槽301由内向外具有弯曲方向d1，且此弯曲方向d1与研磨垫300旋转方向即箭头311所示方向相同。另外，弧形辅助沟槽303由内向外具有一弯曲方向d2’，而且弯曲方向d2’亦与研磨垫300旋转方向即箭头311所示方向相同。举例来说，研磨垫300的旋转方向即箭头311所示方向为正向(即逆时针方向)，弯曲方向d1、弯曲方向d2’亦为正向。此种螺旋状分布的表面图案的弧形主要沟槽301与弧形辅助沟槽303的设计可在研磨垫300旋转时将一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流场分布。

上述图4A的弧形主要沟槽301及图4B、图4C中的弧形主要沟槽301与弧形辅助沟槽302、辅助沟槽303，相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，这些沟槽截面各具有二个侧壁。其中，相对于研磨垫300旋转方向即箭头311所示方向的后端侧壁与研磨面间具有一钝角的夹角，使研磨液较容易由沟槽的后端侧壁流至研磨面，以提供研磨液具有不同的流场分布，其余进一步的构造及特征皆与图3A相似，故在此不再赘述。

除了上述几种具有弧形沟槽的研磨垫之外，在本发明的其他的实施例中，研磨垫中的单一个弧形沟槽亦可为多个片段形(例如是直线状片段形或弧状片段形)或孔洞形(例如是圆孔形)沟槽排列成弧形来取代，而其所组成的表面图案以螺旋状分布配置在研磨层中。

图5是本发明一实施例的一种研磨系统的俯视图，图6为图5沿着研磨物件415中心的研磨轨迹的附近区域部分剖面II-II’示意图。请同时参照图5以及图6，研磨系统400包括载具410与研磨垫420，研磨垫420例如是以粘贴方式或是以吸附方式固定于具有一旋转方向即箭头411所示方向的研磨平台上。载具410设置在研磨垫420的上方，其是用以固持一研磨物件415于研磨垫420上方。固定于研磨平台上的研磨垫420通过旋转，使研磨垫420与研磨物件415间产生一相对运动。

研磨垫420的研磨层421具有研磨面423与表面图案配置在研磨层421中。表面图案由多个自靠近旋转中心区域向外延伸至靠近周围区域分布的沟槽422所组成。并且，这些沟槽422相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，各沟槽422的沟槽截面皆分别具有左侧壁与右侧壁，且左侧壁群组与右侧壁群组其中之一群组与研磨面423之间的夹角为钝角，这里所说的左侧壁群组是由这些沟槽的、处于同一半径的圆周方向上的沟槽截面的左侧壁构成，右侧壁群组是由这些沟槽的、处于同一半径的圆周方向上的沟槽截面的右侧壁构成。在一实施例中，相对于研磨垫420的旋转方向即箭头411所示方向，沟槽截面的后端侧壁与研磨面423间的第一夹角θ1为钝角。换句话说，相对于研磨垫420旋转方向即箭头411所示方向，沟槽422的后端侧壁具有一个倾斜角度。

在另一实施例中，研磨垫420中的沟槽截面的二侧壁皆具有一倾斜方向。也就是说，各沟槽422的其中一个侧壁与研磨面423之间的第一夹角θ1为钝角，即第一夹角θ1大于90度，例如是介于100度至150度，还例如是介于120度至140度；而另一个侧壁与研磨面423之间的第二夹角θ2为锐角，即第二夹角θ2小于90度，例如是介于30度至80度，还例如是介于40度至60度。因此，相对于研磨垫420旋转方向即箭头411所示方向，所经过的沟槽侧壁与研磨面423间的夹角，依序为锐角与钝角交错配置。换句话说，这些沟槽侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，而此倾斜方向为沿着研磨垫420旋转方向即箭头411所示方向的反方向。其中，这些侧壁与该研磨面423的垂直方向的夹角，例如为介于30度至80度，还例如是介于40度至60度。

以图5及图6为例，研磨垫420的旋转方向即箭头411所示方向为逆时针方向，沟槽422沿圆周方向具有数个沟槽截面，这些沟槽截面的侧壁的倾斜方向为自左上倾斜至右下。也就是相对于研磨垫420的旋转方向即箭头411所示方向，沟槽422的前端侧壁(即右侧壁)与研磨面423之间的第二夹角θ2小于90度，而后端侧壁(即左侧壁)与研磨面423之间的第一夹角θ1大于90度。

在一实施例中，研磨垫420中的沟槽422的形式与图4A所示的沟槽的形式相似，也就是，沟槽422为弧形，而其所组成的表面图案呈螺旋状分布配置在研磨层421中，且具有与研磨垫420旋转方向即箭头411所示方向相同的弯曲方向。另外，载具410具有一固持环412，此固持环412是围绕在固定在载具410上的研磨物件415的边缘，用以固持研磨物件415于研磨垫420上。并且，沿研磨物件415中心的研磨轨迹，两相邻的沟槽间距P小于或等于固持环412的宽度W。这是因为，载具410与研磨层421之间具有相对运动(如研磨垫420旋转的反方向即箭头430所示方向)，且固持环412亦会与研磨垫420有所接触。而当固持环412的宽度W大于或等于相邻的两沟槽之间的沟槽间距P时，固持环412较容易压迫沟槽422，使研磨液较容易由沟槽422的后端侧壁流至研磨面423，以提供研磨液具有不同的流场分布。在一实施例中，研磨垫420的表面图案呈螺旋状分布，此表面图案由多个弧形的沟槽422所组成(研磨垫420与图4A的研磨垫300具有相似的特征，于此不再赘述)，且在研磨物件415中心的研磨轨迹的附近区域，固持环412的外缘(例如是相对于研磨垫420的相对运动的前端外缘，即图6的左侧)与沟槽422具有相同的曲率。

在本实施例中，各沟槽同一侧的侧壁与研磨面423之间的夹角皆相等。然而，在其他实施例中，只要各沟槽的倾斜方向相同即可，并不限定各沟槽所倾斜的角度为相同或不同。

以下即以上述研磨系统400为例，进一步说明本发明的研磨方法。首先，提供一研磨垫420。研磨垫420包括研磨层421以及沟槽422，而沟槽422进一步的构造及特征皆与上述研磨系统相似，故在此不再赘述。

接着，将研磨物件415设置在研磨垫420上，并且通过研磨垫420的旋转(旋转方向即箭头411所示方向)与研磨物件415之间产生一相对运动，以对研磨物件415进行研磨工艺。其中，沟槽422后端侧壁的倾斜方向是顺着研磨垫420旋转方向即箭头411所示方向的反方向，如研磨垫420旋转的反方向即箭头430所示方向。据此，当研磨垫420与研磨物件415之间进行相对运动时，沟槽422内的研磨液较容易顺着倾斜的后端侧壁(例如，图6中各沟槽的左侧壁)而流至研磨面423，以提供研磨液具有不同的流场分布。

本发明的研磨方法可应用于制造工业元件的研磨工艺，例如是应用于电子产业的元件，可包括半导体、积体电路、微机电、能源转换、通讯、光学、储存碟片、及显示器等元件，而制作这些元件所使用的研磨物件可包括半导体晶圆、IIIV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。

需要说明的是，上述研磨系统与研磨方法中的沟槽422是以弧形为例来说明，但本发明不限于此，在其他的实施例中，沟槽422的形状可以为直线形、片段形、孔洞形及其组合者其中之一，并且表面图案可以是放射状分布在研磨层421中(如图3A～图3F所示)，亦或是螺旋状分布在研磨层421中(如图4A～图4C所示)。

综上所述，上述实施例中，由于研磨垫中的沟槽侧壁具有一倾斜方向，此倾斜方向为顺着研磨垫在旋转的反方向时，可使得研磨液能够顺着沟槽侧壁的倾斜方向而流至研磨层的表面，以提供研磨液具有不同的流场分布。

本发明所定义的旋转中心，系指研磨垫在旋转时所绕行的旋转轴心位置。本发明实施例中，皆以旋转中心与研磨垫表面图案的中心位置重迭方式，且以研磨垫为圆形为例绘示，但不以此限定本发明的范围。依特定研磨工艺需求，旋转中心亦可选择与研磨垫表面图案的中心位置不重迭，或研磨垫亦可选择为其他形状。另外，本发明的研磨垫中的沟槽制作，可选择以机械方式(例如是使用配备钻头或锯片的铣床)、模具转印方式、或是蚀刻方式(例如是使用化学蚀刻或是雷射加工)制作，但不以此限定本发明的范围，亦可选择其他形成方式制作沟槽。

本发明的研磨垫、研磨系统与研磨方法，通过可使研磨液具有不同的流场分布的研磨垫，以得到不同的研磨液流场分布。对于某些特定的研磨工艺，可能可以使研磨液较有效率地被利用，进而有机会降低研磨液的消耗量，以减少研磨液的使用成本。对于另外某些特定的研磨工艺，可能可以得到不同的研磨特性，例如是使研磨物件的研磨率得到不同的轮廓分布，或例如是减少像是微刮痕的研磨缺陷，以提供产业选择。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (50)

1.一种研磨垫，至少包括：

一研磨层，该研磨层具有一研磨面、一旋转中心区域及一周围区域；以及

一表面图案，配置于该研磨层中，该表面图案至少包括数个自靠近该旋转中心区域向外延伸至靠近该周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有一左侧壁与一右侧壁，其中所述数个沟槽截面的左侧壁构成的左侧壁群组与所述数个沟槽截面的右侧壁构成的右侧壁群组其中之一群组，与该研磨面有一第一夹角，该第一夹角为一钝角。

2.根据权利要求1所述的研磨垫，其中至少一个该沟槽的一端点位于靠近该旋转中心区域，且另一端点位于靠近该周围区域。

3.根据权利要求1所述的研磨垫，其中至少一个该沟槽横跨靠近该旋转中心区域，且该沟槽的两端点皆位于靠近该周围区域。

4.根据权利要求1所述的研磨垫，其中所述数个沟槽的形状为直线形、弧形、片段形、孔洞形及其组合。

5.根据权利要求1所述的研磨垫，其中该表面图案呈放射状分布或螺旋状分布。

6.根据权利要求1所述的研磨垫，其中所述沟槽截面的该左侧壁与该右侧壁相互平行。

7.根据权利要求1所述的研磨垫，其中所述左侧壁群组与所述右侧壁群组其中之另一群组，与该研磨面有一第二夹角，且该第二夹角为一锐角。

8.根据权利要求7所述的研磨垫，其中该第一夹角介于100度至150度，该第二夹角介于30度至80度。

9.根据权利要求1所述的研磨垫，其中该研磨垫具有一旋转方向，且具有该第一夹角的该侧壁群组相对于该旋转方向为一后端侧壁。

10.一种研磨垫，适用于具有一旋转方向的研磨系统，该研磨垫至少包括：

一研磨层，该研磨层具有一研磨面、一旋转中心区域及一周围区域；以及

一表面图案，配置于该研磨层中，该表面图案至少包括数个自靠近该旋转中心区域向外延伸至靠近该周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有一左侧壁与一右侧壁，其中所述数个左侧壁、所述数个右侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，该倾斜方向为该旋转方向的反方向。

11.根据权利要求10所述的研磨垫，其中所述数个沟槽的形状为直线形、弧形、片段形、孔洞形及其组合。

12.根据权利要求10所述的研磨垫，其中该表面图案呈放射状分布或螺旋状分布。

13.根据权利要求10所述的研磨垫，其中所述沟槽截面的该左侧壁与该右侧壁相互平行。

14.根据权利要求10所述的研磨垫，其中所述左侧壁、右侧壁与该研磨面的垂直方向的夹角为介于30度至80度。

15.一种研磨系统，至少包括：

一载具，用以固持一研磨物件；以及

一研磨垫，固定于一研磨平台上，该研磨垫具有：

一研磨层，该研磨层具有一研磨面、一旋转中心区域及一周围区域；以及

一表面图案，配置于该研磨层中，该表面图案至少包括数个自靠近该旋转中心区域向外延伸至靠近该周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有一左侧壁与一右侧壁，所述数个沟槽截面的左侧壁构成的左侧壁群组与所述数个沟槽截面的右侧壁构成的右侧壁群组其中之一群组，与该研磨面有一第一夹角，该第一夹角为一钝角。

16.根据权利要求15所述的研磨系统，其中至少一个该沟槽的一端点位于靠近该旋转中心区域，且另一端点位于靠近该周围区域。

17.根据权利要求15所述的研磨系统，其中至少一个该沟槽横跨靠近该旋转中心区域，且该沟槽的两端点皆位于靠近该周围区域。

18.根据权利要求15所述的研磨系统，其中所述数个沟槽的形状为直线形、弧形、片段形、孔洞形及其组合。

19.根据权利要求15所述的研磨系统，其中该表面图案呈放射状分布或螺旋状分布。

20.根据权利要求15所述的研磨系统，其中所述沟槽截面的该左侧壁与该右侧壁相互平行。

21.根据权利要求15所述的研磨系统，其中所述左侧壁群组与所述右侧壁群组其中的另一群组，与该研磨面有一第二夹角，且该第二夹角为一锐角。

22.根据权利要求21所述的研磨系统，其中该第一夹角介于100度至150度，该第二夹角介于30度至80度。

23.根据权利要求15所述的研磨系统，其中该研磨平台具有一旋转方向，且具有该第一夹角的该侧壁群组相对于该旋转方向为一后端侧壁。

24.根据权利要求15所述的研磨系统，其中该载具还包括有一固持环，用以固持该研磨物件于该研磨垫上，其中沿该研磨物件中心的研磨轨迹，两相邻的所述数个沟槽间距小于或等于该固持环的宽度。

25.根据权利要求24所述的研磨系统，其中所述数个沟槽为弧形，且与该固持环的外缘具有相同的曲率。

26.一种研磨系统，至少包括：

一载具，用以固持一研磨物件；以及

一研磨垫，固定于具有一旋转方向的一研磨平台上，该研磨垫具有：

一研磨层，该研磨层具有一研磨面、一旋转中心区域及一周围区域；以及

一表面图案，配置于该研磨层中，该表面图案至少包括数个自靠近该旋转中心区域向外延伸至靠近该周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有一左侧壁与一右侧壁，其中所述数个左侧壁、所述数个右侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，该倾斜方向为该旋转方向的反方向。

27.根据权利要求26所述的研磨系统，其中所述数个沟槽的形状为直线形、弧形、片段形、孔洞形及其组合。

28.根据权利要求26所述的研磨系统，其中该表面图案呈放射状分布或螺旋状分布。

29.根据权利要求26所述的研磨系统，其中所述沟槽截面的该左侧壁与该右侧壁相互平行。

30.根据权利要求26所述的研磨系统，其中所述左侧壁、右侧壁与该研磨面的垂直方向的夹角为介于30度至80度。

31.根据权利要求26所述的研磨系统，其中该载具还包括有一固持环，用以固持该研磨物件于该研磨垫上，其中沿该研磨物件中心的研磨轨迹，两相邻的所述数个沟槽间距小于或等于该固持环的宽度。

32.根据权利要求31所述的研磨系统，其中所述数个沟槽为弧形，且与该固持环的外缘具有相同的曲率。

33.一种生产工业元件的研磨方法，至少包括：

使用一研磨垫进行研磨一研磨物件，该研磨垫沿一旋转方向旋转，其中该研磨垫至少包括有：

一研磨层，该研磨层具有一研磨面、一旋转中心区域及一周围区域；以及

一表面图案，配置于该研磨层中，该表面图案至少包括数个自靠近该旋转中心区域向外延伸至靠近该周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有一左侧壁与一右侧壁，其中所述数个沟槽截面的左侧壁构成的左侧壁群组与所述数个沟槽截面的右侧壁构成的右侧壁群组其中之一群组，与该研磨面有一第一夹角，该第一夹角为一钝角。

34.根据权利要求33所述的研磨方法，其中至少一个该沟槽的一端点位于靠近该旋转中心区域，且另一端点位于靠近该周围区域。

35.根据权利要求33所述的研磨方法，其中至少一个该沟槽横跨靠近该旋转中心区域，且该沟槽的两端点皆位于靠近该周围区域。

36.根据权利要求33所述的研磨方法，其中所述数个沟槽的形状为直线形、弧形、片段形、孔洞形及其组合。

37.根据权利要求33所述的研磨方法，其中该表面图案呈放射状分布或螺旋状分布。

38.根据权利要求33所述的研磨方法，其中所述沟槽截面的该左侧壁与该右侧壁相互平行。

39.根据权利要求33所述的研磨方法，其中所述左侧壁群组与所述右侧壁群组其中之另一群组，与该研磨面有一第二夹角，且该第二夹角为一锐角。

40.根据权利要求39所述的研磨方法，其中该第一夹角介于100度至150度，该第二夹角介于30度至80度。

41.根据权利要求33所述的研磨方法，其中具有该第一夹角的该侧壁群组相对于该旋转方向为一后端侧壁。

42.根据权利要求33所述的研磨方法，其中还包括使用具有一固持环的一载具，用以固持该研磨物件于该研磨垫上，其中沿该研磨物件中心的研磨轨迹，两相邻的所述数个沟槽间距小于或等于该固持环的宽度。

43.根据权利要求42所述的研磨方法，其中所述数个沟槽为弧形，且与该固持环的外缘具有相同的曲率。

44.一种生产工业元件的研磨方法，至少包括：

使用一研磨垫进行研磨一研磨物件，该研磨垫沿一旋转方向旋转，其中该研磨垫至少包括有：

一研磨层，该研磨层具有一研磨面、一旋转中心区域及一周围区域；以及

一表面图案，配置于该研磨层中，该表面图案至少包括数个自靠近该旋转中心区域向外延伸至靠近该周围区域分布的沟槽，所述数个沟槽相对于同一半径的圆周方向具有数个沟槽截面，所述数个沟槽截面各具有一左侧壁与一右侧壁，其中所述数个左侧壁、所述数个右侧壁由其底部至顶部具有一倾斜方向，该倾斜方向为该旋转方向的反方向。

45.根据权利要求44所述的研磨方法，其中所述数个沟槽的形状为直线形、弧形、片段形、孔洞形及其组合。

46.根据权利要求44所述的研磨方法，其中该表面图案呈放射状分布或螺旋状分布。

47.根据权利要求44所述的研磨方法，其中所述沟槽截面的该左侧壁与该右侧壁相互平行。

48.根据权利要求44所述的研磨系统，其中所述左侧壁、右侧壁与该研磨面的垂直方向的夹角为介于30度至80度。

49.根据权利要求44所述的研磨方法，其中还包括使用具有一固持环的一载具，用以固持该研磨物件于该研磨垫上，其中沿该研磨物件中心的研磨轨迹，两相邻的所述数个沟槽间距小于或等于该固持环的宽度。

50.根据权利要求49所述的研磨方法，其中所述数个沟槽为弧形，且与该固持环的外缘具有相同的曲率。

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