CN106670956A - 研磨装置与研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种研磨装置与研磨方法。该研磨装置包括：研磨台以及研磨垫。研磨台具有第一中心位置。研磨垫配置于研磨台上，其具有第二中心位置。研磨垫包括研磨层以及多个环状沟槽。环状沟槽位于研磨层中，其以第二中心位置为中心呈现同心排列。第一中心位置与第二中心位置之间具有第一距离。

Description

研磨装置与研磨方法
技术领域
本发明涉及一种研磨装置与研磨方法，且特别是涉及一种可提供较均匀的研磨率的研磨装置与研磨方法。
背景技术
随着产业的进步，平坦化制作工艺经常被采用为生产各种元件的制作工艺。在平坦化制作工艺中，化学机械研磨制作工艺经常为产业所使用。一般来说，化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)制作工艺是将研磨垫贴附于研磨承载台上，供应具有化学品的研磨液于研磨垫上，对研磨物件(例如是半导体晶片)施加一压力以将其压置于研磨垫上，且让研磨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，移除部分研磨物件的表层，而使其表面逐渐平坦，来达成平坦化的目的。
图1是一种传统研磨装置的上视示意图。请参照图1，研磨装置10包括研磨台12以及位于研磨台12上的研磨垫14。研磨垫14具有研磨层14a以及多个同心圆沟槽14b位于研磨层14a表面。同心圆沟槽14b以研磨台12的中心呈同心排列，其可用以容纳及传输研磨液。然而，由于各个同心圆沟槽14b之间并不相连，再加上研磨制作工艺中，研磨台12与研磨垫14在进行等速率圆周运动时，外围区域的同心圆沟槽14b的切线速度大于中央区域的同心圆沟槽14b的切线速度，其使得研磨层14a表面上不同区域(亦即中央区域与外围区域)的研磨液传输速度不同。因此，研磨垫上的研磨物件20的中央区域与外围区域之间的研磨液的流场分布也随之不同，进而产生研磨物件20研磨率不均匀的问题。
因此，如何提供一种研磨装置与研磨方法，其可提升研磨物件的研磨率均匀度将成为重要的一门课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨装置与研磨方法，其可提升研磨物件的研磨率均匀度，进而改善产品良率。
为达上述目的，本发明提供一种研磨装置包括研磨台以及研磨垫。研磨台具有第一中心位置。研磨垫配置于研磨台上，其具有第二中心位置。研磨垫包括研磨层以及多个环状沟槽。环状沟槽位于研磨层中，其以第二中心位置为中心呈现同心排列。第一中心位置与第二中心位置之间具有第一距离。
在本发明的一实施例中，上述研磨装置还包括研磨头配置于研磨垫上，其可用以承载研磨物件使其与研磨垫接触。研磨头沿着研磨台的径向方向来回摆动第二距离。
在本发明的一实施例中，上述第一距离与第二距离的总和至少大于1.1厘米。
在本发明的一实施例中，上述第一距离至少大于1.1厘米。
在本发明的一实施例中，上述第一距离介于0厘米至20厘米之间。
本发明提供一种研磨方法，其步骤如下。提供研磨垫于研磨台上。研磨台具有第一中心位置。研磨垫具有第二中心位置。第一中心位置与第二中心位置之间具有第一距离。通过配置在研磨垫上的研磨头，以承载研磨物件使其与研磨垫接触。对研磨物件施加一压力，使得研磨物件被压置于研磨垫上以进行研磨制作工艺。在研磨制作工艺中，研磨物件沿着研磨台的径向方向来回摆动第二距离。
在本发明的一实施例中，上述第一距离与第二距离的总和至少大于1.1厘米。
在本发明的一实施例中，上述第一距离至少大于1.1厘米。
在本发明的一实施例中，在提供研磨垫于研磨台上之前，还包括通过治具平贴在研磨台的边缘，使得研磨垫配置在研磨台上时，第一中心位置与第二中心位置之间维持在第一距离。
在本发明的一实施例中，上述治具包括弧形结构、握持部以及测量部。弧形结构具有凹部与凸部，其中凹部对应于研磨台的边缘。握持部的一端连接至弧形结构的凸部。测量部配置于弧形结构与握持部之间，其可用以量测第一距离的长度。
基于上述，本发明通过分离研磨台的第一中心位置与研磨垫的第二中心位置，使得第一中心位置与第二中心位置相距第一距离。因此，在研磨制作工艺中，其可改善相对应的研磨物件的中央区域的研磨液的流场分布，进而提升研磨物件的研磨率均匀度，并增加产品良率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为现有的研磨装置的上视示意图；
图2为本发明的一实施例的研磨装置的剖面示意图；
图3为图2的上视示意图；
图4为实验例1的研磨装置与比较例1-4的研磨装置的研磨率比较图；
图5为本发明的一实施例的配置研磨垫的作动示意图；
图6为本发明的一实施例的研磨方法的流程步骤图。
符号说明
10、100：研磨装置
12、102：研磨台
14、104：研磨垫
14a、104a：研磨层
14b：同心圆沟槽
20、200：研磨物件
104b：环状沟槽
300：研磨头
400：治具
402：弧形结构
402a：凹部
402b：凸部
404：握持部
406：测量部
A、B：转动方向
C1、C2、C3：中心
D1：第一距离
D2：第二距离
S：径向方向
S001～S005：步骤
具体实施方式
图2为本发明的一实施例的研磨装置的剖面示意图。图3为图2的上视示意图。
请先参照图2，本实施例提供一种研磨装置100包括研磨台102以及研磨垫104。研磨台102具有第一中心位置C1。研磨台102可用以承载研磨垫104。
请同时参照图2与图3，研磨垫104配置于研磨台102上，其具有第二中心位置C2。研磨垫104包括研磨层104a以及多个环状沟槽104b。环状沟槽104b位于研磨层104a中，其以第二中心位置C2为中心呈现同心排列。虽然图3中绘示8个环状沟槽104b，但本发明不以此为限，环状沟槽104b的数目可依实际需求而定。
在一实施例中，研磨垫104的研磨层104a可例如是由聚合物基材所构成，聚合物基材可以是聚酯(polyester)、聚醚(polyether)、聚胺酯(polyurethane)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚丁二烯(polybutadiene)、或其余经由合适的热固性树脂(thermosetting resin)或热塑性树脂(thermoplastic resin)所合成的聚合物基材等。
值得注意的是，研磨台102的第一中心位置C1与研磨垫104的第二中心位置C2之间具有第一距离D1。换言之，在本实施例中，研磨垫104的环状沟槽104b是以第二中心位置C2为中心呈现同心排列，环状沟槽104b并非以第一中心位置C1为中心呈现同心排列。因此，在后续研磨制作工艺中，其可改善被压置在研磨垫104上的研磨物件200的中央区域与外围区域之间的研磨液的流场分布，进而提升研磨物件200的研磨率均匀度，并增加产品良率。在一实施例中，第一距离D1可至少大于1.1厘米。在一实施例中，第一距离D1可介于0厘米至20厘米之间。但本发明不以此为限，在其他实施例中，第一距离D1的上限值可依照研磨台102的尺寸与其他研磨装置的参数值来进行调整。
请继续参照图2，研磨头300设置在研磨垫104上，用以承载研磨物件200使其与研磨垫104接触。详细地说，研磨头300可以对研磨物件200施加压力，进而将研磨物件200压置于研磨垫104的表面上，使得研磨物件200的待研磨面与研磨垫104的研磨层104a相接触，以进行研磨。在一实施例中，研磨物件200可以是半导体晶片、ⅢⅤ族晶片、储存元件载体、陶瓷基底、高分子聚合物基底、及玻璃基底等，但本发明不限于此。
如图2所示，研磨台102沿着一个固定的转动方向A旋转时，其同时带动配置于研磨台102上的研磨垫104，使得研磨垫104也可以沿着与研磨台102相同的转动方向A旋转。研磨头300也循着一个固定的转动方向B旋转，会同时带动贴附于研磨头300的研磨物件200，而使研磨物件200循着与研磨头300相同的转动方向B旋转。在本实施例中，转动方向A例如是具有一相同于转动方向B的旋转方向，以使研磨垫104与研磨物件200进行相对运动，但本发明不限于此。在其它实施例中，转动方向A与转动方向B也可选择是相反方向，以使研磨垫104与研磨物件200进行相反运动。
在一实施例中，研磨头300沿着研磨台102的径向方向S来回平移摆动时，会同时带动贴附于研磨头300的研磨物件200，使得研磨物件200也沿着径向方向S来回摆动第二距离D2，以进行研磨制作工艺。如图3所示，所述第二距离D2是指研磨头300的第三中心位置C3(可例如是研磨头300的圆心)到研磨台102的第一中心位置C1(可例如是研磨台102的圆心)的距离范围。上述距离范围可由研磨头300的半径与研磨台102的半径来定义。值得注意的是，研磨物件200沿着径向方向S来回摆动也可改善被压置在研磨垫104上的研磨物件200的中央区域与外围区域之间的研磨液的流场分布，进而提升研磨物件200的研磨率均匀度，并增加产品良率。在一实施例中，第一距离D1与第二距离D2的总和可至少大于1.1厘米。在一实施例中，第二距离D2可介于0至20厘米之间。但本发明不以此为限，在其他实施例中，第二距离D2也可为非固定范围，其可例如是逐渐递增或逐渐递减的距离范围。
图4为实验例1的研磨装置与比较例1-4的研磨装置的研磨率比较图。
图4的纵轴为研磨率(Polish rate)，其单位为埃图4的横轴表示研磨物件的相对位置，也就是自研磨物件中央(即研磨物件的中心的位置标示为0)向右+R及向左－R各点的相对位置。圆点分布为实施例1，其是使用研磨装置100并分离研磨台102的第一中心位置C1与研磨垫104的第二中心位置C2，使得第一中心位置C1与第二中心位置C2相距第一距离D1(D1＝1.2厘米)，来进行研磨制作工艺。基本上比较例1-4与实施例1相似，其差异点是在于第一距离D1的不同。详细地说，比较例1的第一距离D1＝0厘米；比较例2的第一距离D1＝0.9厘米；比较例3的第一距离D1＝1.0厘米；比较例4的第一距离D1＝1.1厘米。由图4可知，比较例1～4的研磨装置因对应于研磨物件的中央区域的研磨液流场分布较差，使得研磨物件的中央区域与外围区域的研磨率具有较大的落差。反观，实施例1的研磨装置100则是因对应于研磨物件200的中央区域的研磨液流场分布较佳，使得研磨物件200的中央区域与外围区域的研磨率的落差较小。换言之，本实施例的研磨物件200的中央区域的研磨率较为平坦，因此，研磨物件200的整体研磨率较为均匀。
图5为本发明的一实施例的配置研磨垫的作动示意图。图6为本发明的一实施例的研磨方法的流程步骤图。
在本实施例中，将利用上述研磨装置100来进行研磨制作工艺，其配置关系已于上述段落详细说明过，于此便不再赘述。
请同时参考图5与图6，先进行步骤S001，将治具400平贴在研磨台102的边缘。详细地说，治具400包括弧形结构402、握持部404以及测量部406。弧形结构402具有凹部402a与凸部402b。凹部402a可对应于研磨台102的边缘。握持部404的一端连接至弧形结构402的凸部402b。在一实施例中，握持部404配置于凸部402b的中央位置，但本发明不以此为限。测量部406配置于弧形结构402与握持部404之间，其可从弧形结构402的凹部402a延伸至弧形结构402的凸部402b。
接着，进行步骤S002、S003。连续地说，可先将弧形结构402的凹部402a平贴或对齐研磨台102的边缘，再将研磨垫104配置在研磨台102上。之后，利用治具400的测量部406，将研磨台102的第一中心位置C1与研磨垫104的第二中心位置C2之间维持在第一距离D1。由于治具400的测量部406上具有刻度标记，其可用以量测所需的第一距离D1的长度，并将超出研磨台102的部分研磨垫104(如图5中的虚线部分)移除。因此，在进行预防性维护(Preventive Maintenance，PM)，不同使用者可依照相同的刻度标记来配置研磨垫。如此一来，便可标准化预防性维护的程序。
然后，进行步骤S004，通过配置在研磨垫104上的研磨头300，以承载研磨物件200使其与研磨垫104接触。在一实施例中，研磨台102沿着转动方向A旋转，其同时带动配置于研磨台102表面的研磨垫104也沿着转动方向A旋转。而研磨头300则是沿着转动方向B旋转，也同时带动贴附于研磨头300的研磨物件200沿着转动方向B旋转(如图2所示)。
之后，进行步骤S005，对研磨物件200施加一压力，使得研磨物件200被压置于研磨垫104上以进行研磨制作工艺。在研磨制作工艺中，研磨物件200沿着研磨台100的径向方向S来回摆动第二距离D2(如图3所示)。但本发明不以此为限，在其他实施例中，研磨物件200也可以不沿着研磨台100的径向方向S来回摆动。
综上所述，本发明通过分离研磨台的第一中心位置与研磨垫的第二中心位置，使得第一中心位置与第二中心位置相距第一距离。因此，在研磨制作工艺中，其可改善相对应的研磨物件的中央区域的研磨液的流场分布，进而提升研磨物件的研磨率均匀度，并增加产品良率。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种研磨装置，包括：
研磨台，具有一第一中心位置；以及
研磨垫，配置于该研磨台上，其具有一第二中心位置，该研磨垫包括：
研磨层；以及
多个环状沟槽，位于该研磨层中，其以该第二中心位置为中心呈现同心排列，
其中该第一中心位置与该第二中心位置之间具有一第一距离。
2.如权利要求1所述的研磨装置，还包括研磨头，配置于该研磨垫上，用以承载一研磨物件使其与该研磨垫接触，其中该研磨头沿着该研磨台的径向方向来回摆动一第二距离。
3.如权利要求2所述的研磨装置，其中该第一距离与该第二距离的总和至少大于1.1厘米。
4.如权利要求1所述的研磨装置，其中该第一距离至少大于1.1厘米。
5.如权利要求1所述的研磨装置，其中该第一距离介于0厘米至20厘米之间。
6.一种研磨方法，包括：
提供一研磨垫于一研磨台上，其中该研磨台具有一第一中心位置，研磨垫具有一第二中心位置，该第一中心位置与该第二中心位置之间具有一第一距离；
通过配置在该研磨垫上的一研磨头，以承载一研磨物件使其与该研磨垫接触；以及
对该研磨物件施加一压力，使得该研磨物件被压置于该研磨垫上以进行一研磨制作工艺，其中在该研磨制作工艺中，该研磨物件沿着该研磨台的径向方向来回摆动一第二距离。
7.如权利要求6所述的研磨方法，其中该第一距离与该第二距离的总和至少大于1.1厘米。
8.如权利要求6所述的研磨方法，其中该第一距离至少大于1.1厘米。
9.如权利要求6所述的研磨方法，在提供该研磨垫于该研磨台上之前，还包括通过一治具平贴在该研磨台的边缘，使得该研磨垫配置在该研磨台上时，该第一中心位置与该第二中心位置之间维持在该第一距离。
10.如权利要求9所述的研磨方法，其中该治具包括：
弧形结构，具有凹部与凸部，其中该凹部对应于该研磨台的边缘；
握持部，其一端连接至该弧形结构的该凸部；以及
测量部，配置于该弧形结构与该握持部之间，其用以量测该第一距离的长度。
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