CN1504315A

CN1504315A - 研磨垫的制造方法

Info

Publication number: CN1504315A
Application number: CNA021555362A
Authority: CN
Inventors: 施文昌; 张永忠; 朱明癸; 魏隆诚
Original assignee: BEST WISE INTERNATIONAL COMPUTING CO Ltd
Current assignee: BEST WISE INTERNATIONAL COMPUTING CO Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-06-16

Abstract

一种研磨垫的制造方法，此方法首先提供一模具，接着在此模具内预埋入至少一条状物，其中条状物的断面形状包括多边形、圆弧形或不规则形。然后于此模具中注入一高分子发泡体，并待高分子发泡体硬化成型后，进行一脱模步骤，而取得一高分子成型物。最后移除或分解高分子成型物上的条状物，即形成具有至少一沟槽图案的一研磨垫。

Description

研磨垫的制造方法

技术领域

本发明是有关于一种研磨垫的制造方法，且特别是有关于一种具有沟渠图案的研磨垫的制造方法。

背景技术

集成电路制造时，制作工艺中通常需要将晶圆表面的微细凹凸消除并达到平坦化，化学机械研磨法是现今唯一能提供全面性平坦化的一种技术。而其平坦化的原理是利用类似磨刀这种机械式的原理，利用研磨垫(Polishing pad)并配合适当的化学助剂(Reagent)，而将晶圆表面高低起伏的轮廓加以磨平。研磨垫在芯片表面移动时，接触点粒子被压在芯片表面，通过芯片表面与粒子之间的摩擦滑动而有磨耗的作用。研磨垫的柔软度、硬度、粗糙度等物性，会影响研磨液中研磨粒的相互作用在水平方向与垂直方向出现不规则关系。在一定的压力之下，研磨垫水平方向上的施力是决定平坦化好坏的重要因素，由于化学机械研磨制作工艺中研磨垫需要承受晶圆载具的压力并传送至被研磨表面以维持研磨时的平坦度，且研磨液粒子的均匀分散为影响研磨后表面均匀度的重要因素，因此研磨垫必须具有能提供研磨作用的足够硬度与足于容纳研磨液的微孔。

一般而言，通常研磨垫用来研磨的表面上还包括形成有许多沟渠图案，这些沟渠图案除了可以提供一粗糙的表面以利研磨之外，而且对研磨液的分布均匀度相当有助益。而虽然越大的沟槽越能促使研磨液中细小粒子均匀分散，同时较能容纳研磨所移除的残渣和失效的研磨浆液，但是过大的沟槽却无法维持一致的研磨压力，而导致被研磨表面的平坦度降低。

公知制造研磨垫的一种方法，于一模具中注入高分子材料，并待高分子材料硬化成型后，进行脱模步骤，取得高分子成型物，之后使用车床或切削机器以切削研磨垫表面，而形成所需要的沟槽纹路特征。

另外，于1989年由Rodel公司所提出的美国专利第4,841,680号案以及于2000年提出美国专利第6095902号案。此两件专利揭露利用一溶剂置换或高温使残余溶剂挥发的方法，以形成内部具有不均匀微孔的聚合物，然后将此聚合物以刀片或转动研磨柱面去除表层，使其下方的孔洞外漏，再与底衬基材贴合制成研磨垫，或是于模具中使聚合物发泡形成圆柱状(Cake)，经裁切成单片，再黏贴至基材上制成研磨垫。

然而，由于上述方法所得的研磨垫需通过模制、去除表层/切成单片以及黏合等步骤才能完成，其制作工艺十分耗工，且因去除表层/切成单片的过程不易控制，微孔有细致度不均匀，表面开口较小、工作表面中的孔壁比例增加及表面开口直径小于底部直径等不利于研磨稳定性的问题容易发生。

另外，美国Rodel公司2001提出台湾专利申请第90123032号案，此案利用Ikegai，AX4ON型车床和安装在标准钻支架中的自高速工具钢所造成的车床钻，以0.013毫米的切削深度施加至垫表面上及在一次操作时，沿着赤道平移在直线路径上横越垫表面。速率控制器调整垫的旋转速率而维持6米/分钟的相对于垫的恒定工具速度(在方位角的方向)。将切削碎屑使用3.5HP Sears Craftsman湿/干真空而移除。但是以裁切或切削研磨垫表面，以形成所需要的沟槽纹路特征的方式，会因切削工具的锋利度、线速度、环境温度及环境湿度的差异而引起大型缺陷(macro-defects)数目的不同，造成每一研磨垫研磨效能有所差异。

发明内容

本发明的目的就是提供一种研磨垫的制造方法，以解决公知制造内部具有不均匀微孔的聚合物研磨垫时，可能会发生制作工艺十分耗工，且因去除表层/切成单片的过程不易控制，微孔有细致度不均匀，表面开口较小、工作表面中的孔壁比例增加及表面开口直径小于底部直径等不利于研磨稳定性的问题。

本发明的另一目的就是提供一种研磨垫的制造方法，以解决公知以刀具裁切或切削研磨垫表面，以形成所需要的沟槽纹路特征的方式，会因切削工具的锋利度、线速度、环境温度及环境湿度的差异而引起大型缺陷(macro-defects)数目的不同，造成每一研磨垫研磨效能有所差异的问题。

本发明提出一种研磨垫的制造方法，此方法先提供具有一模腔的一模具，接着在于模具内预埋入至少一条状物，其中条状物的断面形状包括多边形、圆弧形、不规则形等任何适用的形状，例如是三角形、六角形、圆形、正方形、矩形、蜗形、树枝状或太阳放辐射状，而且条状物预埋入在模具内的布置可以是由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔(perforation)等任何适用的布置方式。而条状物的材质可以是一高分子材料或是一金属材料，其中高分子材料例如是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚四氟乙烯(PTFE)。再在将条状物预埋入于模具内之后，于此模具的模腔中注入一高分子发泡体，并待高分子发泡体硬化成型后，再进行一脱模步骤，而取得一高分子成型物，其中此高分子发泡体例如是聚脲酯(PU)发泡体，关于聚脲酯发泡体的制作方式以及相关参数，申请人已揭露于台湾专利申请案第91117406号中。最后，移除或分解高分子成型物上的条状物，以形成具有至少一沟槽图案的一研磨垫。其中，研磨垫上的沟槽图案的分布纹路由先前预埋入于模具中的条状物所转移过来的，因此沟渠图案的分布纹路包括由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔等，这些纹路可以使研磨液的分布更均匀。

本发明另外提供一种研磨垫的制造方法，此方法首先提供具有一模腔的一模具，接着在此模具内预埋入至少一条状物，其中条状物的断面形状包括多边形、圆弧形或不规则形等任何适用的形状，例如是三角形、六角形、圆形、正方形、矩形、蜗形、树枝状或太阳放辐射状，且条状物预埋入在模具内的布置可以是由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔等任何适用的布置方式。而条状物的材质可以是一高分子材料或是一金属材料，其中此高分子材料例如是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚四氟乙烯(PTFE)。在将条状物预埋入于模具内之后，利用一反应注入成型方式(reaction injection molding)于此模具的模腔中注入一高分子发泡体，并待高分子发泡体硬化成型后，再于模具中注入另一高分子材料，并待此高分子材料硬化成型后，再进行脱模步骤，以取得具有两层结构的一高分子成型物，其中高分子发泡体例如是一聚脲酯发泡体，关于聚脲酯发泡体的制作方式以及相关参数，申请人已揭露于台湾专利申请案第91117406号中。而高分子材料例如是聚脲酯(PU)、硅橡胶(Silicone rubber)、聚丁基橡胶(PBR)、聚氯乙烯乳胶(PVC latex)、或聚丙烯酸系乳胶(PMMA latex)。最后移除或分解高分子成型物上的条状物之后，即形成具有至少一沟槽图案的一研磨垫。其中，研磨垫上的沟槽图案的分布纹路由先前预埋入于模具中的条状物所转移过来的，因此沟渠图案的分布纹路包括由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔圆圈等，这些纹路可以造成研磨液的分布更均匀。特别是，此双层结构(亦即较硬的表面层及位于表面层下方较软的缓冲层)的研磨垫，其较硬的表面层可维持晶圆研磨时能有较好的平坦度，较软的缓冲层可提供较好的均匀度。

在本发明中，预埋入于模具中的至少一条状物还可以利用数个点状物取代，换言之，将数个点状物预埋入于模具之后，再于模具的模腔中注入高分子发泡体。待高分子发泡体硬化之后进行脱膜步骤以取得一成型物。之后将成型物上的点状物移除，即形成具有点状图案的研磨垫。

本发明的研磨垫的制造方法，在模具上预埋入各类形状的高分子或是金属条状物，待聚脲酯发泡体成型硬化后，去除聚脲酯发泡体表面皮层的同时，即可通过外力移除预埋入各类形状的高分子或金属条状物，即可形成具有沟槽图案的分布纹路的研磨垫。

所以本发明通过高压反应射出一体成型，之后去除聚脲酯发泡体表面皮层的同时，通过外力移除预埋入各类形状的高分子或金属，然后即可形成具有沟槽图案特征的研磨垫，因此具有制作简便的优点。

本发明所形成的沟槽的纵深及形状可以自由变化，沟槽的纵深及形状依所选择的条状物尺寸及形状而定，而不必将沟槽固定设计在模具上。

本发明可以完成多种刀具无法完成的图形变化，在模具上使用预埋式条状物形成研磨垫表面的沟槽，可以形成较复杂的图案，非使用一般刀具可以完成的。

本发明不会造成研磨垫上大型缺陷问题，公知以刀具裁切或切削研磨垫表面以形成所需要的沟槽纹路特征的方式，会因切削工具的锋利度、线速度、环境温度及环境湿度的差异而引起大型缺陷(macro-defects)数目的不同，造成每一研磨垫研磨效能有所差异的问题。

本发明没有切割残屑的残留，由于本发明不用刀具裁切或切削研磨垫表面以形成沟槽，因此不会有切割残屑的产生，更不用装设真空吸尘装置收集残屑。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。

附图说明

图1是依照本发明一较佳实施例的单层结构研磨垫制造流程；

图2是依照本发明一较佳实施例的双层结构研磨垫制造流程。

标示说明：

100、102、104、106、108、200、202、204、206、208、210：步骤

具体实施方式

第一实施例

图1，其绘示为依照本发明一较佳实施例的单层结构研磨垫制造流程。

请参照图1，首先提供具有所要求研磨垫的最终尺寸的一模具(步骤100)，且此模具具有一模腔。接着在此模具内预埋入至少一条状物(步骤102)，此条状物的断面形状可以是多边形、圆弧形或不规则形等任何适用的形状，例如是三角形、六角形、圆形、正方形、矩形、蜗形、树枝状或太阳放辐射状，且条状物预埋入在模具内的布置可以是由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔等。在本实施例中，条状物的材质可以是一高分子材料或是一金属材料，其中高分子材料例如是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚四氟乙烯(PTFE)。

在将条状物预埋入于模具内之后，接着进行步骤104，即利用一反应注入成型方式(reaction injection molding)而于模具的模腔中注入一高分子发泡体，并待此高分子发泡体硬化成型。其中，此高分子发泡体例如是聚脲酯发泡体。之后，进行脱模步骤，取得一高分子成型物(步骤106)。最后，移除高分子成型物上的条状物，以形成具有至少一沟槽图案的分布的一研磨垫(步骤108)。其中，移除高分子成型物上的条状物的方法例如是以刮除的方式移除或是以外力取出的方式移除。

由于研磨垫上的沟槽图案的分布纹路由先前预埋入于模具中的条状物所转移过来的，因此沟渠图案的分布纹路包括由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔等。此外，在本实施例中，所形成的沟槽图案的宽度例如是介于0.5mm至15mm之间，沟槽图案的深度例如是介于0.2mm至2.5mm之间，而沟槽图案之间距例如是介于0.2mm至20mm之间。

特别值得一提的是，本发明还可以将上述的条状物换成具有可分解性或水溶性特性的高分子材料。如此一来，当于进行脱模步骤而取得高分子成型物之后(步骤106)，仅需将高分子成型物上的条状物作分解或水解的步骤，即可以取得如上所述的具有至少一沟槽图案的研磨垫。

第二实施例

请参照图2，图2是依照本发明另一较佳实施例的具有双层结构的研磨垫的制造流程。首先提供具有所要求研磨垫的最终尺寸的模具(步骤200)，其中模具具有一模腔。接着在模具内预埋入至少一条状物(步骤202)，此条状物的断面形状可以是多边形、圆弧形或不规则形等任何适用之形状，例如是三角形、六角形、圆形、正方形、矩形、蜗形、树枝状或太阳放辐射状，且条状物预埋入在模具内的布置可以是由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔等。在本实施例中，条状物的材质可以是一高分子材料或是一金属材料，其中高分子材料例如是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚四氟乙烯(PTFE)。

在将条状物预埋入于模具内之后，接着进行步骤204，即利用一反应注入成型方式(reaction injection molding)而于此模具中注入一高分子发泡体，其中高分子发泡体例如是聚脲酯发泡体，并待高分子发泡体硬化成型后(步骤204)，再于模具中注入一高分子材料，其中高分子材料例如是聚脲酯(PU)、硅橡胶(Silicone rubber)、聚丁基橡胶(PBR)、聚氯乙烯乳胶(PVClatex)或聚丙烯酸系乳胶(PMMA latex)，并待第二高分子发泡体硬化成型(步骤206)。

之后，进行一脱模步骤，以取得具有两层结构的一成型物(步骤208)，其中高分子发泡体的硬度较高分子材料的硬度高。在本实施例中，高分子发泡体的硬度例如是介于30shore D至80shore D之间，而高分子材料的硬度介于5shore A至60shore A之间。特别是，此双层结构(亦即较硬的表面层及位于表面层下方较软的缓冲层)的研磨垫，其较硬的表面层可维持晶圆研磨时能有较好的平坦度，而较软的缓冲层可提供较好的均匀度。

最后，移除成型物上的条状物，以形成具有至少一沟槽图案的一研磨垫(步骤210)。其中，移除高分子成型物上的条状物的方法例如是以刮除的方式移除或是以外力取出的方式移除。

特别值得一提的是，本发明还可以将上述的条状物换成具有可分解性或水溶性特性的高分子材料。如此一来，当于进行脱模步骤而取得高分子成型物(步骤208)之后，仅需将高分子成型物上的条状物作分解或水解的步骤，即可以取得如上所述的具有至少一沟槽图案的研磨垫。

由于本发明的研磨垫的制造方法，并非先形成研磨垫之后再以刀具裁切或切削的方式而于研磨垫表面形成所需要的沟槽纹路，而是在模具上预埋入各类形状的高分子或是金属条状物，待聚脲酯发泡体成型硬化后，去除聚脲酯发泡体表面皮层的同时，即可通过外力移除先前预埋入的各类形状的高分子或金属条状物，以形成具有沟槽图案的分布纹路的研磨垫。因此本发明具有制作简便、沟槽的纵深及形状可以自由变化、多种刀具无法完成的图形变化、不会造成研磨垫上大型缺陷问题及切割残屑的残留等优点。

综合以上所述，本发明具有下列优点：

1、制作简便，本发明在模具上预埋入各类形状的高分子或是金属条状物，待聚脲酯发泡体成型硬化后，去除聚脲酯发泡体表面皮层的同时，即可通过外力移除预埋入各类形状的高分子或金属，即可形成具有沟槽图案的研磨垫。因此可避免公知方法需先将聚合物形成圆柱状，将圆柱状聚合物裁切成单片，再以裁切或切削的方式而于研磨垫表面形成所需要的沟槽纹路等繁复的步骤。

2、沟槽的纵深及形状可以自由变化，本发明的研磨垫上的沟槽纵深及形状可以依所选择的条状物尺寸及形状而定，不必将沟槽固定设计在模具上。

3、多种刀具无法完成的图形变化，本发明在模具中预埋式条状物以形成研磨垫表面的沟槽的方式，可以形成较复杂的图案，其非使用一般刀具所可以完成的。

4、不会造成研磨垫上大型缺陷问题，公知以刀具裁切或切削研磨垫表而以形成所需要的沟槽纹路特征的方式，会因切削工具的锋利度、线速度、环境温度及环境湿度的差异而引起大型缺陷(macro-defects)数目的不同，造成每一研磨垫研磨效能有所差异的问题。

5、没有切割残屑的残留，由于本发明并不是利用刀具裁切或切削研磨垫表面以形成沟槽，因此不会有切割残屑的产生，更不用装设真空吸尘装置收集残屑。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。

Claims

1、一种研磨垫的制造方法，其特征在于：包括：

提供一模具，其中该模具具有一模腔；

在该模具内预埋入至少一条状物，其中该至少一条状物的断面形状包括多边形、圆弧形或不规则形；

于该模具的该模腔中注入一高分子发泡体，并待该高分子发泡体硬化成型；

进行一脱模步骤，以取得一成型物；

移除该成型物上的该条状物，以形成具有至少一沟槽图案的一研磨垫。

2、如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一条状物的断面形状包括三角形、六角形、圆形、正方形、矩形、蜗形、树枝状或太阳放辐射状。

3、如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一条状物的材质包括一高分子材料或是一金属材料。

4、如权利要求3所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子材料包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚四氟乙烯(PTFE)。

5、如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该研磨垫上的该至少一沟槽图案的分布纹路包括由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔。

6、如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子发泡体包括一聚脲酯发泡体。

7、如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：移除该成型物上的该至少一条状物的方法包括以刮除的方式移除或是以外力取出的方式移除。

8、如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一沟槽图案的宽度介于0.5mm至15mm之间，该至少一沟槽图案的深度介于0.2mm至2.5mm之间，该至少一沟槽图案的间距介于0.2mm至20mm之间。

9、一种研磨垫的制造方法，其特征在于：包括：

提供一模具，其中该模具具有一模腔；

在该模具内预埋入至少一条状物，其中该至少一条状物为一具分解性的材质，且该至少一条状物的断面形状包括多边形、圆弧形或不规则形；

进行一脱模步骤，以取得一成型物；

分解该成型物上的该条状物，以形成具有至少一沟槽图案的一研磨垫。

10、如权利要求9所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一条状物的切面形状包括三角形、六角形、圆形、正方形、矩形、蜗形、树枝状或太阳放辐射状。

11、如权利要求9所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一条状物的材质包括一水溶性高分子材质。

12、如权利要求9所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该研磨垫上的该至少一沟槽图案的分布纹路包括由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔。

13、如权利要求9所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子发泡体包括一聚脲酯发泡体。

14、如权利要求9所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一沟槽图案的宽度介于0.5mm至15mm之间，该至少一沟槽图案的深度介于0.2mm至2.5mm之间，该至少一沟槽图案的间距介于0.2mm至20mm之间。

15、一种研磨垫的制造方法，其特征在于：包括：

提供一模具，其中该模具具有一模腔；

于该模具中注入一高分子材料，并待该高分子材料硬化成型；

进行一脱模步骤，以取得具有两层结构的一成型物；

移除该成型物上的该至少一条状物，以形成具有至少一沟槽图案的一研磨垫。

16、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子发泡体的硬度较该高分子材料的硬度高。

17、如权利要求16所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子发泡体的硬度介于30shore D至80shore D之间，该高分子材料的硬度介于5shore A至60shore A之间。

18、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子发泡体包括一聚脲酯发泡体。

19、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子材料包括聚脲酯(PU)、硅橡胶(Silicone rubber)、聚丁基橡胶(PBR)、聚氯乙烯乳胶(PVC latex)、或聚丙烯酸系乳胶(PMMA latex)。

20、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一条状物的断面形状包括三角形、六角形、圆形、正方形、矩形、蜗形、树枝状或太阳放辐射状。

21、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一条状物的材质包括一高分子材料或是一金属材料。

22、如权利要求21所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该高分子材料包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚四氟乙烯(PTFE)。

23、如权利要求21所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：移除该成型物上的该至少一条状物的方法包括以刮除的方式移除或是以外力取出的方式移除。

24、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该条状物的材质包括一具分解性的高分子材料或一水溶性的高分子材料。

25、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该研磨垫上的该至少一沟槽图案的分布纹路包括由内向外或由外向内扩散的太阳辐射状、同心圆状、方格状、三角形、螺旋状或菱形或穿孔。

26、如权利要求15所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：该至少一沟槽图案的宽度介于0.5mm至15mm之间，该至少一沟槽图案的深度介于0.2mm至2.5mm之间，该至少一沟槽图案的间距介于0.2mm至20mm之间。