CN1750236A - 镶嵌研磨垫及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种兼具所需硬度与可压缩性的镶嵌研磨垫的制造方法，利用表面处理或是两步骤射出成型技术来让研磨垫的表面具有软硬度不同的区域，以控制研磨垫的硬度与可压缩性。

Description

镶嵌研磨垫及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种研磨装置与其制造方法，且特别涉及一种镶嵌研磨垫与其制造方法。

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栈上去之后，晶片的表面也跟着越来越不平坦。受限于曝光机所能达到聚焦深度(depth of focus)的限制，将光罩图案转移至晶片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唯一可以让晶片全面平坦化的制程，让上述的问题得以解决。

化学机械研磨法在进行当中，是将晶片压在研磨垫上，让晶片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。因此晶片在研磨垫上移动时，可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片的平坦化制程。

由于化学机械研磨法的首要目标为能让晶片均匀地全面平坦化，而且还要能让同一批次晶片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)与晶片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片研磨的平坦度，而可压缩性高的研磨垫则可以增加晶片研磨的均匀度。因此在使用硬度较高的研磨垫来研磨晶片之后，往往还需要再使用硬度较低的研磨垫来改善晶片研磨的均匀度，这使得化学机械研磨法的产量较低。

为了兼顾上述的硬度与可压缩性的要求，习知多以至少一层硬垫与至少一层软垫叠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，由至少两层叠合而成的研磨垫虽然可以部分兼顾晶片研磨的平坦度与均匀度的要求，但又同时衍生一些问题。例如由于软硬垫对于压力的传播方式不同，有时反而会让研磨的均匀度变得更差。而且，若研磨垫所使用的叠合层数越多，则研磨垫的硬度与可压缩性的变量也就越多，造成越难控制晶片研磨的平坦度与均匀度。此外在研磨过程中，由至少两层叠合而成的研磨垫容易因为外力而彼此脱离。因此，第6217426号美国专利揭露在研磨垫的下方形成具有突起与沟渠的图案，来限制压力在研磨垫的传递区域以及增加研磨垫之可压缩性。

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

因此本发明的目的之一就是在于提供一种兼具所需硬度与可压缩性的镶嵌研磨垫，以兼顾研磨的平坦度与均匀度。

本发明的另一目的是在于提供一种兼具所需硬度与可压缩性的镶嵌研磨垫的制造方法，利用表面处理或是两步骤射出成型技术来让研磨垫的表面具有软硬度不同的区域，以控制研磨垫的硬度与可压缩性。

根据本发明的上述与其它目的，提出一种镶嵌研磨垫。上述的镶嵌研磨垫包括本体、位于本体一侧的研磨面、位于本体另一侧的安装面，以及镶嵌于研磨面上及/或安装面上的镶嵌层。上述的本体由第一聚合物所构成，镶嵌层由第二聚合物所构成，且第一聚合物的硬度与第二聚合物的硬度不同。

依照本发明一个较佳实施例，上述第一聚合物与第二聚合物为相同的聚合物。上述的镶嵌层由第一聚合物经表面处理而形成，表面处理例如可为照光、加热、浸渍或辐射处理。

依照本发明另一较佳实施例，上述第一聚合物与第二聚合物为相同聚合物，但是第一聚合物的聚合密度与第二聚合物的聚合密度不同，或是二者的发泡程度不同。

依照本发明又一较佳实施例，上述的第一聚合物与第二聚合物为不同的聚合物。

根据本发明的上述与其它目的，提出一种镶嵌研磨垫的制造方法。首先，以射出成型法来制造由聚合物所构成的垫状物。垫状物的至少一个表面具有至少一个第一区域与至少一个第二区域，且第一区域的高度大于第二区域的高度。然后，对上述的表面进行表面处理，以形成表面处理层。上述的表面处理层的硬度与垫状物的硬度不同。接着，去除垫状物的表面，形成平坦表面，让剩下的表面处理层镶嵌于平坦表面之中。

依照本发明一个较佳实施例，上述表面处理的方法例如可为照光、加热、浸渍或辐射处理。

根据本发明的上述与其它目的，提出一种镶嵌研磨垫的制造方法。首先，以两步骤射出成型法形成由聚合物构成的垫状物，其具有本体与包覆本体的表层。上述垫状物具有至少一个第一区域与至少一个第二区域，且第一区域的厚度大于第二区域的厚度。然后，去除垫状物的一侧表面以形成平坦表面，让上述的表层镶嵌于本体之中。

依照本发明一个较佳实施例，上述的表层与本体由相同的聚合物所构成，但是表层与本体的聚合物的聚合密度或发泡密度不同。

依照本发明另一较佳实施例，上述的表层与本体由不同的聚合物所构成。

由上述可知，利用表面处理或利用两步骤射出成型的方法来形成研磨垫半成品。最后，才利用切割形成镶嵌结构的研磨垫，让研磨垫的至少一个表面具有至少两个软硬度不同的区域，以符合制程对于研磨均匀度与研磨平坦度的需求。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，对附图的详细说明如下：

图1为根据本发明一个较佳实施例的一种模具的剖面结构示意图。

图2A-2C为依照本发明一个较佳实施例的一种镶嵌研磨垫的制造流程剖面示意图。

图3A-3B为依照本发明另一较佳实施例的一种镶嵌研磨垫的制造流程剖面示意图。

图4A-4D为研磨垫的软区域与硬区域在研磨垫之上的分布俯视示意图。

附图标记说明

100：模具                              110：空腔底面

120：内部底面                          130：内部顶面

140：区域                              150：区域

200：研磨垫半成品                      210：处理层

220：直线                              230：研磨垫

240：区域                              250：区域

260：上表面                            300：研磨垫半成品

310：聚合物表层                        320：聚合物内部

330：直线                              340：区域

350：区域                              360：研磨垫

370：上表面                            400：研磨垫

410：软区域                            420：硬区域

450：晶片

具体实施方式

本发明提供一种兼具所需硬度与可压缩性的镶嵌研磨垫及其制造方法。利用不同的加工程序，在镶嵌研磨垫之研磨面及/或安装面上制造出软硬度不一之区域，以兼顾研磨垫之硬度与可压缩性之需求。

请参照图1，其为依照本发明一个较佳实施例的一种模具的剖面结构示意图。在图1中，模具100具有空腔110，空腔110的内部底面120为平坦的，而且内部项面130为非平坦的。因此空腔110可以至少区分成高度不同的两个区域，即高度较大的区域140与高度较小的区域150。

实施例一

请参照图2A-2C，其为依照本发明一个较佳实施例的一种镶嵌研磨垫的制造流程剖面示意图。首先，先让聚合物在模具100的空腔110的内部成型，形成如图2A的研磨垫半成品200。接着，在图2B中让图2A的研磨垫半成品200的上表面进行表面处理，改变研磨垫半成品200上表面的性质，以在研磨垫半成品200的上部形成软硬度不同的处理层210。然后，可沿着图2B中的直线220进行切割，以形成如图2C所示的研磨垫230。在图2C的研磨垫230的上表面260，其至少具有两个软硬不同的区域，亦即区域240与区域250，其中区域250是由镶嵌于研磨垫230上表面260的处理层210所组成。

依据本发明一个较佳实施例，在上述研磨垫230的制造过程中，所使用的聚合物例如可为可进行光反应的聚合物，其具有可进行光聚合反应的官能基，如丙烯酸系官能基，较佳的实施例如丙烯酸(acrylic)官能基、甲基丙烯酸(methacrylic)官能基，或其它可进行光聚合反应的官能基如环氧系官能基及不饱和系官能基。因此，在图2B中，可利用照光来进行研磨垫半成品200上表面的表面处理步骤，让研磨垫半成品200上表面照光的部分进行再聚合反应，形成硬度较高的处理层210。上述进行照光处理所使用的光源可为可见光源、UV光源或是其它可让聚合物再进行光聚合反应的光源。

依据本发明其它较佳实施例，在上述研磨垫230的制造过程中的表面处理，还可为加热处理、浸渍处理或辐射处理，让处理层210的硬度改变。在下面举出一些常见之处理范例。

例如，若研磨垫半成品200的材料为压克力或含双键的聚胺基甲酸乙酯(polyurethane；PU)，则可经加热处理产生交联或硬化结构，形成硬度较高之处理层210。

上述的浸渍处理所使用的液体，例如可为环氧树脂溶液、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)溶液、聚亚胺酯溶液、甲苯、二甲苯、N，N-二甲基甲醯胺(N，N-dimethylformamide；DMF)或二氯甲烷。浸渍处理的方式以批式(batch)制程含浸(impregnation)处理或以连续式制程预浸(prepreg)处理研磨垫半成品200，以形成硬度较高或较低之处理层210。

例如，若研磨垫半成品200之材质为聚乙烯(Polyethylene；PE)、聚丙烯(Polypropylene；PP)或氟树脂时，则可利用辐射照射产生自由基并重组产生交联结构，形成硬度较高的处理层210。

实施例二

请同时参照图1与图3A-3B，其中图3A-3B为依照本发明另一较佳实施例的镶嵌研磨垫的制造流程剖面示意图。首先，少量的第一聚合物形成于图1的模具100的空腔110中，在空腔110内部表面上均匀形成一层研磨垫表层310，如图3A所示。在上述射入成型过程中，第一聚合物并没有填满模具100的空腔110的内部。此第一聚合物的成型方法可使用射出成形制程或模内涂布(in-mold coating)制程来完成。然后，再使用射出成形制程让第二聚合物射入位于模具100的空腔110内的研磨垫表层310中，填满整个研磨垫表层310以形成研磨垫本体320，如图3A所示。

上述两步骤射出成形法所形成的研磨垫表层310与研磨垫本体320构成了图3A所示的研磨垫半成品300。接着，沿着图3A的直线330切割，形成如图3B所示的研磨垫360。在图3B的研磨垫360的上表面370，其至少具有两个软硬不同之区域，亦即区域340与区域350，其中区域350是由镶嵌于研磨垫360上表面370的研磨垫表层310所组成。若需要的话，还可以进一步将位于研磨垫360底面的研磨垫表层310全部切除，以改变研磨垫360底面的软硬度。

依照本发明一个较佳实施例，上述的第一聚合物与第二聚合物的材质可以相同，例如第一聚合物与第二聚合物可皆为聚胺基甲酸乙酯。但是，第一聚合物在成型过程中，会多经历一次热制程或加入适合的硬化剂，使第一聚合物的聚合密度较大，因此在成型后的第一聚合物的硬度也较大。此外，还可以让第一聚合物与第二聚合物的发泡程度不同，造成第一聚合物与第二聚合物具有不同的软硬度。

依据本发明另一较佳实施例，上述的第一聚合物与第二聚合物的材质也可以不相同，例如第一聚合物选择较硬的聚合物，也可以第二聚合物选择较硬的聚合物，让研磨垫360的上表面370的区域340与区域350的软硬度不同。上述第一聚合物与第二聚合物的材质可分别选自环氧树脂、聚胺基甲酸乙酯树脂、压克力树脂、聚碳酸酯(polycarbonate；PC)树脂、或聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride；PVC)树脂。

研磨垫上的软硬区域的配置方式

在上述实施例中所制造出的研磨垫230与360分别具有软硬度不同的区域240与250以及区域340与350。这些软硬不同的区域可以依照需求来设计其在研磨垫上的分布状态。至于区域240与250或是区域340与350之中，何者为硬区域，以及何者为软区域，会依上述研磨垫的制造过程不同而不同。因此，可依照需求来制造所需的镶嵌研磨垫。

图4A-4D为研磨垫的软区域与硬区域在研磨垫之上的分布俯视示意图。在图4A中，系将圆形研磨垫400由圆心至圆周区分成数个扇形，软区域410与硬区域420则交错排列。而软区域410与硬区域420的面积分配比例，则可依研磨之平坦度与均匀度的需求来调整之。当晶片450在研磨垫400上绕圈移动时，会依序经过软区域410与硬区域420。因此，可让晶片450之研磨过程中兼顾平坦度与均匀度的需求。

在图4B中，则让软区域410位于晶片450经过区域的中央处，即软区域410呈环形分布且介于研磨垫400的圆心与圆周之间，让晶片450的中心区域可以获得较佳的研磨均匀度。在图4C中，软区域410位于研磨垫的边缘区域，可让晶片450的边缘区域可以获得较佳的研磨均匀度。在图4D中，则是让软区域410位于研磨垫的中央区域，同样地可让晶片450的边缘区域可以获得较佳的研磨均匀度。

以上图4A-4D所述的研磨垫400上的软区域410与硬区域420的制造方法与配置方式，可依所需施行于研磨垫400的研磨面及/或安装面之上。如此，可以进一步来调整研磨垫的软硬度，来提供更佳的研磨平坦度与均匀度。此外，上述的研磨垫400并不限于应用在圆形的研磨垫上，也可应用在方形、长条形或其它形状的研磨垫上。而软区域与硬区域的配置方式则可随研磨垫的不同形状而加以变化。由于上述为熟悉技术的人所能自行决定调整的，在此不再赘述。

由上述本发明较佳实施例可知，本发明利用具有至少两种不同高度的空腔的模具，以及利用表面处理或利用两步骤射出成型的方法来形成研磨垫半成品。最后，才利用切割形成镶嵌结构的研磨垫，让研磨垫的至少一个表面具有至少两个软硬度不同的区域，来控制研磨垫上下表面的硬度与可压缩性。因此，可以在兼顾研磨垫的制造成本以及化学机械研磨法的产量之下，很容易就同时达成晶片研磨的均匀度与平坦度的需求。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术的人，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以所附的权利要求书界定为准。

Claims (19)

1.一种镶嵌研磨垫，包括：

i.本体，由第一聚合物所构成；

ii.研磨面，位于本体的一侧；

iii.安装面，位于本体的另一侧；以及

iv.至少一层镶嵌层，镶嵌于研磨面上及/或安装面上，镶嵌层由第二聚合物所构成，第二聚合物的硬度与第一聚合物的硬度不同。

2.如权利要求1所述的镶嵌研磨垫，其中第一聚合物与第二聚合物为相同的聚合物。

3.如权利要求2所述的镶嵌研磨垫，其中第一聚合物的聚合密度与第二聚合物的聚合密度不同。

4.如权利要求2所述的镶嵌研磨垫，其中第一聚合物的发泡程度与第二聚合物的发泡程度不同。

5.如权利要求1所述的镶嵌研磨垫，其中第一聚合物与第二聚合物为不同聚合物。

6.如权利要求1所述的镶嵌研磨垫，其中第二聚合物为第一聚合物经过表面照光、加热、浸渍、或辐射处理而成。

7.如权利要求1所述的镶嵌研磨垫，其中镶嵌层的配置形状为扇形、环形或圆形。

8.一种镶嵌研磨垫的制造方法，该制造方法包括：

i.以射出成型法来制造由聚合物所构成的垫状物，垫状物的至少一个表面具有至少一个第一区域与至少一个第二区域，第一区域的高度大于第二区域的高度；

ii.对该表面进行表面处理，以形成表面处理层，表面处理层的硬度与垫状物的硬度不同；以及

iii.去除垫状物的表面，形成平坦表面，让剩下的表面处理层镶嵌于平坦表面中。

9.如权利要求8所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中射出型法使用模具，该模具的空腔具有至少一个第一空腔间距与一个第二空腔间距，第一空腔间距大于第二空腔间距。

10.如权利要求8所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中第一区域的形状为扇形、环形或圆形。

11.如权利要求8所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中表面处理的方法为照光、加热、浸渍或辐射处理。

12.一种镶嵌研磨垫的制造方法，包括：

i.以两步骤射出成型法形成由聚合物构成的垫状物，该垫状物具有本体与包覆该本体的表层，且垫状物具有至少一个第一区域与至少一个第二区域，第一区域的厚度大于第二区域的厚度；以及

ii.去除垫状物的一侧表面以形成一平坦表面，让表层镶嵌于本体之中。

13.如权利要求12所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中表层的材料与本体的材料为聚合密度不同的相同的聚合物。

14.如权利要求12所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中表层的材料与本体的材料为发泡程度不同的相同的聚合物。

15.如权利要求12所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中表层的材料与本体的材料为不同的聚合物。

16.如权利要求12所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中第一区域的形状为扇形、环形或圆形。

17.如权利要求12所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中两步骤射出成形法包括第一步骤形成表层及第二步骤形成本体。

18.如权利要求17所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中第一步骤为射出成形制程或模内涂布制程。

19.如权利要求12所述的镶嵌研磨垫的制造方法，其中两步骤射出型法使用模具，该模具的空腔具有至少一个第一空腔间距与一个第二空腔间距，第一空腔间距大于第二空腔间距。

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