TWI409868B - 研磨方法、研磨墊及研磨系統 - Google Patents

Description

研磨方法、研磨墊及研磨系統

本發明是有關於一種研磨墊、研磨系統及研磨方法，且特別是有關於一種可以使物件表面獲得較佳研磨均勻度之研磨墊、研磨系統及研磨方法。

隨著產業的進步，平坦化製程經常被採用為生產各種元件的製程。在平坦化製程中，研磨製程經常為產業所使用。一般來說，研磨製程是對被固定之物件施加一壓力以將其壓置於研磨墊上，並在物件及研磨墊表面彼此進行相對運動。藉由此相對運動所產生的摩擦，移除部分物件表面，而使其表面逐漸平坦。

圖1是習知之一種圓形研磨墊的上視示意圖。圓形研磨墊110包括多個同心圓溝槽120。同心圓溝槽120是用來容納或排除研磨所產生的殘屑或副產物，並可使物件130於研磨完畢時較容易自圓形研磨墊110上移開。

在進行研磨時，除了圓形研磨墊110轉動，與圓形研磨墊110表面相接觸的物件130本身亦會自轉，以期望物件130表面各部分都可以與同心圓溝槽120接觸。然而，由於傳統圓形研磨墊110上的同心圓溝槽120是正圓形溝槽且物件130是以通過其中心點的軸線作為旋轉軸而自轉。因此當物件130之特定點與其中心點間的方向，垂直於溝槽切線方向位置時，此特定點將固定處於溝槽處或非溝槽處，若以處於溝槽處為例，則此特定點相鄰的點則固定處於非溝槽處，因此造成研磨均勻度不佳。而且，物件130越靠近其中心部分之處，此問題越顯嚴重，因為在整個研磨過程，物件130靠近中心的部分幾乎會固定地與圓形研磨墊110上的特定位置(例如溝槽處或是非溝槽處)接觸。因此造成物件130靠近中心部分之處，其研磨率會較其餘部分的研磨率低或高(視中心部分固定於溝槽處或是非溝槽處)。物件130的研磨率不均勻的問題，可能進而影響元件的可靠度。

因此，需要一種研磨墊及研磨方法以提供較佳的研磨均勻度。

有鑑於此，本發明提供一種研磨方法，可有助於獲得具有較平坦表面之物件。

本發明另提供一種研磨墊，能夠提供物件表面較均勻的研磨率。

本發明又提供一種研磨系統，能夠使物件表面各部分的研磨率具有較佳的均勻度。

本發明提出一種研磨方法。首先，提供一研磨墊，其中此研磨墊上具有多個溝槽，每一溝槽的寬度(width)為W，且相鄰兩溝槽之間的間距(pitch)為P。之後，設定一物件在此研磨墊上的一擺動距離(oscillatory movement distance)，其中此擺動距離使物件上任一特定點與其中心點間的方向，垂直於溝槽切線方向位置時，經過的溝槽次數相同。接著，以此擺動距離對物件進行研磨步驟。

本發明另提出一種研磨方法。首先，提供一研磨墊，其中此研磨墊上具有多個溝槽，每一溝槽的寬度為W，且相鄰兩溝槽之間的間距為P。之後，設定一物件在此研磨墊上的一擺動距離DP×N－W，其中N為正整數。接著，以此擺動距離對物件進行研磨步驟。

本發明另提出一種研磨墊，用於對一物件進行研磨製程，且在研磨製程過程中，物件在此研磨墊上有一擺動距離D。此研磨墊包括多個溝槽，每一溝槽的寬度W以及相鄰兩溝槽之間的間距P滿足DP×N－W，其中N為正整數。

本發明又提出一種研磨系統，其包括研磨墊以及物件。研磨墊上具有多個溝槽，且每一溝槽的寬度為W，且相鄰兩溝槽之間的間距為P。物件設置在研磨墊上，且物件在研磨墊上有一擺動距離D，其中此擺動距離DP×N－W，N為正整數。

本發明之研磨方法、研磨墊及研磨系統，藉由調整物件在研磨墊上的擺動距離、溝渠的寬度、兩溝渠間的間距三個參數之間的相對關係，因而可以使被研磨物件表面的研磨率具有更佳的均勻度。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2為依照本發明之一實施例之研磨系統的剖面示意圖。圖3為依照本發明之一實施例之研磨墊的上視示意圖。須注意的是，為簡化圖示，故於圖3中省略物件本身旋轉的情況，並省略物件載具的結構，但並非用以限定本發明之範圍。請參照圖2，研磨系統300包括承載台302、物件載具304、研磨墊310及物件330。承載台302例如是用以承載研磨墊310。物件載具304例如是用以固持物件330於研磨墊310的表面上。此外，在一實施例中，研磨系統300更可選擇性地於研磨過程中供應研漿或溶液，使此研磨系統300可以應用於化學機械研磨(chemical mechanical polishing,CMP)製程中。本發明之研磨墊、研磨系統及研磨方法可應用於如半導體、積體電路、微機電、能源轉換、通訊、光學、儲存碟片、及顯示器等元件的製作中所使用之研磨製程，製作這些元件所使用的物件330可包括半導體晶圓、Ⅲ V族晶圓、儲存元件載體、陶瓷基底、高分子聚合物基底、及玻璃基底等，但並非用以限定本發明之範圍。

研磨墊310例如是貼附於承載台302的表面上，用以研磨物件330。研磨墊310例如是由聚合物基材所構成，聚合物基材可以是熱固性樹脂(thermosetting resin)或熱塑性樹脂(thermoplastic resin)所合成之聚合物基材。研磨墊310除聚合物基材外，另可包含導電材料、研磨顆粒、微球體(micro－sphere)或可溶解添加物於此聚合物基材中。

請同時參照圖2與圖3，研磨墊310上具有多個溝槽320。在此實施例中，承載台302為圓形轉盤，研磨墊310為圓形研磨墊，溝槽320例如為同心圓溝槽。每一個溝槽320具有寬度W，且相鄰兩個溝槽320之間具有間距P。當承載台302旋轉時，會同時帶動貼附於承載台302表面的研磨墊310，而使研磨墊310可以旋轉。

物件載具304配置於承載台302上，用以固持物件330並對物件330施加一壓力以將物件330壓置於研磨墊310的表面上，而使物件330的待研磨面可以與研磨墊310相接觸。物件載具304除了可以使物件330於研磨墊310上旋轉外，還可以使物件330於研磨墊310上來回平移擺動，以使物件330與研磨墊310之間的接觸不會侷限在某一特定的區域，可有助於使研磨速率和均勻度更平穩，並使研磨過程能夠更均勻。

特別說明的是，物件330在研磨墊310上來回平移會具有一個擺動距離D，且擺動距離D會滿足下式： N為正整數。

詳言之，物件330可以藉由物件載具304的帶動而在研磨墊310上進行來回平移的擺動，擺動的方向為垂直於溝槽320切線方向，以同心圓溝槽為例擺動的方向即為同心圓溝槽的徑向，其中物件330的擺動距離D約略相等於研磨墊310上相鄰兩溝槽320之間的間距P的整數倍減掉溝槽320的寬度W。

舉例來說，當物件330之特定點與其中心點間的方向，垂直於溝槽切線方向位置時，如圖3中區域M₁ 的局部放大圖所示，在物件330還未進行擺動時，物件330上的特定點A與研磨墊310相接觸的位置會位於溝槽處，而物件330上的特定點B與研磨墊310相接觸的位置會位於非溝槽處。當N＝1時，亦即物件330在研磨墊310上的擺動距離DP－W，物件330例如是會平移至位置331處，而物件330上的特定點A會隨著物件330的擺動而移動到位置A₁ ，同時特定點B也會隨物件330的擺動而移動到位置B₁ 。在此種情況下，物件330上原先位於溝槽處的特定點A會移動到位於非溝槽處的位置A₁ ，物件330上原先位於非溝槽處的特定點B會經過一溝槽移動到相鄰的非溝槽處位置B₁ 。因此，物件330上的特定點A與特定點B在隨著物件330的擺動而移動到位置331處的過程中，各會與研磨墊310上的溝槽320接觸一次。因此可以使物件330的特定部分交互經過溝槽處及非溝槽處，而非固定處於溝槽處或非溝槽處。

圖4為依照本發明之另一實施例之研磨墊的上視示意圖。在圖4中，與圖3相同的構件則使用相同的標號並省略其說明。在另一實施例中，當以N＝2為例時，物件330在研磨墊310上的擺動距離D2P－W。當物件330之特定點與其中心點間的方向，垂直於溝槽切線方向位置時，如圖4中區域M₂ 的局部放大圖所示，當物件330平移至位置332時，物件330上原先位於溝槽處的特定點A會經過另一溝槽而移動到位於非溝槽處的位置A₂ ，而物件330上原先位於非溝槽處的特定點B會經過二溝槽移動到相鄰的非溝槽處位置B₂ 。而且，物件330上的特定點A在隨著物件330的擺動而移動到位置A₂ 的過程中，物件330上的特定點A會與研磨墊310上的溝槽320接觸兩次；物件330上的特定點B在隨著物件330的擺動而移動到位置B₂ 的過程中，物件330上的特定點B亦會與研磨墊310上的溝槽320接觸兩次。因此，可有助於使物件330上的特定部分均勻地交互經過溝槽處及非溝槽處，而非固定處於溝槽處或非溝槽處。

同理，當N＝3、4、…等任意正整數時，物件330上原先位於溝槽處的特定點A可以隨著物件330的擺動，經過另外N－1個溝槽而移動到位於非溝槽處的位置A_N (未繪示)，而物件330上原先位於非溝槽處的特定點B也可以隨著物件330的擺動，經過N個溝槽而移動到位於非溝槽處的位置B_N (未繪示)。此外，在物件330上的特定點A、B擺動平移到位置A_N 、B_N 的過程中，物件330上的特定點A、B分別與研磨墊310上的溝槽320經過的次數會相等，即N次，因此可以使物件330上的各特定部分均勻地經過溝槽處及非溝槽處，而非固定處於溝槽處或非溝槽處。

如此一來，在整個研磨過程中，藉由調整物件330在研磨墊310上的擺動距離D，可以使物件330特定點與其中心點間的方向，垂直於溝槽切線方向位置時，此特定點不會固定處於溝槽處或非溝槽處。特別是物件330靠近中心的部分在整個研磨過程，就不會一直固定地與研磨墊310上的特定位置(例如溝槽處或非溝槽處)接觸。因此，可有助於使物件330靠近中心的部分與其餘部分的研磨率較為一致，而使物件330的表面獲得較佳的研磨均勻度。

在上述實施例中是以圓形的承載台、研磨墊以及同心圓溝槽為例來進行說明，然而本發明並不限於此。本發明除了上述實施例之外，尚具有其他的實施型態。圖5為依照本發明之其他實施例之研磨系統的剖面示意圖。圖6為依照本發明之其他實施例之研磨墊的上視示意圖。在圖5與圖6中，與圖2相似的構件則省略其說明。此外，為簡化圖示，故於圖6中省略物件本身旋轉的情況，並省略物件載具的結構，但並非用以限定本發明之範圍。請同時參照圖5與圖6，在其他實施例中，研磨系統600包括承載台602、物件載具604、傳動輪606、研磨墊610及物件630。此外，在一實施例中，研磨系統600更可選擇性地於研磨過程中供應研漿或溶液，使此研磨系統600可以應用於化學機械研磨製程中。

承載台602例如是固定的平台。研磨墊610例如是帶狀研磨墊，而貼附於承載台602的表面上。藉由配置在研磨墊610兩側的傳動輪606轉動，可以帶動研磨墊610以輸送帶的形式往直線方向移動，亦即如圖5與圖6所示的移動方向640。而且，研磨墊610上具有多個溝槽620。在一實施例中，溝槽620為直線形溝槽，且各溝槽620的縱向例如是平行於研磨墊610的移動方向640。各溝槽620例如是以彼此平行的方式排列，每一個溝槽620具有寬度W，且相鄰兩個溝槽620之間具有間距P。

用以固持物件630於研磨墊610的表面上的物件載具604配置於承載台602上。物件載具604除了可以使物件630於研磨墊610上旋轉外，還可以使物件630於研磨墊610上來回平移擺動，以改善研磨均勻度。物件630在研磨墊610上來回擺動的方向例如是垂直於溝槽620切線方向，亦即垂直於此實施例中直線形溝槽620的縱向，且物件630在研磨墊610上具有擺動距離D會滿足下式： N為正整數。

詳言之，當以N＝1為例時，請參照圖6，在進行研磨過程中，當物件630以擺動距離DP－W在研磨墊610上進行來回平移時，物件630會平移至位置631處。當物件630之特定點與其中心點間的方向，垂直於溝槽620切線方向位置時，如圖6中區域M₃ 的局部放大圖所示，物件630上原先位於溝槽處的特定點X會隨著物件630的擺動而移動到位於非溝槽處的位置X₁ ；而另一方面，物件630上原先位於非溝槽處的特定點Y也會隨物件630的擺動，經過一溝槽而移動到位於相鄰非溝槽處位置Y₁ 。因此，物件630上的特定點X與特定點Y在隨著物件630的擺動而移動到位置631處的過程中，各會與研磨墊610上的溝槽620接觸一次。因此可以使物件630的特定部分交互經過溝槽處及非溝槽處，而非固定處於溝槽處或非溝槽處。

同理，當N＝2、3、…等任意正整數時，物件630上原先位於溝槽處的特定點X可以隨著物件630的擺動，經過另外N－1個溝槽而移動到位於非溝槽處的位置X_N (未繪示)，而物件630上原先位於非溝槽處的特定點Y也可以隨著物件630的擺動，經過N個溝槽而移動到位於非溝槽處的位置Y_N (未繪示)。此外，在物件630上的特定點X、Y擺動平移到位置X_N 、Y_N 的過程中，物件630上的特定點X、Y分別與研磨墊610上的溝槽620經過的次數會相等，即N次，因此可以使物件630上的各特定部分均勻地經過溝槽處及非溝槽處，而非固定處於溝槽處或非溝槽處。

此外，上述實施例中，若物件630在研磨墊610上來回擺動的方向不是垂直於溝槽620切線方向，例如是與直線形溝槽620的縱向夾一角度θ，則物件630在研磨墊610上具有擺動距離D會滿足下式： N為正整數。

如此一來，在研磨系統600中，亦可以藉由調整物件630在研磨墊610上的擺動距離D，使物件630的特定部分交互經過溝槽處及非溝槽處，進而使物件630的表面獲得較佳的研磨均勻度。

此外，本發明所提出之研磨方法，適於用以研磨一物件的表面。首先，提供一研磨墊，此研磨墊上具有多個溝槽，每一溝槽的寬度為W，且相鄰兩溝槽之間的間距為P。研磨墊例如是圓形研磨墊或是帶狀研磨墊。當使用圓形研磨墊時，研磨墊上的溝槽可為同心圓溝槽；當使用帶狀研磨墊時，研磨墊上的溝槽可為直線型溝槽。值得一提的是，在本發明之研磨方法中所使用的研磨墊也可以是上述實施例所述之研磨系統中的任一研磨墊，本發明於此不作特別之限定。之後，設定物件在此研磨墊上的擺動距離，使物件上任一特定點與其中心點間的方向，垂直於這些溝槽切線方向位置時，經過的溝槽次數相同。在一實施例中，擺動距離DP×N－W，其中N為正整數。接著，以此擺動距離對物件進行一研磨步驟。由於調整擺動距離能夠有助於物件上特定點不會固定處於溝槽處或非溝槽處。特別是物件靠近中心的部分在整個研磨過程，就不會一直固定地與研磨墊上的特定位置(例如溝槽處或非溝槽處)接觸。因此使用本發明之研磨方法可以獲得較佳的研磨均勻度。

在此說明的是，本發明除了可以根據現有研磨墊的溝槽配置來調整物件在研磨墊上的擺動距離D外，還可以應用於物件在研磨墊上的擺動距離D已固定的研磨系統中。在一實施例中，當擺動距離D固定設為25.4 mm時，可以利用物件在研磨墊上的固定擺動距離D來製造合適的研磨墊，也就是使製造出來的研磨墊，其溝槽的寬度W且相鄰兩溝槽之間的間距P可以滿足公式：DP×N－W，其中N為正整數。以固定溝槽的寬度W＝0.6 mm為例，當N＝4時，相鄰兩溝槽之間的間距約為P＝6.5 mm；當N＝5時，相鄰兩溝槽之間的間距約為P＝5.2 mm。

綜上所述，本發明之研磨方法、研磨墊及研磨系統，藉由調整物件在研磨墊上的擺動距離與研磨墊上的溝槽配置關係，可以使物件上的特定部分均勻地交互經過溝槽處及非溝槽處，進而使被研磨物件的表面具有更佳的研磨均勻度。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110．．．圓形研磨墊

120．．．同心圓溝槽

130、330、630．．．物件

640．．．移動方向

300、600．．．研磨系統

302、602．．．承載台

304、604．．．物件載具

310、610．．．研磨墊

320、620．．．溝槽

331、332、631、A₁ 、A₂ 、B₁ 、B₂ 、X₁ 、Y₁ ．．．位置

606．．．傳動輪

A、B、X、Y．．．特定點

D．．．擺動距離

P．．．間距

W．．．寬度

圖1是習知之一種圓形研磨墊的上視示意圖。

圖2為依照本發明之一實施例之研磨系統的剖面示意圖。

圖3為依照本發明之一實施例之研磨墊的上視示意圖。

圖4為依照本發明之另一實施例之研磨墊的上視示意圖。

圖5為依照本發明之其他實施例之研磨系統的剖面示意圖。

圖6為依照本發明之其他實施例之研磨墊的上視示意圖。

310．．．研磨墊

320．．．溝槽

330．．．物件

331、A₁ 、B₁ ．．．位置

A、B．．．特定點

D．．．擺動距離

P．．．間距

W．．．寬度

Claims (33)

1. 一種研磨方法，包括：提供一研磨墊，其中該研磨墊上具有多個溝槽，每一溝槽的寬度為W，且相鄰兩溝槽之間的間距為P；設定一物件在該研磨墊上的一擺動距離，其中該擺動距離使該物件上任一特定點與其中心點間的方向，垂直於該些溝槽切線方向位置時，經過的溝槽次數相同；以及以該擺動距離對該物件進行一研磨步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中該擺動距離DP×N-W，其中N為正整數。
3. 如申請專利範圍第1至2項中任一項所述之研磨方法，其中該研磨墊為圓形研磨墊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨方法，其中該些溝槽為多個同心圓溝槽。
5. 如申請專利範圍第4項所述之研磨方法，其中該擺動之方向為該些同心圓溝槽之徑向。
6. 如申請專利範圍第1至2項中任一項所述之研磨方法，其中該研磨墊為帶狀研磨墊。
7. 如申請專利範圍第6項所述之研磨方法，其中該些溝槽為多個直線型溝槽。
8. 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中該擺動之方向為垂直於該些直線型溝槽的縱向。
9. 一種研磨方法，包括：提供一研磨墊，其中該研磨墊上具有多個溝槽，每一 溝槽的寬度為W，且相鄰兩溝槽之間的間距為P；設定一物件在該研磨墊上的一擺動距離DP×N-W，其中N為正整數；以及以該擺動距離對該物件進行一研磨步驟。
10. 如申請專利範圍第9項所述之研磨方法，其中該研磨墊為圓形研磨墊。
11. 如申請專利範圍第10項所述之研磨方法，其中該些溝槽為多個同心圓溝槽。
12. 如申請專利範圍第11項所述之研磨方法，其中該擺動之方向為該些同心圓溝槽之徑向。
13. 如申請專利範圍第9項所述之研磨方法，其中該研磨墊為帶狀研磨墊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之研磨方法，其中該些溝槽為多個直線型溝槽。
15. 如申請專利範圍第14項所述之研磨方法，其中該擺動之方向為垂直於該些直線型溝槽的縱向。
16. 一種研磨墊，用於對一物件進行一研磨製程，且在該研磨製程過程中，該物件在該研磨墊上有一擺動距離D，該研磨墊包括：多個溝槽，每一溝槽的寬度W以及相鄰兩溝槽之間的間距P滿足DP×N-W，其中N為正整數。
17. 如申請專利範圍第16項所述之研磨墊，其中該擺動距離D為25.4 mm。
18. 如申請專利範圍第16至17項中任一項所述之研磨 墊，其中該研磨墊為圓形研磨墊。
19. 如申請專利範圍第18項所述之研磨墊，其中該些溝槽為多個同心圓溝槽。
20. 如申請專利範圍第19項所述之研磨墊，其中該擺動之方向為該些同心圓溝槽之徑向。
21. 如申請專利範圍第16至17項中任一項所述之研磨墊，其中該研磨墊為帶狀研磨墊。
22. 如申請專利範圍第21項所述之研磨墊，其中該些溝槽為多個直線型溝槽。
23. 如申請專利範圍第22項所述之研磨墊，其中該擺動之方向為垂直於該些直線型溝槽的縱向。
24. 一種研磨系統，包括：一研磨墊，該研磨墊上具有多個溝槽，且每一溝槽的寬度為W，且相鄰兩溝槽之間的間距為P；以及一物件，設置在該研磨墊上，且該物件在該研磨墊上有一擺動距離D，其中該擺動距離DP×N-W，N為正整數。
25. 如申請專利範圍第24項所述之研磨系統，更包括一物件載具，用以固持該物件於該研磨墊的表面上，並且使該物件於該研磨墊上擺動以及旋轉。
26. 如申請專利範圍第24項所述之研磨系統，更包括一承載台，用以承載該研磨墊，並且使該研磨墊旋轉或移動。
27. 如申請專利範圍第24項所述之研磨系統，其中該 擺動距離D為25.4 mm。
28. 如申請專利範圍第24至27項中任一項所述之研磨系統，其中該研磨墊為圓形研磨墊。
29. 如申請專利範圍第28項所述之研磨系統，其中該些溝槽為多個同心圓溝槽。
30. 如申請專利範圍第29項所述之研磨系統，其中該擺動之方向為該些同心圓溝槽之徑向。
31. 如申請專利範圍第24至27項中任一項所述之研磨系統，其中該研磨墊為帶狀研磨墊。
32. 如申請專利範圍第31項所述之研磨系統，其中該些溝槽為多個直線型溝槽。
33. 如申請專利範圍第32項所述之研磨系統，其中該擺動之方向為為垂直於該些直線型溝槽的縱向。