TWI446424B - 用於化學機械研磨之層狀絲柵 - Google Patents

Description

用於化學機械研磨之層狀絲柵

概括來說，本發明係有關於用於化學機械研磨的研磨墊的領域。本發明尤指一種具有研磨結構的研磨墊，其適用於化學機械研磨磁性基板、光學基板及半導體基板。

在積體電路與其他電子裝置製作過程中，牽涉到在半導體晶圓上的多層導電、半導電與介電材料之沈積與移除。有多種不同沈積技術可執行薄層的導電、半導電與介電材料的沈積。目前晶圓製程中，常用沈積技術包括有物理氣相沈積(PVD)(或稱為濺鍍)、化學氣相沈積法(CVD)、電漿增強型化學氣相沈積法(PECVD)、以及電化學電鍍等。常用移除技術包括了濕式及乾式等向性與非等向性蝕刻等。

當各層材料依序沈積與移除時，晶圓的最上層表面變得非平坦。但由於後續半導體製程(如金屬化製程)需要晶圓具有平整的表面，因此晶圓需要經過平坦化的處理。平坦化能有效移除不符合需要的表面形貌與表面缺陷，例如粗糙表面、聚結的材料、晶格損傷、刮痕、以及受污染的層或材料等。

化學機械平坦化或化學機械研磨(CMP)是應用於平坦化或研磨諸如半導體晶圓之工作件的常用技術。傳統化學機械研磨中，晶圓載體或研磨頭係設置於載具組合件上。在化學機械研磨裝置中，研磨頭固持晶圓，並將其定位成 與設置於工作台(table)或平台(platen)上之研磨墊之研磨層相接觸。載具組合件提供晶圓與研磨墊間之可控壓力。同時，漿液或其他研磨介質係分散至研磨墊上，並被吸入晶圓與研磨層間空隙。啟動研磨時，典型地研磨墊與晶圓相對彼此轉動。當研磨墊轉到晶圓底下時，晶圓掃出典型為環形之研磨軌道或研磨區域，其中晶圓表面正面面對研磨層。經由研磨層與位於表面上之研磨介質之化學或機械作用而研磨晶圓表面並使其平坦化。

針對化學機械研磨期間於複數研磨層、研磨介質與複數晶圓表面間的相互作用關係，過去十年中，提出了越來越多的研究、分析與先進數值分析模型期望能來達成研磨墊設計最佳化目標。由於開始將CMP作為半導體製造製程係本質上是以經驗為依據，多數研磨墊的研發涉及多種不同多孔或無孔的聚合物的試驗。許多關於研磨表面或研磨層的設計，係偏重於為這些層提供具有宣稱能提高研磨率、改善研磨均勻性、或降低研磨缺陷(刮痕、凹痕、剝離區、及其他表面或次表面的損傷)之各種微結構、孔洞區域(void area)與實心區域(solid area)的圖案，以及巨結構或表面貫穿孔或溝槽的排列，其宣稱提高研磨率、改善研磨均勻性、或降低研磨缺失(刮痕、凹痕、剝離區、及其他表面或次表面的損傷)。這些年來，僅有極少數不同的微結構與巨結構提出可提高化學機械研磨的效能。

對於傳統研磨墊而言，研磨表面的修整(conditioning)或整修(dressing)係維持一致研磨表面以穩定研磨效能的 關鍵因素。一段使用時間過後，研磨墊的研磨表面被磨損、研磨表面的微結構經磨平，該現象稱為光滑化(glazing)。光滑化的起因係源於研磨墊與操作工作件間接觸點所產生的摩擦熱與剪切所導致的聚合物材料的塑性流動。此外，化學機械研磨製程所產生的碎屑會卡在表面孔洞以及供研磨介質流經研磨表面之微管道。當上述現象發生，會導致化學機械研磨製程的研磨率降低，以及晶圓間或晶圓內的不均勻(non－uniform)研磨。修整會在研磨表面上產生新的紋理(texture)，而能有效維持化學機械研磨製程之所欲研磨率以及均勻性。

傳統之研磨墊修整係經由以修整碟進行機械式磨掉研磨表面而達成。修整碟具有粗糙的修整表面，該表面典型由嵌入的鑽石點所組成。在化學機械研磨製程之中，修整碟與研磨表面的接觸時間點為當研磨暫停時(異位)，或當化學機械研磨製程進行中(原位)任一者發生化學機械研磨製程間斷停止時。典型地，修整碟於相對於研磨墊轉動軸為固定之特定位置處轉動，於研磨墊轉動同時，掃出環形修整區。上述修整流程在研磨表面上切割出微溝，藉由研磨與挖鑿研磨材料而更新研磨表面紋理。

雖然研磨墊設計人員已透過研磨墊材料之製備與表面修整來產生各式微結構與表面紋理組態，然現有CMP研磨墊研磨紋理在二個重要層面上卻未達最佳。首先，於CMP實施中，於施用壓力下傳統CMP墊與典型工作件間的實際接觸面積為少數，一般只佔全部正面面對面積的幾個百分 比。這是傳統表面修整不夠精確的直接後果，傳統的表面修整相當於隨機將結構實心區域裂碎，留下一群各式形狀與高度的特徵或粗糙面(asperities)，致使只有其中最高者能實際與工作件接觸。其次，用來送走研磨碎屑與熱量之漿液流動空間會在研磨墊表面佔據一薄層，使得研磨廢料在完全由工作件下方輸送出去前與工作件距離十分接近。工作件與研磨墊間的漿液流必須流經極不規則表面，以及繞經橋接研磨墊與工作件完全垂直距離間的粗糙面。這使得工作件極可能重新接觸到耗盡的化學品以及剛剛去除的材料。傳統的研磨墊因為在表面紋理內之接觸力學與流體力學的交互影響(粗糙面的高度分佈對於良好接觸以及有效流體流動與運送均不利)，該微結構尚未完成最佳化。

化學機械研磨中的缺陷的形成導因於傳統研磨墊微結構的缺點。例如，倫哈德等人(Reinhardt et al.)在美國專利專利號US Pat.No.5,578,362當中揭露使用聚合物球面而在聚胺酯研磨墊中導入紋理。雖然尚未完全了解確切缺陷形成機制，一般的瞭解是降低缺陷形成需要極小化工作件上的極值點壓力。在給定施加負載與研磨壓力的條件下，實際點接觸壓力與實際接觸面積成反比。以3psi(20.7 kPa)研磨壓力運轉且具有所有粗糙突出點(asperity tips)為2%真實接觸面積(real contact area)之化學機械研磨製程中，觀察到實際上所有粗糙突出點(asperity tips)所遭遇到之工作件之垂直應力平均為150psi(1MPa)。此等 規模的應力足以造成表面與次表面損傷。傳統化學機械研磨墊其粗糙面的不規則形狀與鈍角同時也會導致不理想的流動型態(flow patterns)，流體在粗糙面的局部撞擊壓力可能很顯著，此外停滯或分流區域也會導致研磨碎屑與熱的累積，或創造出供粒子結塊的環境。

除了成為潛在缺陷形成源，傳統化學機械研磨墊之微結構尚未達成最佳化設計，這是因為墊表面修整典型為一種無法完全再現者。修整墊上的鑽石使用後產生鈍化現象，因而一段時間後就需要重新更換修整器，而在使用期間其有效性也隨著鈍化程度而遞變。修整流程同時也是化學機械研磨墊的磨損率重要成因之一。常見的情況是，95%的研磨墊磨損是由於鑽石修整器損耗所造成的，而只有5%的磨損是來自與工作件的直接接觸。因此，除了降低缺陷率以外，經改良的研磨墊微結構將能免除修整程序與延長研磨墊使用壽命。

排除研磨墊修整的關鍵在於設計出能自行更新之研磨表面，意即，研磨墊磨損後仍能保持同樣的必要形狀組態。為了能自行更新，研磨墊表面必須是使得磨損不會顯著造成實心區域的再塑形。這一點相對的需要實心區域不會持續遭遇到足以造成實質塑性流動之剪切與加熱，或實心區域可經設置而使其以將剪切與加熱分散給其他實心區域的方式回應剪切與加熱。

除了低缺陷率以外，CMP研磨墊研磨結構需具有優良平坦化效能。傳統墊的材料需在這兩個表現度量(低缺陷跟 平坦化效能)間做取捨，因為若欲達到較低缺陷設計，材料選用需趨向於較為軟順的材料，然而這些相同的改變將抵減平坦化效能。最終，平坦化需選用硬質平坦材料，而低缺陷需選用較不硬之保角材料。因此，單一種材料難以克服這些度量間的必要取捨。傳統墊結構中有多種解決此問題的方法，包括使用具有硬層與軟層相連的複合材料。儘管相較於單層結構，複合材料提供了改良，除此外尚未有已研發材料能同時提供理想平坦化效能以及零缺陷形成。

因此，只要當前化學機械研磨應用中仍存在研磨墊微結構與修整方法，就對於能達到與工作件間的更高真實接觸面積，與更有效的移除研磨碎屑之漿液流體型態，以及降低或消除重新紋理的必要性之CMP墊設計有需求。不僅於此，也對結合優良平坦化效能所需的剛硬結構以及低缺陷度所需的較不硬保角結構之CMP墊結構有需求。

本發明之一實施例係提供一種適用於在研磨介質存在下研磨磁性基板、光學基板、半導體基板之至少一者之研磨墊，該研磨墊包含堆疊在研磨絲之底層上之複數研磨絲層，該複數研磨絲層具有以各研磨絲層置於並連結到至少一下層研磨絲層上的依序堆疊型態，該複數研磨絲層係平行於該研磨墊的研磨表面，其中該複數研磨絲層的個別研磨絲位於平均至少三根研磨絲上，以形成具有互連研磨絲之開放柵狀結構之研磨墊。

本發明之另一實施例係提供一種適用於在研磨介質存在 下研磨磁性基板、光學基板、半導體基板之至少一者之研磨墊，該研磨墊包含堆疊在研磨絲之底層上之複數研磨絲層，該複數研磨絲層具有以在研磨絲間之各交界處，各研磨絲層置於並連結到至少一下層研磨絲層上的依序堆疊型態，該複數研磨絲層係平行於該研磨墊的研磨表面，其中該複數研磨絲層的個別研磨絲為聚合物且位於平均至少三根研磨絲上，以形成具有互連研磨絲之開放柵狀結構之研磨墊。

請參見圖式，第1圖係概略描述適於根據本發明之研磨墊104使用之雙軸化學機械研磨(CMP)機100的主要特徵。研磨墊104大體包含研磨層108，研磨層108具有正面面對物件(例如半導體晶圓112(經加工或未經加工)，或其他工作件，例如玻璃、平面顯示器或磁性資訊儲存磁碟等)之研磨表面110，以在研磨介質120存在下啟動工作件之研磨表面116之研磨程序。研磨介質120經由具深度128之視需要選用之螺旋溝槽124，而移動至研磨墊週緣122。為了方便說明，下面以「晶圓」一詞作為泛稱來描述。此外，如說明書中(包含申請專利範圍)所稱，「研磨介質」一詞包含了含有粒子的研磨溶液以及不含粒子的研磨溶液，如無研磨料研磨溶液以及反應型液相研磨溶液。

研磨機100包括固持在平台130上的研磨墊104。平台130藉由平台驅動機(未顯示)而沿轉動軸134轉動。晶圓112可由沿轉動軸142轉動之晶圓載體138支撐，該轉動軸142係平行位於一段距離外的平台130之轉動軸 134。晶圓載體138可配置萬向連接器(未顯示)，其允許晶圓112採非常輕微不平行於研磨層108的方位，於該狀況下轉動軸134、142可能非常輕微地偏斜。晶圓112包括面對研磨層108之研磨表面116，其係於研磨期間平坦化。晶圓載體138可由載體支撐組合件(未顯示)支撐，其設計來適用於轉動晶圓112並提供向下力F，該力用於將研磨表面116壓向研磨層108，使研磨時研磨表面與研磨層間存在適當壓力。研磨機100也可包括研磨介質流入口146，以供給研磨介質120至研磨層108。

熟習本領域技藝者將認知研磨機100可包括其他組件(未顯示)，例如系統控制器、研磨介質儲存與分散系統、加熱系統、清洗系統與控制研磨製程各個面向之各式控制器，例如下列：(1)用於晶圓112與研磨墊104之單一或二者的轉動率之速度控制器與選擇器；(2)用於改變研磨介質120到墊的配送位置與流率之控制器與選擇器；(3)用於控制施加於晶圓與研磨墊之間之施力F的幅度之控制器與選擇器；以及(4)用於控制晶圓轉動軸142相對於研磨墊轉動軸134的相對位置之控制器、致動器與選擇器。

研磨期間，研磨墊104與晶圓112繞著它們各自的轉動軸134、142轉動，且研磨介質120由研磨介質流入口146分散到轉動中的研磨墊。研磨介質120散佈到研磨層108上，包含晶圓112下的間隙與研磨墊104。研磨墊104與晶圓112轉動速度典型但非必須設定在0.1rpm到150rpm之間。施力F的幅度典型但非必須設定為使晶圓112與研 磨墊104間能提供0.1psi到15psi之間(即6.9kPa到103kPa之間)之期望壓力。可能實施方式尚包含以網狀形式設置研磨墊或令研磨墊直徑小於被研磨基板直徑。

本發明包含提供一種適於在研磨介質存在下研磨磁性基板、光學基板、半導體基板112之至少一者之研磨墊104。請參見第2至2B圖，其中研磨墊104(參見第1圖)具有研磨絲202之複數絲層200(參見第2圖)，研磨絲202係以垂直排列方式堆疊於研磨絲202之底層204上。研磨絲202之底層204可連結到底層材料240，其協助研磨墊104設置於並黏附至平台130表面上。位於底層204上方之研磨絲202之各個依序排列之絲層200，於幾何學上係以平行於其研磨表面208之水平平面轉個方向的方式設置，其中研磨絲202被下方絲層200支撐並黏附至下方絲層200。就本說明書之目的而言，與研磨表面平行亦即代表與正對研磨表面116之整體呈現研磨墊104表面相平行。於水平平面上之幾何學轉向，使得各絲層200朝不同於位於其上方之絲層200以及位於其下方之絲層200之方向設置。如此一來，各絲層200之研磨絲202便會與其上方絲層200以及其下方絲層200的研磨絲202間呈一角度。

有利地，各研磨絲202具有足以為至少三根下方研磨絲202所支撐之長度。有利地，各研磨絲202具有二端，且各端位於研磨墊104之週緣。延伸線型的研磨絲202提供非常高的表面面積/體積比例，其有助於研磨期間的散熱。在本實施例中，各絲層200與其上方絲層200間，於 平行於研磨表面208之平面上之夾角為90°，如此形成具有研磨絲202且於各交界處206加以牢固之複數絲層200之依序堆疊物，以形成研磨墊104，該研磨墊104具有互連之研磨絲202的開放柵狀結構210。為了結構的整體性，研磨絲202與另一研磨絲202需在至少一交接處206加以牢固。藉此，開放柵狀結構210建構出互連研磨絲202的設計結構。在另外的實施例中，可隨機或交錯式地將研磨絲固定在交接處。然而，為使研磨效能有最佳的一致性，各交接處206將下方研磨絲連結到上方研磨絲。互連開放柵狀結構210使得能夠形成剛性研磨墊，其在研磨表面上具有局部變形性。此一剛性與局部變形性的組合提供了傳統墊無法達到之低缺陷率平坦化之可行性。再者，開放柵狀結構210提供了較傳統墊(具有較少空隙度之較低微結構與較低表面/體積比例)改善之流體流動與散熱之優勢。

第3圖描繪研磨絲層300，其依序堆疊形成具有高空隙度(void fraction)或高開放體積/實心體積比率的開放柵狀網路結構310。絲層300由一系列相似或相同之巨觀或微觀研磨絲302組成研磨墊，其中各研磨絲302於多處受束縛。較佳地，研磨絲302具有微觀尺寸以形成微紋理。微觀尺寸進一步提供增加表面面積/體積比而促進接觸點的散熱的優點。典型地，彼等絲具有小於1mm之平均寬度。最佳地，彼等絲具有小於0.2mm(200μm)之平均寬度。雖然可製造纖細如10μm平均寬度之絲，但典型地至少100μm之平均寬度為改良平坦化提供足夠剛性。視需要地， 將絲層300置於底層絲層304上。除此外，亦可以提供底層材料340。

將研磨絲302束縛而形成於三度空間互連的開放柵狀結構，而使開放柵狀網路結構310在剪切、彎折與擠壓等各方面具有所需剛性。這些特點以在長度規模給予良好的平坦化效率所需剛性，以及於較短長度規模允許較低缺陷率所需柔度之方式發揮作用。此外，較之使用傳統研磨墊所得者，這些特徵同時提供較高的墊與晶圓間的真實接觸面積以及較佳的研磨墊與晶圓間的研磨液流型態，亦能提供自行更新結構，而免除對於傳統鑽石墊修整程序需求。然而，於許多應用中，仍期望以刷子(例如聚合物刷子)來進行修整來移除碎屑。

與其中表面紋理或粗糙面為材料移除或重新塑形製程(例如修整製程)的殘留物之習知技藝CMP墊相反，本發明墊的紋理係以具有精確幾何形狀之研磨絲堆疊層所建構。為了說明方便，研磨紋理係顯示為平行研磨表面之實質水平單元所組成。這些絲可具有圓形、正方形、三角形、長方形、多角形或其他形狀之橫切面。就研磨期間之接觸面積而言，正方形與長方形橫切面較同樣尺寸之圓形或三角形橫切面來的高。就本說明書之目的而言，接觸面積代表了與具2psi(13.8kPa)的靜向下力(static force)之光學平坦斜面(optically flat slide)相接觸的面積。根據艾莫笛與麥道菲(C.L.Elmufdi and G.P.Muldowney)在2006年材料研究協會春季會議議程(Proceedings of Material Research Society(MRS)Spring Meeting,2006)中發表的論文「一種用於量測化學機械平坦化中墊－晶圓接觸面積之新光學技術」(A Novel Optical Technique to Measure Pad－Wafer Contact Area in Chemical Mechanical Planarization)所描述之技術，根據本發明建構之研磨墊在共聚焦顯微鏡下所測量之接觸面積至少有10%。舉例來說，運用共聚焦顯微鏡量測技術，研磨墊可具有10%至80%的接觸面積，以及有利為20%至75%的接觸面積。研磨期間接觸面積的提高，特別適用於仰賴與研磨墊粗糙面之接觸來提升移除率的無研磨料研磨溶液。再者，由具有正方形或長方形橫切面的研磨絲所提供之與研磨表面呈直角的垂直邊牆，能在研磨墊磨損後提供均勻之接觸面積，而導致相較其他橫切面之絲所得，其提供較均勻之研磨效能。較佳地，當研磨墊磨穿研磨絲的各層時，絲的平均橫切面變化率小於20%。最佳地，當研磨墊磨穿研磨絲的各層時，絲的平均橫切面變化率小於10%。

當絲層相繼磨損時，各絲層將變成具有實質不變之接觸面積之新的研磨表面。若給定層之不連續區域中的絲的方向改變的話，則接觸面積不發生變化。如第4圖與第4A圖所示，視需要地於各絲層中之水平研磨絲402係經排列而形成區域412，使得於給定區域412中之所有研磨絲402實質朝同一方向，但區域412間之研磨絲402之方向可不相同。特別地，於共用一邊界的任二區域412中，位於一絲層400中之研磨絲402之方向不同。於各區域412內， 研磨絲層400依序堆疊於底層404上，而形成均勻的研磨表面408。與第2至2B圖中之實施例(其中各研磨絲202具有二端，且各端係位於研磨墊104之週緣)相異，顯示於第4圖與第4A圖之實施例之研磨絲402，若區域412不位於研磨墊104之週緣，則其所具有的二端係位於區域412之邊緣，若區域412其本身位於研磨墊104之週緣，則研磨絲二端位於研磨墊104之週緣，因此至少會以研磨墊104之週邊定義至少一側。第4圖與第4A圖中實施例提供與第2至2B圖所示開放柵相同之益處，除此之外，其具有額外的特點為任何給定絲層400中之研磨溶液流同時沿著多個方向發生，彼等方向係由不同區域412中研磨絲402之不同方向所支配，此與在任何給定絲層200中的研磨溶液流只有單一方向(由研磨絲202所支配)流動相反。

更者，穿過研磨墊的孔洞，導電內襯溝槽(conductive－lined groove)之引入或一或多個導體(例如導電光纖、導電網絡、金屬網或金屬線)之整合，能使該墊轉變成Ecmp((亦即電化學機械平坦化electrochemical mechanical planarization)研磨墊。這些墊的三維網絡結構能有利於eCMP應用所需之流體流量並維持一致表面結構。提高的流體流量改善了eCMP製程中已耗盡電解質的移除，而改善eCMP製程的均勻性。

第5圖與第5A圖描繪由研磨絲層500所製造之eCMP研磨墊的例子。各研磨絲層500包含交錯之導電絲501與非導電絲503。導電絲501與非導電絲503進一步組織成 區域512。應用中可藉由使晶圓與導電絲501帶電荷而形成eCMP墊。介於導電絲501與晶圓間的電動勢有助於晶圓金屬表面之電熔解(electro－dissolution)。視需要地，可將區域512進一步分為交錯的陽極514與陰極516以在各區域中的絲間產生局部電勢。絲間的電勢亦可驅動金屬電熔解而進行eCMP。視需要地給定區域512中所有的絲係適於作為陰極之材料’而相鄰區域512中所有的絲係適於作為陽極(未表示於第5圖與第5A圖中)。此組態亦可於相鄰區域512間產生局部電勢，而驅動eCMP之金屬電溶解，但是，其長度尺規較之在單一區域內交錯設置陽極性與陰極性絲達到所需長度規模來的大。

第6圖描繪研磨柵610，其具有上方研磨絲層607與下方研磨絲層605，上方研磨絲層607在下方研磨絲層605上方之水平平面上相較於下方研磨絲層605轉了45∘。旋轉45∘的優點在於使交接處606相較於同樣大小研磨絲以90∘交錯形成的交接處具有更大的表面面積，以提供更強的連結與支撐力。研磨絲層605與研磨絲層607以無縫方式相連以於研磨絲層間提供連續材料。

本發明不僅涵蓋規則層狀絲柵，同時也涵蓋不規則層狀絲柵。有數種方式可將絲柵不規則化。首先，給定層中平行構件(member)的間隔可能為週期性、隨機或非對等。其次，每層厚度可能不相等。第三，不同層構件的主要方向間的偏移角度可變化。第四，若有局部平行單元的區域，則其於任何給定層中可具有各式大小而非如第5圖中所示 具有相同大小。第五，研磨絲可能具有彎曲、波浪或螺旋狀型態。

較佳例中，橫跨整各研磨墊，研磨絲之寬度與傾斜度應該一致或幾近一致；或橫跨研磨絲區域研磨絲之寬度與傾斜度應該一致。視需要地，可調整不同範圍中研磨絲的密度以微調移除率以及研磨或晶圓的均勻度。再者，可採用使其形成開放溝或溝槽，例如圓形溝、X－Y溝、放射狀溝、彎曲放射狀溝或螺旋溝之方式來排列研磨絲單元。視需要性引入溝係有利於大型碎屑的移除並可改進研磨與晶圓的均勻度。

研磨絲的尺寸與間隔係經選擇以提供墊與晶圓間的高接觸面積，以及供漿液移除研磨碎屑之適當開放流動面積這兩者。但本質上這些目標間是互償的：在研磨紋理之可用空間中增加更多的研磨絲或更大的研磨絲可擴大接觸面積，然而卻會減少開放流動面積並對藉由漿液移除研磨碎屑產生更多障礙。另外，縮小研磨絲的橫切面，可減低晶圓在研磨墊上水面滑行(hydroplane)的程度，並可減低研磨墊與晶圓間的黏滯(stiction)。視需要地，測量底層以上之研磨絲，其所佔研磨墊體積小於80%。舉例來說，測量底層以上之研磨絲，研磨絲所佔研磨墊體積可能小於75%。典型地，測量底層以上之研磨絲，研磨絲所佔研磨墊體積將為5%至75%。典型地，為了具有高接觸面積所設計的研磨墊，研磨絲所佔研磨墊體積為40%至80%(測量底層以上之研磨絲)。

由於本發明之基本特徵在於取得接觸面積與流體面積間最有利的平衡，研磨絲選用必須纖細且間隔恰當。通常取正方形橫切面，寬度為w 傾斜度為p (距離量測係由中心到中心)，則正對晶圓之接觸面積之部分為(w/p )，而給定絲層中流體面積部分則為(1－w/p )。研磨絲寬度相對於研磨絲傾斜度之比例視需要最高為0.8，其對應80%之接觸面積部分與20%之流體面積部分；該比例最佳為最高0.6，其對應60%之接觸面積部分與40%之流體面積部分。例如，具有相同寬度之研磨絲，且研磨絲以寬度/傾斜度比例為0.5間隔，則其對應之接觸面積部分與流體面積部分皆為50%。某些應用中，偏向選用非常大的流體面積，例如研磨絲寬度/研磨絲傾斜度為0.2，其相對應接觸面積部分為20%而流體面積部分為80%。值得注意的是，即使是接觸面積部分僅為20%，其仍顯著高於即使是在鑽石修整程序後之傳統研磨墊材料所得結果。

典型地，以柵形排列的研磨絲同時可以發揮在研磨墊表面下收集或捕捉碎屑的功能。此特徵藉由於研磨期間將有害碎屑捕捉於不會接觸或刮傷物件表面之位置而有助於減少缺陷度。另外，彼等研磨絲也有在研磨絲間具有夠大的間隔之優勢，即因為研磨產生之摩擦熱所導致研磨絲變形與塑性流動不足以跨過研磨絲間的間隙而橋連。

視需要地，可藉由選擇研磨絲橫切面形狀使主要發生在水平方向之漿液流動能流線化，而進一步最佳化研磨漿液流動。藉由整體流線化達成最小流體阻力屬已為大眾所 接受之工程學上的規範，且已形成部分常規應用在飛機、船隻、汽車、自動推進器及其他相對氣體或是液體移動之物體設計中之科學。主導這些現今人類尺規之物體的流體公式也同樣應用於CMP墊巨結構與微結構的尺規。主要流體化係由選擇無銳利轉換之漸彎的橫切面所組成，如此一來，外部流體可順利流經橫切面周圍，而不會與表面分離及形成回流渦流而耗費流體能量。單就這一點考量，圓形比起正方形或長方形橫切面，其作為研磨絲橫切面更為理想。然而，正方形或長方形則具有研磨絲磨損期間將接觸面積之變動極小化的優點。視需要地研磨絲可具有平衡此二目標之橫切面，像是正方形帶圓角之橫切面設計使接觸面積具小變動，例如少於20%，但仍達成某些流線化好處。

研磨墊可視需要包含附墊，需注意附墊並不是必須設計，且研磨層可經底層直接固定至研磨機平台(如第1圖之平台130)。研磨層也可藉底層以任何適合方式(如黏合劑黏合等)固定至附墊，黏合劑黏合如使用壓力敏感黏合層、熱熔黏合劑、熱接合(bonding)、化學接合、超音波接合等。底層或附墊可作為接附研磨單元的研磨底層。

可應用的製造方式有很幾種。若是較大規模網狀物則可能包含：微機械、雷射、流體噴射蝕刻，與其他起始固體質量移除方法；與其他聚焦雷射聚合、研磨絲噴出、纖維旋轉、優先光烘焙固化、生物培養或其他初始零體積中之材料建構方法。若是小規模網狀物則包括結晶、晶種聚合、微影；或其他可能使用的優先材料沈積技術，以及電 泳、相結晶或其他建立樣版執行後進材料自行合成之方法。

研磨絲可由任何適當材料製成，例如聚碳酸酯類、聚碸類、尼龍類、聚醚類、聚酯類、聚苯乙烯類、丙烯酸系聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯類、聚氯乙烯類(polyvinylchlorides)、聚氟乙烯類(polyvinylfluorides)、聚乙烯類、聚丙烯類、聚丁乙烯類(polybutadienes)、聚伸乙亞胺類(polyethylene imines)、聚胺酯類、聚醚碸類、聚醯胺類、聚醚醯亞胺類(polyether imides)、聚酮類、環氧樹脂類、聚矽氧類、彼等之共聚物(例如聚醚－聚酯共聚物)或彼等之混合物。研磨絲亦可由非聚合物材料製成，例如陶瓷、玻璃、金屬、石質、木頭或其他簡單材料之固相，例如冰。研磨絲也可以由聚合物與一種或多種非聚合物材料之複合物製成。

一般而言，研磨絲材料的選擇受限於其以所欲方式研磨特定材料製成之物件之適適用性。同樣地，附墊可用任何適合材料製成，如上述研磨絲之材料。研磨墊可視需要包括一固定器，用於將研磨墊固定到研磨機之平台，如第1圖所示之平台130。固定器可例如為黏合層，如壓力敏感黏合層、熱熔黏合劑；機械固定器，如掛勾與扣環固定器的掛勾或扣環部份。本發明之範疇同時包含實施一種或多種光纖終點裝置，或類似傳輸裝置來佔據柵狀結構之一或多個孔洞空間。

本發明提供了同時增加接觸面積與研磨墊剛性之優勢。特別是本發明提供了高接觸面積與可輕易地移除研磨 碎屑墊中之有效流體流量。更者，本發明允許對研磨絲剛性、高度與傾斜度進行調整以控制與基板接觸之動力機制。再者，研磨絲均勻的橫切面面積與許研磨多重基板，像是具有類似研磨特性之圖案化晶圓。最後剛性與表面局部變形的柵結構之應用，實現了傳統墊所不能達到的降低平坦化缺陷的目的。

100‧‧‧雙軸化學機械研磨機

104‧‧‧研磨墊

108‧‧‧研磨層

112‧‧‧半導體晶圓

110‧‧‧研磨墊之研磨表面

116‧‧‧工作件之研磨表面

120‧‧‧研磨介質

122‧‧‧週緣

124‧‧‧螺旋溝槽

128‧‧‧深度

130‧‧‧平台

134、142‧‧‧轉動軸

138‧‧‧晶圓載體

146‧‧‧研磨介質流入口

200‧‧‧複數絲層

202、402‧‧‧研磨絲

204、404‧‧‧底層

206‧‧‧交界處

208、408‧‧‧研磨表面

210‧‧‧開放柵狀結構

240、340‧‧‧底層材料

300‧‧‧絲層

302‧‧‧研磨絲

304‧‧‧底層絲層

310‧‧‧開放柵狀網路結構

400、500‧‧‧研磨絲層

412、512‧‧‧區域

501‧‧‧導電絲

503‧‧‧非導電絲

514‧‧‧陽極

516‧‧‧陰極

605‧‧‧下方研磨絲層

606‧‧‧交接處

607‧‧‧上方研磨絲層

610‧‧‧研磨柵

F‧‧‧向下力

第1圖係適用於本發明之雙軸研磨機之一部分的立體圖；第2圖係本發明之層狀絲研磨墊之前視圖；第2A圖係第2圖之層狀絲研磨墊之側視圖；第2B圖係第2圖之層狀絲研磨墊之俯視圖；第3圖係本發明之一層狀絲研磨墊之立體圖；第4與4A圖係分別為於單一結構內具有交錯區域之層狀絲研磨墊之俯視圖與側視圖；第5與5A圖係分別為具有適用於電解研磨之交錯導電與非導電絲之層狀絲研磨墊之俯視圖與側視圖；以及第6圖係具有呈某角度絲之層狀絲研磨墊之俯視圖。

605‧‧‧下方研磨絲層

606‧‧‧交接處

607‧‧‧上方研磨絲層

610‧‧‧研磨柵

Claims (10)

1. 一種適用於在研磨介質存在下研磨磁性基板、光學基板、半導體基板之至少一者之研磨墊，該研磨墊包含堆疊在研磨絲之底層上之複數研磨絲層，該複數研磨絲層具有以各研磨絲層置於並連結到至少一下方研磨絲層上的依序堆疊型態，該複數研磨絲層係平行於該研磨墊的研磨表面，其中該複數研磨絲層的個別研磨絲位於平均至少三根研磨絲上，以形成具有互連研磨絲之開放柵狀結構之研磨墊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該研磨絲層係由聚合物材料所形成，而該個別研磨絲具有小於1mm的平均寬度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該個別研磨絲具有與該研磨墊的研磨表面呈直角之垂直邊牆。
4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨墊，其中該個別研磨絲具有正方形或長方形橫切面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該研磨墊具有周緣，而該個別研磨絲具有各自結束於該周緣之二端。
6. 一種適用於在研磨介質存在下研磨磁性基板、光學基板、半導體基板之至少一者之研磨墊，該研磨墊包含堆疊在研磨絲之底層上之複數研磨絲層，該複數研磨絲層具有以在研磨絲間之各交界處，各研磨絲層置於並連結到下方研磨絲層上的依序堆疊型態，該複數研磨絲層係 平行於該研磨墊的研磨表面，其中該複數研磨絲層的個別研磨絲係為聚合物，並位於平均至少三根研磨絲上，以形成具有互連研磨絲之開放柵狀結構之研磨墊。
7. 如申請專利範圍第6項所述之研磨墊，其中該開放柵狀結構具有交錯之導電絲與非導電絲。
8. 如申請專利範圍第6項所述之研磨墊，其中該研磨絲層係由聚合物材料所形成，而該個別研磨絲具有小於0.2mm的平均寬度。
9. 如申請專利範圍第6項所述之研磨墊，其中該個別研磨絲具有與該研磨墊的研磨表面呈直角之垂直邊牆，且該個別研磨絲具有正方形或長方形橫切面。
10. 如申請專利範圍第6項所述之研磨墊，其中該研磨墊具有周緣，而該個別研磨絲具有各自結束於該周緣之二端。