TWI535527B - 研磨方法、研磨墊與研磨系統 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種研磨技術，且特別是有關於一種可提供研磨液具有不同的流場分布之研磨墊、研磨系統與研磨方法。
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，化學機械研磨製程經常為產業所使用。一般來說，化學機械研磨製程是藉由供應具有化學品混合物之研磨液於研磨墊上，並對被研磨物件施加一壓力以將其壓置於研磨墊上，且在物件及研磨墊彼此進行相對運動。藉由相對運動所產生的機械摩擦及研磨液的化學作用下，移除部分物件表層，而使其表面逐漸平坦，來達成平坦化的目的。
圖1是習知之一種研磨墊的上視示意圖，圖1A是圖1中的研磨墊沿著線段A-A’的剖面圖。請參照圖1，研磨墊100包括研磨層102與多個圓形溝槽104，這些圓形溝槽104是以同心圓的方式配置在研磨層102中用來容納研磨液。在進行研磨時，研磨層102與物件105(例如為晶圓)的表面相接觸，同時研磨墊100沿著旋轉方向101轉動。在研磨墊100轉動的同時，研磨液持續地供應至研磨墊100上並流經研磨層102與物件105之間。
由圖1A所示，部分研磨液藉由研磨墊100轉動產生之離心力(centrifugal force)，使研磨液自圓形溝槽104以徑向地向外方向流動至研磨層102表面，如流動方向103所示。在進行研磨時，研磨液的流場分布會影響研磨特性。因此，提供具有使研磨液流場分布不同的研磨墊為產業選擇，以因應不同研磨製程的需求是需要的。
有鑑於此，本發明提供一種研磨墊，能夠使研磨液具有不同的流場分布。
本發明提供一種研磨系統，能夠使研磨液具有不同的流場分布
本發明提供一種研磨方法，能夠使研磨液具有不同的流場分布。
本發明提出一種研磨墊，至少包括一研磨層與配置在研磨層中的表面圖案。此研磨層具有研磨面、旋轉中心區域及周圍區域。而上述表面圖案至少包括複數個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布之溝槽，這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有左側壁與右側壁，其中這些左側壁群組與這些右側壁群組其中之一群組與研磨面具有第一夾角，此第一夾角為一鈍角。
本發明提出一種適用於具有一旋轉方向之研磨系統之研磨墊，至少包括一研磨層與配置在研磨層中的表面圖案。此研磨層具有研磨面、旋轉中心區域及周圍區域。而上述表面圖案至少包括複數個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布之溝槽，這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有左側壁與右側壁，其中這些左、右側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，此傾斜方向為上述旋轉方向的反方向。
本發明提出一種研磨系統，包括載具與研磨墊。上述載具用以固持研磨物件，而研磨墊固定於研磨平台上。另外，上述研磨墊至少包括一研磨層與配置在研磨層中的表面圖案。此研磨層具有研磨面、旋轉中心區域及周圍區域。而上述表面圖案至少包括複數個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布之溝槽，這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有左側壁與右側壁，其中這些左側壁群組與這些右側壁群組其中之一群組與研磨面具有第一夾角，此第一夾角為一鈍角。
本發明提出一種研磨系統，包括載具與研磨墊。上述載具用以固持研磨物件，而研磨墊固定於具有一旋轉方向之研磨平台上。另外，上述研磨墊至少包括一研磨層與配置在研磨層中的表面圖案。此研磨層具有研磨面、旋轉中心區域及周圍區域。而上述表面圖案至少包括複數個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布之溝槽，這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有左側壁與右側壁，其中這些左、右側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，此傾斜方向為上述旋轉方向的反方向。
本發明提出一種研磨方法。首先，使用研磨墊進行研磨一研磨物件，此研磨墊沿一旋轉方向旋轉。上述研磨墊包括研磨層與配置在研磨層中的表面圖案。此研磨層具有研磨面、旋轉中心區域及周圍區域。而上述表面圖案至少包括複數個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布之溝槽。這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有左側壁與右側壁，其中這些左側壁群組與這些右側壁群組其中之一群組與研磨面具有第一夾角，此第一夾角為一鈍角。
本發明提出一種研磨方法。首先，使用研磨墊進行研磨一研磨物件，此研磨墊沿一旋轉方向旋轉。上述研磨墊包括研磨層與配置在研磨層中的表面圖案。此研磨層具有研磨面、旋轉中心區域及周圍區域。而上述表面圖案至少包括複數個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布之溝槽。這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有左側壁與右側壁，其中這些左、右側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，此傾斜方向為上述旋轉方向的反方向。
本發明之研磨墊、研磨系統與研磨方法，藉由研磨墊具有傾斜方向的溝槽側壁，使得研磨液能夠順著溝槽側壁的傾斜方向而流至研磨層的表面，以提供研磨液具有不同的流場分布。
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2A~圖2F是依照本發明一實施例所繪示的研磨墊的上視圖。在本實施例中，研磨墊200沿著箭頭211的方向逆時針轉動。研磨墊200之研磨層具有研磨面與配置於研磨層中之表面圖案，表面圖案為複數個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布的溝槽所組成(如圖2A~圖2F粗黑線所示)。這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，各溝槽的溝槽截面皆分別具有左側壁與右側壁，且這些左側壁群組與這些右側壁群組其中之一群組與研磨面之間的夾角為鈍角。在一實施例中，這些溝槽側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，而此傾斜方向為沿著研磨墊200旋轉方向211的反方向。
以圖2A而言，溝槽202是直線形，而所組成之表面圖案為呈放射狀分布配置在研磨層中，溝槽202的虛擬延伸線橫跨旋轉中心。也就是說，溝槽202的其中一端點(內側端點)位於靠近旋轉中心區域，而另一端點(外側端點)位於靠近周圍區域。然而，溝槽亦可橫跨旋轉中心，且其兩端點皆位於靠近周圍區域，如圖2B、圖2C所示之溝槽202。
而這些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有二個側壁。為了方便說明，以下以沿著同一半徑之圓周方向切線I-I’的溝槽截面210來進行說明。這些溝槽截面210各具有一左側壁202a與一右側壁202b(視向為自周圍區域到旋轉中心區域)，其中左側壁202a與研磨面201之間的第一夾角θ1為鈍角，即θ1大於90度；右側壁202b與研磨面201之間的第二夾角θ2為銳角，即θ2小於90度。其中，相對於研磨墊200的旋轉方向(如箭頭211所示)，右側壁202b為前端側壁202b，而左側壁202a為後端側壁202a。也就是說，相對於研磨墊200旋轉方向211，溝槽截面210之後端側壁202a與研磨面201間之夾角為鈍角。換句話說，相對於研磨墊200旋轉方向211，溝槽截面210之後端側壁202a具有一個傾斜角度。上述溝槽截面210雖以相同的傾斜角度繪示，但並非用以限定本發明之範圍，其中各溝槽截面亦可具有不相同的傾斜角度。
而在研磨墊200轉動時，相對於研磨墊200的旋轉方向(如箭頭211所示)，溝槽202中的研磨液會沿著研磨墊200旋轉方向的反方向(如箭頭213的方向)流至研磨面201。據此，當溝槽202相對於研磨墊200旋轉方向211之後端側壁202a具有一個傾斜角度時，溝槽202內的研磨液較容易由溝槽202的後端側壁202a而流至研磨面201，以提供研磨液具有不同的流場分布。
在一實施例中，後端側壁202a與研磨面201間的第一夾角θ1為鈍角，即θ1大於90度，例如是介於100度至150度，更例如是介於120度至140度；而前端側壁202b與研磨面201間的第二夾角θ2為銳角，即θ2小於90度，例如是介於30度至80度，更例如是介於40度至60度。因此，相對於研磨墊200旋轉方向211，所經過的溝槽側壁與研磨面201間之夾角，依序為銳角與鈍角交錯配置。換句話說，這些溝槽側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，而此傾斜方向為沿著研磨墊200旋轉方向的反方向。其中，這些側壁與該研磨面之垂直方向的夾角，例如為介於30度至80度，更例如是介於40度至60度。另外，後端側壁202a與前端側壁202b可為相互平行，也就是第一夾角θ1與第二夾角θ2總和為180度。如此，隨著研磨過程造成研磨層的磨耗，仍可使研磨面201的接觸面積保持固定。
除了在研磨墊200中設置如圖2A所示之溝槽202(在此特別將之稱為主要溝槽202，以與後續之輔助溝槽作為區別)之外，亦可同時設置其他輔助溝槽。如圖2B所示，除了直線形放射狀配置在研磨層中的主要溝槽202之外，在圖2B中更設置了輔助溝槽204介於主要溝槽202間。另外，如圖2C所示，除了呈直線形放射狀分布配置在研磨層中的主要溝槽202之外，在圖2C中更設置了輔助溝槽205介於主要溝槽202間，其中輔助溝槽205的內側端點與主要溝槽202相連，且與主要溝槽202間具有一夾角α，此夾角方向(從主要溝槽202至輔助溝槽205)與研磨墊200旋轉方向相同。以圖2C所示為例，研磨墊200的旋轉方向為正向(即逆時針方向，如箭頭211所示)，輔助溝槽205與主要溝槽202間的夾角α之夾角方向亦為正向，夾角α例如是介於5度至45度。此輔助溝槽205的設計可在研磨墊200旋轉時將一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流場分布。上述這些輔助溝槽204、205例如是自研磨墊200某一半徑區域向外延伸至靠近周圍區域，如圖2B、圖2C所示，以減少靠近旋轉中心區域與靠近周圍區域間的溝槽密度差異。但不以此限制本發明之範圍，這些輔助溝槽204、205亦可以自研磨墊200不同半徑區域向外延伸至靠近周圍區域。
上述圖2B、圖2C中，主要溝槽202與輔助溝槽204、205相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有二個側壁。其中，相對於研磨墊200旋轉方向211之後端側壁與研磨面間具有鈍角之夾角，使研磨液較容易由溝槽的後端側壁流至研磨面，以提供研磨液具有不同的流場分布，其餘進一步的構造及特徵皆與圖2A相似，故在此不再贅述。
在另一實施例中，研磨墊200中亦可設置如圖2D所示之溝槽206(在此特別將之稱為主要溝槽206，以與後續之輔助溝槽作為區別)，溝槽206是呈直線形放射狀分布配置在研磨層中，但溝槽206的虛擬延伸線沒有橫跨旋轉中心。溝槽206的其中一端點(內側端點)位於靠近旋轉中心區域，而另一端點(外側端點)位於靠近周圍區域。溝槽206的外側端點與研磨墊200之半徑R有一交點，且半徑R與溝槽206之間有一夾角β，此夾角方向(從半徑R至溝槽206)與研磨墊200旋轉方向相同。以圖2D所示為例，研磨墊200的旋轉方向為正向(即逆時針方向，如箭頭211所示)，半徑R與溝槽206之間的夾角β的夾角方向亦為正向，夾角β例如是介於1度至30度。此種溝槽206設計可在研磨墊200旋轉時將一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流場分布。
根據本發明之另一實施例，如圖2E所示，此實施例之研磨墊200與圖2D相似，不同之處在於，圖2E之研磨墊200除了主要溝槽206之外，更包括了輔助溝槽207。輔助溝槽207例如是自研磨墊200某一半徑區域向外延伸至靠近周圍區域，以減少靠近旋轉中心區域與靠近周圍區域間的溝槽密度差異。但不以此限制本發明之範圍，這些輔助溝槽亦可以自研磨墊200不同半徑區域向外延伸至靠近周圍區域。特別是，主要溝槽206的外側端點與研磨墊200之半徑R1有一交點，且半徑R1與主要溝槽206之間有一夾角γ1，且此夾角γ1的方向(從半徑R1至主要溝槽206)與研磨墊200旋轉方向211相同。另外，輔助溝槽207的外側端點與另一半徑R2有一交點，且半徑R2與輔助溝槽207之間有一夾角γ2，且此夾角γ2的方向(從半徑R2至輔助溝槽207)亦與研磨墊200旋轉方向211相同。舉例來說，研磨墊200的旋轉方向為正向(即逆時針方向，如箭頭211所示)，夾角γ1的方向與此夾角γ2的方向亦為正向，夾角γ1、γ2分別例如是介於1度至30度。此種主要溝槽206與輔助溝槽207的設計可在研磨墊200旋轉時將一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流場分布。
根據本發明之又一實施例，如圖2F所示，此實施例之研磨墊200與圖2D相似，不同之處在於，圖2F之研磨墊200除了主要溝槽206之外，更包括了輔助溝槽208介於主要溝槽206間，其中輔助溝槽208的內側端點與主要溝槽206相連。此外，輔助溝槽208例如是自研磨墊200某一半徑區域向外延伸至靠近周圍區域，以減少靠近旋轉中心區域與靠近周圍區域間的溝槽密度差異。但不以此限制本發明之範圍，這些輔助溝槽亦可以自研磨墊200不同半徑區域向外延伸至靠近周圍區域。特別是，主要溝槽206的外側端點與研磨墊200之半徑R有一交點，且半徑R與主要溝槽206之間有一夾角γ1，且此夾角γ1的方向(從半徑R至主要溝槽206)與研磨墊200旋轉方向211相同。另外，輔助溝槽208的內側端點與主要溝槽206相連，且與主要溝槽206之間有一夾角γ2，且此夾角γ2的方向(從主要溝槽206至輔助溝槽208)亦與研磨墊200旋轉方向211相同。舉例來說，研磨墊200的旋轉方向為正向(即逆時針方向，如箭頭211所示)，夾角γ1的方向與夾角γ2的方向亦為正向，夾角γ1例如是介於1度至30度，夾角γ2例如是介於5度至45度。此種主要溝槽206與輔助溝槽208的設計可在研磨墊200旋轉時將一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流場分布。
上述圖2D之主要溝槽206及圖2E、圖2F中之主要溝槽206與輔助溝槽207、208，相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有二個側壁。其中，相對於研磨墊200旋轉方向211之後端側壁與研磨面間具有一鈍角之夾角，使研磨液較容易由溝槽的後端側壁流至研磨面，以提供研磨液具有不同的流場分布，其餘進一步的構造及特徵皆與圖2A相似，故在此不再贅述。
除了上述幾種具有直線形溝槽之研磨墊之外，在本發明之其他的實施例中，研磨墊的單一個直線形溝槽亦可為多個片段形(例如是直線狀片段形)或孔洞形(例如是圓孔形)溝槽排列成弧形來取代，而其所組成之表面圖案以放射狀分布配置在研磨層中。
圖3A~圖3C是依照本發明另一實施例所繪示的研磨墊的上視圖。在此，研磨墊300沿著箭頭311的方向逆時針轉動。圖3A~圖3C的研磨墊300僅是溝槽形狀與圖2A有所不同，其餘構造皆與圖2A相似或相同。以圖3A而言，溝槽301是弧形，而所組成之表面圖案為呈螺旋狀分布配置在研磨層中。特別是，弧形溝槽301之曲度可使弧形溝槽301由內向外具有一彎曲方向d1，而且彎曲方向d1與研磨墊300旋轉方向311相同。舉例來說，研磨墊300的旋轉方向為正向(即逆時針方向，如箭頭311所示)，彎曲方向d1亦為正向。此種螺旋狀分布的弧形溝槽301的設計可在研磨墊300旋轉時將一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流場分布。
另外，根據另一實施例，如圖3B所示，此實施例之研磨墊300與圖3A相似，不同之處在於，圖3B之研磨墊300除了弧形主要溝槽301之外，更包括了弧形輔助溝槽302。弧形輔助溝槽302例如是自研磨墊300某一半徑區域向外延伸至靠近周圍區域，以減少靠近旋轉中心區域與靠近周圍區域間的溝槽密度差異。但不以此限制本發明之範圍，這些輔助溝槽亦可以自研磨墊300不同半徑區域向外延伸至靠近周圍區域。特別是，弧形主要溝槽301由內向外具有彎曲方向d1，且此彎曲方向d1與研磨墊300旋轉方向311相同。另外，弧形輔助溝槽302之曲度可使弧形輔助溝槽302由內向外具有一彎曲方向d2，而且彎曲方向d2亦與研磨墊300旋轉方向311相同。舉例來說，研磨墊300的旋轉方向為正向(即逆時針方向，如箭頭311所示)，彎曲方向d1、d2亦為正向。此種螺旋狀分布的弧形主要溝槽301與弧形輔助溝槽302的設計可在研磨墊300旋轉時將一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流場分布。
再者，根據另一實施例，如圖3C所示，此實施例之研磨墊300與圖3A相似，不同之處在於，圖3C之研磨墊300除了弧形主要溝槽301之外，更包括了弧形輔助溝槽303，其中弧形輔助溝槽303的內側端點與弧形主要溝槽301相連。此外，弧形輔助溝槽303例如是自研磨墊300某一半徑區域向外延伸至靠近周圍區域，以減少靠近旋轉中心區域與靠近周圍區域間的溝槽密度差異。但不以此限制本發明之範圍，這些輔助溝槽亦可以自研磨墊300不同半徑區域向外延伸至靠近周圍區域。特別是，弧形主要溝槽301由內向外具有彎曲方向d1，且此彎曲方向d1與研磨墊300旋轉方向311相同。另外，弧形輔助溝槽303由內向外具有一彎曲方向d2’，而且彎曲方向d2’亦與研磨墊300旋轉方向311相同。舉例來說，研磨墊300的旋轉方向為正向(即逆時針方向，如箭頭311所示)，彎曲方向d1、d2’亦為正向。此種螺旋狀分布之表面圖案的弧形主要溝槽301與弧形輔助溝槽303的設計可在研磨墊300旋轉時將一部分研磨液吸回，以提供研磨液具有不同的流場分布。
上述圖3A之弧形主要溝槽301及圖3B、圖3C中之弧形主要溝槽301與弧形輔助溝槽302、303，相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面各具有二個側壁。其中，相對於研磨墊300旋轉方向311之後端側壁與研磨面間具有一鈍角之夾角，使研磨液較容易由溝槽的後端側壁流至研磨面，以提供研磨液具有不同的流場分布，其餘進一步的構造及特徵皆與圖2A相似，故在此不再贅述。
除了上述幾種具有弧形溝槽之研磨墊之外，在本發明之其他的實施例中，研磨墊中的單一個弧形溝槽亦可為多個片段形(例如是直線狀片段形或弧狀片段形)或孔洞形(例如是圓孔形)溝槽排列成弧形來取代，而其所組成之表面圖案以螺旋狀分布配置在研磨層中。
圖4A是依照本發明一實施例所繪示的一種研磨系統的上視圖，圖4B為圖4A沿著研磨物件415中心之研磨軌跡的附近區域部分剖面II-II’示意圖。請同時參照圖4A以及圖4B，研磨系統400包括載具410與研磨墊420，研磨墊420例如是以黏貼方式或是以吸附方式固定於具有一旋轉方向411的研磨平台上。載具410設置在研磨墊420的上方，其是用以固持一研磨物件415於研磨墊420上方。固定於研磨平台上的研磨墊420藉由旋轉，使研磨墊420與研磨物件415間產生一相對運動。
研磨墊420之研磨層421具有研磨面423與表面圖案配置在研磨層421中。表面圖案由多個自靠近旋轉中心區域向外延伸至靠近周圍區域分布的溝槽422所組成。並且，這些溝槽422相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，各溝槽422的溝槽截面皆分別具有左側壁與右側壁，且這些左側壁群組與這些右側壁群組其中之一群組與研磨面423之間的夾角為鈍角。在一實施例中，相對於研磨墊420的旋轉方向411，溝槽截面之後端側壁與研磨面423間之夾角θ1為鈍角。換句話說，相對於研磨墊420旋轉方向411，溝槽422之後端側壁具有一個傾斜角度。
在另一實施例中，研磨墊420中之溝槽截面之二側壁皆具有一傾斜方向。也就是說，各溝槽422的其中一個側壁與研磨面423之間的夾角θ1為鈍角，即θ1大於90度，例如是介於100度至150度，更例如是介於120度至140度；而另一個側壁與研磨面423之間的夾角θ2為銳角，即θ2小於90度，例如是介於30度至80度，更例如是介於40度至60度。因此，相對於研磨墊420旋轉方向411，所經過的溝槽側壁與研磨面423間之夾角，依序為銳角與鈍角交錯配置。換句話說，這些溝槽側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，而此傾斜方向為沿著研磨墊420旋轉方向411的反方向。其中，這些側壁與該研磨面423之垂直方向的夾角，例如為介於30度至80度，更例如是介於40度至60度。
以圖4A及圖4B為例，研磨墊420的旋轉方向411為逆時針方向，溝槽422沿圓周方向具有複數個溝槽截面，這些溝槽截面之側壁的傾斜方向為自左上傾斜至右下。也就是相對於研磨墊420的旋轉方向411，溝槽422的前端側壁(即右側壁)與研磨面423之間的夾角θ2小於90度，而後端側壁(即左側壁)與研磨面423之間的夾角θ1大於90度。
在一實施例中，研磨墊420中的溝槽422的形式與圖3A所示之溝槽的形式相似，也就是，溝槽422為弧形，而其所組成之表面圖案呈螺旋狀分布配置在研磨層421中，且具有與研磨墊420旋轉方向411相同的彎曲方向。另外，載具410具有一固持環412，此固持環412是圍繞在固定在載具410上的研磨物件415的邊緣，用以固持研磨物件415於研磨墊420上。並且，沿研磨物件415中心之研磨軌跡，兩相鄰之溝槽間距P小於或等於固持環412之寬度W。這是因為，載具410與研磨層421之間具有相對運動(如箭頭430所示)，且固持環412亦會與研磨墊420有所接觸。而當固持環412的寬度W大於或等於相鄰的兩溝槽之間的間距P時，固持環412較容易壓迫溝槽422，使研磨液較容易由溝槽422的後端側壁流至研磨面423，以提供研磨液具有不同的流場分布。在一實施例中，研磨墊420的表面圖案呈螺旋狀分布，此表面圖案由多個弧形的溝槽422所組成(研磨墊420與圖3A之研磨墊300具有相似之特徵，於此不再贅述)，且在研磨物件415中心之研磨軌跡的附近區域，固持環412之外緣(例如是相對於研磨墊420之相對運動的前端外緣，即圖4B之左側)與溝槽422具有相同的曲率。
在本實施例中，各溝槽同一側的側壁與研磨面423之間的夾角皆相等。然而，在其他實施例中，只要各溝槽的傾斜方向相同即可，並不限定各溝槽所傾斜的角度為相同或不同。
以下即以上述研磨系統400為例，進一步說明本發明的研磨方法。首先，提供一研磨墊420。研磨墊420包括研磨層421以及溝槽422，而溝槽422進一步的構造及特徵皆與上述研磨系統相似，故在此不再贅述。
接著，將研磨物件415設置在研磨墊420上，並且藉由研磨墊420的旋轉(旋轉方向411)與研磨物件415之間產生一相對運動，以對研磨物件415進行研磨製程。其中，溝槽422後端側壁的傾斜方向是順著研磨墊420旋轉方向411的反方向，如箭頭430所示。據此，當研磨墊420與研磨物件415之間進行相對運動時，溝槽422內的研磨液較容易順著傾斜的後端側壁(例如，圖4B中各溝槽的左側壁)而流至研磨面423，以提供研磨液具有不同的流場分布。
本發明之研磨方法可應用於製造工業元件之研磨製程，例如是應用於電子產業之元件，可包括半導體、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，而製作這些元件所使用的研磨物件可包括半導體晶圓、ⅢⅤ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。
值得一提的是，上述研磨系統與研磨方法中之溝槽422是以弧形為例來說明，但本發明不限於此，在其他的實施例中，溝槽422的形狀可以為直線形、片段形、孔洞形及其組合者其中之一，並且表面圖案可以是放射狀分布在研磨層421中(如圖2A~圖2F所示)，亦或是螺旋狀分布在研磨層421中(如圖3A~圖3C所示)。
綜上所述，上述實施例中，由於研磨墊中的溝槽側壁具有一傾斜方向，此傾斜方向為順著研磨墊在旋轉的反方向時，可使得研磨液能夠順著溝槽側壁的傾斜方向而流至研磨層的表面，以提供研磨液具有不同的流場分布。
本發明所定義之旋轉中心，係指研磨墊在旋轉時所繞行之旋轉軸心位置。本發明實施例中，皆以旋轉中心與研磨墊表面圖案的中心位置重疊方式，且以研磨墊為圓形為例繪示，但不以此限定本發明之範圍。依特定研磨製程需求，旋轉中心亦可選擇與研磨墊表面圖案的中心位置不重疊，或研磨墊亦可選擇為其他形狀。另外，本發明之研磨墊中的溝槽製作，可選擇以機械方式(例如是使用配備鑽頭或鋸片的銑床)、模具轉印方式、或是蝕刻方式(例如是使用化學蝕刻或是雷射加工)製作，但不以此限定本發明之範圍，亦可選擇其他形成方式製作溝槽。
本發明之研磨墊、研磨系統與研磨方法，藉由可使研磨液具有不同的流場分布之研磨墊，以得到不同的研磨液流場分布。對於某些特定的研磨製程，可能可以使研磨液較有效率地被利用，進而有機會降低研磨液的消耗量，以減少研磨液的使用成本。對於另外某些特定的研磨製程，可能可以得到不同的研磨特性，例如是使研磨物件的研磨率得到不同的輪廓分布，或例如是減少像是微刮痕的研磨缺陷，以提供產業選擇。
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。
100、200、300、420‧‧‧研磨墊
101、211、311、411‧‧‧箭頭(研磨墊的旋轉方向)
102、421‧‧‧研磨層
103‧‧‧箭頭(研磨液的流動方向)
104、202、203、206、301、422‧‧‧溝槽
105、415‧‧‧研磨物件
201、423‧‧‧研磨面
202a‧‧‧左側壁
202b‧‧‧右側壁
210‧‧‧溝槽截面
213、430‧‧‧箭頭(研磨墊旋轉的反方向)
204、205、207、208、302、303‧‧‧輔助溝槽
400‧‧‧研磨系統
410‧‧‧載具
412‧‧‧固持環
α、β、γ 1、γ 2‧‧‧夾角
d1、d2、d2’‧‧‧彎曲方向
圖1是習知之一種研磨墊的上視示意圖。
圖1A是圖1中的研磨墊沿著線段A-A’的剖面圖。
圖2A~圖2F是依照本發明一實施例所繪示的研磨墊的上視圖。
圖3A~圖3C是依照本發明另一實施例所繪示的研磨墊的上視圖。
圖4A是依照本發明一實施例所繪示的一種研磨系統的上視圖。
圖4B是圖4A沿著II-II’的剖面示意圖。
200．．．研磨墊
201．．．研磨面
202．．．溝槽
202a．．．左側壁
202b．．．右側壁
210．．．溝槽截面
Claims (44)
- 一種研磨墊，至少包括：一研磨層，該研磨層具有一研磨面、一旋轉中心區域及一周圍區域；以及一表面圖案，配置於該研磨層中，該表面圖案至少包括複數個溝槽，該些複數個溝槽中的每一溝槽自靠近該旋轉中心區域向外延伸至靠近該周圍區域分布，該些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，該些溝槽截面各具有一左側壁與一右側壁，其中該些左側壁群組與該些右側壁群組其中之一群組，與該研磨面有一第一夾角，該第一夾角為一鈍角，以及其中該研磨墊具有一旋轉方向，且具有該第一夾角之該側壁相對於該旋轉方向為一後端側壁。
- 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中至少一個該溝槽的一端點位於靠近該旋轉中心區域，且另一端點位於靠近該周圍區域。
- 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該些溝槽的形狀為直線形、弧形、片段形、孔洞形及其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該表面圖案呈放射狀分布或螺旋狀分布。
- 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中每一該些溝槽截面之該左側壁與該右側壁係為相互平行。
- 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該些左側壁群組與該些右側壁群組其中之另一群組，與該研磨面 有一第二夾角，且該第二夾角為一銳角。
- 如申請專利範圍第6項所述之研磨墊，其中該第一夾角介於100度至150度，該第二夾角介於30度至80度。
- 一種研磨墊，適用於具有一旋轉方向之研磨系統，該研磨墊至少包括：一研磨層，該研磨層具有一研磨面、一旋轉中心區域及一周圍區域；以及一表面圖案，配置於該研磨層中，該表面圖案至少包括複數個溝槽，該些複數個溝槽中的每一溝槽自靠近該旋轉中心區域向外延伸至靠近該周圍區域分布，該些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，該些溝槽截面各具有一左側壁與一右側壁，其中該些左、右側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，該傾斜方向為該旋轉方向的反方向。
- 如申請專利範圍第8項所述之研磨墊，其中該些溝槽的形狀為直線形、弧形、片段形、孔洞形及其組合。
- 如申請專利範圍第8項所述之研磨墊，其中該表面圖案呈放射狀分布或螺旋狀分布。
- 如申請專利範圍第8項所述之研磨墊，其中每一該些溝槽截面之該左側壁與該右側壁係為相互平行。
- 如申請專利範圍第8項所述之研磨墊，其中該些左、右側壁與該研磨面之垂直方向的夾角為介於30度至80度。
- 一種研磨系統，至少包括： 一載具，用以固持一研磨物件；以及一研磨墊，固定於一研磨平台上，該研磨墊具有：一研磨層，該研磨層具有一研磨面、一旋轉中心區域及一周圍區域；以及一表面圖案，配置於該研磨層中，該表面圖案至少包括複數個溝槽，該些複數個溝槽中的每一溝槽自靠近該旋轉中心區域向外延伸至靠近該周圍區域分布，該些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，該些溝槽截面各具有一左側壁與一右側壁，其中該些左側壁群組與該些右側壁群組其中之一群組，與該研磨面有一第一夾角，該第一夾角為一鈍角，以及其中該研磨平台具有一旋轉方向，且具有該第一夾角之該側壁相對於該旋轉方向為一後端側壁。
- 如申請專利範圍第13項所述之研磨系統，其中至少一個該溝槽的一端點位於靠近該旋轉中心區域，且另一端點位於靠近該周圍區域。
- 如申請專利範圍第13項所述之研磨系統，其中該些溝槽的形狀為直線形、弧形、片段形、孔洞形及其組合。
- 如申請專利範圍第13項所述之研磨系統，其中該表面圖案呈放射狀分布或螺旋狀分布。
- 如申請專利範圍第13項所述之研磨系統，其中每一該些溝槽截面之該左側壁與該右側壁係為相互平行。
- 如申請專利範圍第13項所述之研磨系統，其中該些左側壁群組與該些右側壁群組其中之另一群組，與該研 磨面有一第二夾角，且該第二夾角為一銳角。
- 如申請專利範圍第18項所述之研磨系統，其中該第一夾角介於100度至150度，該第二夾角介於30度至80度。
- 如申請專利範圍第13項所述之研磨系統，其中該載具更包括有一固持環，用以固持該研磨物件於該研磨墊上，其中沿該研磨物件中心之研磨軌跡，兩相鄰之該些溝槽間距小於或等於該固持環之寬度。
- 如申請專利範圍第20項所述之研磨系統，其中該些溝槽為弧形，且與該固持環之外緣具有相同的曲率。
- 一種研磨系統，至少包括：一載具，用以固持一研磨物件；以及一研磨墊，固定於具有一旋轉方向之一研磨平台上，該研磨墊具有：一研磨層，該研磨層具有一研磨面、一旋轉中心區域及一周圍區域；以及一表面圖案，配置於該研磨層中，該表面圖案至少包括複數個溝槽，該些複數個溝槽中的每一溝槽自靠近該旋轉中心區域向外延伸至靠近該周圍區域分布，該些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，該些溝槽截面各具有一左側壁與一右側壁，其中該些左、右側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，該傾斜方向為該旋轉方向的反方向。
- 如申請專利範圍第22項所述之研磨系統，其中該 些溝槽的形狀為直線形、弧形、片段形、孔洞形及其組合。
- 如申請專利範圍第22項所述之研磨系統，其中該表面圖案呈放射狀分布或螺旋狀分布。
- 如申請專利範圍第22項所述之研磨系統，其中每一該些溝槽截面之該左側壁與該右側壁係為相互平行。
- 如申請專利範圍第22項所述之研磨系統，其中該些左、右側壁與該研磨面之垂直方向的夾角為介於30度至80度。
- 如申請專利範圍第22項所述之研磨系統，其中該載具更包括有一固持環，用以固持該研磨物件於該研磨墊上，其中沿該研磨物件中心之研磨軌跡，兩相鄰之該些溝槽間距小於或等於該固持環之寬度。
- 如申請專利範圍第27項所述之研磨系統，其中該些溝槽為弧形，且與該固持環之外緣具有相同的曲率。
- 一種生產工業元件的研磨方法，至少包括：使用一研磨墊進行研磨一研磨物件，該研磨墊沿一旋轉方向旋轉，其中該研磨墊至少包括有：一研磨層，該研磨層具有一研磨面、一旋轉中心區域及一周圍區域；以及一表面圖案，配置於該研磨層中，該表面圖案至少包括複數個溝槽，該些複數個溝槽中的每一溝槽自靠近該旋轉中心區域向外延伸至靠近該周圍區域分布，該些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，該些溝槽截面各具有一左側壁與一右側壁，其中該些左側壁群組 與該些右側壁群組其中之一群組，與該研磨面有一第一夾角，該第一夾角為一鈍角，以及其中具有該第一夾角之該側壁相對於該旋轉方向為一後端側壁。
- 如申請專利範圍第29項所述之研磨方法，其中至少一個該溝槽的一端點位於靠近該旋轉中心區域，且另一端點位於靠近該周圍區域。
- 如申請專利範圍第29項所述之研磨方法，其中該些溝槽的形狀為直線形、弧形、片段形、孔洞形及其組合。
- 如申請專利範圍第29項所述之研磨方法，其中該表面圖案呈放射狀分布或螺旋狀分布。
- 如申請專利範圍第29項所述之研磨方法，其中每一該些溝槽截面之該左側壁與該右側壁係為相互平行。
- 如申請專利範圍第29項所述之研磨方法，其中該些左側壁群組與該些右側壁群組其中之另一群組，與該研磨面有一第二夾角，且該第二夾角為一銳角。
- 如申請專利範圍第34項所述之研磨方法，其中該第一夾角介於100度至150度，該第二夾角介於30度至80度。
- 如申請專利範圍第29項所述之研磨方法，其中更包括使用具有一固持環之一載具，用以固持該研磨物件於該研磨墊上，其中沿該研磨物件中心之研磨軌跡，兩相鄰之該些溝槽間距小於或等於該固持環之寬度。
- 如申請專利範圍第36項所述之研磨方法，其中該些溝槽為弧形，且與該固持環之外緣具有相同的曲率。
- 一種生產工業元件的研磨方法，至少包括：使用一研磨墊進行研磨一研磨物件，該研磨墊沿一旋轉方向旋轉，其中該研磨墊至少包括有：一研磨層，該研磨層具有一研磨面、一旋轉中心區域及一周圍區域；以及一表面圖案，配置於該研磨層中，該表面圖案至少包括複數個溝槽，該些複數個溝槽中的每一溝槽自靠近該旋轉中心區域向外延伸至靠近該周圍區域分布，該些溝槽相對於同一半徑之圓周方向具有複數個溝槽截面，該些溝槽截面各具有一左側壁與一右側壁，其中該些左、右側壁由其底部至頂部具有一傾斜方向，該傾斜方向為該旋轉方向的反方向。
- 如申請專利範圍第38項所述之研磨方法，其中該些溝槽的形狀為直線形、弧形、片段形、孔洞形及其組合。
- 如申請專利範圍第38項所述之研磨方法，其中該表面圖案呈放射狀分布或螺旋狀分布。
- 如申請專利範圍第38項所述之研磨方法，其中每一該些溝槽截面之該左側壁與該右側壁係為相互平行。
- 如申請專利範圍第38項所述之研磨方法，其中該些左、右側壁與該研磨面之垂直方向的夾角為介於30度至80度。
- 如申請專利範圍第38項所述之研磨方法，其中更包括使用具有一固持環之一載具，用以固持該研磨物件於該研磨墊上，其中沿該研磨物件中心之研磨軌跡，兩相鄰 之該些溝槽間距小於或等於該固持環之寬度。
- 如申請專利範圍第43項所述之研磨方法，其中該些溝槽為弧形，且與該固持環之外緣具有相同的曲率。
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