TWI548484B - 研磨墊 - Google Patents

Description

研磨墊

本發明是有關於一種研磨墊，且特別是有關於一種可提供高研磨效率之研磨墊。

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是習知常用一種研磨墊的上視示意圖。請參照圖1，研磨墊包括研磨層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，同時研磨墊沿著旋轉方向R轉動。在研磨墊轉動的同時，研磨液持續地供應至研磨墊上並流經研磨層102與物件105之間。

然而，依照圖1這種研磨層102與圓形溝槽104配置的方式，其研磨速率(removal rate,RR)僅約為3700 nm/min左右。這樣的研磨速率在現今講究高研磨速率的要求下明顯不足。依現行方式若要增加研磨墊的研磨速率，大多是藉由增加研磨液的流量來達成。但是，增加研磨液的流量會增加研磨液的使用量，如此將相對增加研磨成本。

本發明提供一種研磨墊，其可以在不增加研磨液使用量的前提下提高研磨效率。

本發明提出一種研磨墊，適用於具有一旋轉方向之一研磨設備，此研磨墊包括一研磨層、至少一第一環狀溝槽、至少一徑向延伸溝槽以及至少一第二環狀溝槽；研磨層具有一第一區域以及一第二區域，第一區域自研磨層之一鄰近中心位置向外延伸至研磨層之一第一半徑區域，第二區域自該研磨層之第一半徑區域向外延伸至一鄰近邊緣位置。所述至少一第一環狀溝槽以及至少一徑向延伸溝槽是位於第一區域內；所述至少一第二環狀溝槽是位於第二區域內；特別是，研磨層之第一半徑區域之半徑介於研磨層之半徑的30%至70%。

本發明提出一種研磨墊，適用於具有一旋轉方向之一研磨設備，此研磨墊包括一研磨層、至少一第一環狀溝槽、至少一徑向延伸溝槽以及至少一第二環狀溝槽；研磨層具有一第一區域以及一第二區域，第一區域自研磨層之一鄰近中心位置向外延伸至研磨層之一第一半徑區域，第二區域自該研磨層之第一半徑區域向外延伸至一鄰近邊緣位置；所述至少一第一環狀溝槽以及至少一徑向延伸溝槽是位於第一區域內；所述至少一第二環狀溝槽是位於第二區域內；特別是，所述徑向延伸溝槽與第一環狀溝槽交叉，且第一環狀溝槽的深度與徑向延伸溝槽的深度實質上相等。

基於上述，本發明在研磨層之第一區域中設置了第一環狀溝槽以及徑向延伸溝槽，且在第二區域中僅設置第二環狀溝槽。由於第一環狀溝槽與第二環狀溝槽可以使研磨液均勻地分佈於研磨層上，且徑向延伸溝槽的設計增加了研磨液的流場分佈速度。因此，藉由這種第一、第二環狀溝槽以及徑向延伸溝槽的搭配組合，可以相較於傳統研磨墊獲得較高的研磨速率，而不需提高研磨液的使用量，因而不會增加研磨成本。

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

圖2A與圖2B是根據本發明一實施例之研磨墊的上視示意圖。為了清楚的顯現出本實施例之研磨墊，圖2A僅標示出研磨層以及溝槽，而圖2B是詳細地標示出研磨墊之分區以及所有組成構件。請參照圖2A與圖2B，本實施例之研磨墊200適用於具有一旋轉方向R之一研磨設備。換言之，研磨墊200是沿著箭頭R的方向逆時針轉動。研磨墊200包括研磨層202、至少一個第一環狀溝槽210、至少一個徑向延伸溝槽212以及至少一個第二環狀溝槽214。

研磨層202例如是由聚合物基材所構成，聚合物基材可以是聚酯(polyester)、聚醚(polyether)、聚胺酯(polyurethane)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚丁二烯(polybutadiene)、或其餘經由合適之熱固性樹脂(thermosetting resin)或熱塑性樹脂(thermoplastic resin)所合成之聚合物基材等。研磨層202除聚合物基材外，另可包含導電材料、研磨顆粒、或可溶解添加物於此聚合物基材中。

另外，研磨層202具有一第一區域202a以及一第二區域202b。在研磨層202之內部具有一鄰近中心位置204，所述鄰近中心位置204指的是靠近或是接近研磨層202之中心點的區域。此外，在研磨層202之邊緣具有一鄰近邊緣位置206，所述鄰近邊緣位置206指的是靠近或是接近研磨層202之邊緣的區域。而研磨層202本身具有半徑D。

上述研磨層202之第一區域202a是自研磨層202之鄰近中心位置204向外延伸至研磨層202之第一半徑區域(具有半徑D1)。研磨層202之第二區域202b是自研磨層202之第一半徑區域(具有半徑D1)之處向外延伸至鄰近邊緣位置206。特別是，研磨層202之第一半徑區域之半徑D1是介於研磨層202之半徑D的30%至70%。較佳的是，研磨層202之第一半徑區域之半徑D1是介於研磨層202之半徑D的40%至60%。更佳的是，研磨層202之第一半徑區域之半徑D1實質上等於研磨層202之半徑D的50%。在本實施例中，研磨層202之第一區域202a與研磨層202之第二區域202b相鄰且兩者彼此不重疊。更詳細來說，第二區域202b是緊鄰第一區域202a並且圍繞在第一區域202a的周圍或是外部。

另外，上述之第一環狀溝槽210以及徑向延伸溝槽212是位於研磨層202之第一區域202a內。根據本實施例，研磨層202之第一區域202a內是設置多個第一環狀溝槽210以及多個徑向延伸溝槽212。然，本發明不限制第一環狀溝槽210以及徑向延伸溝槽212的數目。實際上，第一環狀溝槽210以及徑向延伸溝槽212的數目可根據研磨層202的尺寸、第一區域202a的大小等等來設計。

此外，上述之第一環狀溝槽210可為圓形溝槽、橢圓形溝槽或波浪形溝槽。根據本實施例，上述之第一環狀溝槽210為同心圓溝槽，且相鄰的兩個第一環狀溝槽210之間的間距是大致相等。然，根據其他實施例，第一環狀溝槽210可為非同心圓溝槽，且相鄰的兩個第一環狀溝槽210之間的間距也可以是不相等。另外，根據一實施例，上述之第一環狀溝槽210之任一點的切線方向L1與研磨層202之半徑D的夾角θ1例如是介於60至120度。

在本實施例中，徑向延伸溝槽212是曲線形溝槽，且曲線形溝槽212係由研磨層202之鄰近中心位置204向外呈螺旋狀分布。換言之，所述曲線形溝槽212由內向外偏斜之方向是與研磨墊200之旋轉方向R相同。更詳細來說，曲線形溝槽212之曲度可使曲線形溝槽212由內向外具有一彎曲方向，而且彎曲方向與研磨墊200之旋轉方向R相同。舉例來說，研磨墊200之旋轉方向R相同為正向(即逆時針方向)，曲線形溝槽212之彎曲方向亦為正向(即逆時針方向)。此種螺旋狀分布的曲線形溝槽212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。

另外，根據一實施例，上述之徑向延伸溝槽212之任一點的切線方向L2與研磨層202之半徑D的夾角θ2例如是介於-30至30度。

值得一提的是，在研磨層202之第一區域202a內，第一環狀溝槽210與徑向延伸溝槽212交叉，且第一環狀溝槽210的深度與徑向延伸溝槽212的深度實質上相等。

另外，研磨層202之第二區域202b內是設置至少一第二環狀溝槽214。根據本實施例，研磨層202之第二區域202b內是設置多個第二環狀溝槽214。然，本發明不限制第二環狀溝槽214的數目。實際上，第二環狀溝槽214的數目可根據研磨層202的尺寸、第二區域202b的大小等等來設計。

類似地，第二環狀溝槽214可為圓形溝槽、橢圓形溝槽或波浪形溝槽。根據本實施例，上述之第二環狀溝槽214為同心圓溝槽，且相鄰的兩第二環狀溝槽214之間的間距是大致相等。然，根據其他實施例，第二環狀溝槽214可為非同心圓溝槽，且相鄰的兩第二環狀溝槽214之間的間距也可以是不相等。另外，根據一實施例，上述之第二環狀溝槽214之任一點的切線方向L3與研磨層202之半徑D的夾角θ3例如是介於60至120度。

值得一提的是，在上述圖2A與圖2B之研磨墊中，可進一步包括設置偵測窗(未繪示)。偵測窗可以是設置在第一區域202a，也可以設置在第二區域202b，端視需求而定。承上所述，在圖2A與圖2B之研磨墊200中，研磨層202之第一區域202a內設置了有第一環狀溝槽210以及徑向延伸溝槽212，而研磨層202之第二區域202b中僅設置了第二環狀溝槽214。以這樣的溝槽組合配置方式所製成的研磨墊200，在不改變研磨條件(即不增加研磨液的流量)的狀況下，其研磨速率可高達4780 nm/min。換言之，在研磨液流量以及其他研磨條件不改變的情況下，本實施例之研磨墊200的研磨速率(4780 nm/min)相較於傳統研磨墊的研磨速率(3700 nm/min)，提高了將近30%。

圖3A與圖3B是根據本發明另一實施例之研磨墊的上視示意圖。為了清楚的顯現出本實施例之研磨墊，圖3A僅標示出研磨層以及溝槽，而圖3B是詳細地標示出研磨墊之分區以及所有組成構件。圖3A與圖3B之實施例與圖2A與圖2B之實施例相似，因此在此與圖2A及圖2B相同的元件以相同的符號表示，且不再重複贅述。特別是，在圖3A與圖3B之研磨墊200中，徑向延伸溝槽212也是曲線形溝槽，且曲線形溝槽212也是由研磨層202之鄰近中心位置204向外呈螺旋狀分布。然，圖3A與圖3B之實施例與圖2A與圖2B之實施例不同之處在於，曲線形溝槽212由內向外偏斜之方向是與研磨墊200之旋轉方向R不相同。更詳細來說，曲線形溝槽212之曲度可使曲線形溝槽212由內向外具有一彎曲方向，而且所述彎曲方向與研磨墊200之旋轉方向R不相同。舉例來說，研磨墊200之旋轉方向R相同為正向(即逆時針方向)，曲線形溝槽212之彎曲方向為反向(即順時針方向)。

圖4A與圖4B是根據本發明另一實施例之研磨墊的上視示意圖。為了清楚的顯現出本實施例之研磨墊，圖4A僅標示出研磨層以及溝槽，而圖4B是詳細地標示出研磨墊之分區以及所有組成構件。圖4A與圖4B之實施例與圖2A與圖2B之實施例相似，因此在此與圖2A與圖2B相同的元件以相同的符號表示，且不再重複贅述。圖4A與圖4B之實施例與圖2A與圖2B之實施例不同之處在於徑向延伸溝槽212為直線形溝槽，且直線形溝槽212由研磨層202之鄰近中心位置204向外呈放射狀分布。換言之，直線形溝槽212的其中一端點位於鄰近中心位置204，而另一端點位於靠近第一區域202a(第一半徑區域)的邊緣。另外，上述之直線形溝槽212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)溝槽排列成直線來取代，而其所組成之表面圖案以放射狀分布配置在研磨層202中。

上述各實施例之研磨墊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。

另外，本發明之研磨層中的第一環狀溝槽、徑向延伸溝槽以及第二環狀溝槽可以機械方式(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。

綜上所述，本發明在研磨層之第一區域中設置了第一環狀溝槽以及徑向延伸溝槽，且在第二區域中僅設置第二環狀溝槽。由於第一環狀溝槽與第二環狀溝槽可以使研磨液均勻地分佈於研磨層上，且徑向延伸溝槽的設計增加了研磨液的流場分佈速度。因此，藉由這種第一、第二環狀溝槽以及徑向延伸溝槽的搭配組合，可以相較於傳統研磨墊獲得較高的研磨速率，而不需提高研磨液的使用量，因而不會增加研磨成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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，故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。

200．．．研磨墊

102、202．．．研磨層

104．．．溝槽

105．．．物件

202a．．．第一區域

202b．．．第二區域

204．．．鄰近中心位置

206．．．鄰近邊緣位置

210．．．第一環狀溝槽

212．．．徑向延伸溝槽

214．．．第二環狀溝槽

D1．．．第一半徑

D．．．半徑

R．．．方向

L1～L3．．．切線方向

θ1～θ3．．．夾角

圖1是傳統研磨墊的上視示意圖。

圖2A與圖2B是根據本發明一實施例之研磨墊的上視示意圖。

圖3A與圖3B是根據本發明另一實施例之研磨墊的上視示意圖。

圖4A與圖4B是根據本發明又一實施例之研磨墊的上視示意圖。

200．．．研磨墊

202．．．研磨層

202a．．．第一區域

202b．．．第二區域

204．．．鄰近中心位置

206．．．鄰近邊緣位置

210．．．第一環狀溝槽

212．．．徑向延伸溝槽

214．．．第二環狀溝槽

D1．．．第一半徑

D．．．半徑

R．．．方向

L1～L3．．．切線方向

θ1～θ3．．．夾角

Claims (16)

1. 一種研磨墊，適用於具有一旋轉方向之一研磨設備，該研磨墊包括：一研磨層，該研磨層具有一第一區域以及一第二區域，該第一區域自該研磨層之一鄰近中心位置向外延伸至該研磨層之一第一半徑區域，該第二區域自該研磨層之該第一半徑區域向外延伸至一鄰近邊緣位置；至少一第一環狀溝槽以及至少一徑向延伸溝槽，位於該第一區域內，其中該徑向延伸溝槽不延伸至通過該研磨層的中心點，且該徑向延伸溝槽不延伸至該第二區域內；以及至少一第二環狀溝槽，位於該第二區域內，其中，該研磨層之該第一半徑區域之半徑介於該研磨層之半徑的30%至70%，以及其中該第一環狀溝槽與該徑向延伸溝槽交叉，且該第一環狀溝槽的深度與該徑向延伸溝槽的深度實質上相等。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該第一半徑區域之半徑介於該研磨層之半徑的40%至60%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該第一半徑區域之半徑實質上等於該研磨層之半徑的50%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該第一區域與該第二區域相鄰且兩者彼此不重疊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該徑向延伸溝槽為一直線形溝槽，且該直線形溝槽由該研磨層之 該鄰近中心位置向外呈放射狀分布。
6. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該徑向延伸溝槽為一曲線形溝槽，且該曲線形溝槽係由該研磨層之鄰近中心位置向外呈螺旋狀分布。
7. 如申請專利範圍第6項所述之研磨墊，其中該曲線形溝槽由內向外偏斜之方向與該旋轉方向相同。
8. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該第一環狀溝槽及該第二環狀溝槽各自為圓形溝槽、橢圓形溝槽或波浪形溝槽。
9. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該第一環狀溝槽及該第二環狀溝槽之任一點的切線方向與該研磨層之半徑的夾角介於60至120度，且該徑向延伸溝槽之任一點的切線方向與該研磨層之半徑的夾角介於-30至30度。
10. 一種研磨墊，適用於具有一旋轉方向之一研磨設備，該研磨墊包括：一研磨層，該研磨層具有一第一區域以及一第二區域，該第一區域自該研磨層之一鄰近中心位置向外延伸至該研磨層之一第一半徑區域，該第二區域自該研磨層之該第一半徑區域向外延伸至一鄰近邊緣位置；至少一第一環狀溝槽以及至少一徑向延伸溝槽，位於該第一區域內，其中該徑向延伸溝槽不延伸至通過該研磨層的中心點，且該徑向延伸溝槽不延伸至該第二區域內；以及至少一第二環狀溝槽，位於該第二區域內， 其中，該徑向延伸溝槽與該第一環狀溝槽交叉，且該第一環狀溝槽的深度與該徑向延伸溝槽的深度實質上相等。
11. 如申請專利範圍第10項所述之研磨墊，其中該第一區域與該第二區域相鄰且兩者彼此不重疊。
12. 如申請專利範圍第11項所述之研磨墊，其中該徑向延伸溝槽為一直線形溝槽，且該直線形溝槽係由該研磨層之鄰近中心位置向外呈放射狀分布。
13. 如申請專利範圍第11項所述之研磨墊，其中該徑向延伸溝槽為一曲線形溝槽，且該曲線形溝槽係由該研磨層之鄰近中心位置向外呈螺旋狀分布。
14. 如申請專利範圍第13項所述之研磨墊，其中該曲線形溝槽由內向外偏斜之方向與該旋轉方向相同。
15. 如申請專利範圍第11項所述之研磨墊，其中該第一環狀溝槽及該第二環狀溝槽各自為圓形溝槽、橢圓形溝槽或波浪形溝槽。
16. 如申請專利範圍第11項所述之研磨墊，其中該第一環狀溝槽及該第二環狀溝槽之任一點的切線方向與該研磨層之半徑的夾角介於60至120度，且該徑向延伸溝槽之任一點的切線方向與該研磨層之半徑的夾角介於-30至30度。