TWI676526B - 研磨墊、研磨墊的製造方法及研磨方法 - Google Patents

Abstract

一種研磨墊，包括研磨層。研磨層具有研磨面以及背面，且研磨層之背面具有螺旋波紋。本發明另提出一種研磨墊的製造方法以及研磨方法。

Description

研磨墊、研磨墊的製造方法及研磨方法

本發明是有關於一種研磨墊、研磨墊的製造方法及研磨方法，且特別是有關於一種在研磨層之背面具有螺旋波紋的研磨墊、所述研磨墊的製造方法及研磨方法。

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。研磨製程是將研磨物件吸附於研磨系統之研磨頭，並施加一壓力以將其壓置於研磨墊上，且讓研磨物件與研磨墊彼此進行相對運動，而使其表面逐漸平坦，來達到平坦化的目的。此外，亦可選擇於研磨過程中，供應具有化學品混合物之研磨液或研磨漿於研磨墊上，在機械效應與化學效應共同作用下，達成平坦化研磨物件表面。研磨墊在研磨過程中，常因累積的應力作用下，使得研磨層背面產生氣泡，而影響研磨穩定性，甚至造成研磨物件破碎。

對於具有光學偵測系統的研磨設備，研磨墊上某部分區域通常會設置有一透明偵測窗，其功能是當使用此研磨墊進行研磨物件表層研磨時，使用者可藉由研磨設備的光學偵測系統，透過透明偵測窗來偵測研磨物件表層的研磨情況，以作為研磨製程的終點偵測(End-Point Detection)。

因此，如何提供一種研磨墊能提升研磨穩定性，或提升偵測研磨物件表層之研磨情況的靈敏度，就成為相當重要的研究課題。

本發明提供一種研磨墊及其製造方法，其在研磨層之背面具有螺旋波紋，可使得在後續研磨過程之中所產生的氣泡得以排出，而經由偵測窗偵測研磨物件的研磨程度時，可以提升其偵測靈敏度。

本發明所提供的研磨墊，包括研磨層，研磨層具有研磨面以及背面，其中研磨層之背面具有螺旋波紋。

本發明所提供的研磨墊的製造方法，包括形成研磨層；以及對研磨層之背面進行表面切削程序。其中，表面切削程序是從研磨層之邊緣往研磨層的中心方向進行或從研磨層之中心往研磨層的邊緣方向進行，以使得研磨層之背面形成螺旋波紋。

基於上述，本發明藉由在研磨層之背面進行表面切削程序，使研磨層之背面具有螺旋波紋，使得在後續研磨過程之中所 產生的氣泡得以排出。此外，具有偵測窗的研磨層之背面進行表面切削程序，使偵測窗及研磨層之背面具有螺旋波紋，經由偵測窗偵測研磨物件的研磨程度時，可以提升其偵測靈敏度。

為讓本發明的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。

100‧‧‧研磨墊

102‧‧‧研磨層

102a‧‧‧研磨面

102b‧‧‧背面

104‧‧‧溝槽圖案

106‧‧‧偵測窗

106b‧‧‧底面

108‧‧‧螺旋波紋

202‧‧‧切削刀具

302‧‧‧黏著層

402‧‧‧反射光線

A-A’‧‧‧線段

H‧‧‧高度

W‧‧‧寬度

X‧‧‧方向

圖1A是本發明一實施方式之研磨墊的俯視示意圖，圖1B是本發明一實施方式之研磨墊的俯視示意圖。

圖2是本發明一實施方式之製造研磨墊的過程中對研磨層之背面進行表面切削程序的示意圖。

圖3A是根據圖1A所示之研磨墊的(沿著線段A-A’)局部側視剖面圖，圖3B是圖3A另一實施方式示意圖(未依照實際比例繪製)。

圖4是根據圖3A所示框線區域之研磨墊局部放大示意圖(未依照實際比例繪製)。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、 前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1A是本發明一實施方式之研磨墊的俯視示意圖，圖1B是本發明一實施方式之研磨墊的俯視示意圖，請同時參考圖1A及圖1B。根據本實施方式，研磨墊100包括研磨層102。研磨層102具有研磨面102a以及背面102b。

在本實施方式中，研磨層102例如是由聚合物基材所構成，其中聚合物基材可以是聚酯(polyester)、聚醚(polyether)、聚氨酯(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。研磨層102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。

研磨層102之研磨面102a上可包括溝槽圖案104(如圖1A所示)。溝槽圖案104可以具有多種不同態樣的圖案分布，例如是同心環狀、不同心環狀、橢圓環狀、波浪環狀、不規則環狀、多條直線狀、平行直線狀、放射直線狀、放射弧線狀、螺旋狀、多角格狀、或其組合。此處溝槽圖案104僅為例示性繪製為同心圓分布，但本發明不限於此。

如圖1B所示為研磨墊100的俯視方向透視至研磨層102之背面102b示意圖，研磨層102之背面102b上具有螺旋波紋108 (以虛線表示)。螺旋波紋108具有固定的間距，而使螺旋波紋108規則性地分佈於研磨層102之背面102b上。螺旋波紋108所具有的間距，可例如為大於或等於0.1mm，但本發明不限於此。

前述位於研磨層102之背面102b上的螺旋波紋108可藉由CNC(Computer Numerical Control)表面切削程序而形成。為了更清楚描述本發明實施方式，請參考圖2。

圖2是本發明一實施方式之製造研磨墊的過程中對研磨層102之背面進行表面切削程序的示意圖。

在表面切削程序中，需先將研磨層102之背面102b朝上固定於切削平台(未繪示)上，並且使研磨層102以設定的轉速進行圓周運動。當進行切削程序時，切削刀具202的高度為固定，並且以特定的進給速度(例如大於或等於0.1mm/轉，但本發明不限於此)朝向一固定的方向移動(如圖2中的箭頭方向X所示)。由於研磨層102以固定的轉速進行圓周運動，因此，當切削刀具202沿固定方向移動進行切削時，在研磨層102之背面102b上便會產生螺旋狀的特有切削刀痕(如圖1B中所呈現的螺旋波紋108)。

值得說明的是，切削刀痕會因為加工的參數變化，例如切削平台轉速、進給速度、切削深度、刀具、研磨層102的材質及形變特性等，而產生不同態樣的螺旋波紋108。換言之，藉由在每次的切削程序中調整不同的參數條件，所切削出來的螺旋波紋108可具有不同的間距大小及深度。透過改善切削程序中刀痕的疏 密程度及刀痕的深度，進而可達到對研磨層102表面進行改變的效果。舉例來說，位於研磨層102背面的螺旋波紋偏斜方向若搭配研磨墊100在研磨設備上使用時的旋轉方向相反時，可以使得研磨過程之中所產生的氣泡得以排出。以圖1B為例，研磨墊100俯視方向的螺旋波紋108自中心向外偏斜方向為順時針方向，搭配研磨墊100在研磨設備上以逆時針旋轉方向時，可以使得研磨過程之中所產生的氣泡得以排出。相反地，若研磨墊俯視方向的螺旋波紋自中心向外偏斜方向為逆時針方向，則搭配研磨墊在研磨設備上以順時針旋轉方向時，可以使得研磨過程之中所產生的氣泡得以排出。

圖3A是根據圖1A所示之研磨墊的(沿著線段A-A’)局部側視剖面圖(未依照實際比例繪製)，請同時參考圖1A、圖1B及圖3A。在本實施方式中，研磨墊100包括偵測窗106，其位於研磨層102中。偵測窗106具有底面106b，且偵測窗106之底面106b與研磨層102之背面102b實質上共平面，其中，研磨層102之背面102b以及偵測窗106之底面106b皆具有螺旋波紋108。

詳細而言，在製造研磨墊100時，前述表面切削程序是在具有偵測窗106的研磨層102之背面102b上進行。因此，當切削程序進行時(即，切削刀具202以特定速度朝向一固定方向移動時)，會在研磨層102之背面102b上以及偵測窗106之底面106b上同樣產生切削刀痕，而形成螺旋波紋108。

偵測窗106的材料可以是透明的高分子聚合物，例如是 熱固性塑膠、熱塑性塑膠、或是任何目前已知可使用於研磨墊的偵測窗之材料。

此外，偵測窗106可依照實際所需而設計成各種形狀，例如橢圓形、圓形、方形或是任何適用之形狀。此處偵測窗106僅為例示性繪製為橢圓形，但本發明不限於此。

在其他實施方式中，如圖3B所示，研磨墊100可選擇性地包括黏著層302，其貼合於研磨層102之背面102b，但不貼合於偵測窗106之底面106b，黏著層302例如是雙面感壓膠(double-sided pressure-sensitive adhesive)。當研磨層102之背面102b上具有黏著層302時，利用黏著層302的黏著作用，將使研磨墊100在後續研磨製程中可黏著固定於研磨平台(未繪示)上。此外，研磨墊100亦可選擇性地另外包括一底層(sub-pad layer)黏著於黏著層302下方，底層下方可再包括另一黏著層黏著固定於研磨平台(未繪示)上，底層例如是比研磨層102硬度較低或壓縮較大的緩衝層。

為了更清楚描述本發明實施方式，接下來請同時參考圖2及圖4。圖4是根據圖3A所示框線區域之研磨墊局部放大示意圖(未依照實際比例繪製)，且圖4中的切削刀痕(此處繪示為波浪狀，但本發明不限於此)是由於切削刀具202以特定的進給速度朝向一固定方向X移動時所產生。由此可看出，研磨墊100在經過表面切削程序處理後，研磨層102之背面102b上以及偵測窗106之底面106b上皆具有切削刀痕，而形成螺旋波紋108(如圖1B 中所示)。如圖4所示，切削刀痕之螺旋波紋108的截面包括複數個突起，特別是這些突起為非對稱形，且這些突起沿方向X依序為斜度較大的上升部份、峰點部份、及斜度較小的下降部份週期性分布。此外，如前所述，經由在切削程序中調整不同的參數條件(例如進給速度或切削深度)，所得到的切削刀痕的寬度W以及高度H亦會有所不同。其中，螺旋波紋108位於偵測窗106之底面106b上的切削刀痕高度可例如為大於或等於0.005mm，但本發明不限於此。

請繼續參考圖4。值得注意的是，當偵測窗106之底面106b上具有切削刀痕時，研磨過程經過研磨物件(未繪示)表面所反射具有不同方向的反射光線402穿透偵測窗106時，可偵測到穿透光線產生較多平行光的聚光現象(如圖4中線箭頭所示),也就是說，經過偵測窗106之底面106b時的所穿透光線將產生較少的散射光。因此，可以提升光學偵測系統偵測研磨物件表面的研磨程度之靈敏度。需注意，此處反射光線402在經過偵測窗106之底面106b時的光線路徑僅為例示性參考，未依照實際比例繪製。本發明所謂平行光係指角度在特定範圍內，且能通過偵測時所使用的光柵片，所穿透的光線並不限定為絕對的平行。換言之，研磨墊100在經過表面切削程序處理後，所形成的螺旋波紋108使得偵測窗106具有聚光特性。

特別值得一提，如上述圖3B所示實施方式中，黏著層302僅貼合於研磨層102之背面102b，但不貼合於偵測窗106之 底面106b，不但可使研磨墊100黏著固定於研磨平台上，且可維持偵測窗106具有上述的聚光特性，而不受黏著層302所影響。

下列表1為表面切削程序中，在不同的進給速度(F-Value)下所形成之切削刀痕的寬度及高度，以及對於具有不同方向且波長670nm的光源穿透過不同偵測窗，平行光穿透率的測量結果比較。

詳細而言，由上述表1中的結果可知，當研磨墊背面以很低的進給速度(F-Value為0.05mm/轉)進行表面切削程序時，偵測窗底面不具有螺旋波紋，無法量測得到切削刀痕的寬度及高度，且偵測窗的平行光穿透率為46.80%。相對地，隨著進給速度增加，經過表面切削程序處理後，偵測窗底面則具有螺旋波紋，也可以量測得到切削刀痕的寬度及高度，例如，當進給速度為0.15mm/轉時，切削刀痕的寬度為0.146mm，高度為0.005mm，且偵測窗的平行光穿透率為49.60%；當進給速度為0.35mm/轉時，切 削刀痕的寬度為0.347mm，高度為0.010mm，且偵測窗的平行光穿透率為52.76%；當進給速度為0.55mm/轉時，切削刀痕的寬度為0.551mm，高度為0.030mm，且偵測窗的平行光穿透率為59.07%；當進給速度為0.75mm/轉時，切削刀痕的寬度為0.748mm，高度為0.050mm，且偵測窗的平行光穿透率為55.09%。切削刀痕可使偵測窗產生菱鏡片的效果(如圖4及如上所述之週期性突起)，由平行光穿透能力的數據可看出，切削刀痕的聚光特性類似於背光模組中菱鏡片(prism film)或增亮膜(brightness enhancement film，BEF)所產生之光學膜效果。

另外，根據本發明提出的製造研磨墊的方法，首先，形成研磨層。接著，對研磨層之背面進行表面切削程序，其中，表面切削程序是從研磨層之邊緣往研磨層的中心方向進行或從研磨層之中心往研磨層的邊緣方向進行，以使得研磨層之背面形成螺旋波紋。在表面切削程序中，例如是以切削刀具沿研磨層之半徑方向移動，且研磨層旋轉的方式進行，其中，切削刀具沿研磨層之半徑方向移動時具有一進給速度，例如為大於或等於0.1mm/轉，但本發明不限於此。事實上，不論切削程序是從研磨層之邊緣處開始，而使切削刀具逐步往研磨層的中心方向移動；或是從研磨層之中心處開始，而使切削刀具逐步往研磨層的邊緣方向移動，兩者皆能於研磨層之背面形成螺旋波紋。有關表面切削程序的相關敘述請參考圖2的說明，在此不再重複贅述。

在其他實施方式中，在進行表面切削程序之前，可包括 形成偵測窗於研磨層中的步驟。因此，當研磨層之背面經由表面切削程序處理後，偵測窗之底面與研磨層之背面實質上共平面，而使得研磨層之背面以及偵測窗之底面皆具有螺旋波紋。螺旋波紋可使得偵測窗具有聚光特性。

另外，根據本發明提出的研磨方法，其是將本發明所揭露的研磨墊應用於研磨程序中，用於研磨一研磨物件。首先，提供包括研磨層的研磨墊。研磨層具有研磨面及背面，其中在研磨層之背面具有螺旋波紋。之後，再將研磨物件置於在研磨層之背面具有螺旋波紋的研磨墊上以進行研磨程序。此處有關研磨墊的相關敘述請參考圖1A、圖1B、圖3A以及圖3B的說明，在此不再重複贅述。

上述各實施例中之研磨墊可應用於如半導體、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設備及製程，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。

綜上所述，根據本發明所提供的研磨墊以及研磨墊的製造方法，藉由在研磨層之背面進行表面切削程序，可使得研磨層之背面產生切削刀痕而形成螺旋波紋，位於研磨層背面的螺旋波紋亦有利於排出在後續研磨過程之中所產生的氣泡。此外，藉由在具有偵測窗的研磨層之背面進行表面切削程序，可使得研磨層 之背面上以及偵測窗之底面上同樣產生切削刀痕，而形成螺旋波紋。由於位於偵測窗之底面上的螺旋波紋可使得偵測窗具有聚光特，性，而產生類似於菱鏡片的效果，因此，在後續研磨過程之中，經由偵測窗偵測研磨物件的研磨程度時，可以提升其偵測靈敏度。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (21)

1. 一種研磨墊，適用於具有一旋轉方向的一研磨設備，包括：一研磨層，具有一研磨面及一背面，其中該研磨層之該背面具有一螺旋波紋；以及一偵測窗，位於該研磨層中，具有一底面，該偵測窗之該底面係與該研磨層之該背面實質上共平面，其中該研磨層之該背面以及該偵測窗之該底面皆具有該螺旋波紋。
2. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊，其中自該研磨墊俯視方向，該螺旋波紋由中心向外具有一偏斜方向，該偏斜方向與該研磨設備之該旋轉方向相反。
3. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊，其中該螺旋波紋具有一間距，該間距大於或等於0.1mm。
4. 如申請專利範圍第3項所述的研磨墊，其中該螺旋波紋之該間距為固定，使該螺旋波紋係規則性地分佈於該研磨層之該背面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊，其中該螺旋波紋之截面包括複數個突起。
6. 如申請專利範圍第5項所述的研磨墊，其中該些突起為非對稱形。
7. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊，其中該螺旋波紋於該偵測窗之該底面的高度大於或等於0.005mm。
8. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊，其中該螺旋波紋使得該偵測窗具有聚光特性。
9. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊，更包括一黏著層，其中該黏著層貼合於該研磨層之該背面，但不貼合於該偵測窗之該底面。
10. 一種研磨墊的製造方法，包括：形成一研磨層；對該研磨層之一背面進行一表面切削程序，其中該表面切削程序是從該研磨層之邊緣往該研磨層的中心方向進行或從該研磨層之中心往該研磨層的邊緣方向進行，以使得該研磨層之該背面形成一螺旋波紋；以及形成一偵測窗於該研磨層中，且該表面切削程序使得該偵測窗之一底面與該研磨層之該背面實質上共平面，其中該研磨層之該背面以及該偵測窗之該底面皆具有該螺旋波紋。
11. 如申請專利範圍第10項所述的研磨墊的製造方法，其中該表面切削程序是以一切削刀具沿該研磨層之半徑方向移動，且該研磨層旋轉的方式進行。
12. 如申請專利範圍第11項所述的研磨墊的製造方法，其中該切削刀具沿該研磨層之半徑方向移動時具有一進給速度，該進給速度大於或等於0.1mm/轉。
13. 如申請專利範圍第10項所述的研磨墊的製造方法，其中該螺旋波紋具有一間距，該間距大於或等於0.1mm。
14. 如申請專利範圍第13項所述的研磨墊的製造方法，其中該螺旋波紋之該間距為固定，使該螺旋波紋係規則性地分佈於該研磨層之該背面。
15. 如申請專利範圍第10項所述的研磨墊的製造方法，其中該螺旋波紋之截面包括複數個突起。
16. 如申請專利範圍第15項所述的研磨墊的製造方法，其中該些突起為非對稱形。
17. 如申請專利範圍第10項所述的研磨墊的製造方法，其中該螺旋波紋於該偵測窗之該底面的高度大於或等於0.005mm。
18. 如申請專利範圍第10項所述的研磨墊的製造方法，其中該螺旋波紋使得該偵測窗具有聚光特性。
19. 如申請專利範圍第10項所述的研磨墊的製造方法，更包括貼合一黏著層於該研磨層之該背面，但不貼合於該偵測窗之該底面。
20. 如申請專利範圍第10項所述的研磨墊的製造方法，更包括於該研磨層之一研磨面形成一溝槽圖案。
21. 一種研磨方法，用於研磨一研磨物件，包括：提供如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的研磨墊；以及將該研磨物件置於該研磨墊上以進行一研磨程序。