TWI287486B - Polishing pad and method thereof - Google Patents

Description

1287486 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種研磨墊及其製造方法，且特別是 有關於一種適用於化學機械研磨，且兼顧硬度與壓縮性2 研磨墊及其製造方法。 【先前技術】 在半導體積體電路的製造過程中，隨著隔離結構、電 晶體、金屬層與介電層一層層堆疊上去之後，晶圓的表面 也跟著越來越不平坦。受限於曝光機所能達到之聚焦深度 (depth of f0cus)的限制，將光罩圖案轉移至晶圓上光阻的過 程也就越加困難，曝光結果也越容易失真。而化學機械研 磨法是一種可以讓晶圓全面平坦化的製程，藉以讓上述的 問題得以解決。 化學機械研磨法在進行當中，是將晶圓壓在研磨墊 上，讓晶圓在表面佈滿研漿之研磨墊上移動，而研漿中含 有微細的研磨顆粒與化學試劑。因此晶圓在研磨墊上移動 時’可藉由研磨顆粒的機械式研磨與化學試劑的化學反應 二者之幫助來進行晶圓的平坦化製程。 由於化學機械研磨法之首要目標為能讓晶圓均勻地全 面平坦化’而且還要能讓同一批次晶圓的平坦化結果具有 重複性。而研磨塾的硬度（rigidity或stiffness)以及可壓縮 性（compressibility或compHance)與晶圓研磨後之平坦度有 相當大的關係。一般來說，硬度高之研磨墊可以增加晶圓 研磨之平坦度，而可壓縮性高之研磨墊則可以增加晶圓研 5 1287486 磨之均勻度。因此在使用硬度較高之研磨墊來研磨晶圓之 後’往往還需要再使用硬度較低之研磨墊來改善晶圓研磨 的均勻度，這使得化學機械研磨法的產量較低。習知單層 研磨墊在特性上只能取決於所使用的材料，且此種單層研 磨墊之製作在硬度與研磨均勻性上不易取得良好平衡。 為了兼顧上述之硬度與可壓縮性之要求，亦有部份習 知之研磨墊以至少一層硬墊、以及至少一層軟墊疊合在一 起來組成所需之研磨墊，例如第5212910號美國專利與第 5257478號美國專利所揭露之研磨墊。然而，如第6217426 號美國專利所述，由至少兩層疊合而成之研磨墊雖然可以 部分兼顧晶圓研磨之平坦度與均勻度的要求，但在研磨過 程中’由至少兩層疊合而成之研磨墊容易因為外力而彼此 脫離。而且雙層結構研磨墊之製作在時間與成本花費上也 有較大負擔。 上述習知技術中，無可避免地增加了製程複雜度及製 造成本。 【發明内容】 因此本發明之一目的就是在提供一種研磨墊及其製造 方法，用以改善化學機械研磨之均勻度及平坦度。 本發明的又一目的是在提供一種研磨墊及其製造方 法，以製造兼顧硬度與壓縮性之研磨墊。 根據本發明之上述目的，提出一種研磨墊及其製造方 法’適用於化學機械研磨。研磨墊包括一研磨墊本體以及 至少一長條形輔助壓縮體，長條形輔助壓縮體内埋於研磨 6 1287486 塾本體’且長條形輔助壓縮體之壓縮性大於研磨墊本體之 壓縮性。 本發明之另一態樣係為一研磨墊製造方法，包括··裝 置一輔助壓縮體成形模具於一研磨墊模具内部，其中輔助 壓縮體成形模具具有至少一長條突出部，用以定義研磨墊 内σ卩之長條形輔助壓縮體；注入一高分子材料於研磨墊模 具之一模穴中，以形成一研磨墊本體，其中長條突出部被 包覆於高分子材料中；以及實施一脫模步驟並將輔助壓縮 • 體成形模具與成形之研磨墊本體分離而取出，得到一具有 中空通道之研磨塾。 本發明之又一態樣係為一研磨墊之製造方法，包括： 安裝至少一長條形辅助壓縮體於一研磨墊模具之内部；注 入一南分子材料於研磨墊模具之一模穴中，以形成一研磨 塾本體’其中長條形輔助壓縮體被包覆於高分子材料中； 以及實施一脫模步驟，以得到一内埋長條形辅助壓縮體之 研磨墊。長條形輔助壓縮體之材料更可利用一可分解材料 > 取代。於高分子材料硬化成形步驟後，再施以一分解該長 條形輔助壓縮體材料之步驟，例如以一分解溶劑將材料分 解，使研磨墊本體内部留下中空之通道結構。 本發明之再一態樣係為一研磨墊之製造方法包括形成 一研磨墊本體，以及鑽孔研磨墊本體之側面。研磨墊本體 之形成，係利用一般模具一體成形方式達成。鑽孔方式為 機械式鑽孔或者雷射鑽孔。 ' 本發明之研磨墊製造方法可在研磨墊内部製造出内埋 之中空通道或長條形輔助壓縮體，藉由此中空通道或長條 7 1287486 形輔助壓、缩體，τ有效地增加研磨墊的可壓縮@。而且中 空通道尺寸的調整，僅須藉由輔助壓縮體成形框架之設計 而輕易達成，具有相當自由之設計彈性。此中空通道之橫 切面孔徑約略為50μιη至2mm。本發明亦提供一種兼顧硬 度與可壓縮性之研磨墊製造方法，不僅使製造者節省大量 成本與製作時間，更有效地提升化學機器研磨時，表面的 平坦度以及均勻度。 【實施方式】 本發明揭露一種應用於化學機械研磨、兼具硬度及可 壓縮性之研磨墊及其製造方法。藉由在研磨墊本體内部形 成至少一個的中空通道、或者壓縮性比研磨墊本體材料還 大的長條形輔助壓縮體，使研磨墊整體具有相較於僅以單 一材料製成之研磨墊較佳之可壓縮性。當運用於兼顧硬度 與壓縮性之單層研磨墊結構之製造時，更有助於製造速度 之提升以及製造成本之降低。 以下將以圖式及詳細說明清楚闡釋本發明之精神，如 熟悉此技術之人員在瞭解本發明之實施例後，當可由本發 明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之 精神與範圍。以下將以單層結構之研磨墊為例，說明數個 製造本發明研磨墊之實施例。然本發明並非限制於單層結 構之應用，雙層或雙層以上之研磨墊同樣可由本發明獲得 較佳可壓縮性之優點。 參照第1A圖至第1D圖，其係分別繪示依照本發明之 研磨墊一實施例之側視圖及上視圖。研磨墊100包含一研 8 1287486 磨墊本體102,以及位於研磨墊本體1〇2内部之至少一長條 形輔助壓縮體104,此長條形辅助壓縮體1〇4之壓縮性大於 研磨墊本體102。藉由研磨墊本體1〇2内部之長條形辅助壓 縮體104,使研磨墊1〇〇整體之可壓縮性大為提升。長條形 輔助壓縮體104可如第1B圖中，完全貫通研磨墊本體1〇2, • 或如第1C圖t ,長條形辅助壓縮體1〇4之一端形成於研磨 . 侧面102a，其另一端封閉於研磨墊本體102内部，且呈輻 射狀並各自獨立，或如第1D圖中，輻射狀於中心相會之長 • 條形輔助壓縮體1〇4之配置方式。此長條形辅助壓縮體1〇4 不僅可為壓縮性大於研磨墊本體丨〇2之一實體材料，如一 實心管或空心管，亦可為一中空通道，也就是空氣，同樣 可達到增加研磨墊1 〇〇之可壓縮性之效果。 參考第2圖，其緣示依照本發明之研磨墊製造方法一 實施例的流程圖。於本實施例中，研磨墊之製造方法2〇〇 包含以下步驟。步驟202中，形成一研磨墊本體1 〇2。可利 用習知之模具一體成形方式製作出此研磨墊本體1〇2。接著 • 在步驟204中，於研磨墊本體102之側面進行鑽孔，以形 成中空通道之長條形輔助壓縮體1 〇4。鑽孔之步驟204可利 用機械鑽孔、或以精度較佳且可得到較小尺寸之雷射鑽孔 方式達成。 本實施例中，可利用現有之研磨墊模具，製造出研磨 戮 墊100，並利用鑽孔的方式，於研磨墊側面1〇2a上鑽出通 道，以形成由空氣所組成之長條形輔助壓縮體104。 本發明之研磨墊另一實施例，參考第3圖，其係繪示 依照本發明之研磨墊製造裝置之示意圖。 9 1287486 研磨墊製造裝置300包含有一輔助壓縮體成形模具 310 ’以及一研磨墊模具320。辅助壓縮體成形模具310包 含有一基座312以及至少一長條突出部314突出於基座 312。研磨墊模具320具有一模穴322,以形成研磨墊1〇〇。 研磨墊模具320更具有一注入口 324連接模穴322,使一高 • 分子材料可經由此注入口 324，進入模穴322。輔助壓縮體 成形模具310由研磨墊模具320之一側面插入，兩者相結 合便形成本發明之研磨墊製造裝置3〇〇。 φ 第4圖係繪示第3圖中研磨墊之製造方法。方法4〇〇 始於步驟402，步驟402中，裝置一輔助壓縮體成形模具 310於一研磨墊模具320内部，其中辅助壓縮體成形模具 310具有至少一長條突出部314,用以使成形之研磨墊本體 102内部形成中空通道1〇4。輔助壓縮體成形模具31〇中， 長條突出部314之間係為平行排列，且長條突出部314之 截面形狀可為任意形狀，例如橢圓形、圓形或多邊形。 當輔助壓縮體成形模具310裝置於研磨墊模具32〇中 φ 時，長條突出部314在研磨墊側面1〇2a上之位置，係如第 1A圖所示，係配置於研磨墊本體1〇2之上表面與下表面之 間，亦即模穴322之上下表面之間，但不接觸到，使長條 “ 形輔助壓縮體1〇4可正確定義在研磨墊本體之内部，而非 上下表面。本實施例中所形成之研磨墊本體1〇2厚度約略 • 為6mm，而長條突出部314具有直徑約略為lmm之一圓形 截面。 步驟406中，注入高分子材料於研磨墊模具32〇之模 八322中，等待至高分子材料硬化成形。此高分子材料即 !287486 為形成研磨墊本體102所用之材料，研磨墊本體1〇2之材 料例如為具有孔隙之高分子材料。於本實施例中，使用之 南刀子材料為一聚氨酿發泡體咖如肪此此foam ; pu foam)。自〉主入口 324注入高分子材料至模穴322中，等待 南分子材料硬化之後，研磨墊本體102便成形於研磨墊模 具320内。 ^步驟408中，實施一脫模步驟，並將輔助壓縮體成形

模〃 3 10取出，得到一具有中空通道之長條形輔助壓縮體 1〇4之研磨墊110。此實施例中之研磨墊之上視圖係如第ib 圖所不。長條形輔助壓縮體1〇4可貫通研磨墊本體ι〇2或 中止於研磨墊本體1G2之内部，其可藉由調整長條突出部 314之長度而決定之。 —製造方法中可選擇包含步驟修其係在注人高分子材 料前’預先塗佈離形劑於輔助壓縮體成形模具遍。此離形 月！可為蠛3㈣脂、或含石夕樹脂，以避免脫模時研磨塾 ^ 02内4產生知傷，使高分子成形後之脫模步驟更為 順=另外’此輔助壓縮體成形模具31〇的材料可選擇為 面能之材料’例如為含氟之—高分子材料（如 =:切之一高分子材料(如咖⑽ 壓縮體成形模具31〇的材料亦可為一複合材料，例 ’…面被具有含既之高分子材料，或含矽之高分子材料 成形模具3U)係❹上合㈣㈣縮體 料，則步驟404之塗佈離形劑的步驟低表面能材 本發明之研磨墊製造裝置另一實施例，參考第5A圖與 1287486 第5B圖，其分別繪示研磨墊裝置中輔助壓縮體成形框架之 示意圖，及其裝置於研磨墊模具之側剖面示意圖。 第5A圖係繪示一辅助壓縮體成形框架51〇上視圖，辅 助壓縮體成形框架510係為一網狀框架，且由複數個長條 形輔助壓縮體512所構成，且此長條形辅助壓縮體512之 壓縮性需大於研磨墊本體102,如為一橡膠材料或一多孔性 聚氨酯材料。 第5B圖係繪示辅助壓縮體成形框架51〇裝入研磨墊模 具520之剖面圖。研磨墊模具520係利用一夾持的方式固 疋輔助壓縮體成形框架510。可預先在研磨墊模具520之下 半部（下模）移除些許深度，以提供夾持或置放之空間。 參照第6圖，其係繪示上述實施例之研磨塾製造方法 流程圖。方法600係始於一裝置步驟6〇2，步驟602中，其 係利用夾持的方式裝置辅助壓縮體成形框架5丨〇於一研磨 墊模具520内部。其中輔助壓縮體成形框架5丨〇具有至少 一長條形輔助壓縮體512,且長條形輔助壓縮體512之壓縮 性大於研磨墊本體1 〇2之壓縮性，用以内埋於研磨墊本體 102内。其中輔助壓縮體成形框架51〇之長條形輔助壓縮體 512係為網狀排列。 步驟604中，注入高分子材料於研磨墊模具520之一 模穴530中，以形成一研磨墊本體1〇2,其中長條形辅助壓 縮體512被包覆於高分子材料中。 步驟606,於脫模後，更裁切研磨墊ι〇〇周邊之多餘材 料’得到具有一内埋長條形輔助壓縮體512之研磨墊1〇〇。 另外，若長條形輔助壓縮體512選擇用一可分解材料 12 1287486 如一聚乙稀醇（polyvinyl alcohol ; PVA)、一 聚乳酸（poly lactic acid ； PLA)、或一聚苯乙稀（polystyrene ; PS)，則 製造方法600更包含一步驟608,以分解長條形輔助壓縮體 512,形成中空通道於研磨墊100中。依據不同之可分解材 料而使用對應之分解溶劑。以上述可分解材料為例，其中 水可溶解聚乙烯醇及聚乳酸、有機溶劑（如二氯甲烷）可溶解 聚苯乙烯。當長條形輔助壓縮體512被完全分解後，便於 研磨墊本體102内部形成中空通道結構，其亦可提升研磨 墊100之可壓縮性。 參考第7A圖與第7B圖，其分別繪示辅助壓縮體成形 框架其它不同態樣之示意圖。輔助壓縮體成形框架700之 又一態樣為一螺旋形排列之長條形辅助壓縮體710(第7A 圖），或一同心圓排列之長條形輔助壓縮體720(第7B圖）。 長條形輔助壓縮體710與720係藉由一支撐架構730支撐， 而保持於一平面，避免部份下垂。支撐架構730之兩端係 固定於邊框740上。支撐架構730之材料可為一尼龍纖維、 一聚酯纖維、或一聚氨酯纖維，邊框740之材料可為一金 屬材料或一高分子材料。於本實施例中支撐架構730與長 條形輔助壓縮體710、720可為一體成形，或藉由黏貼劑固 定。 當脫模後，將邊框740及部分支撐架構730切斷，便 得到一内埋長條形輔助壓縮體710或720之研磨墊。 關於長條形輔助壓縮體之排列方式，除了上述各實施 例中所示之平行排列、網狀排列、螺旋形排列以及同心圓 排列外，亦可以是其它各種排列方式，依製程設備、需求 13 1287486 等考置而仔自由設計選用。上述之實施例說明並非限定長 條形辅助壓縮體之排列方式。除此之外，長條形輔助1 缩 體之截面形狀可為任意形狀，例如擴圓形、圓形或多邊形 等。 4上述實施例中均以單層排列之長條形輔助I缩體做為 說明’但本發明之長條形辅助壓縮體並不限於單層排列， 亦可選擇為多層排列。 由上述本發明實施例可知，應用本發明具有下列優 點。本發明之研磨塾具有橫切面尺寸自5一至2mm之内 部長條形辅助I缩體或中空通道，使整體研磨塾之可麼縮 性大為增加。本發明之研磨塾製造方法可在研磨塾内部製 造出内埋之中空通道或長條形辅助I缩體，藉由此中空通 道或長條形輔助㈣體，可有效地增加研磨墊的可壓縮 挫而且中工通道尺寸的調整，僅須藉由輔助壓縮體成形 框架之設計而輕易達成，具有相當自由之設計彈性。此外， 本發明亦提供一種兼顧硬度與可壓縮性之研磨墊製造方 法，不僅使製造者節省大量成本與製作時間，更有效地提 升化學機器研磨時，表面的平坦度以及均勻度。 並且本發明之製造方法若應用在單層研磨墊結構之製 作’也具有才目當大的成本效，因其不僅相較於習知之單 層研磨塾具有更佳的壓縮性，提供了欲得到一兼顧硬度與 壓縮性之單層研磨墊之解決方案。 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’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範 圍内’當可作各種之更動與潤飾’因此本發明之保護範圍 1287486 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1A圖係繪示依照本發明之研磨墊一實施例之側視 圖。 第1B圖至第1D圖係繪示依照本發明之研磨墊一實施 例之上視圖。 第2圖係繪示依照本發明之研磨墊製造方法一實施例 之流程圖。 第3圖係繪示依照本發明之研磨墊製造裝置一實施例 之不意圖。 第4圖係繪示苐3圖之研磨墊製造方法之流程圖。 第5A圖係繪示本發明之輔助壓縮體成形框架之上視 圖。 第5B圖係繪示本發明之研磨墊製造裝置又一實施利 之側視圖。 第6圖係繪示第5B圖之研磨墊製造方法之流程圖。 第7 A圖至第7B圖係緣示輔助壓縮體成形框架其它不 同態樣之上視圖。 【主要元件符號說明】 100 :研磨墊 102 :研磨墊本體 15 1287486 102a :研磨墊側面 104 :長條形輔助壓縮體 200 :方法 202 :步驟 204 :步驟 300 :研磨墊製造裝置 輔助壓縮體成形模具 312:基座 310 ： 314 :長條突出部 322 :模穴 400 :方法 404 :步驟 408 :步驟 512 :長條形輔助壓縮體 530 :模穴 602 :步驟 606 :步驟 320 :研磨墊模具 324 :注入口 402 :步驟 406 :步驟 510 :輔助壓縮體成形框架 520 :研磨墊模具 600 :方法 604 :步驟 608 :步驟

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Claims (1)

1287486 · 十、申請專利範圍： 1·一種研磨墊，包含： 一研磨墊本體；以及 至少一長條形辅助壓縮體，位於該研磨墊本體之内部 ’其中該長條形辅助壓縮體之壓縮性大於該研磨墊本體之 • 壓縮性。 2·如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該長條 _ 形辅助壓縮體之截面形狀係選自包括一橢圓形、一圓形、 一多邊形、或其組合所組成之族群。 3.如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該長條 形輔助壓縮體之橫切面尺寸約略為50μιη〜2mm。 4·如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該研磨墊 本體係為一高分子發泡體。 5·如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該長條形 辅助壓縮體係為一中空通道或一實體材料。 6·如申請專利範圍第5項所述之研磨墊，其中該實體材 料係為一實心管或一空心管。 7·如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該長條形 17 1287486 輔助壓Ifg體之排列係選自包括一平行排列、一網狀排列 一螺旋形排列、一同心圓排列、一輻射狀排列、或其組入 所組成之族群。 ' ° 8·如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該長條米 • 辅助壓縮體為一單層排列或一多層排列。 乂 9·如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該長條形 • 辅助壓縮體係貫通該研磨墊本體。 1〇·如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該長條 形輔助壓縮體一端形成於該研磨墊本體之一側面，另一端 封閉於該研磨墊本體之内部。 11·一種研磨墊之製造方法，包含： 安裝一辅助壓縮體成形模具於一研磨墊模具之内部， • f中該輔助壓縮體成形模具具有至少一長條突出部，用以 疋義一研磨墊内部之一長條形輔助壓縮體； 注入一高分子材料於該研磨墊模具之一模穴中，以形 .成一研磨墊本體，其中該長條突出部被包覆於該高分子材 料中；以及 • 實施一脫模步驟並分離該辅助壓縮體成形模具與該研 磨墊本體，以得到具有中空通道之一研磨墊。 12·如申請專利範圍第u項所述之方法，其中該長條突 18 1287486 出之橫切面尺寸約略為5〇μπι至2mm。 13·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該高分子 材料係為一聚氨酯發泡體。 _ 14·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該裝置一 、輔助壓縮體成形模具之步驟係自該研磨墊模具之側邊，將 該辅助壓縮體成形模具推入，並與該研磨墊模具密合。 15·如申請專利範圍第丨丨項所述之方法，其中該長條突 出部係為一金屬材料、一具有低表面能之材料、或表面被 具有低表面能材料包覆之一複合材料。 16·如申請專利範圍第11項所述之方法，更包含在注入 該尚分子材料之步驟前塗佈一離形劑於該輔助壓縮體成形 模具。 Φ 17. —種研磨墊之製造方法，包含： 安裝至少一長條形輔助壓縮體於一研磨墊模具之内 部； - 注入一高分子材料於該研磨墊模具之一模穴中，以形 ^ 成一研磨墊本體，其中該長條形輔助壓縮體被包覆於該高 分子材料中；以及 實施一脫模步驟’以得到一内埋長條形輔助壓縮體之 研磨塾。 19 1287486 18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該長條形 輔助壓縮體之壓縮性大於該高分子材料之壓縮性。、乂 19. 如中請專利範圍第17項所述之方法，其中該長條來 輔助壓縮體係為一橡膠或一多孔性聚氨酯材料。 v 20. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中安裝該長 條形輔助壓縮體於該研磨墊模具内部之步驟係安裝—輔二 壓縮體成频架於該研磨墊模具内部，其中該輔助壓縮體 成形框架具有至少一長條形輔助壓縮體。 21.如申請專利範圍第Π項所述之方法，其中該脫模之 步驟後更包含裁切該研磨塾周邊之多餘材料，使該長條形 辅助壓縮體之一部份留在該研磨墊内。

22·如申請專利範圍第17項所述之方法 輔助壓縮體為一可分解材料。 ’其中該長條形 23·如申請專利範圍第22㈣述之方法，其中該長條形 辅助壓縮體之材料係為—聚乙烯醇、—聚乳酸、或一聚笨 乙烯。 24·如中請專利範圍第22項所述之方法，更包含在該形 成遠内埋長條形輔助壓縮體之研磨墊之步驟後，分解該長 20 以7486 條形輔助壓縮體。 25· —種研磨墊之製造方法，包含： 形成一研磨墊本體；以及 鑽孔該研磨墊本體之側面。 其中該鑽孔之 26·如申請專利範圍第25項所述之方法 步驟係實施一機械式鑽孔。 其中該鑽孔之 27·如申請專利範圍第25項所述之方法 步驟係實施一雷射鑽孔。

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