TW201716182A - 研磨裝置與研磨方法 - Google Patents
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Abstract
一種研磨裝置包括:研磨台以及研磨墊。研磨台具有第一中心位置。研磨墊配置於研磨台上,其具有第二中心位置。研磨墊包括研磨層以及多個環狀溝槽。環狀溝槽位於研磨層中,其以第二中心位置為中心呈現同心排列。第一中心位置與第二中心位置之間具有第一距離。
Description
本發明是有關於一種研磨裝置與研磨方法,且特別是有關於一種可提供較均勻的研磨率的研磨裝置與研磨方法。
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(chemical mechanical polishing,CMP)製程是將研磨墊貼附於研磨承載台上,供應具有化學品之研磨液於研磨墊上,對研磨物件(例如是半導體晶圓)施加一壓力以將其壓置於研磨墊上,且讓研磨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,移除部分研磨物件之表層,而使其表面逐漸平坦,來達成平坦化的目的。
圖1是一種傳統研磨裝置的上視示意圖。請參照圖1,研磨裝置10包括研磨台12以及位於研磨台12上的研磨墊14。研磨墊14具有研磨層14a以及多個同心圓溝槽14b位於研磨層14a表面。同心圓溝槽14b以研磨台12的中心呈同心排列,其可用以容納及傳輸研磨液。然而,由於各個同心圓溝槽14b之間並不相連,再加上研磨製程中,研磨台12與研磨墊14在進行等速率圓周運動時,外圍區域的同心圓溝槽14b的切線速度大於中央區域的同心圓溝槽14b的切線速度,其使得研磨層14a表面上不同區域(亦即中央區域與外圍區域)的研磨液傳輸速度不同。因此,研磨墊上的研磨物件20的中央區域與外圍區域之間的研磨液的流場分布亦隨之不同,進而產生研磨物件20研磨率不均勻的問題。
因此,如何提供一種研磨裝置與研磨方法,其可提升研磨物件的研磨率均勻度將成為重要的一門課題。
本發明提供一種研磨裝置與研磨方法,其可提升研磨物件的研磨率均勻度,進而改善產品良率。
本發明提供一種研磨裝置包括研磨台以及研磨墊。研磨台具有第一中心位置。研磨墊配置於研磨台上,其具有第二中心位置。研磨墊包括研磨層以及多個環狀溝槽。環狀溝槽位於研磨層中,其以第二中心位置為中心呈現同心排列。第一中心位置與第二中心位置之間具有第一距離。
在本發明的一實施例中,上述研磨裝置更包括研磨頭配置於研磨墊上,其可用以承載研磨物件使其與研磨墊接觸。研磨頭沿著研磨台的徑向方向來回擺動第二距離。
在本發明的一實施例中,上述第一距離與第二距離的總和至少大於1.1公分。
在本發明的一實施例中,上述第一距離至少大於1.1公分。
在本發明的一實施例中,上述第一距離介於0公分至20公分之間。
本發明提供一種研磨方法,其步驟如下。提供研磨墊於研磨台上。研磨台具有第一中心位置。研磨墊具有第二中心位置。第一中心位置與第二中心位置之間具有第一距離。藉由配置在研磨墊上的研磨頭,以承載研磨物件使其與研磨墊接觸。對研磨物件施加一壓力,使得研磨物件被壓置於研磨墊上以進行研磨製程。在研磨製程中,研磨物件沿著研磨台的徑向方向來回擺動第二距離。
在本發明的一實施例中,上述第一距離與第二距離的總和至少大於1.1公分。
在本發明的一實施例中,上述第一距離至少大於1.1公分。
在本發明的一實施例中,在提供研磨墊於研磨台上之前,更包括藉由治具平貼在研磨台的邊緣,使得研磨墊配置在研磨台上時,第一中心位置與第二中心位置之間維持在第一距離。
在本發明的一實施例中,上述治具包括弧形結構、握持部以及測量部。弧形結構具有凹部與凸部,其中凹部對應於研磨台的邊緣。握持部的一端連接至弧形結構的凸部。測量部配置於弧形結構與握持部之間,其可用以量測第一距離的長度。
基於上述,本發明藉由分離研磨台的第一中心位置與研磨墊的第二中心位置,使得第一中心位置與第二中心位置相距第一距離。因此,在研磨製程中,其可改善相對應的研磨物件之中央區域的研磨液的流場分布,進而提升研磨物件的研磨率均勻度,並增加產品良率。
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。
圖2為本發明之一實施例之研磨裝置的剖面示意圖。圖3為圖2的上視示意圖。
請先參照圖2,本實施例提供一種研磨裝置100包括研磨台102以及研磨墊104。研磨台102具有第一中心位置C1。研磨台102可用以承載研磨墊104。
請同時參照圖2與圖3,研磨墊104配置於研磨台102上,其具有第二中心位置C2。研磨墊104包括研磨層104a以及多個環狀溝槽104b。環狀溝槽104b位於研磨層104a中,其以第二中心位置C2為中心呈現同心排列。雖然圖3中繪示8個環狀溝槽104b,但本發明不以此為限,環狀溝槽104b的數目可依實際需求而定。
在一實施例中,研磨墊104之研磨層104a可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。
值得注意的是,研磨台102的第一中心位置C1與研磨墊104的第二中心位置C2之間具有第一距離D1。換言之,在本實施例中,研磨墊104的環狀溝槽104b是以第二中心位置C2為中心呈現同心排列,環狀溝槽104b並非以第一中心位置C1為中心呈現同心排列。因此,在後續研磨製程中,其可改善被壓置在研磨墊104上的研磨物件200的中央區域與外圍區域之間的研磨液的流場分布,進而提升研磨物件200的研磨率均勻度,並增加產品良率。在一實施例中,第一距離D1可至少大於1.1公分。在一實施例中,第一距離D1可介於0公分至20公分之間。但本發明不以此為限,在其他實施例中,第一距離D1的上限值可依照研磨台102的尺寸與其他研磨裝置的參數值來進行調整。
請繼續參照圖2,研磨頭300設置在研磨墊104上,用以承載研磨物件200使其與研磨墊104接觸。詳細地說,研磨頭300可以對研磨物件200施加壓力,進而將研磨物件200壓置於研磨墊104的表面上,使得研磨物件200的待研磨面與研磨墊104的研磨層104a相接觸,以進行研磨。在一實施例中,研磨物件200可以是半導體晶圓、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,但本發明不限於此。
如圖2所示,研磨台102沿著一個固定的轉動方向A旋轉時,其同時帶動配置於研磨台102上的研磨墊104,使得研磨墊104亦可以沿著與研磨台102相同的轉動方向A旋轉。研磨頭300亦循著一個固定的轉動方向B旋轉,會同時帶動貼附於研磨頭300的研磨物件200,而使研磨物件200循著與研磨頭300相同的轉動方向B旋轉。在本實施例中,轉動方向A例如是具有一相同於轉動方向B的旋轉方向,以使研磨墊104與研磨物件200進行相對運動,但本發明不限於此。在其它實施例中,轉動方向A與轉動方向B亦可選擇是相反方向,以使研磨墊104與研磨物件200進行相反運動。
在一實施例中,研磨頭300沿著研磨台102的徑向方向S來回平移擺動時,會同時帶動貼附於研磨頭300的研磨物件200,使得研磨物件200亦沿著徑向方向S來回擺動第二距離D2,以進行研磨製程。如圖3所示,所述第二距離D2是指研磨頭300的第三中心位置C3(可例如是研磨頭300的圓心)到研磨台102的第一中心位置C1(可例如是研磨台102的圓心)的距離範圍。上述距離範圍可由研磨頭300的半徑與研磨台102的半徑來定義。值得注意的是,研磨物件200沿著徑向方向S來回擺動亦可改善被壓置在研磨墊104上的研磨物件200的中央區域與外圍區域之間的研磨液的流場分布,進而提升研磨物件200的研磨率均勻度,並增加產品良率。在一實施例中,第一距離D1與第二距離D2的總和可至少大於1.1公分。在一實施例中,第二距離D2可介於0至20公分之間。但本發明不以此為限,在其他實施例中,第二距離D2亦可為非固定範圍,其可例如是逐漸遞增或逐漸遞减的距離範圍。
圖4為實驗例1之研磨裝置與比較例1-4之研磨裝置的研磨率比較圖。
圖4之縱軸為研磨率(Polish rate),其單位為埃(Å)。圖4之橫軸表示研磨物件的相對位置,也就是自研磨物件中央(即研磨物件的中心的位置標示為0)向右+R及向左-R各點之相對位置。圓點分布為實施例1,其是使用研磨裝置100並分離研磨台102的第一中心位置C1與研磨墊104的第二中心位置C2,使得第一中心位置C1與第二中心位置C2相距第一距離D1(D1=1.2公分),來進行研磨製程。基本上比較例1-4與實施例1相似,其差異點是在於第一距離D1的不同。詳細地說,比較例1的第一距離D1=0公分;比較例2的第一距離D1=0.9公分;比較例3的第一距離D1=1.0公分;比較例4的第一距離D1=1.1公分。由圖4可知,比較例1-4的研磨裝置因對應於研磨物件的中央區域的研磨液流場分布較差,使得研磨物件的中央區域與外圍區域的研磨率具有較大的落差。反觀,實施例1之研磨裝置100則是因對應於研磨物件200的中央區域的研磨液流場分布較佳,使得研磨物件200的中央區域與外圍區域的研磨率的落差較小。換言之,本實施例之研磨物件200的中央區域的研磨率較為平坦,因此,研磨物件200的整體研磨率較為均勻。
圖5為本發明之一實施例之配置研磨墊的作動示意圖。圖6為本發明之一實施例之研磨方法的流程步驟圖。
在本實施例中,將利用上述研磨裝置100來進行研磨製程,其配置關係已於上述段落詳細說明過,於此便不再贅述。
請同時參考圖5與圖6,先進行步驟S001,將治具400平貼在研磨台102的邊緣。詳細地說,治具400包括弧形結構402、握持部404以及測量部406。弧形結構402具有凹部402a與凸部402b。凹部402a可對應於研磨台102的邊緣。握持部404的一端連接至弧形結構402的凸部402b。在一實施例中,握持部404配置於凸部402b的中央位置,但本發明不以此為限。測量部406配置於弧形結構402與握持部404之間,其可從弧形結構402的凹部402a延伸至弧形結構402的凸部402b。
接著,進行步驟S002、S003。連續地說,可先將弧形結構402的凹部402a平貼或對齊研磨台102的邊緣,再將研磨墊104配置在研磨台102上。之後,利用治具400的測量部406,將研磨台102的第一中心位置C1與研磨墊104的第二中心位置C2之間維持在第一距離D1。由於治具400的測量部406上具有刻度標記,其可用以量測所需的第一距離D1的長度,並將超出研磨台102的部分研磨墊104(如圖5中的虛線部分)移除。因此,在進行預防性維護(Preventive Maintenance,PM),不同使用者可依照相同的刻度標記來配置研磨墊。如此一來,便可標準化預防性維護的程序。
然後,進行步驟S004,藉由配置在研磨墊104上的研磨頭300,以承載研磨物件200使其與研磨墊104接觸。在一實施例中,研磨台102沿著轉動方向A旋轉,其同時帶動配置於研磨台102表面的研磨墊104亦沿著轉動方向A旋轉。而研磨頭300則是沿著轉動方向B旋轉,亦同時帶動貼附於研磨頭300的研磨物件200沿著轉動方向B旋轉(如圖2所示)。
之後,進行步驟S005,對研磨物件200施加一壓力,使得研磨物件200被壓置於研磨墊104上以進行研磨製程。在研磨製程中,研磨物件200沿著研磨台100的徑向方向S來回擺動第二距離D2(如圖3所示)。但本發明不以此為限,在其他實施例中,研磨物件200亦可以不沿著研磨台100的徑向方向S來回擺動。
綜上所述,本發明藉由分離研磨台的第一中心位置與研磨墊的第二中心位置,使得第一中心位置與第二中心位置相距第一距離。因此,在研磨製程中,其可改善相對應的研磨物件之中央區域的研磨液的流場分布,進而提升研磨物件的研磨率均勻度,並增加產品良率。
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。
10、100‧‧‧研磨裝置
12、102‧‧‧研磨台
14、104‧‧‧研磨墊
14a、104a‧‧‧研磨層
14b‧‧‧同心圓溝槽
20、200‧‧‧研磨物件
104b‧‧‧環狀溝槽
300‧‧‧研磨頭
400‧‧‧治具
402‧‧‧弧形結構
402a‧‧‧凹部
402b‧‧‧凸部
404‧‧‧握持部
406‧‧‧測量部
A、B‧‧‧轉動方向
C1、C2、C3‧‧‧中心
D1‧‧‧第一距離
D2‧‧‧第二距離
S‧‧‧徑向方向
S001~S005‧‧‧步驟
12、102‧‧‧研磨台
14、104‧‧‧研磨墊
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20、200‧‧‧研磨物件
104b‧‧‧環狀溝槽
300‧‧‧研磨頭
400‧‧‧治具
402‧‧‧弧形結構
402a‧‧‧凹部
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404‧‧‧握持部
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A、B‧‧‧轉動方向
C1、C2、C3‧‧‧中心
D1‧‧‧第一距離
D2‧‧‧第二距離
S‧‧‧徑向方向
S001~S005‧‧‧步驟
圖1為習知的研磨裝置的上視示意圖。 圖2為本發明之一實施例之研磨裝置的剖面示意圖。 圖3為圖2的上視示意圖。 圖4為實驗例1之研磨裝置與比較例1-4之研磨裝置的研磨率比較圖。 圖5為本發明之一實施例之配置研磨墊的作動示意圖。 圖6為本發明之一實施例之研磨方法的流程步驟圖。
100‧‧‧研磨裝置
102‧‧‧研磨台
104‧‧‧研磨墊
104a‧‧‧研磨層
104b‧‧‧環狀溝槽
200‧‧‧研磨物件
C1、C2、C3‧‧‧中心
D1‧‧‧第一距離
D2‧‧‧第二距離
S‧‧‧徑向方向
Claims (10)
- 一種研磨裝置,包括: 一研磨台,具有一第一中心位置;以及 一研磨墊,配置於該研磨台上,其具有一第二中心位置,該研磨墊包括: 一研磨層;以及 多個環狀溝槽,位於該研磨層中,其以該第二中心位置為中心呈現同心排列, 其中該第一中心位置與該第二中心位置之間具有一第一距離。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置,更包括一研磨頭,配置於該研磨墊上,用以承載一研磨物件使其與該研磨墊接觸,其中該研磨頭沿著該研磨台的徑向方向來回擺動一第二距離。
- 如申請專利範圍第2項所述的研磨裝置,其中該第一距離與該第二距離的總和至少大於1.1公分。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置,其中該第一距離至少大於1.1公分。
- 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置,其中該第一距離介於0公分至20公分之間。
- 一種研磨方法,包括: 提供一研磨墊於一研磨台上,其中該研磨台具有一第一中心位置,研磨墊具有一第二中心位置,該第一中心位置與該第二中心位置之間具有一第一距離; 藉由配置在該研磨墊上的一研磨頭,以承載一研磨物件使其與該研磨墊接觸;以及 對該研磨物件施加一壓力,使得該研磨物件被壓置於該研磨墊上以進行一研磨製程,其中在該研磨製程中,該研磨物件沿著該研磨台的徑向方向來回擺動一第二距離。
- 如申請專利範圍第6項所述的研磨方法,其中該第一距離與該第二距離的總和至少大於1.1公分。
- 如申請專利範圍第6項所述的研磨方法,其中該第一距離至少大於1.1公分。
- 如申請專利範圍第6項所述的研磨方法,在提供該研磨墊於該研磨台上之前,更包括藉由一治具平貼在該研磨台的邊緣,使得該研磨墊配置在該研磨台上時,該第一中心位置與該第二中心位置之間維持在該第一距離。
- 如申請專利範圍第9項所述的研磨方法,其中該治具包括: 一弧形結構,具有一凹部與一凸部,其中該凹部對應於該研磨台的邊緣; 一握持部,其一端連接至該弧形結構的該凸部;以及 一測量部,配置於該弧形結構與該握持部之間,其用以量測該第一距離的長度。
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