專利名稱：鑲嵌研磨墊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研磨裝置與其制造方法，且特別涉及一種鑲嵌研磨墊與其制造方法。
背景技術(shù)：
在半導體集成電路的制造過程中，隨著隔離結(jié)構(gòu)、晶體管、金屬層與介電層一層層堆棧上去之后，晶片的表面也跟著越來越不平坦。受限于曝光機所能達到聚焦深度(depth of focus)的限制，將光罩圖案轉(zhuǎn)移至晶片上光阻的過程也就越加困難，曝光結(jié)果也越容易失真。而化學機械研磨法是唯一可以讓晶片全面平坦化的制程，讓上述的問題得以解決。
化學機械研磨法在進行當中，是將晶片壓在研磨墊上，讓晶片在表面布滿研漿的研磨墊上移動，而研漿中含有微細的研磨顆粒與化學試劑。因此晶片在研磨墊上移動時，可由研磨顆粒的機械式研磨與化學試劑的化學反應(yīng)二者的幫助來進行晶片的平坦化制程。
由于化學機械研磨法的首要目標為能讓晶片均勻地全面平坦化，而且還要能讓同一批次晶片的平坦化結(jié)果具有重復(fù)性。而研磨墊的硬度(rigidity或stiffness)以及可壓縮性(compressibility或compliance)與晶片研磨后的平坦度有相當大的關(guān)系。一般來說，硬度高的研磨墊可以增加晶片研磨的平坦度，而可壓縮性高的研磨墊則可以增加晶片研磨的均勻度。因此在使用硬度較高的研磨墊來研磨晶片之后，往往還需要再使用硬度較低的研磨墊來改善晶片研磨的均勻度，這使得化學機械研磨法的產(chǎn)量較低。
為了兼顧上述的硬度與可壓縮性的要求，習知多以至少一層硬墊與至少一層軟墊疊合在一起來組成所需的研磨墊，例如第5212910號美國專利與第5257478號美國專利所揭露的研磨墊。然而，如第6217426號美國專利所述，由至少兩層疊合而成的研磨墊雖然可以部分兼顧晶片研磨的平坦度與均勻度的要求，但又同時衍生一些問題。例如由于軟硬墊對于壓力的傳播方式不同，有時反而會讓研磨的均勻度變得更差。而且，若研磨墊所使用的疊合層數(shù)越多，則研磨墊的硬度與可壓縮性的變量也就越多，造成越難控制晶片研磨的平坦度與均勻度。此外在研磨過程中，由至少兩層疊合而成的研磨墊容易因為外力而彼此脫離。因此，第6217426號美國專利揭露在研磨墊的下方形成具有突起與溝渠的圖案，來限制壓力在研磨墊的傳遞區(qū)域以及增加研磨墊之可壓縮性。
上述已知技術(shù)中，無可避免地增加了制程復(fù)雜度及制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的之一就是在于提供一種兼具所需硬度與可壓縮性的鑲嵌研磨墊，以兼顧研磨的平坦度與均勻度。
本發(fā)明的另一目的是在于提供一種兼具所需硬度與可壓縮性的鑲嵌研磨墊的制造方法，利用表面處理或是兩步驟射出成型技術(shù)來讓研磨墊的表面具有軟硬度不同的區(qū)域，以控制研磨墊的硬度與可壓縮性。
根據(jù)本發(fā)明的上述與其它目的，提出一種鑲嵌研磨墊。上述的鑲嵌研磨墊包括本體、位于本體一側(cè)的研磨面、位于本體另一側(cè)的安裝面，以及鑲嵌于研磨面上及/或安裝面上的鑲嵌層。上述的本體由第一聚合物所構(gòu)成，鑲嵌層由第二聚合物所構(gòu)成，且第一聚合物的硬度與第二聚合物的硬度不同。
依照本發(fā)明一個較佳實施例，上述第一聚合物與第二聚合物為相同的聚合物。上述的鑲嵌層由第一聚合物經(jīng)表面處理而形成，表面處理例如可為照光、加熱、浸漬或輻射處理。
依照本發(fā)明另一較佳實施例，上述第一聚合物與第二聚合物為相同聚合物，但是第一聚合物的聚合密度與第二聚合物的聚合密度不同，或是二者的發(fā)泡程度不同。
依照本發(fā)明又一較佳實施例，上述的第一聚合物與第二聚合物為不同的聚合物。
根據(jù)本發(fā)明的上述與其它目的，提出一種鑲嵌研磨墊的制造方法。首先，以射出成型法來制造由聚合物所構(gòu)成的墊狀物。墊狀物的至少一個表面具有至少一個第一區(qū)域與至少一個第二區(qū)域，且第一區(qū)域的高度大于第二區(qū)域的高度。然后，對上述的表面進行表面處理，以形成表面處理層。上述的表面處理層的硬度與墊狀物的硬度不同。接著，去除墊狀物的表面，形成平坦表面，讓剩下的表面處理層鑲嵌于平坦表面之中。
依照本發(fā)明一個較佳實施例，上述表面處理的方法例如可為照光、加熱、浸漬或輻射處理。
根據(jù)本發(fā)明的上述與其它目的，提出一種鑲嵌研磨墊的制造方法。首先，以兩步驟射出成型法形成由聚合物構(gòu)成的墊狀物，其具有本體與包覆本體的表層。上述墊狀物具有至少一個第一區(qū)域與至少一個第二區(qū)域，且第一區(qū)域的厚度大于第二區(qū)域的厚度。然后，去除墊狀物的一側(cè)表面以形成平坦表面，讓上述的表層鑲嵌于本體之中。
依照本發(fā)明一個較佳實施例，上述的表層與本體由相同的聚合物所構(gòu)成，但是表層與本體的聚合物的聚合密度或發(fā)泡密度不同。
依照本發(fā)明另一較佳實施例，上述的表層與本體由不同的聚合物所構(gòu)成。
由上述可知，利用表面處理或利用兩步驟射出成型的方法來形成研磨墊半成品。最后，才利用切割形成鑲嵌結(jié)構(gòu)的研磨墊，讓研磨墊的至少一個表面具有至少兩個軟硬度不同的區(qū)域，以符合制程對于研磨均勻度與研磨平坦度的需求。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，對附圖的詳細說明如下圖1為根據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例的一種模具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2A-2C為依照本發(fā)明一個較佳實施例的一種鑲嵌研磨墊的制造流程剖面示意圖。
圖3A-3B為依照本發(fā)明另一較佳實施例的一種鑲嵌研磨墊的制造流程剖面示意圖。
圖4A-4D為研磨墊的軟區(qū)域與硬區(qū)域在研磨墊之上的分布俯視示意圖。
附圖標記說明100模具 110空腔底面120內(nèi)部底面 130內(nèi)部頂面140區(qū)域 150區(qū)域200研磨墊半成品 210處理層220直線 230研磨墊240區(qū)域 250區(qū)域260上表面300研磨墊半成品310聚合物表層320聚合物內(nèi)部330直線 340區(qū)域350區(qū)域 360研磨墊370上表面400研磨墊410軟區(qū)域420硬區(qū)域450晶片具體實施方式
本發(fā)明提供一種兼具所需硬度與可壓縮性的鑲嵌研磨墊及其制造方法。利用不同的加工程序，在鑲嵌研磨墊之研磨面及/或安裝面上制造出軟硬度不一之區(qū)域，以兼顧研磨墊之硬度與可壓縮性之需求。
請參照圖1，其為依照本發(fā)明一個較佳實施例的一種模具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，模具100具有空腔110，空腔110的內(nèi)部底面120為平坦的，而且內(nèi)部項面130為非平坦的。因此空腔110可以至少區(qū)分成高度不同的兩個區(qū)域，即高度較大的區(qū)域140與高度較小的區(qū)域150。
實施例一請參照圖2A-2C，其為依照本發(fā)明一個較佳實施例的一種鑲嵌研磨墊的制造流程剖面示意圖。首先，先讓聚合物在模具100的空腔110的內(nèi)部成型，形成如圖2A的研磨墊半成品200。接著，在圖2B中讓圖2A的研磨墊半成品200的上表面進行表面處理，改變研磨墊半成品200上表面的性質(zhì)，以在研磨墊半成品200的上部形成軟硬度不同的處理層210。然后，可沿著圖2B中的直線220進行切割，以形成如圖2C所示的研磨墊230。在圖2C的研磨墊230的上表面260，其至少具有兩個軟硬不同的區(qū)域，亦即區(qū)域240與區(qū)域250，其中區(qū)域250是由鑲嵌于研磨墊230上表面260的處理層210所組成。
依據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例，在上述研磨墊230的制造過程中，所使用的聚合物例如可為可進行光反應(yīng)的聚合物，其具有可進行光聚合反應(yīng)的官能基，如丙烯酸系官能基，較佳的實施例如丙烯酸(acrylic)官能基、甲基丙烯酸(methacrylic)官能基，或其它可進行光聚合反應(yīng)的官能基如環(huán)氧系官能基及不飽和系官能基。因此，在圖2B中，可利用照光來進行研磨墊半成品200上表面的表面處理步驟，讓研磨墊半成品200上表面照光的部分進行再聚合反應(yīng)，形成硬度較高的處理層210。上述進行照光處理所使用的光源可為可見光源、UV光源或是其它可讓聚合物再進行光聚合反應(yīng)的光源。
依據(jù)本發(fā)明其它較佳實施例，在上述研磨墊230的制造過程中的表面處理，還可為加熱處理、浸漬處理或輻射處理，讓處理層210的硬度改變。在下面舉出一些常見之處理范例。
例如，若研磨墊半成品200的材料為壓克力或含雙鍵的聚胺基甲酸乙酯(polyurethane；PU)，則可經(jīng)加熱處理產(chǎn)生交聯(lián)或硬化結(jié)構(gòu)，形成硬度較高之處理層210。
上述的浸漬處理所使用的液體，例如可為環(huán)氧樹脂溶液、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)溶液、聚亞胺酯溶液、甲苯、二甲苯、N，N-二甲基甲醯胺(N，N-dimethylformamide；DMF)或二氯甲烷。浸漬處理的方式以批式(batch)制程含浸(impregnation)處理或以連續(xù)式制程預(yù)浸(prepreg)處理研磨墊半成品200，以形成硬度較高或較低之處理層210。
例如，若研磨墊半成品200之材質(zhì)為聚乙烯(Polyethylene；PE)、聚丙烯(Polypropylene；PP)或氟樹脂時，則可利用輻射照射產(chǎn)生自由基并重組產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成硬度較高的處理層210。
實施例二請同時參照圖1與圖3A-3B，其中圖3A-3B為依照本發(fā)明另一較佳實施例的鑲嵌研磨墊的制造流程剖面示意圖。首先，少量的第一聚合物形成于圖1的模具100的空腔110中，在空腔110內(nèi)部表面上均勻形成一層研磨墊表層310，如圖3A所示。在上述射入成型過程中，第一聚合物并沒有填滿模具100的空腔110的內(nèi)部。此第一聚合物的成型方法可使用射出成形制程或模內(nèi)涂布(in-mold coating)制程來完成。然后，再使用射出成形制程讓第二聚合物射入位于模具100的空腔110內(nèi)的研磨墊表層310中，填滿整個研磨墊表層310以形成研磨墊本體320，如圖3A所示。
上述兩步驟射出成形法所形成的研磨墊表層310與研磨墊本體320構(gòu)成了圖3A所示的研磨墊半成品300。接著，沿著圖3A的直線330切割，形成如圖3B所示的研磨墊360。在圖3B的研磨墊360的上表面370，其至少具有兩個軟硬不同之區(qū)域，亦即區(qū)域340與區(qū)域350，其中區(qū)域350是由鑲嵌于研磨墊360上表面370的研磨墊表層310所組成。若需要的話，還可以進一步將位于研磨墊360底面的研磨墊表層310全部切除，以改變研磨墊360底面的軟硬度。
依照本發(fā)明一個較佳實施例，上述的第一聚合物與第二聚合物的材質(zhì)可以相同，例如第一聚合物與第二聚合物可皆為聚胺基甲酸乙酯。但是，第一聚合物在成型過程中，會多經(jīng)歷一次熱制程或加入適合的硬化劑，使第一聚合物的聚合密度較大，因此在成型后的第一聚合物的硬度也較大。此外，還可以讓第一聚合物與第二聚合物的發(fā)泡程度不同，造成第一聚合物與第二聚合物具有不同的軟硬度。
依據(jù)本發(fā)明另一較佳實施例，上述的第一聚合物與第二聚合物的材質(zhì)也可以不相同，例如第一聚合物選擇較硬的聚合物，也可以第二聚合物選擇較硬的聚合物，讓研磨墊360的上表面370的區(qū)域340與區(qū)域350的軟硬度不同。上述第一聚合物與第二聚合物的材質(zhì)可分別選自環(huán)氧樹脂、聚胺基甲酸乙酯樹脂、壓克力樹脂、聚碳酸酯(polycarbonate；PC)樹脂、或聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride；PVC)樹脂。
研磨墊上的軟硬區(qū)域的配置方式在上述實施例中所制造出的研磨墊230與360分別具有軟硬度不同的區(qū)域240與250以及區(qū)域340與350。這些軟硬不同的區(qū)域可以依照需求來設(shè)計其在研磨墊上的分布狀態(tài)。至于區(qū)域240與250或是區(qū)域340與350之中，何者為硬區(qū)域，以及何者為軟區(qū)域，會依上述研磨墊的制造過程不同而不同。因此，可依照需求來制造所需的鑲嵌研磨墊。
圖4A-4D為研磨墊的軟區(qū)域與硬區(qū)域在研磨墊之上的分布俯視示意圖。在圖4A中，系將圓形研磨墊400由圓心至圓周區(qū)分成數(shù)個扇形，軟區(qū)域410與硬區(qū)域420則交錯排列。而軟區(qū)域410與硬區(qū)域420的面積分配比例，則可依研磨之平坦度與均勻度的需求來調(diào)整之。當晶片450在研磨墊400上繞圈移動時，會依序經(jīng)過軟區(qū)域410與硬區(qū)域420。因此，可讓晶片450之研磨過程中兼顧平坦度與均勻度的需求。
在圖4B中，則讓軟區(qū)域410位于晶片450經(jīng)過區(qū)域的中央處，即軟區(qū)域410呈環(huán)形分布且介于研磨墊400的圓心與圓周之間，讓晶片450的中心區(qū)域可以獲得較佳的研磨均勻度。在圖4C中，軟區(qū)域410位于研磨墊的邊緣區(qū)域，可讓晶片450的邊緣區(qū)域可以獲得較佳的研磨均勻度。在圖4D中，則是讓軟區(qū)域410位于研磨墊的中央?yún)^(qū)域，同樣地可讓晶片450的邊緣區(qū)域可以獲得較佳的研磨均勻度。
以上圖4A-4D所述的研磨墊400上的軟區(qū)域410與硬區(qū)域420的制造方法與配置方式，可依所需施行于研磨墊400的研磨面及/或安裝面之上。如此，可以進一步來調(diào)整研磨墊的軟硬度，來提供更佳的研磨平坦度與均勻度。此外，上述的研磨墊400并不限于應(yīng)用在圓形的研磨墊上，也可應(yīng)用在方形、長條形或其它形狀的研磨墊上。而軟區(qū)域與硬區(qū)域的配置方式則可隨研磨墊的不同形狀而加以變化。由于上述為熟悉技術(shù)的人所能自行決定調(diào)整的，在此不再贅述。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知，本發(fā)明利用具有至少兩種不同高度的空腔的模具，以及利用表面處理或利用兩步驟射出成型的方法來形成研磨墊半成品。最后，才利用切割形成鑲嵌結(jié)構(gòu)的研磨墊，讓研磨墊的至少一個表面具有至少兩個軟硬度不同的區(qū)域，來控制研磨墊上下表面的硬度與可壓縮性。因此，可以在兼顧研磨墊的制造成本以及化學機械研磨法的產(chǎn)量之下，很容易就同時達成晶片研磨的均勻度與平坦度的需求。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以所附的權(quán)利要求書界定為準。
權(quán)利要求
1.一種鑲嵌研磨墊，包括i.本體，由第一聚合物所構(gòu)成；ii.研磨面，位于本體的一側(cè)；iii.安裝面，位于本體的另一側(cè)；以及iv.至少一層鑲嵌層，鑲嵌于研磨面上及/或安裝面上，鑲嵌層由第二聚合物所構(gòu)成，第二聚合物的硬度與第一聚合物的硬度不同。
2.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌研磨墊，其中第一聚合物與第二聚合物為相同的聚合物。
3.如權(quán)利要求2所述的鑲嵌研磨墊，其中第一聚合物的聚合密度與第二聚合物的聚合密度不同。
4.如權(quán)利要求2所述的鑲嵌研磨墊，其中第一聚合物的發(fā)泡程度與第二聚合物的發(fā)泡程度不同。
5.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌研磨墊，其中第一聚合物與第二聚合物為不同聚合物。
6.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌研磨墊，其中第二聚合物為第一聚合物經(jīng)過表面照光、加熱、浸漬、或輻射處理而成。
7.如權(quán)利要求1所述的鑲嵌研磨墊，其中鑲嵌層的配置形狀為扇形、環(huán)形或圓形。
8.一種鑲嵌研磨墊的制造方法，該制造方法包括i.以射出成型法來制造由聚合物所構(gòu)成的墊狀物，墊狀物的至少一個表面具有至少一個第一區(qū)域與至少一個第二區(qū)域，第一區(qū)域的高度大于第二區(qū)域的高度；ii.對該表面進行表面處理，以形成表面處理層，表面處理層的硬度與墊狀物的硬度不同；以及iii.去除墊狀物的表面，形成平坦表面，讓剩下的表面處理層鑲嵌于平坦表面中。
9.如權(quán)利要求8所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中射出型法使用模具，該模具的空腔具有至少一個第一空腔間距與一個第二空腔間距，第一空腔間距大于第二空腔間距。
10.如權(quán)利要求8所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中第一區(qū)域的形狀為扇形、環(huán)形或圓形。
11.如權(quán)利要求8所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中表面處理的方法為照光、加熱、浸漬或輻射處理。
12.一種鑲嵌研磨墊的制造方法，包括i.以兩步驟射出成型法形成由聚合物構(gòu)成的墊狀物，該墊狀物具有本體與包覆該本體的表層，且墊狀物具有至少一個第一區(qū)域與至少一個第二區(qū)域，第一區(qū)域的厚度大于第二區(qū)域的厚度；以及ii.去除墊狀物的一側(cè)表面以形成一平坦表面，讓表層鑲嵌于本體之中。
13.如權(quán)利要求12所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中表層的材料與本體的材料為聚合密度不同的相同的聚合物。
14.如權(quán)利要求12所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中表層的材料與本體的材料為發(fā)泡程度不同的相同的聚合物。
15.如權(quán)利要求12所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中表層的材料與本體的材料為不同的聚合物。
16.如權(quán)利要求12所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中第一區(qū)域的形狀為扇形、環(huán)形或圓形。
17.如權(quán)利要求12所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中兩步驟射出成形法包括第一步驟形成表層及第二步驟形成本體。
18.如權(quán)利要求17所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中第一步驟為射出成形制程或模內(nèi)涂布制程。
19.如權(quán)利要求12所述的鑲嵌研磨墊的制造方法，其中兩步驟射出型法使用模具，該模具的空腔具有至少一個第一空腔間距與一個第二空腔間距，第一空腔間距大于第二空腔間距。
全文摘要
一種兼具所需硬度與可壓縮性的鑲嵌研磨墊的制造方法，利用表面處理或是兩步驟射出成型技術(shù)來讓研磨墊的表面具有軟硬度不同的區(qū)域，以控制研磨墊的硬度與可壓縮性。
文檔編號B24D13/14GK1750236SQ20051008184
公開日2006年3月22日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者施文昌 申請人:智勝科技股份有限公司