本實用新型有關于一種研磨墊以及研磨系統，且特別是有關于一種可提供較均勻的研磨率的研磨墊及研磨系統。

背景技術：

隨著產業的進步，平坦化制程經常被采用為生產各種元件的制程。在平坦化制程中，化學機械研磨制程經常為產業所使用。一般來說，化學機械研磨(chemical mechanical polishing,CMP)制程是將研磨墊貼附于研磨承載臺上，供應具有化學品的研磨液于研磨墊上，對研磨物件(例如是半導體晶圓)施加壓力以將其壓置在研磨墊上，且讓研磨物件及研磨墊彼此進行相對運動。通過相對運動所產生的機械摩擦及研磨液的化學作用下，移除部分研磨物件的表層，而使其表面逐漸平坦，來達成平坦化的目的。

圖1A是一種傳統研磨墊的上視示意圖。請參照圖1A，研磨墊10A包括多個同心圓溝槽14位于研磨墊10A的研磨層12表面，用來容納及傳輸研磨液。然而，因各個同心圓溝槽14之間并不相連，因此可能造成研磨層12表面不同區域的研磨液傳輸不佳，特別是對應于研磨物件20中央區域研磨液流場分布較差，進而造成研磨物件20研磨率不均勻的問題。

圖1B是另一種傳統研磨墊的上視示意圖。請參照圖1B，研磨墊10B的研磨層12表面除了包括多個同心圓溝槽14，另外包括格狀溝槽16，通過相連的格狀溝槽16來改善研磨液傳輸效率。然而，對于特定的研磨制程，對應于研磨物件20中央區域，研磨液流場分布可能反而太好，研磨物件20研磨率不均勻的問題可能依然存在。

因此，對于特定的研磨制程而言，需要有另一種研磨墊，具有不同的研磨液流場分布，以供產業所選擇。

技術實現要素：

本實用新型提供一種研磨墊以及研磨系統，其具有不同的研磨液流場分布，以達到較均勻的研磨率。

本實用新型的研磨墊包括研磨層，其中研磨層包括中心區域、邊緣區域以及位于中心區域以及邊緣區域之間的主要研磨區域。至少一環狀溝槽位于研磨層的主要研磨區域中。邊緣溝槽位于研磨層的邊緣區域中，且邊緣溝槽包括格狀溝槽。至少一徑向延伸溝槽位于研磨層的主要研磨區域，且至少一徑向延伸溝槽與至少一環狀溝槽相連接。

本實用新型另提供一種研磨系統，研磨系統包括研磨墊以及研磨物件。研磨墊包括研磨層，其中研磨層包括中心區域、邊緣區域以及位于中心區域以及邊緣區域之間的主要研磨區域。至少一環狀溝槽位于研磨層的主要研磨區域中。邊緣溝槽位于研磨層的邊緣區域中，且邊緣溝槽包括格狀溝槽。至少一徑向延伸溝槽位于研磨層的主要研磨區域，且至少一徑向延伸溝槽與至少一環狀溝槽相連接。研磨物件位研磨墊上，其中研磨物件具有中央區域以及包圍中央區域的周邊區域。在進行研磨程序中，研磨物件的中央區域與研磨層的至少一環狀溝槽以及至少一徑向延伸溝槽接觸，且研磨物件的周邊區域與研磨層的至少一環狀溝槽、邊緣溝槽以及至少一徑向延伸溝槽接觸。

實用新型基于上述，通過環狀溝槽、邊緣溝槽以及徑向延伸溝槽的特別配置，可以使研磨液具有不同的流場分布，進而使特定研磨制程具有較均勻的研磨率。

為讓本實用新型的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A-圖1B是現有常用的研磨墊與研磨物件的上視示意圖；

圖2是本實用新型的一個實施例的研磨系統的剖面示意圖；

圖3是本實用新型圖2的實施例的研磨墊與研磨物件的上視示意圖；

圖4是本實用新型的研磨墊與傳統研磨墊的相對研磨率比較圖；

圖5是本實用新型的另一個實施例的研磨墊與研磨物件的上視示意圖；

圖6是本實用新型的另一個實施例的研磨墊與研磨物件的上視示意圖。

附圖標記說明：

10A、10B：研磨墊；

12：研磨層；

14：同心圓溝槽；

16：格狀溝槽；

20：研磨物件；

100：承載臺；

200A、200B、200C：研磨墊；

210：研磨層；

212：邊緣區域；

214：主要研磨區域；

216：中心區域；

220：環狀溝槽；

240：徑向延伸溝槽；

260：邊緣溝槽；

280：中心溝槽；

290：旋轉中心；

300：研磨物件；

310：中央區域；

320：周邊區域；

400：研磨頭；

A、B：轉動方向；

D1：中心區域的寬度；

D2：主要研磨區域的寬度；

D3：邊緣區域的寬度；

S：移動方向。

具體實施方式

圖2為依照本實用新型的一個實施例的研磨系統的剖面示意圖。圖3是本實用新型圖2的實施例的研磨墊與研磨物件的上視示意圖。請先參照圖2，研磨系統1000包括承載臺100、研磨墊200A、研磨物件300以及研磨頭400。承載臺100例如是用以承載研磨墊200A。

請同時參照圖2以及圖3，本實施例的研磨墊200A是位于承載臺100的上。研磨墊200A包括研磨層210、至少一環狀溝槽220、至少一徑向延伸溝槽240以及邊緣溝槽260，且研磨墊200A還包括旋轉中心290。

研磨層210包括中心區域216、邊緣區域212以及位于中心區域216以及邊緣區域212之間的主要研磨區域214。旋轉中心290位于研磨層210的中心位置。

環狀溝槽220位于研磨層210的主要研磨區域214中。在本實施例中，環狀溝槽220包括多個環狀溝槽，以旋轉中心290為中心呈現同心排列(如圖3所示)，但本實用新型不以此為限，環狀溝槽220的數目并沒有特別的限定，可為單一個或是多數個，例如是單一個螺旋環狀溝槽或是多數個圓環狀溝槽，端看實際需求而定。

邊緣溝槽260位于研磨層210的邊緣區域212中。其中，邊緣溝槽260包括格狀溝槽，此格狀溝槽的形狀例如為四邊形格(例如：正方格、長方格、菱形格、梯形格)、三角形格、多角形格、或其組合，但本實用新型不以此為限。具體來說，上述格狀溝槽例如為由兩組或兩組以上平行或不相連的溝槽交叉所組成，且上述兩組或兩組以上平行或不相連的溝槽例如為直線溝槽或曲線溝槽(例如：弧狀溝槽或是環狀溝槽)，本實用新型不特別限定。舉例來說，以圖3為例的格狀溝槽即為由彼此垂直的兩組平行的直線溝槽交叉所組成正方格的形狀。

徑向延伸溝槽240位于研磨層210的主要研磨區域214中，且與環狀溝槽220相連接。本實用新型中所謂的徑向延伸溝槽240是指在研磨層210中延伸橫跨不同半徑位置的溝槽，并不限定為半徑方向的溝槽，徑向延伸溝槽240也可以是與半徑方向平行或夾一角度的溝槽。徑向延伸溝槽240可選擇為直線溝槽、曲線溝槽、不規則形狀溝槽、或其組合。在一個實施例中，徑向延伸溝槽240延伸至邊緣區域212，徑向延伸溝槽240例如是與邊緣溝槽260相連接。此外，徑向延伸溝槽240可選擇為邊緣溝槽260的格狀溝槽一部分的延伸。上述徑向延伸溝槽240的數目并沒有特別的限定，可為單一個或是多數個，端看實際需求而定。徑向延伸溝槽240為延伸后可靠近旋轉中心290的部分格狀溝槽的延伸。徑向延伸溝槽240例如是包括一組、兩組、或兩組以上平行、不平行、或相連接的溝槽，且上述一組、兩組、或兩組以上平行、不平行、或相連接的溝槽例如為直線溝槽、曲線溝槽(例如：弧狀)、不規則形狀溝槽、或其組合，本實用新型不特別限定。在本實用新型中，徑向延伸溝槽240至少是位于研磨層210的主要研磨區域214中且與環狀溝槽220相連接。換言之，徑向延伸溝槽240可視實際需求選擇是否延伸至中心區域216以和/或邊緣區域212，且每一組徑向延伸溝槽240中的任一條溝槽皆可視實際需求選擇是否通過旋轉中心290。舉例來說，以圖3為例的徑向延伸溝槽240即為由四組平行的直線溝槽所組成，其中在圓周方向間隔的兩組溝槽的虛擬延伸線為互相平行連接，另外在圓周方向相鄰的兩組溝槽在虛擬延伸線為互相垂直連接。圖3的徑向延伸溝槽240僅延伸至邊緣區域212，但不延伸至中心區域216。徑向延伸溝槽240向中心區域216的虛擬延伸線部分(各組的中間一溝槽)通過旋轉中心290，其他部分(各組的邊緣二溝槽)不通過旋轉中心290。

在研磨層210半徑方向上，中心區域216具有第一寬度D1，主要研磨區域214具有第二寬度D2，以及邊緣區域212具有第三寬度D3，如圖3所示。其中，第一寬度D1為研磨層210半徑的5％～25％，第二寬度D2為研磨層210半徑的50％～90％，且第三寬度D3為研磨層210半徑的5％～25％。

研磨墊200A的研磨層210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)、或其余通過合適的熱固性樹脂(thermosetting resin)或熱塑性樹脂(thermoplastic resin)所合成的聚合物基材等。

在一個實施例中，研磨墊200A的研磨層210的制作方式是先形成研磨層半成品，形成方式例如是模具成型或擠壓成型以形成片狀研磨層半成品；或先灌注形成圓柱狀研磨層半成品，再切成片狀研磨層半成品。接著，利用切割裝置將研磨層半成品切割成研磨層的大小，再進行溝槽制作及貼合黏著層在研磨層210背面等程序，以完成研磨墊200A的制作。此外，可選擇在研磨層210下方配置緩沖層，以完成不同需求的研磨墊200A。

研磨墊200A中的溝槽制作方式例如是選擇機械方式(例如是使用配備鉆頭或鋸片的銑床，即：將研磨層固定于銑床加工機臺上，并旋轉或平行移動機臺上的鉆頭或鋸片等工具，以移動機臺上的刀具的方式對研磨層進行切割以形成溝槽；或是，將研磨層固定在可旋轉或平行移動機臺上，并利用加工機臺上的固定切削刀具，以移動機臺上的研磨層，對研磨層進行切割來形成溝槽)、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)制作，本實用新型不以此限定。

此外，溝槽制作方式可以搭配一吸盤裝置(未示出)，其中此吸盤裝置包括真空吸盤裝置或靜電吸盤裝置，且上述吸盤裝置設置有分別對應至研磨層210的中心區域216、邊緣區域212以及主要研磨區域214的多個凹陷部。基于研磨層210中各區域的不同的溝槽制作的需求，可利用上述吸盤裝置固定研磨墊200A，使尚未需要進行溝槽制作的研磨層210的區域因上述吸盤裝置的凹陷部的設置而向下凹陷，進而使其免于被切削刀具切割而形成溝槽。以在研磨層210的邊緣區域212中制作邊緣溝槽260為例，可利用與研磨層210的中心區域216以及主要研磨區域214對應的上述吸盤裝置的凹陷部，使研磨層210的中心區域216以及主要研磨區域214向下凹陷，故切削刀具僅切割研磨層210的邊緣區域212，而在研磨層210的邊緣區域212中形成邊緣溝槽260。另一方面，基于此溝槽制作方式，邊緣溝槽260中的每一條不與徑向延伸溝槽240連接的溝槽在位于靠近主要研磨區域214的外側處具有一個端面(封閉端點)且在位于靠近邊緣區域212的外側處不具端面(開放端點)。然本實用新型不以此為限，上述溝槽制作方式大體上見述于中國臺灣省專利公告號I449597專利案，故上述專利所揭示的溝槽形成方式以引用方式并入本文中。

請參照圖2，研磨頭400設置在研磨墊200A上，借此固持研磨物件300在研磨頭400上。在一個實施例中，研磨頭400可以具有氣囊(未示出)，研磨物件300是貼覆在氣囊的外表面；其中，研磨頭400可通過對氣囊輸入氣體來控制氣囊的內部氣壓，以對研磨物件300施加壓力，進而將研磨物件300壓置于研磨墊200A的表面上，使研磨物件300的待研磨面得與研磨墊200A的研磨層210相接觸，以進行研磨。其中，研磨物件300可以是半導體晶圓、ⅢⅤ族晶圓、存儲元件載體、陶瓷基底、高分子聚合物基底及玻璃基底等，然本實用新型不限于此。

如圖2所示，承載臺100循著一個固定的轉動方向A旋轉時，會同時帶動貼附于承載臺100表面的研磨墊200A，而使研磨墊200A可以循著與承載臺100相同的轉動方向A旋轉。研磨頭400也循著一個固定的轉動方向B旋轉，會同時帶動貼附于研磨頭400的研磨物件300，而使研磨物件300循著與研磨頭400相同的轉動方向B旋轉。在本實施例中，轉動方向A例如是具有一相同于轉動方向B的旋轉方向，以使研磨墊200A與研磨物件300進行相對運動，但本實用新型不限于此。在其它實施例中，轉動方向A與轉動方向B也可選擇是相反方向，以使研磨墊200A與研磨物件300進行相反運動。在一個實施例中，研磨頭400循著移動方向S來回平移擺動時，會同時帶動貼覆在氣囊外表面的研磨物件300，而使研磨物件300可以循著移動方向S來回擺動，進行研磨制程。

請參照圖3，研磨物件300位研磨墊200A上，其中研磨物件300具有中央區域310以及包圍中央區域310的周邊區域320。在進行研磨程序中，研磨物件300的中央區域310與研磨層210的環狀溝槽220以及徑向延伸溝槽240互相接觸，且研磨物件300的周邊區域320與研磨層210的環狀溝槽220、徑向延伸溝槽240以及邊緣溝槽260互相接觸。此外，在一個實施例中，研磨物件300具有一半徑(未示出)，從研磨物件300的中心至其半徑的70％～95％之內所構成的圓形面積為中央區域310，且位于上述圓形面積之外的環形面積為周邊區域320。

請同時參照圖2以及圖3，在一個實施例中，研磨程序中研磨物件300不進行來回擺動的情況下，研磨物件300的中央區域310的位置對應至研磨層210的主要研磨區域214，研磨物件300的周邊區域320的位置對應至研磨層210的邊緣區域212。此外，可視實際需求而調整研磨層210的主要研磨區域214、邊緣區域212及中心區域216的寬度，使研磨物件300的周邊區域320的位置對應至研磨層210的邊緣區域212及中心區域216。在另一個實施例中，研磨程序中研磨物件300進行來回擺動(如圖2中的移動方向S所示)的情況下，研磨物件300向外擺動時，其周邊區域320的位置對應至研磨層210的邊緣區域212，研磨物件300向內擺動時，其周邊區域320的位置對應至研磨層210的中心區域216。

在一個實施例中，徑向延伸溝槽240僅占主要研磨區域214的一部分，徑向延伸溝槽240例如為占主要研磨區域214面積的1％～50％，還例如為占10％～30％。通過徑向延伸溝槽240連接主要研磨區域214內的環狀溝槽220，使研磨液于可以改善傳輸效率，使得對應于研磨物件300中央區域310的研磨液流場分布較適中。此外，徑向延伸溝槽240延伸至邊緣區域212，或是與邊緣溝槽260的格狀溝槽相連接，還有助于研磨過程產生的副產物(by-product)或碎屑(debris)自研磨層210邊緣排出。

如上述，本實施例的研磨墊200A包括至少一環狀溝槽220、至少一徑向延伸溝槽240以及邊緣溝槽260。由于環狀溝槽220、徑向延伸溝槽240以及邊緣溝槽260分別位于研磨墊200A的研磨層210的不同區域(例如：主要研磨區域214以及邊緣區域212)中，通過這樣的溝槽配置方式，可以使研磨液具有不同的流場分布，進而達到較均勻的研磨率。

圖4是本實用新型的研磨墊與傳統研磨墊在一般業界常使用的研磨系統Applied Materials Mirra Cu CMP的相對研磨率比較圖，圖4的縱軸為相對研磨率Remove rate以正規化(normalized)的方式表示，即為整體平均研磨率以100來表示各點的研磨率相對值，圖4的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各點的相對位置。虛線A為使用具有同心圓溝槽的傳統研磨墊的研磨系統，其中實線A’為虛線A的趨勢線；虛線B為使用具有同心圓溝槽以及格狀溝槽的傳統研磨墊的研磨系統，其中實線B’為虛線B的趨勢線；虛線C為使用本實用新型的研磨墊的研磨系統，其中實線C’為虛線C的趨勢線。傳統具有同心圓溝槽研磨墊(虛線A)因對應于研磨物件中央區域研磨液流場分布較差，使研磨物件中央區域的相對研磨率大幅度比較低，請參照實線A’。另一傳統具有同心圓溝槽及格狀溝槽研磨墊(虛線B)因對應于研磨物件中央區域研磨液流場分布較好，使研磨物件中央區域的相對研磨率略為較高，請參照實線B’。本實用新型的研磨墊(虛線C)因具有特別的溝槽設計，對應于研磨物件中央區域研磨液流場分布較適中，使研磨物件中央區域相對研磨率較平坦，因此使得研磨物件的整體相對研磨率較均勻，請參照實線C’。

上述圖3中詳述的研磨墊200A僅為本實用新型的一個實施例，并不以此限定本實用新型，本實用新型的研磨墊也可以包括其他實施例。圖5是本實用新型的另一個實施例的研磨墊與研磨物件的上視示意圖。換言之，圖2中研磨系統1000的研磨墊200A除了例如是圖3中的研磨墊200A，也可以例如是圖5的研磨墊200B；其中，研磨墊200A及研磨墊200B例如是相同或不同基材所制，且其溝槽制作方式也可以是相同或不同，本實用新型并不以此為限。

圖5的實施例的研磨墊200B與上述圖3的實施例的研磨墊200A具有相似結構，因此相同的元件以相同的符號表示，且不在重復說明。圖5的研磨墊200B的結構與圖3的研磨墊200A不相同之處在于，圖5的研磨墊200B還包括中心溝槽280，其中中心溝槽280位于研磨層210的中心區域216中。中心溝槽280包括格狀溝槽，此格狀溝槽的形狀例如為四邊形格(例如：正方格、長方格、菱形格、梯形格)、三角形格、多角形格、或其組合，本實用新型不以此為限。具體來說，上述格狀溝槽例如為由兩組或兩組以上平行或不相連的溝槽交叉所組成，且上述兩組或兩組以上平行或不相連的溝槽例如為直線溝槽或曲線溝槽(例如：弧狀溝槽或是環狀溝槽)，本實用新型不特別限定。舉例來說，以圖5為例的格狀溝槽即為由彼此垂直的兩組平行的直線溝槽交叉所組成正方格的形狀。此外，中心溝槽280中的任一條溝槽皆可視實際需求選擇是否通過旋轉中心290；舉例來說，以圖5為例的中心溝槽280中有部份溝槽通過旋轉中心290。在一個實施例中，至少一徑向延伸溝槽240延伸至中心區域216，徑向延伸溝槽240例如是與中心溝槽280相連接。此外，徑向延伸溝槽240可選擇為中心溝槽280的格狀溝槽一部分的延伸。舉例來說，以圖5為例的徑向延伸溝槽240即為由四組平行的直線溝槽所組成，其中在圓周方向間隔的兩組溝槽在中心區域216的延伸為互相平行連接，另外在圓周方向相鄰的兩組溝槽在中心區域216的延伸為互相垂直連接。換句話說，圖5的徑向延伸溝槽240不僅延伸至邊緣區域212，也延伸至中心區域216。徑向延伸溝槽240在中心區域216的延伸線部分(各組的中間一溝槽)通過旋轉中心290，其他部分(各組的邊緣二溝槽)不通過旋轉中心290。

圖6的實施例的研磨墊200C與上述圖3的實施例的研磨墊200B具有相似結構，因此相同的元件以相同的符號表示，且不在重復說明。圖6的研磨墊200C的結構與圖3的研磨墊200A不相同之處在于，圖6的研磨墊200C具有的邊緣溝槽260例如為由兩個以上弧狀溝槽以及兩個以上環狀溝槽相互交叉所組成，邊緣溝槽260為邊線具有曲線形的四邊形格的格狀溝槽。上述弧狀溝槽以順時針方向由內向外偏所示出，然而上述弧狀溝槽也可選擇以逆時針方向由內向外偏。圖6的研磨墊200C具有的至少一徑向延伸溝槽240例如為由四組不平行的直線溝槽所組成，其中各組不平行的徑向延伸溝槽240在靠近中心區域216處相連接，徑向延伸溝槽240的虛擬延伸線例如為不通過旋轉中心290。圖6的徑向延伸溝槽240系以直線溝槽所示出，然而徑向延伸溝槽240除了直線溝槽外，也可選擇為曲線溝槽(例如：弧狀)、不規則形狀溝槽、或上述溝槽的組合。

上述本實用新型各實施例中，研磨層所包括的至少一環狀溝槽具有以研磨墊的旋轉中心為中心的多個環狀溝槽，呈現同心正圓形排列所示出，但本實用新型不以此為限。在其它實施例中，至少一環狀溝槽的部份或全部的中心，也可以偏離研磨墊的旋轉中心。此外，研磨層所包括的至少一環狀溝槽也可以代表為與研磨墊的半徑具有多個交點的環形溝槽，此與研磨墊的半徑具有多個交點的環形溝槽例如是單一個或是多數個漩渦狀的環形溝槽。另外，上述本實用新型各實施例中，為清楚起見，研磨層所包括的至少一徑向延伸溝槽皆是以直線溝槽所構成來示出，但本實用新型不以此為限。在其它實施例中，邊緣溝槽及至少一徑向延伸溝槽也可以是由弧形溝槽、不連續溝槽、不規則的非直線溝槽、或其組合所構成。

綜上所述，本實用新型的研磨墊在研磨層中具有中心區域、邊緣區域以及位于中心區域以及邊緣區域之間的主要研磨區域，且至少在主要研磨區域中設置了多個環狀溝槽以及至少一徑向延伸溝槽以及在邊緣區域中設置邊緣溝槽。由于研磨物件的中央區域與研磨層的環狀溝槽以及徑向延伸溝槽接觸，且研磨物件的周邊區域與研磨層的環狀溝槽、邊緣溝槽以及徑向延伸溝槽接觸，可以使研磨液具有不同的流場分布，借此達到較均勻的研磨率。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。