固定环及抛光设备的制作方法

本发明实施例是有关于一种固定环及抛光设备，特别是一种环绕待抛光工件并且维持待抛光工件与抛光衬垫相对位置的固定环及具有上述固定环的抛光设备。

背景技术：

随着产业的进步，平坦化工艺经常被采用为生产各种组件的工艺。在平坦化工艺中，化学机械抛光工艺经常为产业所使用。化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)工艺是将抛光衬垫贴附于抛光承载台上，让装载于抛光头的待抛光工件及抛光衬垫彼此接触并进行相对运动，以移除部分抛光对象之表层，而使其表面逐渐平坦，来达成平坦化的目的。一般来说，在抛光头上设置固定环，可用于保持待抛光工件的位置，防止待抛光工件在CMP工艺中滑出，但由于固定环在抛光过程中亦会与抛光衬垫接触，进而使抛光衬垫的损耗加速，增加制造成本。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种环绕待抛光工件并且维持待抛光工件与抛光衬垫相对位置的固定环。固定环具有内侧壁、外侧壁、连接内侧壁以及外侧壁的底面以及多个凹槽，其中外侧壁环绕内侧壁，底面以及外侧壁的之间具有导角，且在抛光工艺中，底面与抛光衬垫接触，其中多个凹槽位于底面上，每一个凹槽具有彼此相对的第一凹槽侧壁与第二凹槽侧壁，且第一凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹锐角且与外侧壁的所在平面夹钝角，第二凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹钝角且与外侧壁的所在平面夹锐角，其中第一凹槽侧壁以及内侧壁之间具有导角，且第二凹槽侧壁以及外侧壁之间具有导角。

本发明实施例提供一种环绕待抛光工件并且维持待抛光工件与抛光衬垫相对位置的固定环。固定环具有内侧壁、外侧壁、连接内侧壁以及外侧壁的底面以及多个凹槽，其中外侧壁为斜面并环绕内侧壁，底面的所在平面与外侧壁的所在平面之间夹钝角，且在抛光工艺中，底面与抛光衬垫接触，其中多个凹槽位于底面上，每一个凹槽具有彼此相对的第一凹槽侧壁与第二凹槽侧壁，且第一凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹锐角且与外侧壁的所在平面夹钝角，第二凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹钝角且与外侧壁的所在平面夹锐角，其中第一凹槽侧壁以及内侧壁之间具有导角，且第二凹槽侧壁以及外侧壁之间具有导角。

本发明实施例提供一种抛光设备。抛光设备包括抛光头、抛光衬垫以及待抛光工件。抛光头装载有上述的固定环。抛光衬垫设置于抛光转台上。待抛光工件位于抛光衬垫上方以及固定环内，其中待抛光工件与固定环的内侧壁之间具有间隙，其中在进行抛光工艺中，待抛光工件以及固定环的底面与抛光衬垫接触。

基于上述，本发明实施例的固定环的底面以及外侧壁的之间具有导角、固定环的底面及外侧壁之间具有钝角以及固定环的底面上的凹槽分别与内侧壁及位外侧壁之间经导角的锐角及/或钝角，使得在CMP工艺中与固定环的底面相接触的对象(例如：抛光衬垫)避免受到锐利的尖角撞击，有效降低抛光衬垫损耗(wear out)并改善抛光衬垫的可用时间(available time)，进而延长抛光衬垫的使用寿命并降低制造成本。

附图说明

根据以下的详细说明并配合所附图式以了解本发明实施例。应注意的是，根据本产业的一般作业，各种特征并未按照比例绘制。事实上，为了清楚说明，可能任意的放大或缩小组件的尺寸。

图1A为依据一些本发明实施例的固定环的示意图。

图1B为图1A中的固定环的局部示意图。

图2A为图1A中的固定环的上视示意图。

图2B为图2A中的固定环的局部上视示意图。

图3为依据一些本发明实施例的固定环的侧视示意图。

图4为依据一些本发明实施例的固定环的侧视示意图。

图5为依据一些本发明实施例的固定环的侧视示意图。

图6为依据一些本发明实施例的抛光设备的剖面示意图。

图7为依据一些本发明实施例的抛光设备的俯视示意图。

附图标号说明

100a、100b、100c：固定环；

110：内侧壁；

120：外侧壁；

130：底面；

140：凹槽；

141：第一凹槽侧壁；

142：第二凹槽侧壁；

143：凹槽底表面；

150：顶面；

200：抛光设备；

210：抛光转台；

220：抛光衬垫；

222：抛光凹槽；

230：抛光头；

240：待抛光工件；

250：弹性件；

260：整修组件；

270：抛光液喷嘴；

280：抛光液；

A、B：转动方向；

C：移动方向；

CR：中间区域；

D：间距；

ER：端点区域；

P110、P120、P130、P150、P141、P142：平面；

R：抛光衬垫的旋转中心；

W、W1：宽度；

θA、θB、θC、θD、θ1、θ2：夹角。

具体实施方式

以下揭露内容提供用于实施所提供的目标的不同特征的许多不同实施例或实例。以下所描述的构件及设置的具体实例是为了以简化的方式传达本揭露为目的。当然，这些仅仅为实例而非用以限制。举例来说，于以下描述中，在第一特征上方或在第一特征上形成第二特征可包括第二特征与第一特征形成为直接接触的实施例，且亦可包括第二特征与第一特征之间可形成有额外特征使得第二特征与第一特征可不直接接触的实施例。此外，本揭露在各种实例中可使用相同的组件符号及/或字母来指代相同或类似的部件。组件符号的重复使用是为了简单及清楚起见，且并不表示所欲讨论的各个实施例及/或设置本身之间的关系。

另外，为了易于描述附图中所绘示的一个构件或特征与另一组件或特征的关系，本文中可使用例如“在...下”、“在...下方”、“下部”、“在…上”、“在…上方”、“上部”及类似术语的空间相对术语。除了附图中所绘示的定向之外，所述空间相对术语意欲涵盖组件在使用或操作时的不同定向。设备可被另外定向(旋转90度或在其他定向)，而本文所用的空间相对术语相应地作出解释。

此外，文中所述用语诸如“第一”、“第二”等，其在文中的使用主要是便于描述图中所示相似或不同的组件或特征，并且可以根据叙述出现的顺序或上下文的描述而相互调换使用。

图1A为依据一些本发明实施例的固定环的示意图。图1B为图1A的固定环的局部示意图。图2A为图1A中的固定环的上视示意图。图2B为图2A中的固定环的局部上视示意图。图3为依据一些本发明实施例的固定环的侧视示意图，其中图3为图1A的固定环的侧视图。在本发明实施例中，固定环100a实质上具有环形柱状，请参考下方的细部说明。

请参照图1A，在一些实施方式中，固定环100a包括内侧壁110、外侧壁120、底面130、多个凹槽140以及顶面150。

在一些实施方式中，请同时参照图1A、图2A以及图2B，内侧壁110与外侧壁120各自为环状且彼此相对设置，其中内侧壁110设置于外侧壁120内，且外侧壁120环绕内侧壁110。在一些实施方式中，外侧壁120不接触内侧壁110。举例来说，外侧壁120与内侧壁110之间例如是具有固定间距L，如图1A、图1B、图2A以及图2B所示。然而，本发明实施例不限于此，在其它实施方式中，外侧壁120与内侧壁110之间例如不具有固定间距。

在一些实施方式中，请继续参照图1A、图2A以及图2B，底面130与顶面150为彼此相对设置，底面130的所在平面P130平行于顶面150的所在平面P150。在一些实施方式中，底面130连接内侧壁110以及外侧壁120，且顶面150连接内侧壁110以及外侧壁120。在一些实施方式中，底面130与顶面150位于内侧壁110与外侧壁120之间，内侧壁110与外侧壁120位于底面130与顶面150之间。换句话说，底面130以及顶面150分别与内侧壁110以及外侧壁120的相对侧边连接。依据上述架构，固定环100a具有环形柱状。

在一些实施方式中，内侧壁110的所在平面P110垂直于底面130的所在平面P130以及顶面150的所在平面P150，如图1B所示。

在一些实施方式中，请参考图3，外侧壁120的所在平面P120垂直于底面130的所在平面P130以及顶面150的所在平面P150。换言之，在一些实施方式中，外侧壁120相对于底面130以及顶面150为垂直面(如图3所示)，外侧壁120的所在平面P120与底面130的所在平面P130以及顶面150的所在平面P130之间具有直角。在一些实施方式中，如图3所示，底面130以及外侧壁120之间具有导角。然而，本发明实施例不限于此。

在一些实施方式中，如图1B所示，多个凹槽140位于底面130上，其中每一个凹槽140具有彼此相对的第一凹槽侧壁141与第二凹槽侧壁142以及连接第一凹槽侧壁141与第二凹槽侧壁142的凹槽底表面143。在一些实施方式中，每两相邻的凹槽140之间具有相同间距D，如图3所示。

在一些实施方式中，第一凹槽侧壁141的所在平面P141与内侧壁110的所在平面P110之间具有为锐角的夹角θΛ并与外侧壁120的所在平面P120之间具有为钝角的夹角θB，且第二凹槽侧壁142的所在平面P142与内侧壁110的所在平面P110之间具有为钝角的夹角θD并与外侧壁120的所在平面P120之间具有为锐角的夹角θC，其中第一凹槽侧壁141以及内侧壁110之间具有导角，且第二凹槽侧壁142以及外侧壁120之间具有导角。

举例来说，如图1B所示，第一凹槽侧壁141的所在平面P141与内侧壁110的所在平面P110之间夹有锐角(即：夹角θA)并与外侧壁120的所在平面P120之间夹有钝角(即：夹角θB)，其中第一凹槽侧壁141以及内侧壁110之间具有导角；另一方面，第二凹槽侧壁142的所在平面P142与内侧壁110的所在平面P110之间夹有钝角(即：夹角θD)并与外侧壁120的所在平面P120之间夹有锐角(即：夹角θC)，其中第二凹槽侧壁142以及外侧壁120之间具有导角。然而，本发明实施例不以此为限。

换言之，在本发明实施例中，第一凹槽侧壁141与内侧壁110之间具有经导角的锐角并与外侧壁120之间具有钝角，第二凹槽侧壁142与内侧壁110之间具有钝角并与外侧壁120之间具有经导角的锐角。

在一些实施方式中，每一个凹槽140包括中间区域CR以及分别位于中间区域CR两侧的两个端点区域ER，其中位于两个端点区域ER的凹槽底表面143的宽度W1大于位于中间区域CR的凹槽底表面143的宽度W。在一些实施方式中，固定环100a的材质选自聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺酰亚胺(PAI)或聚醚酰亚胺(PEI)。另外，在上述本发明实施例中，为清楚起见，多个凹槽140皆是以直线凹槽所构成来绘示，但本发明实施例不以此为限。在其它实施方式中，多个凹槽140亦可以是由弧形凹槽、不规则之非直线凹槽、或其组合所构成。透过多个凹槽140的存在，可将CMP工艺中使用的抛光液从固定环100a的内侧壁110往固定环100a的外侧壁120，向外排出。

如上述，本发明实施例的固定环透过底面及外侧壁之间具有导角以及底面上的凹槽分别与内侧壁及位外侧壁之间具有经导角的锐角及/或钝角，使得在CMP工艺中与固定环的底面相接触的对象(例如：抛光衬垫)避免受到锐利的尖角撞击，有效降低抛光衬垫损耗并改善抛光衬垫的可用时间，进而延长抛光衬垫的使用寿命并降低制造成本。

在一些实施方式中，位于两个端点区域ER的底面130的所在平面不平行于位于中间区域CR两侧的底面130的所在平面(未绘示)。举例来说，位于两个端点区域ER的底面130由位于中间区域CR两侧的底面130的所在平面以一个锐角角度往顶面150延伸。据此，可进一步减少底面130与抛光衬垫之间的接触抛光面积，而降低抛光衬垫损耗。在特定实施例中，上述锐角角度小于3度，然本发明实施例不限于此。

图4为依据一些本发明实施例的固定环的侧视示意图，其中图4为图1A的固定环的另一种态样的侧视图。图4的固定环100b与图1A至图3的固定环100a相似，因此相同或相似的组件以相同的或相似的符号表示，且不再重复说明。图4的固定环100b与图1A至图3的固定环100a主要差异处在于，固定环100b的外侧壁120不垂直于底面130以及顶面150。

在一些实施方式中，请参考图4，外侧壁120的所在平面P120不垂直于底面130的所在平面P130且亦不垂直于顶面150的所在平面P150。换句话说，外侧壁120相对于底面130以及顶面150为斜面(如图4所示)，外侧壁120的所在平面P120与底面130的所在平面P150相交错且具有夹角θ1，其中夹角θ1为钝角，另一方面，外侧壁120的所在平面P120与顶面150的所在平面P150相交错且具有夹角θ2，其中夹角θ2为锐角。在一些实施方式中，如图4所示，底面130以及外侧壁120之间具有导角。

图5为依据一些本发明实施例的固定环的侧视示意图，其中图5为图1A的固定环的另一种态样的侧视图。图5的固定环100c与图1A至图3的固定环100a相似，因此相同或相似的组件以相同的或相似的符号表示，且不再重复说明。图5的固定环100c与图1A至图3的固定环100a主要差异处在于，底面130以及外侧壁120之间可以不具有导角，且固定环100c的外侧壁120的所在平面P120不垂直于底面130的所在平面P130以及顶面150的所在平面P150。在一些实施方式中，请参考图5，外侧壁120相对于底面130以及顶面150为斜面，外侧壁120的所在平面P120与底面130的所在平面P130相交错且具有夹角θ1，其中夹角θ1为钝角，另一方面，外侧壁120的所在平面P120与顶面150的所在平面P150相交错且具有夹角θ2，其中夹角θ2为锐角。

据此，本发明实施例的固定环透过外侧壁为斜面而与底面130之间具有钝角，使得即使在CMP工艺中，固定环的底面与抛光衬垫相磨擦而导致固定环磨损与高度减小，固定环的底面及外侧壁之间仍可保持具有钝角，确保抛光衬垫在长时间抛光后依旧可避免受到锐利的尖角撞击，降低抛光衬垫损耗并改善抛光衬垫的可用时间，以延长抛光衬垫的使用寿命并降低制造成本。

图6为依据一些本发明实施例的抛光设备的剖面示意图。7为依据一些本发明实施例的抛光设备的俯视示意图。请同时参考图6与图7，在一些实施例中，抛光设备200包括抛光转台210、抛光衬垫220、抛光头230以及待抛光工件240。在一些实施方式中，抛光设备200更包括弹性体250、整修组件260以及抛光液喷嘴270以及抛光液280。

在一些实施方式中，如图6所示，抛光转台210例如是用以承载抛光衬垫220，抛光衬垫220例如是贴附于抛光转台210的表面上，用以抛光待抛光工件240。在一些实施方式中，抛光衬垫220具有多个抛光凹槽222，用以容纳抛光液280，其中多个抛光凹槽222包括具有以抛光衬垫220的旋转中心R为中心的多个环状凹槽。在一些实施方式中，抛光衬垫220例如是由聚合物基材所构成，聚合物基材可以是热固性树脂(thermosetting resin)或热塑性树脂(thermoplastic resin)所合成之聚合物基材，本发明实施例不特别限制抛光衬垫220之材质与抛光凹槽222之形状。

请参考图6，在一些实施方式中，抛光头230位在抛光衬垫220上方，并装载有固定环、待抛光工件240(例如是半导体芯片)以及弹性体250，其中上述固定环例如是图1A至图3的固定环100a。简单来说，如图1A、图1B、图2A、图2B及图3所示，固定环100a包括内侧壁110、外侧壁120、底面130以及多个凹槽140。外侧壁120环绕内侧壁110。底面130连接内侧壁110以及外侧壁120。多个凹槽140位于底面130上，其中每一个凹槽140具有彼此相对的第一凹槽侧壁141与第二凹槽侧壁142，且第一凹槽侧壁141以及第二凹槽侧壁142的其中一者与内侧壁110具有经导角的锐角且与外侧壁120具有钝角，第一凹槽侧壁141以及第二凹槽侧壁142的另一者与内侧壁110具有钝角且与外侧壁120具有经导角的锐角。每两相邻的凹槽140之间具有相同间距。然而，在其它实施方式中，装载于抛光头230上的固定环亦可以是图4的固定环100b(即：外侧壁120为斜面、底面110以及外侧壁120之间具有导角)或图5的固定环100c(即：外侧壁120为斜面、底面110以及外侧壁120之间不具有导角)，本发明实施例不以此为限。

在一些实施方式中，如图6所示，固定环100a与弹性体250接合于抛光头230，其中弹性体250夹置于抛光头230与待抛光工件240之间，且待抛光工件240位于固定环100a的内部(即：待抛光工件240被内侧壁110所环围)。在一些实施方式中，待抛光工件240是贴覆在弹性体250的外表面(但不与固定环100a接触)，使得于抛光工艺中，抛光头230可藉由对固定环100a与弹性体250施加压力，进而将固定环100a与待抛光工件240压置于抛光衬垫220的表面上，因此待抛光工件240的待抛光面以及固定环100a的底面110得以与抛光衬垫220相接触。

在一些实施方式中，抛光转台210循着一个固定的转动方向旋转时，会同时带动贴附于抛光转台210表面的抛光衬垫220，而使抛光衬垫220可以循着与抛光转台210相同的转动方向旋转。类似地，抛光头230循着同一个转动方向旋转，会同时带动贴覆于弹性体250外表面的待抛光工件240，而使待抛光工件240循着与抛光头230相同的转动方向旋转。举例来说，如图6与图7所示，抛光转台210的转动方向与抛光头220的转动方向例如是转动方向A，以使抛光衬垫220与抛光头230进行相对运动。在一些实施方式中，抛光头230除了沿着转动方向A转动外，亦可同时循着移动方向C来回平移摆动，会同时带动贴覆于弹性体250外表面的待抛光工件240，而使待抛光工件240可以循着移动方向C来回平移摆动，进行抛光工艺，以使待抛光工件240与抛光衬垫220之间的接触不会局限在某一特定的区域，可有助于使抛光速率和均匀度更趋以平稳，并使抛光过程能够更均匀。

请继续参考图6与图7，在一些实施方式中，整修组件260以及用以供给抛光液280的抛光液喷嘴270位于抛光衬垫220上方。在一些实施例中，在抛光工艺中，抛光液喷嘴270提供抛光液280，但其不与抛光衬垫220接触。在一些实施例中，在抛光工艺中，整修组件260与抛光衬垫220接触以进行抛光，藉此重整抛光衬垫220上的抛光凹槽222。如图6与图7所示，抛光液喷嘴270不转动/移动，整修组件260循着与抛光转台210相反的转动方向(即：转动方向B)旋转。在一些实施方式中，整修组件260例如是具有钻石碟盘的钻石整修装置。

综上所述，本发明实施例的固定环透过底面及外侧壁之间具有导角以及底面上的凹槽分别与内侧壁及位外侧壁之间具有经导角的锐角及/或钝角，使得在CMP工艺中与固定环的底面相接触的抛光衬垫避免受到锐利的尖角撞击，有效降低抛光衬垫损耗并改善抛光衬垫的可用时间，进而延长抛光衬垫的使用寿命并降低制造成本。此外，本发明实施例的固定环透过外侧壁为斜面而与底面130之间具有钝角，使得即使在CMP工艺中，固定环的底面与抛光衬垫相磨擦而导致固定环磨损与高度减小，固定环的底面及外侧壁之间仍可保持具有钝角，确保抛光衬垫在长时间抛光后依旧可避免受到锐利的尖角撞击，降低抛光衬垫损耗并改善抛光衬垫的可用时间，以延长抛光衬垫的使用寿命并降低制造成本。

本发明实施例提供一种环绕待抛光工件并且维持待抛光工件与抛光衬垫相对位置的固定环，其中固定环具有内侧壁、外侧壁、连接内侧壁以及外侧壁的底面以及多个凹槽，其中外侧壁环绕内侧壁，底面以及外侧壁的之间具有导角，且在抛光工艺中，底面与抛光衬垫接触，其中多个凹槽位于底面上，每一个凹槽具有彼此相对的第一凹槽侧壁与第二凹槽侧壁，且第一凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹锐角且与外侧壁的所在平面夹钝角，第二凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹钝角且与外侧壁的所在平面夹锐角，其中第一凹槽侧壁以及内侧壁之间具有导角，且第二凹槽侧壁以及外侧壁之间具有导角。

本发明实施例提供一种环绕待抛光工件并且维持待抛光工件与抛光衬垫相对位置的固定环，其中固定环具有内侧壁、外侧壁、连接内侧壁以及外侧壁的底面以及多个凹槽，其中外侧壁为斜面并环绕内侧壁，底面的所在平面与外侧壁的所在平面之间夹钝角，且在抛光工艺中，底面与抛光衬垫接触，其中多个凹槽位于底面上，每一个凹槽具有彼此相对的第一凹槽侧壁与第二凹槽侧壁，且第一凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹锐角且与外侧壁的所在平面夹钝角，第二凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹钝角且与外侧壁的所在平面夹锐角，其中第一凹槽侧壁以及内侧壁之间具有导角，且第二凹槽侧壁以及外侧壁之间具有导角。

本发明实施例提供一种抛光设备，其中抛光设备包括抛光头、抛光衬垫以及待抛光工件。抛光头装载有固定环，且其中固定环具有内侧壁、外侧壁、连接内侧壁以及外侧壁的底面以及多个凹槽，其中外侧壁环绕内侧壁，底面以及外侧壁的之间具有导角，且在抛光工艺中，底面与抛光衬垫接触，其中多个凹槽位于底面上，每一个凹槽具有彼此相对的第一凹槽侧壁与第二凹槽侧壁，且第一凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹锐角且与外侧壁的所在平面夹钝角，第二凹槽侧壁的所在平面与内侧壁的所在平面夹钝角且与外侧壁的所在平面夹锐角，其中第一凹槽侧壁以及内侧壁之间具有导角，且第二凹槽侧壁以及外侧壁之间具有导角。抛光衬垫设置于抛光转台上。待抛光工件位于抛光衬垫上方以及固定环内，其中待抛光工件与固定环的内侧壁之间具有间隙，其中在进行抛光工艺中，待抛光工件以及固定环的底面与抛光衬垫接触。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。