研磨垫、研磨垫的制造方法及研磨方法与流程

本发明涉及一种研磨垫、及研磨垫的制造方法及研磨方法，尤其涉及一种具有检测窗的研磨垫、所述研磨垫的制造方法及使用所述研磨垫的研磨方法。

背景技术：

随着产业的进步，平坦化制程经常被采用为生产各种元件的制程。在平坦化制程中，研磨制程经常为产业所使用。研磨制程是通过施加一压力以将研磨物件压置于研磨垫上，并供应研磨液(例如是水或具有化学品的混合物)于研磨物件与研磨垫之间，且让研磨物件与研磨垫彼此进行相对运动，而使其表面逐渐平坦，来达到平坦化的目的。

对于具有光学检测系统的研磨设备，研磨垫上某部分区域通常会设置有透明检测窗，通过此透明检测窗可用来检测研磨物件表层的研磨情况。举例来说，使用于具有光学检测系统的研磨设备中的现有研磨垫(如美国专利公告号us5,893,796的fig.3f)具有大小不同尺寸的开口，而检测窗(window)的上表面周缘(rim)通过黏着材料使检测窗黏着固定于此开口中的小尺寸周边，但在实际研磨制程中的应力作用下，容易造成黏着不良使研磨液渗漏，而影响光学检测系统的准确性。图1所示为另一种现有的研磨垫1(如美国专利公告号us5,893,796的fig.3c)，其检测窗3形成于研磨层2中，且检测窗3与研磨层2的研磨面和背面共平面，而基底层4位于检测窗3之外的区域的研磨层2下方。其中，检测窗3与研磨层2具有相同的厚度。相较于周缘黏着方式的检测窗，这种研磨垫1的检测窗3对于研磨应力的承受具有改善，但仍不足以满足产业的要求。

随着研磨垫研磨物件的次数越多，研磨垫的磨损量越来越多，检测窗与研磨层的结合面积(bondingarea)越来越小，检测窗与研磨层间的界面难以承受研磨制程的应力，造成界面结合强度(bondingstrength)不足所导致研磨液渗漏的问题仍然存在，而影响研磨垫的使用寿命。因此，如何提升检测窗与研磨层间的结合强度，而使研磨垫具有良好的使用寿命，实为目前本领域技术人员积极研究的课题之一。

技术实现要素：

本发明提供一种研磨垫及其制造方法，其检测窗在研磨层中具有较佳的结合强度。

本发明一实施例提供一种研磨垫，其包括研磨层及至少一检测窗。研磨层包括研磨面及具有至少一突起部的背面。至少一检测窗配置于研磨层中对应至至少一突起部的位置，且至少一突起部围绕至少一检测窗。

本发明一实施例提供一种研磨垫的制造方法，其包括以下步骤。于研磨材料层中形成至少一检测窗。移除部分研磨材料层以形成研磨层，其中研磨层包括研磨面及具有至少一突起部的背面，检测窗配置于研磨层中对应至至少一突起部的位置，且至少一突起部围绕至少一检测窗。

本发明一实施例另提供一种研磨垫的制造方法，其包括以下步骤。提供具有模腔的模具，其中模腔包括至少一凹陷部，并将至少一检测窗配置于模腔中对应至至少一凹陷部的位置，且至少一凹陷部环绕至少一检测窗。将研磨层材料配置于模腔中以形成研磨层，其中研磨层包括研磨面及具有至少一突起部的背面，至少一检测窗配置于研磨层中对应至至少一突起部的位置，且至少一突起部围绕至少一检测窗。移除模具。

基于上述，在本发明实施例所提出的研磨垫及其制造方法中，由于检测窗配置于研磨层中对应至突起部的位置，且突起部围绕检测窗，因此，可以提升检测窗和研磨层之间的结合面积，使得检测窗在研磨层中具有较佳的结合强度，进而提升研磨垫的使用寿命。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是现有研磨垫的剖面示意图。

图2a是依照本发明一实施例的研磨垫的俯视示意图。

图2b是图2a沿a-a’线的剖面示意图。

图3a是依照本发明另一实施例的研磨垫的俯视示意图。

图3b是依照本发明又一实施例的研磨垫的俯视示意图。

图3c为本发明再一实施例的研磨垫的俯视示意图。

图3d为本发明再一实施例的研磨垫的俯视示意图。

图4a至图4d为本发明一实施例的研磨垫的制造方法的剖面示意图。

图5为本发明另一实施例的研磨垫的制造方法的剖面示意图。

附图标记说明

10、20：模具

12、22：模腔

24：凹陷部

1、100、200、300、400、500：研磨垫

101：研磨材料层

2、102：研磨层

102a：研磨面

102b：背面

104：突起部

3、106：检测窗

4、108：基底层

t1、t2、t3、t4：厚度

d：间距

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

此外，参照本实施例的附图以更全面地阐述本发明。然而，本发明也可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。附图中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的参考号码表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。

图2a是依照本发明一实施例的研磨垫的俯视示意图。图2b是图2a沿a-a’线的剖面示意图。

请同时参照图2a及图2b，研磨垫100包括研磨层102和至少一检测窗106。研磨层102包括研磨面102a及具有至少一突起部104的背面102b，其中研磨面102a相对于背面102b。如图2b所示，至少一突起部104从背面102b朝远离研磨面102a的方向突起。换句话说，研磨层102具有突起于研磨层102背面102b的至少一突起部104。研磨层102可以是由聚合物基材所构成。举例来说，聚合物基材可以是聚酯(polyester)、聚醚(polyether)、聚氨酯(polyurethane)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚丁二烯(polybutadiene)、其他经由合适的热固性树脂(thermosettingresin)或热塑性树脂(thermoplasticresin)所合成的聚合物基材或其组合。在一实施例中，研磨层102除上述聚合物基材外，另可包含导电材料、研磨颗粒、微球体(micro-sphere)或可溶解添加物于此聚合物基材中。此外，突起部104可依照实际所需而设计成各种形状，例如矩形、梭形或椭圆形，但不以此限定本发明。检测窗106的材料可以是透明的高分子聚合物，例如是热固性塑胶、热塑性塑胶或是任何目前已知可使用于研磨垫的检测窗的材料。

检测窗106配置于研磨层102中对应至突起部104的位置，此外，研磨层102与检测窗106的侧面为一体化相连接。也就是说，检测窗106穿设于研磨层102的突起部104中，且突起部104围绕检测窗106。研磨层102中对应突起部104之外的区域(即主要研磨区域)的厚度为t2，突起部104从研磨层102主要研磨区域的背面102b突起的厚度为t3，而检测窗106的厚度为t1，且t1＞t2。在一实施例中，检测窗106的顶面与研磨层102的研磨面102a共平面，且检测窗106的底面与突起部104的底面共平面，因此检测窗106的厚度t1等于研磨层102中对应突起部104之外的区域的厚度t2和其突起部104的厚度t3的总和(即t1＝t2+t3)。由于结合面积正比于研磨层102与检测窗106间的界面厚度，如此一来，检测窗106与研磨层102间的结合面积除了与研磨层102中对应突起部104之外的区域的面积(即对应于厚度t2部分的面积)，还多出了与研磨层102中突起部104结合部分的面积(即对应于厚度t3部分的面积)，因此，可增加检测窗106和研磨层102之间的结合面积。此外，由于结合强度正比于检测窗106与研磨层102间的结合面积，因此使得检测窗106在研磨层102中具有较佳的结合强度。也就是说，因为检测窗106和研磨层102之间具有较大的结合面积及结合强度，所以研磨垫100可避免随着研磨物件次数增加而磨损所导致研磨液渗漏的问题，进而提升研磨垫100的使用寿命。

在一实施例中，研磨层102中对应突起部104之外的区域的厚度t2例如介于1mm至2mm之间(即1mm≦t2≦2mm)；突起部104从研磨层102的背面102b突起的厚度t3例如介于0.1mm至2mm之间(即0.1mm≦t3≦2mm)；检测窗106的厚度t1例如介于1.1mm至4mm之间(即1.1mm≦t1≦4mm)，也就是说，检测窗106的厚度t1为研磨层102中对应突起部104之外的区域(即主要研磨区域)厚度t2的110％至200％(即1.1≦t1/t2≦2)，但不以此限定本发明。由上述实施例与现有研磨垫1(如图1所示)做比较，本发明的研磨垫100其检测窗106与研磨层102间的结合面积比传统研磨垫1增加10％至100％。换句话说，对于具有相同厚度的研磨垫中检测窗与研磨层间的结合强度做比较，本发明的研磨垫100的结合强度比传统研磨垫1提升10％至100％。

此外，为了进一步增加检测窗106与研磨层102的结合面积，以提升两者之间的紧密度。在一实施例中，检测窗106的侧壁(即与研磨层102结合的表面)可为非平面，例如凹凸面、螺旋面、波纹面、条纹面、颗粒面或其组合，但本发明不以此为限。此外，检测窗106可依照实际所需而设计成各种形状，例如矩形、梭形或椭圆形，但不以此限定本发明。在一实施例中，检测窗106与突起部104可依形成的顺序选择对应于彼此的形状，也就是说，检测窗106与突起部104可以具有相同的形状。在另外的实施例中，检测窗106与突起部104也可选择具有不同的形状，例如检测窗106为梭形，而突起部104为椭圆形，如图2a所示出，但不以此限定本发明。在此实施例中，研磨层102的聚合物基材在灌注至模具内时，可与预置于模具内的梭形检测窗106具有较好的结合性，而椭圆形的突起部104可以减少研磨垫100应力集中的问题。除此之外，当研磨层102的聚合物基材注入模具内时，流动的聚合物基材在检测窗106的前端(靠近材料注入方向的一端)会先分开，并在检测窗106的后端(远离材料注入方向的一端)结合。因此，在一实施例中，检测窗106的长轴方向可设置于研磨层102的半径方向(即检测窗106的长轴端朝向研磨层102的圆心)，例如形状为梭形的检测窗106，其长轴方向可设置于研磨层102的半径方向。如此一来，当研磨层102的聚合物基材在注入模具时，例如以中央灌注(例如是适用于图2a、图3b或图3d的分布)或侧边灌注(例如是适用于图2a、图3a或图3c的分布)的方式注入模具内时，可与检测窗106的前端和后端紧密结合，使得检测窗106与研磨层102的界面不具有缝隙，进而提升检测窗106与研磨层102之间的结合性，且在后续的研磨过程中可避免研磨液经由检测窗106与研磨层102之间渗漏而影响研磨稳定性。

请继续参照图2b，基底层108位于突起部104之外的区域的研磨层102下方，基底层108适用于衬垫于研磨层102的下方并固定于研磨平台(未示出)上，其通常具有比研磨层102较大的压缩率，因此，在进行研磨制程中，可使研磨垫100的表面与研磨物件能够均匀接触而有助于提升研磨效能。基底层108的主要材料例如是聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯与乙烯醋酸乙烯酯的共聚合物、或聚丙烯与乙烯醋酸乙烯酯的共聚合物，或是任何目前已知可使用于研磨垫的基底层的材料。如图2b所示，基底层108的厚度为t4，厚度t4例如是介于1mm至2mm之间(即1mm≦t4≦2mm)，但不以此限定本发明。另外，基底层108与检测窗106之间具有间距d，此间距d例如是介于1mm至10mm之间，但不以此限定本发明。基底层108的厚度t4与研磨层102中对应至突起部104之外的区域的厚度t2的总和大于或等于检测窗的厚度t1，且检测窗的厚度t1大于研磨层102中对应至突起部104之外的区域的厚度t2(即t2+t4≧t1＞t2)。在一实施例中，研磨层102中至少一突起部104的厚度t3例如是介于基底层108厚度t4的10％至100％之间(即0.1≦t3/t4≦1)。由于突起部104所配置的位置延伸至基底层108的上下表面之间，而检测窗106与研磨层102间的结合界面包括了突起部104，所以检测窗106与研磨层102间的结合界面延伸至基底层108的上下表面之间。如此一来，在不增加研磨垫100厚度的情况下，例如是维持与现有研磨垫1相同厚度的情况下(例如图1所示的研磨层2的厚度为t2，而基底层4的厚度为t4)，本发明的研磨垫100可增加检测窗106与研磨层102间的结合面积(即结合面积所正比的检测窗厚度从厚度t2增加至厚度t1)，使得检测窗106在研磨层102中具有较佳的结合强度，进而提升检测窗光学检测的品质以及增加研磨垫100的使用寿命。

另外，部分研磨设备的研磨平台(即研磨垫100所固定的平台)所配置光学检测系统的位置为具有凹陷区域的设计，以因应不同物件的研磨制程或是光学检测品质的需求。因此，研磨垫100也可以不包含有基底层108，如图4c所示。也就是说，研磨垫100仅包含背面具有突起部104的研磨层102以及检测窗106。在此实施例中，当研磨垫100固定于研磨平台时，突起部104对应至光学检测系统位置所在的研磨平台上的凹陷区域。

图3a是依照本发明另一实施例的研磨垫的俯视示意图。图3b是依照本发明又一实施例的研磨垫的俯视示意图。研磨垫200大致相似于研磨垫100，其不同之处在于研磨垫200具有多个检测窗106及多个突起部104，且此多个突起部104分别围绕上述多个检测窗106，而其中图3a沿b-b’线的剖面与图2b具有相同的结构示意图。图3a的实施例中是以研磨垫200具有三个检测窗106及三个突起部104以带状分布在沿研磨层102的直径方向，且分别位于不同半径的位置所示出，例如分别位于圆心左侧1/2半径的位置以及圆心右侧1/4半径和3/4半径的位置，但本发明不限于此。研磨垫200也可选择具有两个检测窗106及两个突起部104分别位于圆心两侧相同半径的位置，或是具有其他个数的多个检测窗106及多个突起部104。在其他实施例中，如图3b所示，研磨垫300所具有的多个检测窗106及多个突起部104也可为环状分布在研磨层102的圆周方向，而其中图3b沿研磨垫300的半径方向横跨其中一个检测窗106的剖面与图2b具有相同的结构示意图。研磨垫200、300中其他构件的连接关系、相对位置、材料、厚度或功效已于上文中进行详尽的描述，于此不再重复赘述。

图3c是依照本发明再一实施例的研磨垫的俯视示意图。图3d是依照本发明再一实施例的研磨垫的俯视示意图。研磨垫400大致相似于研磨垫200，其不同之处在于研磨垫400具有多个检测窗106及单一个突起部104，且此单一个突起部104围绕上述多个检测窗106，而其中图3c沿c-c’线的剖面与图2b具有相同的结构示意图。如图3c所示的实施例中，研磨层102中的单一个突起部104为带状分布在沿研磨层102的直径方向，但本发明不限于此。在其他实施例中，如图3d所示，研磨垫500具有的多个检测窗106及单一个突起部104也可为环状分布在研磨层102的圆周方向，而其中图3d沿研磨垫500的半径方向横跨其中一个检测窗106的剖面与图2b具有相同的结构示意图。研磨垫400、500中其他构件的连接关系、相对位置、材料、厚度或功效已于上文中进行详尽的描述，于此不再重复赘述。

以下，将通过图4a至图4d来更进一步地说明上述各实施例的研磨垫100、200、300、400、500的制造方法。应注意的是，上述各实施例的研磨垫100、200、300、400、500虽然是如以下制造方法为例进行说明，但本发明的研磨垫100、200、300、400、500的制造方法并不以此为限，并且研磨垫100、200、300、400、500中相同或相似的构件的材料、厚度或功效以于上文中进行详尽的描述，于此不再重复赘述。

图4a至图4d为本发明一实施例的研磨垫的制造方法的剖面示意图。图5为本发明另一实施例的研磨垫的制造方法的剖面示意图。

首先，在研磨材料层101中形成至少一检测窗106。在一实施例中，如图4a所示，检测窗106是通过模具10的方式形成于研磨材料层101中，详细步骤如下：提供模具10。模具10具有模腔12，其用以容纳模制材料之用。在本实施例中，模腔12的形状以及大小是根据后续欲形成的研磨层102的形状及大小有关。另外，为了使此领域技术人员能够清楚的了解本发明，在以下的附图中，仅示出出局部的模具10，也就是省略绘制模具10的上盖结构。

接着，在模具10的模腔12内的特定位置配置检测窗106，此特定位置对应至研磨机台的光学检测系统的位置。在本实施例中，检测窗106的厚度t1与模腔12的深度相当。此外，可以通过模具10与上盖结构压置方式，或以黏胶方式，将检测窗106固定于模具10的特定位置。

然后，将研磨层材料填入模具10中，以于模具10中形成环绕检测窗106的研磨材料层101。接着，进行固化程序以使研磨材料层101固化，使得研磨材料层101与检测窗106的侧面为一体化相连接。前述固化程序，例如是研磨材料层101内的反应物进行自然的聚合反应，或是进行照光程序或加热程序使研磨材料层101产生聚合反应，而达到固化。最后，如图4b所示，移除模具10，以于研磨材料层101中形成至少一检测窗106。在另一实施例中，如图4b所示的结构也可以是先形成研磨材料层101，再通过机械制程或化学制程于研磨材料层101中形成至少一检测窗开口，之后再于此检测窗开口中形成检测窗106。

接着，请同时参照图4b及图4c，移除部分研磨材料层101以形成研磨层102，其中研磨层102包括研磨面102a及具有至少一突起部104的背面102b，检测窗106形成于研磨层102中对应至突起部104的位置，且突起部104围绕检测窗106。移除部分研磨材料层101的方法例如是对研磨材料层101的背面(即研磨层102的背面102b)进行机械制程或化学制程来移除部分研磨材料层101，以形成背面102b具有突起部104的研磨层102。由于背面102b具有突起部104的研磨层102与检测窗106的侧面为一体化相连接，如此可增加检测窗106和研磨层102之间的结合面积，以提升两者之间的结合强度。

接着，请参照图4d，在突起部104之外的区域的研磨层102下方形成基底层108。在一实施例中，例如是先提供一连续的基底层材料，接着移除对应至突起部104的部分基底层材料而成为基底层108，再将基底层108形成于突起部104之外的区域的研磨层102下方。于形成基底层108之前，可选择性地于突起部104之外的区域的研磨层102与基底层108之间形成第一黏着层(未示出)，以将基底层108固定于突起部104之外的区域的研磨层102的下方。第一黏着层的胶层例如包括(但不限于)：无载体胶、双面胶、uv硬化胶、热熔胶、湿气硬化胶或感压胶(pressuresensitiveadhesive，psa)，上述胶层的材料例如是压克力系胶、环氧树脂系胶或聚氨酯系胶，但本发明并不限于此。此外，可选择性地于基底层108下方形成第二黏着层(未示出)，利用第二黏着层的黏著作用，将使研磨垫100、200、300、400、500黏着固定于研磨平台(未示出)上。第二黏着层的胶层例如包括(但不限于)：无载体胶、双面胶或感压胶。上述胶层的材料例如是压克力系胶、环氧树脂系胶或聚氨酯系胶，但本发明并不限于此。在其他实施例中，可取代以涂布、喷涂、堆迭或印刷方式以形成基底层108于突起部104之外的区域的研磨层102下方，而不需要使用第一黏着层，同时可以减少移除部分基底层材料的程序。另外，可取代以真空吸附或静电吸附方式而将研磨垫100、200、300、400、500固定于研磨平台上，而不需要使用第二黏着层。

以下，将通过图5来说明另一实施例的研磨垫100、200、300、400、500的制造方法，其中模具20与图4a的模具10大致相似，其不同之处在于模具20的模腔22包括至少一凹陷部24。研磨垫100、200、300、400、500或是模具20中相同或相似的构件的材料、厚度或功效以于上文中进行详尽的描述，于此不再重复赘述。另外，为了使此领域技术人员能够清楚的了解本发明，在以下的附图中，仅示出出局部的模具20，也就是省略绘制模具20的上盖结构。

请参照图5，提供模具20。模具20具有模腔22，且模腔22包括凹陷部24，凹陷部24之外的区域的模腔深度为t2，凹陷部24本身的深度为t3。接着，将检测窗106配置于模腔22中对应至凹陷部24的位置，使得凹陷部24环绕检测窗106，且凹陷部24的侧边与检测窗106之间的间距d例如是介于1mm至10mm之间。模具20中的模腔22的形状以及大小对应后续欲形成的研磨层102的形状及大小。在此实施例中，检测窗106的厚度t1与模腔22中凹陷部24底部至模具20上盖的距离(也就是t2+t3)相当。此外，可以通过模具20与上盖结构压置方式，或以黏胶方式，将检测窗106固定于模腔22的凹陷部24内。

接着，将研磨层材料填入于模腔22中以形成研磨层102，其中研磨层102包括研磨面102a及具有至少一突起部104(形成于模腔22的凹陷部24的位置)的背面102b，其中检测窗106配置于研磨层102中对应至突起部104的位置，且突起部104围绕检测窗106。如此一来，不需经由上述移除部分研磨材料层101的步骤(如图4c所示)，即可将检测窗106形成于研磨层102中对应至突起部104的位置，且使得此突起部104围绕检测窗106。因此，本实施例可简化研磨垫100、200、300、400、500的制程，进而降低研磨垫100、200、300、400、500的制造成本。

接着，移除模具20，以形成如图4c所示的研磨层102，其检测窗106形成于研磨层102中对应至突起部104的位置，且突起部104围绕检测窗106。最后，进行如同前述图4d的制程，以在突起部104之外的区域的研磨层102的下方形成基底层108。

另外，根据本发明提出的研磨方法，其是将本发明所揭露的研磨垫应用于研磨程序中，用于研磨物件。首先，提供研磨垫100、200、300、400、500。研磨垫100、200、300、400、500包括研磨层102及至少一检测窗106。研磨层102包括研磨面102a及具有至少一突起部104的背面102b。检测窗106配置于研磨层102中对应至突起部104的位置，且突起部104围绕检测窗106。接着，对物件(未示出)施加压力以压置于研磨垫100、200、300、400、500上，使物件与研磨垫100、200、300、400、500的研磨面102a进行接触。之后，对物件及研磨垫100、200、300、400、500提供相对运动，以利用研磨垫100、200、300、400、500对物件进行研磨，而达到平坦化的目的。此处有关研磨垫100、200、300、400、500的相关叙述请参考前述实施方式，在此不再重复赘述。

上述各实施例中的研磨垫100、200、300、400、500可应用于如半导体、集成电路、微机电、能源转换、通讯、光学、存储盘、及显示器等元件的制作中所使用的研磨设备及制程，制作这些元件所使用的研磨物件可包括半导体晶圆、ⅲⅴ族晶圆、存储元件载体、陶瓷基底、高分子聚合物基底、及玻璃基底等，但并非用以限定本发明的范围。

综上所述，在上述实施例所提出的研磨垫及其制造方法中，由于检测窗配置于研磨层中对应至突起部的位置，且突起部围绕检测窗，因此，可以提升检测窗和研磨层之间的结合面积，使得检测窗在研磨层中具有较佳的结合强度，进而提升研磨垫的使用寿命。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。