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TWI461255B - 用於產生薄墊中的模塑窗之方法 - Google Patents

用於產生薄墊中的模塑窗之方法 Download PDF

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TWI461255B
TWI461255B TW100110367A TW100110367A TWI461255B TW I461255 B TWI461255 B TW I461255B TW 100110367 A TW100110367 A TW 100110367A TW 100110367 A TW100110367 A TW 100110367A TW I461255 B TWI461255 B TW I461255B
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polishing
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recess
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TW100110367A
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TW201143969A (en
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Boguslaw A Swedek
Doyle E Bennett
Dominic J Benvegnu
Original Assignee
Applied Materials Inc
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Publication date
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Description

用於產生薄墊中的模塑窗之方法
在此描述一種具有窗部的拋光墊、含有此種拋光墊之系統、以及產生與使用此種拋光墊的程序。
在現代半導體積體電路(IC)製程中，通常需要平面化基板之外表面。舉例而言，需要平面化來拋除一傳導填充層，直到暴露出下層的頂表面為止，而留下在絕緣層的抬升圖案之間的傳導材料以形成通孔(via)、插塞與線體，該通孔、插塞與線體於基板上的薄膜電路之間提供傳導路徑。此外，需要平面化來平坦化與薄化氧化層，以提供適合微影處理之平坦表面。
達到半導體基板平面化或地形移除的一種方法為化學機械拋光(CMP)。傳統的化學機械拋光(CMP)製程包含了在研磨漿存在下將一基板壓抵旋轉的一拋光墊。
一般而言，需要偵測在何時達到所需的表面平坦度或膜層厚度、以及在何時會暴露出下層，以確定是否要終止拋光。已發展出數種在CMP製程中原位偵測終點的技術；舉例而言，已可使用一種光學監測系統，以於層體拋光期間原位測量基板上層體的均勻度。此光學監測系統可包含一光源(於拋光期間將一光束引導至基板)、一偵測器(測量從基板反射的光)、以及一電腦(分析來自偵測器之訊號並計算是否已經偵測到終點)。在某些CMP系統中，光束係透過拋光墊中的窗部而被引導至基板。
在一態樣中，一種拋光墊包括具有一拋光表面之一拋光層、在相對於該拋光表面之拋光層一側上的一黏著層、以及延伸通過該拋光層且模塑至該拋光層之一固態光傳送窗部。固態光傳送窗部具有一上部與一下部，上部具有一第一側向尺寸，而下部具有小於該第一側向尺寸之一第二側向尺寸。固態光傳送窗部的頂表面係與該拋光層共平面，而固態光傳送窗部的底表面係與該黏著層的下表面共平面。
實施方式可包含一或多個下述特徵：拋光層可由一單一層所組成；一可移除襯層係橫跨該黏著層；該上部可於該窗部的所有側部上側向突出超過該下部；該上部具有之一側向尺寸可為該下部之一側向尺寸的兩倍至四倍大；該下部可位於該上部之一中央；該窗部可為圓形，且該上部與下部可同心；該上部可具有約6mm之一直徑，且該下部可具有約3mm之一直徑；溝槽可位於該拋光表面中；該拋光墊可具有小於1mm的一總厚度。
在另一構想中，一種用於產生一拋光墊之方法包含：在一拋光層中形成一凹部，該凹部係部分、但非完全延伸通過該拋光層；形成一貫孔(hole)，該貫孔通過該拋光層與一黏著層，該貫孔位於該凹部中且具有一第一側向尺寸，該第一側向尺寸小於該凹部之一第二側向尺寸，該凹部與該貫孔之結合提供了一孔洞(aperture)，該孔洞穿過該拋光層與黏著層；將一密封膜固定至在該拋光層之與一拋光表面相對的一側上的該黏著層，以橫跨該貫孔；將一液體聚合物分配至該孔洞中；以及固化該液體聚合物以形成一窗部。
實施方式可包含一或多個下述特徵：在形成該凹部之前可先以一襯層覆蓋該黏著層，可剝離該襯層以將該密封膜固定至該黏著層，以及在固化該液體聚合物之後可以該襯層重新覆蓋該黏著層；可移除突出於該拋光層上方之一部分固化聚合物；該拋光層可由一單一層所組成；形成該凹部可包含使該拋光墊凸起；使該拋光墊凸起可包含以一加熱金屬片件加壓於該拋光墊上；形成該貫孔可包含沖壓通過該拋光層與該黏著層；該上部可於該窗部的所有側部上側向突出超過該下部；該上部具有之一側向尺寸可為該下部之一側向尺寸的1.5倍至四倍大，例如兩倍；該下部可位於該上部之一中央；該窗部可為圓形，且該上部與下部可同心；該拋光墊可具有小於1 mm的一總厚度。
實施方式係包含下列可能優點：在窗部與薄拋光墊之間可形成強接合，減少漿體洩漏的可能及減少因被拋光基板之剪力而使窗部被拉出墊體的可能。此外，拋光墊可改進自基板所反射之光譜的晶圓對晶圓均勻度，特別是在低波長時。
在如附圖式與下文說明中即提出了一或多個實施例的細節，從說明與圖式、以及從申請專利範圍中即可清楚瞭解其他構想、特徵與優勢。
如第1圖所示，CMP設備10包含了一拋光頭12，該拋光頭12固持一半導體基板14抵靠平台16上之一拋光墊18。CMP設備係如美國專利號第5,738,574號所說明者加以建構，該文獻係藉由引用形式而整體併入本文中。
基板可為例如一產品基板(例如包含多個記憶體或處理器晶片者)、一測試基板、一裸晶基板與一閘基板(gating substrate)。基板可處於積體電路製造的各種階段，例如，基板可為一裸晶晶圓、或該基板可包含一或多個沉積及/或圖案化層體。用語「基板」可包含圓形碟材或矩形片材。
拋光墊18的有效部分可包含拋光層20與底表面22，該拋光層具有用於接觸基板的一拋光表面24，該底表面22藉由黏著層28(例如黏著帶)而固定至平台16。除黏著帶與任何襯層之外，拋光墊可由例如一單一層墊體所組成，該單一層墊體具有由適合化學機械拋光製程、薄而耐久的材料所形成之拋光層20。因此，拋光墊的層體可由單一層拋光層20與黏著層28(以及視情況任選的一襯層，該襯層將於墊體裝設到拋光平台上時移除)所組成。
拋光層20可由例如發泡聚氨酯所組成，該發泡聚氨酯於拋光表面24上帶有至少某些開放孔隙。黏著層28可為雙邊黏著帶，例如在兩邊上都具有黏著劑(例如壓感式黏著劑)之聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)薄層，該薄層例如為Mylar。這種拋光墊可得自日本東京Fujibo，商標名為H7000HN。
參照第2圖，在某些實施方式中，拋光墊18具有介於15.0英吋(381.00 mm)至15.5英吋(393.70 mm)的半徑R，該半徑R相應的直徑為30至31英吋。在某些實施方式中，拋光墊18具有之半徑為21.0至21.5英吋(533.4mm至546.1mm)，該半徑相應的直徑為42至43英吋。
參照第3圖，在某些實施方式中，溝槽26可形成在拋光表面24中。溝槽可具有「格子狀(waffle)」圖案，例如由具有斜側壁之垂直溝槽組成之交錯細線圖案，該圖案將拋光表面分割為矩形(例如方形)區域。
回到第1圖，一般而言，拋光墊材料係以化學拋光液體30(該液體可包含研磨粒子)予以濕潤。舉例而言，漿體可包含KOH(氫氧化鉀)與燻矽(fumed silica)粒子。然而，某些拋光製程是不含研磨(abrasive-free)的。
當平台繞其中央軸旋轉時，拋光頭12會對基板14施加壓力而抵靠拋光墊18。此外，拋光頭12通常繞該拋光頭的中央軸旋轉，並透過一驅動桿或傳動臂32而遍及平台16之表面傳動。基板與拋光表面之間的壓力與相對運動結合拋光溶液以對基板拋光。
在平台16的頂表面中形成有一光學孔洞34。包含光源36(例如雷射)與偵測器38(例如光偵測器)之一光學監測系統係位於平台16的頂表面下方。舉例而言，光監測系統可位於平台16內的腔室中，而與光學孔洞34光學相通(optical communication)，且可與平台一起旋轉。一或多條光纖50能將光線從光源36傳送至基板、以及從基板傳送至偵測器38。舉例而言，光纖50可為分叉光纖，該光纖在拋光墊中窗部40附近(例如在鄰接拋光墊中窗部40處)具有主幹52、連接至光源36的第一腳部54以及連接至偵測器38的第二腳部56。
光學孔洞34可填以一透明固體件，例如石英塊體(在此例中光纖並不鄰接於窗部40、而是鄰接於光學孔洞中的固體件)、或該光學孔洞34可為一空孔。在一實施方式中，光學監測系統與光學孔洞係形成為模組部件而配入平台中的一對應凹部中。或者是，光學監測系統可為位於平台下方之一靜止系統，且光學孔洞可延伸通過平台。光源36可應用從遠紅外線至紫外線之波長(例如紅光)，然也可使用一寬頻帶光譜(例如白光)，而偵測器38可為一分光計。
窗部40形成於上方之拋光墊18中，且與平台中的光學孔洞34對齊。窗部40與孔洞34可定位為使他們在至少一部分之平台旋轉間可對拋光頭12所固持之基板14有一視野，而無關拋光頭12的傳動位置為何。光源36發出一光束通過孔洞34與窗部40，以至少在窗部40與基板14相鄰的時間中沖射至上方基板14的表面。從基板反射的光形成了一合成光束，該光束由偵測器38加以偵測。光源與偵測器係耦接於一電腦(圖中未示)，該電腦自偵測器接收測量之光強度，並以用該光強度決定拋光終點，此舉藉由以下方式達成：例如藉由偵測基板反射率之突然的改變，該突的改變表示一新層體之暴露；藉由以干涉測量原理計算從外層(例如透明氧化物層)移除之厚度；藉由監測反射光之光譜與偵測標的光譜；藉由將一測量光譜序列匹配至資料庫之參考光譜、並決定與參考光譜指標值匹配之一線性函數係於何處達到一標的值；或是藉由以其他方式監測預定終點條件之訊號。
在非常薄的拋光層中放置正常的大型矩形窗部(例如2.25英吋×0.75英吋之窗部)的一個問題是在拋光期間會脫層(delamination)。特別是，在拋光期間，來自基板之侧向摩擦力會比窗部對墊體側壁的模塑黏著力大。
參照第2圖，窗部40可以是小的，例如直徑小於10 mm，以降低在拋光期間基板所施加的摩擦力。舉例而言，窗部40的上部可為約6 mm寬之一圓形區域，該圓形區域被定心(centered)成離30至31英吋直徑之拋光墊18的中心約一7.5英吋(190.50mm)的距離D，或是定心成離42至43英吋直徑之拋光墊42的中心約一9至11英吋之距離D。
窗部40可具有概為圓形之形狀(其他形狀也是可能的，例如矩形)。當窗部為狹長形(elongated)時，該窗部較長的尺寸可實質上平行於通過窗部中心之拋光墊的半徑。窗部40可具有鋸齒狀周邊42，例如周邊可比類似形狀之圓形或矩形的周邊長，這增加表面積以供窗部對拋光墊之側壁的接觸，且可藉此增進窗部對拋光墊的黏著性。
參照第3圖，窗部40包含一上部40a與一下部40b。窗部40(包含上部40a與下部40b)可為均質材料之單一單件本體。下部40b係與上部40a垂直對齊，但在側向上(亦即在平行於拋光表面的方向中)小於上部40a。因此，拋光層20的一部分係突出於上部40a下方，因此突出超過下部40a之上部40b的邊緣係支撐於拋光層的拋光材料端緣(ledge)49上。上部40a可於窗部40的所有側部上都側向突出超過下部40b，或者視情況上部40a可於窗部40的兩相對側上側向突出超過下部40b、但沿著窗部40的其他側對齊。上部40a突出超過下部40b之底表面可為實質平坦表面。下部40b可位於上部40a的中央(例如與該上部40a同中心)。上部40a之側向尺寸可為下部40b的側向尺寸的1.5至4倍(例如2倍)。舉例而言，若窗部40為圓形，上部40a可具有6 mm之直徑，而下部40b可具有3 mm之直徑。
上部40a可約與下部40b相同厚度。或者是，上部40a可比下部40b厚、或薄。
窗部40的下部40b可突出至黏著層28的一孔洞中。黏著層28(例如黏著帶)的邊緣可鄰接窗部40的下部40b之側部。
窗部如拋光層20及黏著層28的組合一樣厚。窗部40的頂表面44係與拋光表面24共平面，而窗部的底表面46係與黏著層28的底表面共平面。
窗部40的周邊係固定(例如模塑)至拋光層20的內側邊緣48，而上部40a的底表面可固定(例如模塑)至突出於上部40a下方的拋光層20之拋光材料端緣49的上表面。窗部40與拋光層之間的連接表面積的增加(這是由端緣49上的連接所提供)可提供較強的接合，降低漿體洩漏的可能及降低因被拋光基板之剪力而使窗部被拉出墊體的可能。
參照第4圖，拋光墊18在裝設於平台上之前也可包含一襯層70，該襯層70橫跨於拋光墊的底表面22的黏著層28。襯層可為不可壓縮性，且一般為抗流體滲透層，例如聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)，如MylarTM 。在使用時，手動式將襯層從拋光墊剝離，且利用黏著層28將拋光層20施加至平台。然而，襯層並不橫跨窗部40，而是在窗部40的下部40b之區域附近中或在緊鄰窗部40的下部40b之區域附近(例如在約1至4 cm間的區域)被移除，以形成貫孔72。
拋光墊40係非常薄，例如小於2 mm，例如小於1 mm。舉例而言，拋光層20、黏著層28與襯層70的總厚度約為0.8或0.9 mm。拋光層20可約為0.7或0.8 mm厚，而黏著層28與襯層70提供了大約另外的0.1 mm。溝槽26可約為拋光墊深度的一半，例如大概是0.5 mm。
除襯層70之外，在貫孔72中可置入一視情況任選的窗部背件74，以橫跨窗部40並固定至緊鄰窗部40周圍的一部分黏著層28。背件72可與襯層70相同厚度、或比襯層70薄。背件72可為聚四氟乙烯(PTFE)(例如Teflon)、或其他非黏性材料。
為製造拋光墊，一開始先形成拋光層20，且拋光層20的底表面係覆以壓感式黏著劑28與襯層70，如第5圖所示。溝槽26可在貼附壓感式黏著劑28與襯層70之前先形成於拋光層20中，成為墊體模塑製程的一部分；或是在形成墊體且貼附襯層之後切割至拋光層20中。
如第6圖所示，在拋光層20的拋光表面24中壓印(emboss)出一凹部80。如圖所示，凹部80係部分、而非完全延伸通過拋光層20。凹部80可與一或多個溝槽26重疊。凹部80可藉由加熱一金屬部(例如鐵、鋼或鋁件)而壓印，金屬部的尺寸係與所需之窗部上部40a相同。金屬部可加熱至約華氏375度至425度之溫度。此加熱元件係可藉由簡單將一所需形狀之金屬部貼附至一傳統焊鐵所建構而成。接著將熱金屬部壓入拋光層20的頂表面，熔化且壓縮壓印區域中的拋光層20，藉以形成凹部80。壓縮與加熱也會使孔隙崩陷而產生更為緊縮且較低孔隙度之材料。
如第7圖所示，在頂表面中已經形成凹部80之後，貫孔82係被衝壓貫穿整個墊體(包含拋光層20、黏著劑28與襯層70)。貫孔82係於凹部80的底部被衝壓，且具有比凹部80小的側向尺寸。貫孔82將提供窗部40之下部40b。貫孔82係從墊體的頂部(亦即具拋光表面之側部)加以衝壓，例如藉由機械加壓；這使得貫孔82的位置可更精確地對齊於凹部80。
如第8圖所示，從黏著層28剝除一部分的襯層70；不需要將襯層70整個從拋光墊剝除。剝除之部分襯層暴露出貫孔82周圍之黏著層28的底表面。孔洞72可被切割於襯層70中，例如在環繞衝壓穿透襯層70之貫孔的區域中，然此步驟也可在稍後再進行。
此外，可將一非黏性密封膜84貼附至黏著層28，以橫跨貫孔82。密封膜可為聚四氟乙烯(PTFE)膜材，例如Teflon。密封膜84將作為窗部模塑具之底部。可以利用例如乙醇擦拭而清潔密封膜。
製備一液體聚合物並將該液體聚合物傳送至孔洞80與貫孔82中，接著固化液體聚合物而形成窗部40，如第9圖所示。該聚合物可為聚氨酯，且可由數種成份之混合物所形成。在一實施方式中，聚合物為2份的Calthane A 2300與3份的Calthane B 2300(由加州長灘之Cal Polymer,Inc.供應)。在液體聚合物混合物被放入孔洞之前，此液體聚合物混合物可經除氣例如達15-30分鐘。可於室溫下固化聚合物達約24小時，或可使用加熱燈或加熱爐來減少固化時間。若固化之窗部40開始突出於拋光表面上，則窗部係可經校平(level)以與拋光表面共平面，此舉是例如藉由以鑽石調製之碟件來研磨而達成。
參照第10圖，在完成窗部40之固化後，可從黏著層28之底表面移除密封膜84。這會使窗部40的底表面與黏著層28的底表面共平面。
其次，可在黏著層28上再放置襯層70，其中襯層70的孔洞72係圍繞窗部40的底部40b。視情況而定，窗部背件74係可至於襯層的貫孔72中。接著拋光墊已準備好例如放在密封塑膠袋中運送給客戶。如上所述，當客戶接收到墊體時，客戶可移除襯層70(以及移除窗部背件，若有的話)，然後利用黏著層28而將拋光墊貼附至平台上。
若溝槽24與孔洞80交錯，則當液體聚合物傳送到孔洞時，液體聚合物的一部分會沿著溝槽24流動。因此，某些聚合物可延伸通過孔洞80的邊緣，以形成突出部至溝槽中。當固化時，這些突出部係進一步增加窗部對拋光墊的接合。此外，若提供足夠的液體聚合物，則某些液體聚合物即可於拋光層的頂表面上方流動。同樣的，當固化時，在拋光表面上方的聚合物部分可增加窗部對拋光墊的接合，然如上所述，可移除突出於拋光表面上的窗部40之部分，使得窗部的頂部係與拋光表面齊平。
在其他實施方式中，窗部40的頂表面44係與拋光表面24共平面，且窗部的底表面46可與拋光層20的底表面共平面。在此情形中，窗部可與拋光層20等深。針對此替代例，可將製程修改為：移除下部40b周圍的一部分黏著層、直接放置一密封膜抵靠拋光層底部、以液體聚合物填充該孔洞、以及固化形成窗部、接著移除密封膜。
雖已描述了特定的具體實施方式，但本發明並不受限於此。舉例而言，雖說明了窗部具有簡單的圓形，但窗部也可更為複雜，例如矩形、橢圓形或星形。窗部的頂部可突出通過底部的一或多個側部。應了解在不背離本發明之精神與範疇下係可進行各種其他修飾；因此，其他的具體實施方式係落於下列申請專利範圍的範疇中。
10．．．CMP設備
12．．．拋光頭
14．．．基板
16．．．平台
18．．．拋光墊
20．．．拋光層
22．．．底表面
24．．．拋光表面
26．．．溝槽
28．．．黏著層
30．．．拋光液體
32．．．傳動臂
34．．．光學孔洞
36．．．光源
38．．．偵測器
40．．．窗部
40a．．．上部
40b．．．下部
42．．．拋光墊周邊
44．．．頂表面
46．．．底表面
48．．．內側邊緣
49．．．拋光材料端緣
50．．．光纖
52．．．主幹
54．．．腳部
56．．．腳部
70．．．襯層
72．．．貫孔
74．．．背件
80．．．凹部
82．．．貫孔
84．．．密封膜
第1圖為含有拋光墊之CMP設備的截面圖。
第2圖為具有窗部之拋光墊的一實施例之上視圖。
第3圖為第2圖之拋光墊的截面圖。
第4圖為具有一襯層之第2圖之拋光墊的截面圖。
第5圖至第10圖說明了形成拋光墊的方法。
在不同圖式中，相同的元件符號是代表相同的元件。
18．．．拋光墊
20．．．拋光層
22．．．底表面
24．．．拋光表面
26．．．溝槽
28．．．黏著層
40．．．窗部
40a．．．上部
40b．．．下部
44．．．頂表面
46．．．底表面
48．．．內側邊緣
49．．．拋光材料端緣

Claims (13)

  1. 一種用於產生一拋光墊之方法，該方法包含以下步驟：對一拋光層之一表面加壓及加熱以在該拋光層中形成一凹部，該凹部係部分、但非完全延伸通過該拋光層，該凹部具有一第一側向尺寸；在形成該凹部後，藉由衝壓貫穿該拋光層之一部分與該凹部下方之一黏著層而形成一貫孔，該貫孔通過該拋光層與該黏著層，該貫孔位於該凹部中且具有一第二側向尺寸，該第二側向尺寸小於該凹部之該第一側向尺寸，該凹部與該貫孔之結合提供了一孔洞，該孔洞穿過該拋光層與黏著層；將一密封膜固定至與該拋光層之該表面相對的一側上的該黏著層，以橫跨該貫孔；將一液體聚合物分配至該孔洞中；以及固化該液體聚合物以形成一窗部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，該方法更包含以下步驟：在形成該凹部之前先以一襯層覆蓋該黏著層，剝離該襯層以將該密封膜固定至該黏著層，以及在固化該液體聚合物之後以該襯層重新覆蓋該黏著層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，該方法更包含以下步驟：移除突出於該表面上方之一部分固化的聚合 物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該拋光層是由一單一層所組成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中對該拋光墊之該表面加壓及加熱的步驟包含以下步驟：以一加熱金屬件加壓於該拋光墊上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該貫孔的步驟包含以下步驟：從該拋光層的一拋光表面側衝壓貫穿該拋光層與該黏著層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該窗部包含位於該凹部中之一上部及位於該貫孔中之一下部且該上部係於該窗部的所有側部上側向突出超過該下部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該上部具有的一側向尺寸是該下部之一側向尺寸的兩倍至四倍大。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該拋光墊具有小於1mm的一總厚度。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該下部係位於該上部之一中央。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該窗部為圓形，且該上部與下部係同心。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該上部具有約6mm之一直徑，且該下部具有約3mm之一直 徑。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，該方法更包含以下步驟：在將該密封膜固定後，在該拋光表面中切割溝槽。
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