TWI580521B - 具有窗口之薄硏磨墊及鑄造程序 - Google Patents

Description

具有窗口之薄研磨墊及鑄造程序

本發明揭露一具有視窗之研磨墊，一具有此研磨墊之系統，以及製造和使用此研磨墊之方法。

在現代半導體積體電路的製造過程中，通常需要將基板外表面平坦化。例如，平坦化可能需要研磨一導電填料層直到下層之上表面露出，使導電材料留存在高起的絕緣層之間形成介層接觸、插塞和線路，以提供基板上之薄膜電路導電路徑。此外，平坦化也可能需要將一氧化層平坦及薄化，提供一適合微影製程之平坦表面。

達成半導體基板平坦化或表面拓形移除方法之一為化學機械研磨。常見的化學機械研磨製程包含在研磨漿中將基板壓抵至一旋轉之研磨墊上。

因此，需要偵測何時所需之表面平坦度或膜層厚度已經達到，或何時暴露出一底層，以決定是否停止研磨。已經發展出許多技術適用於在化學機械研磨製程中原位偵測研磨終點。例如，一種光學監測系統已用來在研磨膜層時，原位測量基板膜層之均勻性。此光學監測系統包 含一光源在研磨過程中將光束投射至基板，一偵測器可測量從基板上反射的光束，以及一計算機分析從偵測器所得之訊號及計算是否到達終點。在某些化學機械研磨系統中，光束可直接透過研磨墊上視窗投射至基板。

一方面，本發明係揭露一種研磨墊，其包含：一研磨層，具有一研磨表面；一黏著層，位於該研磨層之與該研磨表面相對的一側；以及一實心透光視窗，延伸穿過且模嵌於該研磨層。該視窗的上表面與該研磨表面共平面，並且該視窗的下表面與該黏著層的下表面共平面。

實施本發明包含下述一或多個特徵。研磨層可為單層。一可移除式襯墊係橫跨黏著層。此襯墊具有對準該視窗處之一開口。一可移除視窗墊片置於襯墊之開口中，並緊靠視窗。在研磨層表面具有溝槽，且視窗之一部分突出並模嵌於溝槽。視窗之周圍具有一粗糙通道。研磨墊可以為圓形，視窗沿著研磨墊之半徑方向延伸，且視窗沿著半徑方向的長度較沿著垂直該半徑方向的長度為長。研磨墊之總厚度小於1公釐。

另一方面，本發明也揭露一種製造研磨墊之方法。此方法包含：形成一孔洞穿過一研磨層及一黏著層；固定一墊片於該黏著層，該黏著層位於該研磨層之與研磨表面相對的一側；注入一液態聚合物至該孔洞中；以及硬化該液態聚合物形成一視窗。

實施本發明包含下述一或多個特徵。在可移除襯墊上形成一開口，且固定一墊片之步驟係包括將墊片安裝至開口中。視窗之一部份可突出至研磨層表面。液態聚合物可能流入位於研磨層表面之溝槽。研磨層可為單層。孔洞藉由衝壓或切割研磨墊來形成。視窗之周圍具有一粗糙通道。研磨墊可以為圓形，視窗沿著研磨墊之半徑方向延伸，且視窗沿著半徑方向的長度較沿著垂直該半徑方向的長度為長。研磨墊之總厚度小於1公釐。

本發明之詳細實施例於以下圖式及描述中說明。本發明之其他特徵、元件及優點將揭露於實施方式、圖式及專利申請範圍。

10‧‧‧化學機械研磨設備

12‧‧‧研磨頭

14‧‧‧基板

16‧‧‧平台

18‧‧‧研磨墊

20‧‧‧研磨層

22‧‧‧底面

24‧‧‧研磨表面

26‧‧‧溝槽

28‧‧‧黏著層

30‧‧‧化學研磨漿液

32‧‧‧平移手臂

34‧‧‧光學孔洞

36‧‧‧光源

38‧‧‧偵測器

40‧‧‧視窗

42‧‧‧不規則邊緣

44‧‧‧上表面

46‧‧‧下表面

48‧‧‧研磨層內壁

50、52、54‧‧‧視窗圓形部分

56、58‧‧‧視窗線形區塊

70‧‧‧襯墊

72‧‧‧開口

74‧‧‧墊片

80‧‧‧孔洞

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

第1圖，係為包含一研磨墊之化學機械研磨設備剖面圖。

第2圖，係為本發明之一具有視窗之研磨墊實例俯視圖。

第3圖，係為本發明第2圖之研磨墊剖面圖。

第4-9圖，係為說明製造一研磨墊之方法。

配合參照第1圖，化學機械研磨設備10包含一研磨頭12，用來夾持半導體基板14壓抵至平台16之研磨墊18上。化學機械研磨設備構造已揭露於美國專利案號5,738,574，其在此被併入本文以作為參考。

基板可為一產品基板(例如包含多個記憶體或處理器晶片)、一測試基板、一裸基板和一閘基板。基板可來自積體電路製造過程中不同的步驟，例如基板可為一裸晶圓，或包含一層或多層沉積層和/或圖案層。此基板可為圓形盤或矩形板。

研磨墊18實際的部分包含一具一研磨表面24之研磨層20，用來與基板接觸，以及一底面22藉由一黏著層28來固定於平台16。研磨墊可為具研磨層20的單層墊，以適用於化學機械研磨製程之一薄且耐用的材料形成。此種研磨墊可從日本東京Fujibo公司以商品名稱H7000HN獲得。

配合參照第2圖，在一些實施例中，研磨墊18之半徑(R)為15.0英吋(381.00公釐)，直徑為30英吋。在其他實施例中，研磨墊18之半徑為15.25英吋(387.35公釐)或15.5英吋(393.70公釐)，直徑為30.5英吋或31英吋。

參照第3圖，有些實施例於研磨表面24上形成溝槽26。這些溝槽可以是「鬆餅」圖案，例如具有斜邊側壁之垂直式溝槽以垂直交叉形式將研磨表面分割為矩形區塊，如正方形區塊。

再次參照第1圖，研磨墊材料通常以化學研磨液30濕潤，化學研磨液包含.具研磨微粒。例如，研漿可包含氫氧化鉀(potassium hydroxide,KOH)與發煙氧化矽粒子(fumed-silica particles)。然而，有些研磨製程不具研磨顆粒。

平台沿其中心軸旋轉時，研磨頭12提供壓力將基板14壓抵至研磨墊18。此外，研磨頭12通常沿其中心軸旋轉，並且透過一驅動軸或平移手臂32於平台16表面平移。基板與研磨表面間壓力與相關運作以及研磨漿液共同造成基板表面之研磨。

在平台16上表面形成一光學孔洞34。一光學監測系統放置於平台16上表面之下，包括一光源36(如雷射光)與一偵測器38(如光電探測器)。例如，光學偵測系統可以放置於平台16內之腔室中而與能夠光學孔洞34以光聯繫，並與平台一起旋轉。光學孔洞34可被一透明固體件填滿，如石英塊，也可為一空洞。在一實施例中，光學偵測系統與光學孔洞為一可安裝於平台上凹處之組件一部份。或者，光學偵測系統可以是平台底下一固定系統，且光學孔洞延伸穿過平台。光源可為遠紅外光至紫外光之任何波長，如紅光，也可使用寬譜帶光譜，如白光，且偵測器可為一光譜儀。

一視窗40在研磨墊18上形成，且對準平台上之光學孔洞34。僅管研磨頭12位置平移，在至少部分平台旋轉時，視窗40與光學孔洞34適當排列使研磨頭夾持 之基板14可以被看見。光源36射出一光束穿過光學孔洞34和視窗40，至少在基板14靠近視窗40時照射至位於上方之基板14表面。從基板上反射之光線形成結果光束並被偵測器38偵測。光源和偵測器連接至一未繪示之計算機，計算機用來接收由偵測器所量測之光強度，並且用其來決定研磨終點，例如，偵測基板上瞬間改變之反射強度，其表示一新膜層暴露，利用干涉理論計算被移除之外表層(如一透明氧化層)厚度，或監測預先界定好之終點條件訊號。

將正常大小之矩形視窗(如2.25×0.75英吋視窗)置入一非常薄之研磨層的問題在於研磨時視窗剝落。尤其在研磨時從基板產生的側邊摩擦力會大於視窗模嵌至研磨墊內壁之附著力。

再次參照第2圖，視窗40之窄邊係沿著基板在研磨時所產生之摩擦力方向(與研磨墊旋轉半徑成切線)，及寬邊沿垂直方向(沿研磨墊旋轉半徑)。例如，視窗40為一大約寬4公釐及長9.5公釐，且其中心距離研磨墊18中心大約7.5英吋(190.50公釐)(D)之區塊。

視窗40近似矩形，其長邊幾乎平行於穿越視窗之研磨墊的半徑。然而，視窗40可有一不規則邊緣42，如邊緣可長於相似矩形邊緣。如此可增加視窗與研磨墊內壁之接觸表面積，因而改善視窗與研磨墊之附著。在一些實施例中，視窗40包含三個一致之圓形部分50、52與54，且中心圓形部分52與其他外側圓形部分50與54藉著 線型區塊56與58相連。每一圓形部分有相同直徑，且線型區塊較圓形部分之直徑窄。每一個圓形部分50、52與54之直徑約為4公釐。

參照第3圖，視窗40深度與研磨層20加上黏著層28一致，因此視窗40上表面44與研磨表面24共平面，且視窗下表面46與黏著層28共平面。視窗40之邊緣被固定，例如模嵌，於研磨層內壁48邊緣。

參照第4圖，安裝至平台前，研磨墊18也可包含一襯墊70，其橫跨研磨墊底面22之黏著層28。此襯墊為一不可壓縮且防水塗層，例如聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)，如商品名Mylar^TM的產品。使用時，將此襯墊從研磨墊上剝除，且研磨層20靠對壓力靈敏之黏著層28置於平台上。然而，此襯墊沒有橫跨至視窗40，移除此部分襯墊後在相對應視窗40區域形成一開口72。

研磨墊18非常薄，小於2公釐或小於1公釐。例如，研磨層20、黏著層28及襯墊70的總厚度大約為0.9公釐。研磨層20大約0.8公釐厚，黏著層28與襯墊70大約為剩下0.1公釐厚。溝槽26約為研磨墊一半深度，如約0.5公釐。

除了襯墊70，一個選擇性的視窗墊片74橫跨視窗40，且固著至部分對壓力靈敏之黏著層28上。視窗墊片74略小於開口72，因此墊片可與襯墊70以一間隙隔開。此間隙寬度，如2公釐。開口72與墊片74可覆蓋區 域大約為視窗40最長邊兩倍。例如，開口為一直徑大約24公釐圓形區域，而墊片74為一直徑約為20公釐圓盤。墊片74可與襯墊70厚度一樣，或較薄於襯墊70。墊片74可為聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)或其他非黏性材料。

如第5圖所示，為了製造研磨墊，首先，形成研磨層20且研磨層20的底面以對壓力靈敏之黏著層28及襯墊70覆蓋。在研磨層20上形成之溝槽26可為研磨墊鑄造製程一部份，並可在對壓力靈敏之黏著層28及襯墊70黏貼前形成，或是在研磨墊形成及襯墊黏貼之後，再於研磨層20上切割而成。

如第6圖所示，孔洞80穿過整個研磨墊，包含研磨層20、黏著層28及襯墊70。特別是形成第2圖所示之視窗形狀，在研磨墊上打出三個分開之直徑4公釐開口。然後在這些開口間切割出通道形成「啞鈴」狀之連續孔洞。

如第7圖所示，將孔洞80附近區域之部份襯墊70移除以在襯墊70上形成開口72。例如，襯墊70從研磨墊上完全剝除，在對應孔洞80處之襯墊打出一個開口，然後將襯墊70放回研磨墊18而使開口72對準孔洞80。另外，可在研磨墊初步組裝之前或組裝時於襯墊70上打出開口72。

如第8圖所示，視窗墊片74邊緣緊靠著黏著層28安裝至開口72中，視窗墊片74可以為Teflonä盤。需 將視窗墊片利用例如乙醇來清洗乾淨。此視窗墊片74用來當作形成視窗之鑄模的底部。

如第9圖所示，準備一液體聚合物並將其倒入孔洞80，以及將之硬化形成視窗40。此聚合物可為聚氨酯(polyurethane)或是由多種成分混合而成。在一實施例中，此聚合物為Calthane A 2300與Calthane B 2300(皆由加州長堤之Cal Polymers公司取得)以2：3比例混合而成。將液態聚合物放入孔洞前可先進行例如15-30分鐘的液態聚合物氣體去除。在室溫下，此聚合物可於24小時硬化，或利用熱照射器或烘箱縮短硬化時間。若是硬化後視窗40突出研磨墊表面，可利用如鑽石修整器(diamond conditioning disk)去除突出使視窗與研磨表面共平面。

製造者可在視窗硬化後並將研磨墊裝運至客戶端之前將視窗墊片74從開口72處移除，或於研磨墊安裝至平台前由客戶移除。

若溝槽26與孔洞80交錯，則液態聚合物注入孔洞時，部份液態聚合物會流入溝槽26。一些液態聚合物會延伸過孔洞80邊界形成突出至溝槽內。視窗硬化時，這些突出會增加視窗與研磨墊之間黏合。此外，若有足夠液態聚合物，則一些液態聚合物會流至研磨層之上表面。雖然之前提及可移除視窗40突出研磨表面的部分使視窗和研磨表面齊平，但同樣在視窗硬化時，溢出研磨墊之部分聚合物會增加視窗與研磨墊之黏合。

本發明已揭露一些較佳實施例，然其並非用以限定本發明。例如雖然揭露一具不規則邊緣之視窗，但視窗仍可為一簡單形狀，如矩形或橢圓形。在不脫離本發明之精神和範圍內，可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

18‧‧‧研磨墊

20‧‧‧研磨層

22‧‧‧底面

24‧‧‧研磨表面

26‧‧‧溝槽

28‧‧‧黏著層

40‧‧‧視窗

44‧‧‧上表面

46‧‧‧下表面

48‧‧‧研磨層內壁

70‧‧‧襯墊

72‧‧‧開口

74‧‧‧墊片

Claims (15)

1. 一種研磨墊，包含：一研磨層，具有一研磨表面、完全延伸穿過該研磨層的一孔洞以及位於該研磨表面中的複數個溝槽，該複數個溝槽部分地延伸但未完全穿過該研磨層，該複數個溝槽在該研磨表面上形成一均勻圖案，其中該孔洞具有邊界，該孔洞的側壁在該邊界處與該研磨表面交錯，其中該複數個溝槽包括與該孔洞交錯的溝槽與未與該孔洞交錯的溝槽；以及一實心透光視窗，填滿該孔洞且模嵌於該研磨層，該視窗具有與該研磨表面共平面的一上表面，以及其中該視窗之一部分側向地突出過該孔洞的邊界而進入該研磨表面中與該孔洞交錯的該溝槽並模嵌於與該孔洞交錯的該溝槽。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該研磨層由一單層所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該視窗具有與該研磨表面共平面的一上表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該複數個溝槽的深度約為該研磨墊的一半深度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該研磨墊之總厚度小於1mm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該複數個溝槽形成一垂直交叉圖案。
7. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該複數個溝槽具有斜邊側壁。
8. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該研磨墊為圓形，該孔洞沿著該研磨墊的半徑方向延伸，以及該視窗沿著該半徑方向的長度較沿著垂直該半徑方向的長度為長。
9. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該孔洞具有一垂直側壁，該垂直側壁的一部分完全延伸穿過該研磨層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中與該孔洞交錯的該溝槽與未與該孔洞交錯的該溝槽包含平行延伸的溝槽。
11. 一種製造一研磨墊之方法，包含以下步驟：形成一孔洞，該孔洞穿過一研磨層；形成複數個溝槽，該複數個溝槽在該研磨層的一研磨表面中，其中該複數個溝槽形成一均勻圖案，該均勻圖案包含與該孔洞交錯的溝槽與未與該孔洞交錯的溝槽；注入一液態聚合物至該孔洞中，以使該液態聚合物的一部份流入該研磨表面中的該溝槽中；以及 硬化該液態聚合物以形成一視窗。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包含以下步驟：移除該視窗之突出於該研磨表面之上的一部份。
13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該研磨層由一單層構成。
14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該孔洞之步驟包含以下步驟：衝壓或切割該研磨墊。
15. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該方法包含以下步驟：在注入該液態聚合物之前，施加一黏著層至相對於該研磨表面的該研磨墊的一側，以及固定一橫跨該孔洞的墊片至該黏著層，該黏著層在相對於該研磨表面的該黏著層的一側上。