CN102893377B - 垫窗*** - Google Patents

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Abstract

一种抛光垫包括：抛光层，该抛光层具有抛光表面；粘着层；该粘着层位于抛光层的一侧而与抛光表面相对；以及固态光透射窗，该固态光透射窗延伸穿透抛光层并成型于抛光层。固态光透射窗具有上方部分，该上方部分具第一横向尺寸，固态光透射窗并具有下方部分，该下方部分具小于第一横向尺寸的第二横向尺寸。固态光透射窗的顶表面与抛光表面共平面，且固态光透射窗的底表面与粘着层的下表面共平面。

Description

垫窗***
技术领域
描述了一种带有窗的抛光垫、含有该抛光垫的***，以及用以制造并使用该抛光垫的工艺。
背景
在制造现代半导体集成电路(IC)的工艺中，经常需要将基板的外表面平坦化。举例而言，可能需要平坦化以抛除导电填充层，直到下方层的顶表面暴露为止，在绝缘层的凸起图案之间留下导电材料，以形成通孔、栓塞以及线路，这些通孔、栓塞以及线路在基板上的薄膜电路之间提供导电路径。此外，可能需要平坦化来整平并打薄氧化物层，以提供适用于光刻法的平整表面。
达成半导体基板平坦化或表面形貌移除的一种方法是化学机械抛光(chemical mechanical polishing；CMP)。常规的化学机械抛光(CMP)工艺涉及在研磨浆液存在的情况下，将基板压抵旋转的抛光垫。
通常，为了决定是否要停止抛光，有需要检测何时已达成期望表面平坦度或层厚度，或何时已暴露出下方层。已开发了许多技术用于在CMP工艺期间进行终点的原位检测。举例而言，用以在层的抛光期间原位测量基板上的层的均匀度的光学监视***已被应用。光学监视***可包括：光源，该光源可在抛光期间导引光束朝向基板；检测器，该检测器可测量反射自基板的光；以及计算机，该计算机可分析来自检测器的信号，并计算是否已检测到终点。在某些CMP***中，光束通过抛光垫中的窗导被引朝向基板。
发明内容
可将窗接附至抛光垫的下侧，致使窗的一部分支撑于平台中的凹槽中。这可容许窗与抛光垫之间的大表面积接触，以便增加窗与抛光垫之间的接合强度。
在一方面中，抛光设备包括平台，该平台具有平坦上表面，形成于上表面中的凹槽，该凹槽具有底表面，以及连接至凹槽的底表面的通道，抛光设备还包括抛光垫，该抛光垫包含抛光层、抛光表面、下侧、以及穿过该抛光垫的开孔，开孔具有较凹槽小的横向尺寸，开孔对准通道。固态光透射窗具有第一部分，第一部分被至少部分地安置在抛光垫中的开孔中，固态光透射窗还具有第二部分，第二部分被至少部分地安置在平台中的凹槽中，第二部分具有较第一部分大的横向尺寸，并于抛光层下方延伸，窗的第二部分粘着性地接附至抛光垫的下侧。
本发明的实现可包括一或多个以下特征。窗的第一部分可塞住抛光垫中的开孔。窗的第一部分的顶表面可与平台的上表面共平面。凹槽的底表面可平行于平台的上表面。窗的第二部分的下表面可接触凹槽的下表面。窗的第二部分的下表面可不黏附至凹槽的下表面。抛光设备也可包括跨越抛光层的粘着层。粘着层可包括双面粘着带。粘着层可邻接抛光层。抛光垫的下侧可藉由粘着层粘着性地接附至平台的上表面。窗的第二部分的顶表面可藉由粘着层粘着性地接附至抛光垫的下侧。窗的第二部分的顶表面可粘着性地接附至抛光垫的下侧。抛光垫可包括抛光层。抛光垫可包括抛光层以及下方层，下方层较抛光层更为不可压缩。第二部分可具有较第一部分大二至十倍，例如约八倍，的横向尺寸。窗的第二部分可侧向填充平台中的凹槽。抛光垫可具有小于1mm的厚度。抛光设备也可包括光学纤维，该光学纤维处在通道中并经安置以通过窗的第一部分导引或接收光。光学纤维可较窗的第一部分更宽。凹槽的侧边可为倾斜的，且窗的第二部分的侧边可为倾斜的。
在另一方面中，组装供抛光设备所用的窗的方法包括下列步骤：穿过抛光垫形成开孔，该抛光垫包含抛光层，该抛光层具有抛光表面以及下侧；形成固态光透射窗，该固态光透射窗具有第一部分以及第二部分，第二部分具有大于第一部分的横向尺寸；将窗的第一部分***抛光垫的开孔；将窗的第二部分的顶表面接附至抛光垫的下侧；以及将抛光垫及窗安置于平台上，致使窗的第二部分装配入平台的平坦上表面中的凹槽，且抛光垫的下侧粘附至平台的平坦上表面。
本发明的实现可包括一或多个以下特征。粘剂层可形成于抛光层的底部上，且衬里覆盖该粘剂，衬里的一部分于开孔周围被移除，且窗的第二部分的顶表面可于衬里的被移除部分中接触粘剂。
本发明的实现可包括以下潜在优点。可在窗与薄抛光垫之间形成强接合，减少浆液渗漏的可能性，并减少因来自受抛光基板的剪力导致窗被拉离抛光垫的可能性。此外，抛光垫可增进自基板所反射的光谱的晶片对晶片一致性，特别是在短波长下。
一或多个实施例的细节将于随附图式及以下描述中阐明。将可从说明书及附图以及权利要求中明了本发明的其它方面、特征及优点。
附图说明
图1为含有抛光垫的CMP设备的剖面视图。
图2为带有窗的抛光垫的实施例的顶视图。
图3A为图2的抛光垫安装于平台上的剖面视图。
图3B为图2的抛光垫的剖面视图。
图4至7图示形成抛光垫的方法。
图8为安装于平台上的抛光垫的另一实现的剖面视图。
多个附图中的相似元件符号指示相似元件。
具体实施方式
可将窗接附至抛光垫的下侧，致使窗的一部分支撑于平台中的凹槽中。这可容许窗与抛光垫之间的大表面积接触，以便增加窗与抛光垫之间的接合强度。
如图1所示，CMP设备10包括抛光头12，用以抓持半导体基板14抵靠平台16上的抛光垫18。CMP设备可如美国专利第5,738,574号中所描述般进行建构，该美国专利的完整揭露内容以参照方式并入本文。
基板可以是，例如，产品基板(如，包括多个存储器或处理器管芯的产品基板)、测试基板、裸基板、以及门控基板(gating substrate)。基板可处在集成电路制造的各种阶段，如，基板可为裸晶片，或基板可包括一或多个沉积及/或图案化层。术语基板可包括圆形碟盘及矩形片材。
抛光垫18的有效部分可包括抛光层20，抛光层20带有抛光表面24以及底表面22，抛光表面24用于接触基板，且底表面22藉由粘着层28(如，粘着带)固定至平台16。粘着层28可为压感粘剂。除了粘着带及任何衬里之外，抛光垫可例如由单层垫所构成，其中抛光层20可以适用于化学机械抛光工艺的薄耐用材料所形成。因此，抛光垫的层可由单层抛光层20以及粘着层28(以及可任选的衬里，该衬里可在抛光垫安装至抛光平台上时被移除)所构成。
抛光层20可例如由发泡聚氨酯所构成，且在抛光表面24上有至少一些开孔。粘着层28可为双面粘着带，例如，两侧皆有粘剂(如，压感粘剂)的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄层(如，)。此抛光垫可获得自日本东京的Fujibo，该抛光垫商标名称为H7000HN。
参见图2，在某些实现中，抛光垫18具有15.0英寸(381.00mm)至15.5英寸(393.70mm)的半径R，并具有30英寸至31英寸的相应直径。在某些实现中，抛光垫18可具有21.0英寸(533.4mm)至21.5英寸(546.1mm)的半径，并具有42英寸至43英寸的相应直径。
参见图3A，在某些实现中，可于抛光表面24中形成沟槽26。沟槽可呈现“华夫饼(waffle)”图案，例如，具倾斜侧壁的垂直沟槽的交叉影线图案将抛光表面分割为多个矩形(如，正方形)区域。
回到图1，典型地，抛光垫材料可以化学抛光液30弄湿，化学抛光液30可包括研磨颗粒。举例而言，浆液可包括氢氧化钾(potassium hydroxide；KOH)以及热解二氧化硅(fumed-silica)颗粒。然而，某些抛光工艺可为“无研磨的(abrasive-free)”。
在平台绕着平台的中心轴旋转时，抛光头12施压至基板14，使基板14抵靠抛光垫18。此外，抛光头12通常绕着抛光头12的中心轴旋转，并通过传动轴或平移臂32而平移跨越平台16的表面。基板与抛光表面之间的压力及相对运动，联合抛光溶液一起导致基板的抛光。
光学开孔34形成于平台16的顶表面中。包括光源36(如激光)以及检测器38(如光检测器)的光学监视***，可位于平台16的顶表面下方。举例而言，光学监视***可位于平台16内的腔室中，该腔室光学连通该光学开孔34，且可随着平台旋转。一个或多个光学纤维50可将光自光源36送往基板，并自基板送往检测器38。举例而言，光学纤维50可为分叉的光学纤维，具主干部52，该主干部52接近(如，邻接)抛光垫中的窗40；连接至光源36的第一脚部54；以及连接至检测器38的第二脚部56。
可以透明固态片体(如石英块)填充光学开孔34(在此情况中，光学纤维不会邻接窗40，但可邻接光学开孔中的固态片体)，或者光学开孔34可为空洞。在一实现中，光学监视***及光学开孔形成为模组的部件，此模组装配入平台中的对应凹槽内。或者，光学监视***可为位于平台下方的固定式***，且光学开孔可延伸穿过平台。光源36可利用自远红外线至紫外线之间的任何波长，如红光(尽管也可使用如白光等宽带频谱)，且检测器38可为光谱仪。
固态窗40形成于上方的抛光垫18中，并对准平台中的光学开孔34。窗40及开孔34可经安置，致使不管抛光头12的平移位置如何，窗40及开孔34在平台旋转的至少一部分期间可看到由抛光头12所固持的基板14。
至少在窗40与基板14相邻的期间，光源36投射光束通过开孔34及窗40，以撞击上方的基板14的表面。自基板反射的光形成可由检测器38检测的合成光束。光源及检测器耦接至未图示的计算机，计算机自检测器接收所测量的光强度并使用所测量的光强度来决定抛光终点，例如，藉由检测指示新层的暴露的基板反射性的突然改变；藉由使用干涉原理计算自外表层(如透明氧化物层)所移除的厚度；藉由监视反射光的光谱并检测目标光谱；藉由将一系列的经测量光谱匹配来自资料库的参考光谱，并确定拟合参考光谱的索引值的线性函数于何处达成目标值；或者藉由监视符合预定终点标准的信号。
将一般较大的矩形窗(如，2.25英寸乘0.75英寸的窗)装入非常薄抛光层的问题之一为抛光期间的剥离。具体而言，抛光期间来自基板的侧向摩擦力可大于模制窗对抛光垫侧壁的粘附力。
回到图2，窗40可较小，如直径小于约3mm，以便减少抛光期间由基板所施加的摩擦力。举例而言，窗40的上方部分可为约3mm宽的圆形区域，该圆形区域的中心距离30至31英寸直径的抛光垫18的中心的距离D约为7.5英寸(190.50mm)，或该圆形区域的中心距离42至43英寸直径的抛光垫18的中心的距离D约为9英寸至11英寸。
窗40可具有近乎圆形的形状(也可能具有其它形状，如矩形)。如果窗是狭长的，窗的较长维度可实质上平行于通过窗的中心的抛光垫的半径。窗40可具有参差不齐的外缘42，例如，该外缘可长于类似形状的圆形或矩形，如，(从顶部观之)呈锯齿状或其它曲折图案。这可增加窗与抛光垫的侧壁接触的表面积，并可从而增进窗对抛光垫的粘附性。
参见图3A，窗40包括上方部分40a以及下方部分40b。窗40，包括上方部分40a及下方部分40b，可为均质材料的单体式单一片体。上方部分40a纵向对齐下方部分40b，但在横向上(即，在平行于抛光表面的一或二个方向上)小于下方部分40b。因此，抛光层20的一部分在下方部分40b之上凸出，致使凸出超出上方部分40a的下方部分40b的边缘形成凸缘49。下方部分40b可在窗40的所有侧边侧向凸出超出上方部分40a，或者可任选地，下方部分40b可在窗40的两个相对侧边侧向凸出超出上方部分40a，但沿窗40的其它侧边对齐。凸出超出上方部分40a的下方部分40b的上表面可为实质上的平坦表面。上方部分40a可位于下方部分40b的中心内，例如，与下方部分40b同心。下方部分40b的横向尺寸可为上方部分40a的横向尺寸的2至10倍大，如，约8倍大。举例而言，若窗40为圆形，则上方部分40a可具有3mm的直径，且下方部分40b可具有25mm的直径。
上方部分40a的厚度可与下方部分40b大约相同。或者，上方部分40a可比下方部分40b厚或薄。
窗40的上方部分40a可凸入粘着层28中的开孔。粘着层28(如，粘着带)的边缘可邻接窗40的上方部分40a的侧边。窗的下方部分40b可凸入平台16的顶表面76中的凹槽78内。
窗的上方部分40a跟抛光层20加粘着层28的组合一样厚。窗40的上方部分40a的顶表面44与抛光表面24共平面。窗40的上方部分40a的底部可与粘着层28的底表面共平面。
下方部分40b的上表面藉由粘着层28的一部分固定至抛光层20的下侧。任选地，窗40的上方部分40a的外缘可固定至抛光层20的内侧壁边缘48，例如，藉由额外的粘剂。
藉由在凸缘49上的连接所提供的窗40与抛光层20之间增加的连接表面区域可提供强接合，减少浆液渗漏的可能性，并减少因来自受抛光基板的剪力导致窗40被拉离抛光垫18的可能性。光学纤维的主干部52邻接或几乎邻接下方部分40b。在某些实现中，主干部52可比窗40的上方部分40a更宽。
窗的下方部分40b的底表面可没有粘着性地邻接平台16的上表面76中的凹槽78的底部，例如，支撑在平台16的上表面76中的凹槽78的底部，或以其他方式固定到该底部。在某些实现中，窗的下方部分40b填充凹槽78。
参见图3B，在安装于平台16上之前，抛光垫18也可包括衬里70，除了由窗40的黏附下方部分40b所覆盖的区块之外，衬里70跨越抛光垫18的底表面22上的粘着层28。衬里70可为薄的柔性材料(如，纸)，且具释放涂层，使衬里70可自粘着层28剥除。在某些实现中，衬里可为非可压缩且通常流体不可渗透的层，例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，如，在使用上，自粘着层28手动剥除衬里70，且利用粘着层28将抛光层20施加至平台16。然而，衬里70不跨越窗40，而是在窗40的下方部分40b的区块内(例如，约25cm宽的区块)以及紧邻该区块周围处被移除，以形成孔72，窗40的下方部分40b可装配入孔72内。
抛光垫18非常薄，如，少于2mm，如，少于1mm。举例而言，抛光层20、粘着层28及衬里70的总厚度可为约0.8或0.9mm。抛光层20可为约0.7或0.8mm厚，而粘着层28及衬里70提供了约0.1mm的厚度。沟槽26的厚度可约为抛光垫厚度的一半，例如，差不多0.5mm。
为了制造抛光垫，初始，形成抛光层20，并以压感粘着层28以及衬里70覆盖抛光层20的底表面，如图4所示。可在压感粘着层28附接之前，于抛光层20中形成沟槽26作为垫成型工艺的一部分，或可在抛光垫形成之后，于抛光层20内切割沟槽26。可在衬里70附接之前或之后形成沟槽26。
现在参见图5，在某些实现中，可藉由铸造及硬化呈窗40的形状的聚合物来形成窗40。在一实现中，聚合物为2份Calthane A 2300及3份Calthane B 2300(可获得自加州长堤市的Cal Polymers,Inc.)的混合物。在置入开孔之前，液态聚合物混合物可经去气，如达15至30分钟。聚合物可在室温下硬化达约24小时，或可使用加热灯或烤箱来缩短硬化时间。在某些实现中，可将聚合物倾注入模型内，并硬化或以其他方式凝固以形成呈最终形状的窗40。在某些实现中，窗40可以大型固态块体的形式来硬化，并接着藉由加工聚合物的该固态块体来形成呈最终形状的窗40。
在某些实现中，下方部分40b的侧壁84可实质上垂直于窗40的底表面46。在某些实现中，可形成与底表面46夹一角度的侧壁84，如将进一步于图7的描述中讨论的那样。
冲压出孔82，该孔82穿透包括抛光层20、粘着层28及衬里70的整个抛光垫18。可决定孔82的尺寸以容置窗40的上方部分40a。在某些实现中，上方部分40a实质上塞住抛光垫18的孔82。可自抛光垫的顶部(即，具抛光表面的该侧)冲压出孔82，例如，藉由压力机(machine press)。此举允许以高度准确性及可重复性来定位孔82的位置和决定孔32的尺寸。
自粘着层28剥除或者以其他方式移除衬里70的部分72。此时，不须将衬里70自抛光垫18完全剥除。衬里70的被剥除部分暴露出孔82周围的粘着层28的底表面22的一部分。被剥除的部分72也可被切除，例如，在经决定尺寸以容置窗40的底部分40b的凸缘49的区块中，虽然此步骤也可在之后进行。
参见图5及图6，窗40固定至抛光垫18，致使上方部分40a延伸进入孔82，且底部分40b的上表面(如，凸缘49)接触粘着层28。在某些实施例中，可决定上方部分40a的尺寸以实质上延伸穿过且实质上填充孔82，致使当凸缘49粘附至粘着层28时，上表面44与抛光层20的抛光表面24共平面。
除了衬里70之外，可设置跨越窗40的可任选的窗支撑片体74。举例而言，窗支撑片体74可固定至紧邻窗40的周围的粘着层28的一部分。支撑片体74的厚度可与衬里70相同，或比衬里70薄。支撑片体74可为聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene；PTFE)，如或另一种非粘性材料。接着，组合的抛光垫18及窗40可准备好运送给客户，例如，装在密封塑胶袋中。
现在参见图7，当客户收到组合的抛光垫18及窗40时，客户可移除衬里70(以及窗支撑片体74，若存在的话)，并接着使用粘着层28将抛光垫18附接于平台16上。将窗40的下方部分40b***平台16的上表面76中的凹槽78内。在某些方法中，可部分剥除窗40的周围区域中的衬里70，将窗40的下方部分40b***凹槽内，并接着将衬里的剩余部分剥除并将抛光垫的其余部分固定至平台16。
可决定下方部分40b的形状及尺寸以使下方部分40b实质上填充凹槽78，例如，在平台16的上表面76接触粘着层28的同时，下方部分40b的侧壁84可实质上接触凹槽78的所有侧壁86，且窗40的底表面46实质上接触凹槽78的底板88。
在某些实现中，凹槽78的底板88可实质上平行于平台16的上表面76。在某些实现中，下方部分40b的侧壁84垂直于底表面46，且凹槽78的侧壁86垂直于抛光表面75。参见图8，在某些实现中，下方部分40b的侧壁84可以非垂直于底表面46的角度形成，如，介于20°与80°之间，如，45°，且凹槽78的侧壁86可以实质上类似的角度形成，致使当下方部分40b***凹槽78时，侧壁84与侧壁86实质上彼此接触。举例而言，侧壁84可自凸缘49至底表面46向内倾斜，致使下方部分40b形成锥形截面。类似地，可形成侧壁86以接合该锥形截面。如此，当窗40***倾斜的侧壁86内的凹槽78内时，倾斜的侧壁84可造成窗40及抛光垫18表现出自我置中(self-centering)特性。
如此，抛光垫18藉由粘着层28黏附至平台16，从而使窗40保持在平台16中的凹槽78内。窗40可由凹槽78的底板88垂直支撑，且可由凹槽78的侧壁86侧向保持。可藉由使凸缘49的顶表面接触相同粘着层，以将窗40粘附至抛光垫，该粘着层将抛光垫的下侧固定至平台16。
尽管已描述某些实施例，但本发明并不以此为限。举例而言，虽然描述了具简单圆形的窗，但窗也可更复杂，如呈矩形、椭圆形或星形。窗的顶部分可凸出超过底部分的一或多个侧边。应可了解在不悖离本发明的精神及范畴下，可完成多种其它修改。因此，其它实施例也落入以下权利要求的范畴中。

Claims (10)

1.一种抛光设备，包括：
平台，所述平台具有平坦上表面，形成于所述上表面中的凹槽，所述凹槽具有下表面，以及连接至所述凹槽的所述下表面的通道；
抛光垫，所述抛光垫包括抛光层、抛光表面、下侧，以及穿过所述抛光垫的开孔，所述开孔具有小于所述凹槽的横向尺寸，所述开孔对准所述通道；
跨越所述抛光层的粘着层，所述粘着层具有开孔，且其中所述抛光垫的所述下侧藉由所述粘着层粘着性接附至所述平台的所述上表面；以及
固态光透射窗，所述固态光透射窗是均质材料的单体式单一片体并且包括上方部分和下方部分，所述窗的所述上方部分凸入所述粘着层中的所述开孔，所述上方部分被至少部分地安置在所述抛光垫中的所述开孔中，所述下方部分被至少部分地安置在所述平台中的所述凹槽中，所述下方部分具有大于所述上方部分的横向尺寸，且所述下方部分于所述抛光层下方延伸，所述窗的所述下方部分的顶表面藉由所述粘着层粘着性接附至所述抛光垫的一下侧，致使所述窗通过所述窗的凸缘的顶表面与相同粘着层的接触而黏附至所述抛光垫，所述粘着层将所述抛光垫的所述下侧固定至所述平台。
2.如权利要求1的抛光设备，其中所述窗的所述上方部分塞住所述抛光垫中的所述开孔。
3.如权利要求2的抛光设备，其中所述窗的所述上方部分的顶表面与所述抛光表面共平面。
4.如权利要求1的抛光设备，其中所述窗的所述下方部分的下表面接触所述凹槽的所述下表面。
5.如权利要求4的抛光设备，其中所述窗的所述下方部分的所述下表面不粘附至所述凹槽的所述下表面。
6.如权利要求1的抛光设备，其中所述下方部分具有较所述上方部分大二至十倍的横向尺寸。
7.如权利要求1的抛光设备，其中所述抛光垫具有小于1mm的厚度。
8.如权利要求1的抛光设备，更包括光学纤维，所述光学纤维处在所述通道中并经安置以通过所述窗的所述上方部分导引或接收光。
9.如权利要求8的抛光设备，其中所述光学纤维较所述窗的所述上方部分更宽。
10.一种组装供抛光设备所用的窗的方法，包括：
冲压孔穿过整个抛光垫，所述整个抛光垫包括抛光层、粘着层、以及衬里，所述抛光层具有抛光表面以及下侧；
形成固态光透射窗，所述固态光透射窗具有上方部分以及下方部分，所述下方部分具有大于所述上方部分的横向尺寸；
自所述粘着层移除所述衬里的一部分以暴露所述孔周围的所述粘着层的底表面的一部分；
将所述窗的所述上方部分***所述抛光垫中的所述孔，其中所述窗的上方部分凸入所述粘着层中的所述孔中；
将所述窗的所述下方部分的顶表面接附至所述抛光层的所述下侧，所述窗的所述下方部分的所述顶表面藉由所述粘着层粘着性接附至所述抛光层的所述下侧；
移除所述衬里的剩余部分；以及
将所述抛光垫及窗安置于平台上以及使用所述粘着层将所述抛光垫接附至所述平台上，致使所述窗的所述下方部分装配入所述平台的平坦上表面中的凹槽，且所述抛光层的所述下侧黏附至所述平台的所述平坦上表面且所述窗通过所述窗的凸缘的顶表面与相同粘着层的接触而黏附至所述抛光垫，所述粘着层将抛光层的所述下侧固定至所述平台。
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