TWI411495B - 拋光墊 - Google Patents

Description

拋光墊

本發明提供一種拋光墊。

化學機械拋光("CMP")製程被用於製造微電子設備以於半導體晶圓、場致發射顯示器、及多數其他微電子基板上形成平面。舉例而言，半導體裝置之製造一般涉及多種加工層之形成，選擇性移除或部分圖案化此等層，並於半導電基板之表面上沉積其他加工層以形成半導體晶圓。該加工層可包含，例如絕緣層、閘極氧化層、導電層、金屬或玻璃層等等。通常在該晶圓製程之特定步驟中該製程層之最上表面需為平坦的，例如平面，以供後續層之沉積用。CMP被用於使加工層平坦化，其中使沉積材料如導電性或絕緣材料係經拋光，以使晶圓平坦化以供後續製程步驟用。

在典型CMP製程中，將晶圓顛倒安裝在CMP工具內之載體上。施力推壓該載體且將晶圓下壓向拋光墊。該載體與該晶圓在該CMP工具的拋光臺上之旋轉拋光墊上旋轉。通常在拋光製程期間將拋光組合物(亦稱為拋光漿)導入該旋轉晶圓與該旋轉拋光墊之間。該拋光組合物一般含有與該最上表面晶圓層相互作用或可溶解其部分之化合物與可物理上移除部分該(等)層之研磨材料。該晶圓與該拋光墊可於相同方向或相反方向旋轉，取決於哪一個對於執行該特殊拋光製程是合乎需要的。該載體亦可同樣擺動越過位於該拋光臺上之拋光墊。

在拋光晶圓表面時，經常有利地就地監測該拋光製程。就地監測該拋光製程之一方法涉及使用具有一穿孔或窗之拋光墊。該穿孔或窗在該拋光製程期間提供一入口，其可使光通過以允許檢查該晶圓表面之入口。具有穿孔與窗之拋光墊為已知且已經被用於拋光基板，諸如半導體設備之表面。舉例而言，美國專利5,605,760號提供具有由固體、均一聚合物形成的透明窗之墊，其不具有吸收或傳輸漿之內在能力。美國專利5,433,651號揭示一種拋光墊，其中一部分該墊已經被移除以提供一光可通過之穿孔。美國專利5,893,796號與5,964,643號揭示移除一部分該拋光墊以提供一穿孔並放置一透明聚胺酯或石英插塞於該穿孔內以提供一透明窗，或移除拋光墊之一部分背面以於該墊內提供半透明。美國專利6,171,181號與6,387,312號揭示具有藉由以快速冷卻速度固化可流動材料(例如，聚胺酯)而形成的透明區域之拋光墊。

在化學機械拋光期間經常遇到之問題是在該拋光墊窗有累積該拋光組合物與所得拋光碎片之傾向。該累積之拋光組合物與拋光碎片可妨礙光經由該窗之傳輸從而降低該光學終點檢測方法之敏感性。

儘管數個上述拋光墊適合於他們所預想之目的，但仍然需要其他可提供有效平坦化以及有效光學終點檢測方法之拋光墊，尤其是在一基板之化學機械拋光方面。此外，需要有具有令人滿意的特徵諸如拋光效率、漿流越過並留在該拋光墊內、抗腐蝕性腐蝕劑、及/或拋光均一性之拋光墊。最終，需要有可經由使用相對低成本方法而製造並在使用之前幾乎不需要調整之拋光墊。

本發明提供一種拋光墊，其包括：(a)具有拋光表面之拋光層，該拋光表面包括：(1)複數個配置在該拋光層內距該拋光表面具有一可測量深度之凹槽，及(2)不具該等凹槽之阻障區域；及(b)配置在該阻障區域內並被其圍繞之透明窗。本發明進一步提供一種拋光基板之方法，該方法包括：(i)提供一待拋光之工件，(ii)使該工件與本發明之拋光墊接觸，及(iii)以該拋光系統磨掉該工件至少一部分表面以拋光該工件。

本發明是有關包括拋光層與透明窗之化學機械拋光墊。該拋光層具有包括(a)複數個配置在該拋光層內之凹槽及(b)不具該等凹槽之阻障區域之拋光表面。該透明窗係配置在該阻障區域內並被其圍繞。雖然不欲受縛於任何特殊理論，應相信的是實質上不具該等凹槽之圍繞該透明窗之阻障區域之存在將減少留在該透明窗之上或之內的拋光組合物之量。

該拋光墊可具有任何適合尺寸。一般，該拋光墊外形可為圓形(如使用於旋轉拋光工具)或被製造成一環線帶(如使用於線形拋光工具)。較佳地，該拋光墊為圓形。

圖1描繪本發明之包括拋光層(10)之圓形拋光墊，該拋光層包括一拋光表面(12)、連續凹槽(40)與間斷凹槽(50)、及配置在實質上不具該等凹槽的阻障區域(20)內之透明窗(15)。

該等被配置在該拋光層內之凹槽促進拋光組合物橫越過該拋光墊表面之橫向輸移。該等凹槽可為任何適合的圖案。舉例而言，該等凹槽可以斜向凹槽、圓形凹槽、同心槽、螺旋槽、徑向槽、或XY丁字型圖案之形式。該拋光墊可具有兩種或多種不同凹槽圖案。舉例而言，該拋光墊可具有同心槽與徑向槽之組合或同心槽與XY丁字型圖案之組合。較佳地，該等凹槽為同心。

該等凹槽可連續連接地越過該拋光墊表面。或者，該等凹槽可間斷的越過該墊表面，其中各該間斷凹槽具有一第一端與一第二端。在一實施例中，如圖1所描繪，一部分該等凹槽，例如，一或多個該等凹槽是連續的(40)，而一部分該等凹槽，例如，一或多個該等凹槽是間斷的(50)。

如圖2所描繪，各凹槽具有距該拋光表面之可測量深度。該深度可為任何適合的深度。舉例而言，該深度可為1mm或更小、0.8mm或更小、0.6mm或更小、0.5mm或更小、0.4mm或更小、0.3mm或更小、0.2mm或更小、0.1mm或更小。該等連續及/或間斷凹槽之各深度可為恒定或可沿著該等凹槽之長度或周邊而改變。在一實施例中，如圖3所描繪，間斷凹槽(50)之深度從最大深度轉變成零，亦即，該凹槽在至少該等間斷凹槽之一端向該拋光表面(12)逐漸縮減。較佳地，該深度轉變係漸進，例如，超過0.5mm或更長、1mm或更長、2mm或更長、3mm或更長、4mm或更長、或5mm或更長之長度。在一實施例中，該深度自最大深度至發生緊鄰於該阻障區域之零。

該拋光墊進一步包括一實質上不具該等凹槽或理想地僅僅不具該等凹槽之阻障區域。在一實施例中，如圖1所顯示，該阻障區域(20)係配置在該等同心、間斷凹槽(50)之第一與第二端之間。

該阻障區域可具有任何適合的尺寸與任何適合的形狀。該阻障區域之圓周(由該等鄰接連續及/或間斷凹槽所界定)，可為任何適合的形狀(例如，圓形、橢圓形、正方形、長方形、三角形等等)。當該阻障區域形狀為橢圓形或長方形時，該阻障區域一般具有一2cm或更長之長直徑軸或長度(例如，3cm或更長、4cm或更長、5cm或更長、6cm或更長、7cm或更長、8cm或更長、9cm或更長、10cm或更長、11cm或更長、或12cm或更長)及一1cm或更長之短直徑軸或寬度(例如，2cm或更長、3cm或更長、4cm或更長、5cm或更長、6cm或更長、7cm或更長、或8cm或更長)。當該阻障區域形狀為圓形或正方形時，該阻障區域之圓周一般具有2cm或更長之直徑或寬度(例如，3cm或更長、4cm或更長、5cm或更長、6cm或更長、7cm或更長、8cm或更長、9cm或更長、或10cm或更長)。

如圖1所描繪，該透明窗(15)係配置在該阻障區域(20)內並被其圍繞。該透明窗可對稱地或不對稱的被配置在該阻障區域內。

該透明窗將具有一可界定該阻障區域內之透明窗的圓周。位於該透明窗之圓周上的每一點將具有距連續及/或間斷凹槽之最短距離，從而提供一系列自該透明窗之圓周至該等凹槽之最短距離或間隔(例如，L₁ 、L₂ 、L₃ ...)。該系列最短距離之最小值(L_min )與最大值(L_max )可為任何適合長度。舉例而言，L_min 可為0.5cm或更長(例如，1cm或更長、1.5cm或更長、2cm或更長、3cm或更長、或4cm或更長)。此外，或者，L_min 可為10cm或更短(例如，8cm或更短、7cm或更短、6cm或更短、5cm或更短、或4cm或更短)。L_max 可獨立地為0.5cm或更長(例如，1cm或更長、1.5cm或更長、2cm或更長、3cm或更長、或4cm或更長)。此外，或者，L_max 可獨立地為10cm或更短(例如，8cm或更短、7cm或更短、6cm或更短、5cm或更短、或4cm或更短)。L_min 與L_max 獨立地相對該等連續凹槽與間斷凹槽可為相同或不同。此外，該系列最短距離L₁ 、L₂ 、L₃ 等等不必是相同的使得在該透明窗與該等凹槽之間有一均一間隔。

該透明窗可具有任何適合的尺寸(例如，長度、寬度、直徑、及厚度)及任何適合的形狀(例如，圓形、橢圓形、正方形、長方形、三角形等等)。當該透明窗形狀為橢圓形或長方形時，該透明窗一般具有一1cm或更長之長直徑軸或長度(例如，2cm或更長、3cm或更長、4cm或更長、5cm、6cm或更長、7cm或更長、或8cm或更長)及一0.5cm或更長之短直徑軸或寬度(例如，1cm或更長、1.5cm或更長、2cm或更長、3cm或更長、或4cm或更長)。當該透明窗形狀為圓形或正方形時，該透明窗一般具有一1cm或更長之直徑或寬度(例如，2cm或更長、3cm或更長、4cm或更長、或5cm或更長)。

該透明窗(15)包括一光學可傳輸材料。該透明窗之存在使該拋光墊能夠就地與CMP製程監測技術一起被使用。一般，該光學可傳輸材料在自190nm至10,000nm之一個或多個波長(例如，190nm至3500nm、200nm至1000nm、或200nm至780nm)處具有一至少10%或更大之光傳輸率(例如，20%或更多、30%或更多、或40%或更多)。該光學可傳輸材料可為任何適合的材料，其中多數為本技術中已知。該光學可傳輸材料可相同或不同於該拋光墊之剩餘物內的材料。舉例而言，該光學可傳輸材料可由被***於該拋光墊之穿孔內之玻璃或聚合物為主之插塞組成或可包括與使用於該拋光墊之剩餘物內的相同聚合物材料。

該透明窗可經由任何適合的機構固定在該拋光墊上。舉例而言，該透明窗可經由使用黏著劑固定於該拋光墊上。理想地，該透明窗是無需使用黏著劑而固定在該拋光墊上，舉例而言可經由焊接。類似地，該透明窗可具有任何適合的結構(例如，結晶性)、密度、及孔隙性。舉例而言，該透明窗可為固態的或多孔狀(例如，具有小於1微米之平均孔徑的微孔或奈米孔)。較佳地，該透明窗為固態或近似固態(例如，具有3%或更小之空隙容量)。

如圖2所描繪，該透明窗(15)可緊接於該拋光層之拋光表面(12)，即，該最高窗表面實質上與該拋光表面共平面。或者，該窗可自該拋光層之拋光表面凹入。

該拋光層可單獨或選擇性的作為多層堆疊拋光墊之一層。舉例而言，如圖4所顯示，包括拋光表面(12)、實質上不具該等凹槽(20)之阻障區域、連續凹槽(40)與間斷凹槽(50)、及透明窗(15)之該拋光層(10)可與實質上與該拋光層共延伸之次層(30)組合使用。在有些實施例中，該次層(30)包括實質上與該拋光層之窗(15)對準之穿孔(35)。

該拋光墊之拋光層、阻障區域、透明窗、及次層可包括任何適合的材料，該材料可相同或不同。理想地，該拋光墊之拋光層、阻障區域、透明窗、及次層各獨立包括聚合物樹脂。該聚合物樹脂可為任何適合的聚合物樹脂。一般，該聚合物樹脂係選自由熱塑性性彈性體、熱固性聚合物、聚胺酯(例如，熱塑性聚胺酯)、聚烯烴(例如，熱塑性聚烯烴)、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、彈性材料橡膠、彈性材料聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對酞酸乙二醇酯、聚醯亞胺、聚芳醯胺、聚芳烯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其等之共聚物、及其等之混合物組成之群。較佳地，該聚合物樹脂為聚胺酯，更較佳為熱塑性聚胺酯。該拋光層、阻障區域、透明窗、及次層可包括不同的聚合物樹脂。舉例而言，該拋光層可包括多孔熱固性聚胺酯，該次層可包含封閉胞多孔聚胺酯發泡體，且該透明窗可包括固態熱塑性料聚胺酯。

該拋光層與該次層可具有不同的化學(例如，聚合物組合物)及/或物理特性(例如，多孔性、壓縮性、透明性、及堅硬性)。舉例而言，該拋光層與該次層可獨立地為封閉胞(例如，多孔發泡體)、開放胞(例如，燒結材料)、或固體(例如，自固態聚合物片體上切割下來)。較好該拋光層相比該次層具有較小可壓縮性。該拋光層與該次層可由任何適合方法形成，多數該等方法為本技術中已知。適合的方法包含澆鑄、切割、反應注塑、注射吹塑、加壓模製、燒結、熱成形、及壓縮該多孔聚合物成所需要之拋光墊形狀。其他拋光墊元件如若需要亦可在使該多孔聚合物成形之前、期間或之後被添加至該多孔聚合物中。舉例而言，可經由多種本技藝中通常已知之方法塗佈背襯材料、鑽孔或提供有表面組織(例如，凹槽、通道)。

該拋光層可視情況進一步包括有機或無機粒子。舉例而言，該有機或無機粒子可選自由金屬氧化物粒子(例如，二氧化矽粒子、氧化鋁粒子、二氧化鈰粒子)、鑽石粒子、玻璃纖維、碳纖維、玻璃珠、鋁矽酸鹽、頁矽酸鹽(例如，雲母粒子)、交聯聚合物粒子(例如，聚苯乙烯粒子)、水溶性粒子、水吸收性粒子、中空粒子、其等之組合物等等組成之群中。該等粒子可具有任何適合尺寸。舉例而言，該等粒子可具有1nm至10微米之平均粒子直徑(例如，20nm至50微米)。在該拋光墊本體內之粒子量可為任何適合量，舉例而言，以該拋光墊本體之總重量為準，自1wt.%至95wt.%。

本發明之拋光墊尤其適於與化學機械拋光(CMP)裝置一起使用。一般，該裝置包括：一壓盤，其在使用時，是運行的並具有一由軌道、線狀、或圓形運動產生之速率；本發明之拋光墊，其在運行時與該壓盤接觸並隨該壓盤而移動；及一載體，其保持一經由相對該拋光墊之表面接觸與移動而被拋光的工件。該工件之拋光是發生在該工件處於與該拋光墊接觸之位置且其後該拋光墊相對該工件移動，通常其間具有一拋光組合物，以便磨掉至少一部分該工件以拋光該工件。該拋光組合物可為任何適合的拋光組合物。拋光組合物一般包括液體載體(例如，水性載體)、pH調解劑、及研磨劑。取決於被拋光之工件之種類，該拋光組合物可視情況進一步包括氧化劑、有機酸、複合劑、pH緩衝劑、界面活性劑、腐蝕抑制劑、防發泡劑等等。該CMP裝置可為任何適合的CMP裝置，其中多數為本技術中已知。本發明之拋光墊亦可與線狀拋光工具一起使用。

理想地，該CMP裝置進一步包括一就地拋光終點檢測系統，其中之多數為本技術中已知。經由分析自該工件之表面反射出的光或其他輻射而檢查與監測該拋光製程之方法為本技術中已知。此等方法述於，例如，美國專利5,196,353，美國專利5,433,651，美國專利5,609,511，美國專利5,643,046，美國專利5,658,183，美國專利5,730,642，美國專利5,838,447，美國專利5,872,633，美國專利5,893,796，美國專利5,949,927，及美國專利5,964,643號中。理想地，對於被拋光的工件檢查或監測該拋光製程可決定該拋光終點，亦即，對於特殊工件決定什麼時間應該終止該拋光製程。

本發明之拋光墊適用於拋光多種類型工件(例如，基板或晶圓)及工件材料之方法中。舉例而言，該拋光墊可用於拋光工件，包含記憶存儲裝置、玻璃基板、記憶體或硬碟、金屬(例如，貴金屬)、磁性讀取頭、層間電介質(ILD)層、聚合物薄膜、低與高介電常數薄膜、鐵電體、微電機系統(MEMS)、半導體晶圓、場致發射顯示器、及其他微電子基板，尤其是包含絕緣層(例如，金屬氧化物、氮化矽、或低介電材料)及/或含金屬層(例如，銅、鉭、鎢、鋁、鎳、鈦、鉑、釕、銠、銥、其合金、及其等混合物)的微電子基板。術語"記憶體或硬碟"意指任何磁碟、硬磁碟、硬碟、或用於保留電磁形式訊息之記憶磁碟。記憶體或硬碟一般具有一包括鎳-磷光體之表面，但該表面可包括任何其他適合的材料。適合的金屬氧化物絕緣層包含，例如，氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鋯、氧化鍺、氧化鎂、及其等組合。此外，該工件可包括，本質上由或是由任何適合的金屬複合物組成。適合的金屬複合物包含，例如，金屬氮化物(例如，氮化鉭、氮化鈦、及氮化鎢)、金屬碳化物(例如，碳化矽及碳化鎢)、鎳-磷、鋁硼矽酸鹽、硼矽酸鹽玻璃、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、矽/鍺合金、及矽/鍺/碳合金。該工件亦可包括、實質上由或是由任何適合的半導體基材料組成。適合的半導體基礎材料包含單晶矽、多晶矽、非晶矽、絕緣層上覆矽、及砷化鎵。

10．．．拋光層

12．．．拋光表面

15．．．透明窗

20．．．阻障區域

30．．．次層

35．．．穿孔

40．．．連續凹槽

50．．．間斷凹槽

圖1係說明本發明之具有拋光層(10)之拋光墊之示意俯視圖，該拋光層(10)包括具有連續凹槽(40)與間斷凹槽(50)之拋光表面(12)及配置在實質上不具該等凹槽的阻障區域(20)內之實質上透明窗(15)。

圖2係描繪本發明之具有拋光層(10)的拋光墊之一片段、部分截面透視圖，該拋光層(10)包括具有配置在拋光層(10)內距拋光表面有一可測量深度之連續凹槽(40)與間斷凹槽(50)之該拋光表面(12)及配置在實質上不具該等凹槽的阻障區域(20)內之實質上透明窗(15)。

圖3係描繪本發明之具有拋光層(10)的拋光墊之一片段、部分截面透視圖，該拋光層包括具有配置在拋光層內距拋光表面有一可測量深度之連續凹槽(40)與間斷凹槽(50)之該拋光表面(12)及配置在實質上不具該等凹槽的阻障區域(20)內之實質上透明窗(15)，其中該間斷凹槽之深度從一最大值轉變至鄰接該阻障區域(20)之零。

圖4係描繪本發明之具有拋光層(10)與次層(30)的拋光墊之一片段、部分截面透視圖，其中該次層具有實質上對準於該透明窗(15)之穿孔(35)。

10．．．拋光層

12．．．拋光表面

15．．．透明窗

20．．．阻障區域

40．．．連續凹槽

50．．．間斷凹槽

Claims (16)

1. 一種拋光墊，其包括：(a)具有拋光表面之拋光層，其中該拋光表面包括：(1)複數個被配置在該拋光層內距該拋光表面具有可測量深度之同心凹槽，及(2)不具該等凹槽之阻障區域，及(b)配置在該阻障區域內並被其圍繞之透明窗，其中該等同心凹槽之一個或多個為間斷的並具有一第一端與一第二端，而其中該阻障區域係配置在該第一與第二端之間，且其中該透明窗具有與該拋光表面實質上呈共面之最高窗表面。
2. 如請求項1之拋光墊，其中該深度自最大值轉變至鄰接該阻障區域之零。
3. 如請求項2之拋光墊，其中該深度轉變為漸進式的。
4. 如請求項3之拋光墊，其中該拋光墊為圓形。
5. 如請求項1之拋光墊，其中該拋光層包括聚胺酯。
6. 如請求項1之拋光墊，其中該透明窗包括熱塑性聚胺酯。
7. 如請求項1之拋光墊，其中該拋光墊進一步包括次層。
8. 一種拋光基板之方法，其包括：(i)提供待拋光之工件，(ii)使如請求項1之拋光墊與該工件接觸，及(iii)利用該拋光墊磨掉該工件的至少一部分表面以拋光該工件。
9. 如請求項8之方法，其中該方法進一步包括就地檢測拋光終點。
10. 如請求項8之方法，其中該工件係與位於該工件與該拋光墊之間的化學機械拋光組成物接觸。
11. 如請求項8之方法，其中該深度自最大值轉變成鄰接該阻障區域之零。
12. 如請求項11之方法，其中該深度轉變為漸進式的。
13. 如請求項12之方法，其中該拋光墊為圓形。
14. 如請求項8之方法，其中該拋光層包括聚胺酯。
15. 如請求項8之方法，其中該透明窗包括熱塑性聚胺酯。
16. 如請求項8之方法，其中該拋光墊進一步包括次層。