TWI594839B - 用於化學機械硏磨墊之調節的方法及設備 - Google Patents

Description

用於化學機械研磨墊之調節的方法及設備

本發明的具體實施例一般是與調節用於研磨一基板(例如一半導體晶圓)的一研磨墊有關。

在積體電路與基板上其他電子元件的製造中，係於該基板的一特徵側(亦即一接受沉積表面)上沉積、或從該特徵側上移除多層傳導性、半導性與介電材料。隨著材料層被依序沉積與移除，該基板的該特徵側會變得不平坦而需要平坦化及/或研磨。平坦化與研磨是自該基板的該特徵側移除先前所沉積之材料、以形成一概呈均勻、平坦或水平表面的程序。這些程序可用於移除不想要的表面拓樸與表面缺陷，例如粗糙的表面、聚集的材料、晶體晶格破壞、及刮傷。這些程序也可用於在一基板上形成特徵，藉由移除用以填充這些特徵的過剩沉積材料，並為後續的沉積與處理提供一均勻或水平表面。

在研磨處理期間，墊片的研磨表面(接觸該基板的該特徵側)係經歷到變形。該變形包括使該研磨表面及/或該 研磨表面的平面中的不均勻處變平滑，以及堵塞或阻擋該研磨表面中的孔洞(這些孔洞會削減墊片適當且有效自基板移除材料的能力)。為能在整個研磨表面上維持一致的粗糙度、孔隙度及/或大致平坦的輪廓，研磨表面的週期性調節是必須的。

一種用以調節研磨表面的方法是利用一研磨調節盤，該研磨調節盤係被壓抵於該研磨表面，同時旋轉及/或掃掠大部分的研磨表面。該調節盤(係鑽石顆粒或其他硬質材料)的研磨部分一般係切割至墊片表面中而於該研磨表面中形成溝槽、或者是粗化該研磨表面。然而，當該調節盤的旋轉及/或對該調節盤施加的向下力受到控制時，該研磨部分並不會均勻地切割至該研磨表面中，因而在該研磨表面上產生粗糙度差異。流體噴射系統已被用以代替研磨盤來調節該研磨墊，但是這些系統係使用大量的流體，且在操作上是昂貴的。使用切割至該研磨表面中之光學裝置(例如雷射)的其他系統也已被使用。然而，光學能量會與墊片上的研磨流體互相反應，導致流體沸騰而使該研磨表面中的孔洞破裂。利用前述每一種調節方法，整個研磨表面上的粗糙度並無法被適當地控制，因此在整個研磨表面上的粗糙度會是不均勻的。除此之外，由於切割動作不能直接被控制，墊片的使用壽命會減短。另外，這些調節裝置和系統的切割動作有時會在該研磨表面中產生較大的突點。雖然突點有利於研磨處理，但突點會在研磨期間斷裂鬆化，因而產生會導致基板中缺陷之碎片。

因此，需要一種可促進一研磨墊的研磨表面均勻調節的方法和設備。

提供了一種用於調節一研磨墊的方法和設備。在一具體實施例中，係提供了一種用於一基板研磨處理的一墊片調節裝置。該墊片調節裝置包括一光學裝置，該光學裝置係耦接至鄰近於一研磨墊之一研磨站的一部分，該光學裝置包括一雷射發射器，用以向該研磨墊的一研磨表面發射一光束，該光束具有與該研磨處理中所使用之一研磨流體實質上不反應、但與該研磨墊反應之一波長範圍。

在另一具體實施例中，係提供了一種用於研磨一基板之設備。該設備包括一調節裝置，該調節裝置係置放為鄰近於該可旋轉平台，該調節裝置用以發射一入射光束，並使該入射光束相對於該研磨墊的一研磨表面而移動，其中該調節裝置包括一光學裝置，該光學裝置包括一雷射發射器，用以發射一光束，該光束具有不被該研磨墊上所使用之一研磨流體吸收、但與該研磨墊的一材料反應之一波長範圍。

在另一具體實施例中，提供了一種用於調節一研磨墊的方法。該方法包括旋轉一研磨墊，該研磨墊上配置有一研磨流體；及以一雷射光束掃描該研磨墊，該雷射光束具有對於該研磨流體為實質上透明之一波長。

100‧‧‧處理站

105‧‧‧平台

110‧‧‧基部

115‧‧‧驅動馬達

120‧‧‧研磨墊

122‧‧‧主體

125‧‧‧處理表面

130‧‧‧載具頭

135‧‧‧基板

140‧‧‧支撐構件

145‧‧‧驅動系統

150‧‧‧調節裝置

155‧‧‧流體施用器

160‧‧‧噴嘴

165‧‧‧調節頭

170‧‧‧光學裝置

175‧‧‧支撐構件

180‧‧‧支撐臂

185‧‧‧致動器

190‧‧‧訊號構件

195‧‧‧訊號產生器

200‧‧‧圖案化之處理表面

205‧‧‧標記

208A‧‧‧標記

208B‧‧‧標記

210‧‧‧掃描圖案

215‧‧‧研磨掃描圖案

220A‧‧‧第一溝槽

220B‧‧‧第二溝槽

305‧‧‧雷射產生器

310‧‧‧致動器

315‧‧‧主要光束

320‧‧‧窗部

405‧‧‧反射構件

410‧‧‧軸

415A‧‧‧主要光束

415B‧‧‧次要光束

415C‧‧‧三級光束

420‧‧‧表面

505‧‧‧反射構件

510‧‧‧接合處

605‧‧‧分光器

610A‧‧‧主要光束

610B‧‧‧次要光束

705‧‧‧外殼

710‧‧‧光束發射側

715‧‧‧側緣

720‧‧‧內部空間

725‧‧‧真空來源

730‧‧‧流體來源

800‧‧‧處理平台

803‧‧‧處理站

805‧‧‧外殼

810‧‧‧支撐構件

815‧‧‧支撐臂

820‧‧‧頂板

825‧‧‧開口

830‧‧‧次要光束

900‧‧‧圖表

為使本發明之上述特徵能被詳細理解，上述簡要記載之本發明的更具體內容係可藉由參照具體實施例來加以說 明，其中有某些具體實施例係描述於如附圖式中。然而，應注意如附圖式係僅說明本發明的一般具體實施例，因此不可被視為對發明範疇的限制，因為本發明也允許有其他的等效具體實施例。

第1圖為一處理站的具體實施例之部分截面圖，該處理站係配置以執行一研磨處理。

第2A圖為第1圖之處理站的上視平面圖。

第2B圖為一研磨墊的一部分之截面圖。

第3圖為一調節裝置的示意截面圖，該調節裝置具有一光學裝置之一具體實施例，該光學裝置是配置在調節頭中。

第4圖是具有一光學裝置之另一具體實施例的一調節裝置的示意截面圖，該光學裝置是配置在調節頭中。

第5圖是具有一光學裝置之另一具體實施例的一調節裝置的示意截面圖，該光學裝置是配置在調節頭中。

第6圖是具有一光學裝置之另一具體實施例的一調節裝置的示意截面圖，該光學裝置是配置在調節頭中。

第7圖是一調節裝置之另一具體實施例的示意截面圖。

第8圖是一處理平台的部分截面圖，該圖繪示了一調節裝置之另一具體實施例。

第9圖是說明光的各種波長之吸收係數的圖表。

為幫助理解，已經盡可能地在圖式間使用相同的元件符號來表示圖式中相同的元件。可知在一個具體實施例中 所揭露的元件係可有利地使用於其他具體實施例，無須特別記載。

第1圖是一處理站100的一具體實施例之部分截面圖，該處理站100係配置以執行一研磨處理，例如一化學機械研磨(CMP)處理或一電化學機械研磨(ECMP)處理。該處理站100係一獨立單元或一較大處理系統中的部件。使用該處理站100之一較大系統的實例包括可自應用材料公司(位於加州聖塔克萊)取得之REFLEXION®、REFLEXION® LK、REFLEXION® LK ECMP^TM、MIRRA MESA®研磨系統，然也可使用其他的研磨系統。基於本文所述具體實施例之教示，也使用了其他研磨模組，包括了使用其他類型的處理墊片、帶體、可索引的(indexable)網型墊片、或前述墊片類型組合之研磨模組，以及使一基板相對於在一旋轉、線性或其他平面動作中之一研磨表面移動之研磨模組。

該處理站100包括一平台105，該平台105係可旋轉地受支撐於一基部110上。該平台105係可運作地耦接至一驅動馬達115，以使該平台105沿一旋轉軸A周圍旋轉。該平台105支撐具有一主體122之一研磨墊120。該研磨墊120的主體122係一商業上可取得之墊片材料，例如一般於CMP處理中使用之以聚合物為基礎的墊片材料。該聚合物材料係一聚氨酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、PTFE、PTFA、聚苯硫醚(PPS)、或是這些材料的組合。該主體122可進一步包括開孔或閉孔之發泡聚合物、彈性體、毛氈、浸漬毛氈、塑 膠、以及可與處理的化學物質相容之類似材料。該主體122可為介電質，然可預期到具有至少部分傳導性的研磨表面之研磨墊亦可自本發明中得到優勢。

研磨墊120包括一處理表面125，該處理表面125包括一絨毛層(nap)，該絨毛層係包括微觀的孔洞結構。絨毛層及/或孔洞結構係自一基板的該特徵側進行材料移除。例如研磨化合物殘留、研磨或移除活動、以及材料與流體傳輸等屬性皆會影響移除率。為了能夠增進自基板之最佳材料移除，處理表面125必須要週期性地調節，以粗化及/或完全且均勻地打開該絨毛層或孔洞結構。當以此方式來調節該處理表面125時，處理表面125係提供了一均勻且穩定的移除率。經粗化的處理表面125藉由提升墊片表面的濕潤性及分散研磨化合物(例如，如由一研磨化合物所供應之研磨粒子)而增進了移除。

一載具頭130係配置在研磨墊120的處理表面125上方。該載具頭130係於處理期間固定一基板135並可控制地使基板135抵向該研磨墊120的該處理表面125(沿著Z軸)。載具頭130係固定至一支撐構件140，該支撐構件140係支撐該載具頭130並增進該載具頭130相對於該研磨墊120之移動。該支撐構件140係耦接至該基部110、或固定於該處理站100上方，使得該載具頭130可懸置在該研磨墊120上方。在一具體實施例中，該支撐構件140係固定在該處理站100上方之一圓軌。該載具頭130係耦接至一驅動系統145，該驅動系統145使該載具頭130至少沿著一旋轉軸B周圍而 旋轉移動。該驅動系統145可另外配置以使該載具頭130沿著該支撐構件140、相對於該研磨墊120而側向移動(X及/或Y軸)。在一具體實施例中，除了側向移動以外，該驅動系統145還使該載具頭130相對於該研磨墊120而垂直(Z軸)移動。舉例而言，除了提供該基板135相對於該研磨墊120之旋轉及/或側向移動以外，該驅動系統145還用以使基板135向該研磨墊120趨近。該載具頭130的側向移動係一線性、或一弧形或掃描動作(如第2A圖中215所示)。

一調節裝置150與一流體施用器155係繪示為置於該研磨墊120的處理表面125上方。流體施用器155包括一或更多個噴嘴160，用以對該研磨墊120的半徑的至少一部分提供研磨流體或一研磨化合物。該流體係一化學溶液、一清潔溶液、或這些溶液的組合，主要組成為水(例如，約70%至90%，或更高含量的去離子水(DIW))。舉例而言，該流體可為含有研磨劑或不含研磨劑的研磨化合物，該研磨化合物是用以幫助材料自基板135的特徵側移除。還原劑和氧化劑(例如過氧化氫)也可被添加至流體。或者是，該流體係一潤洗劑，例如DIW，該潤洗劑係用以潤洗或沖洗研磨墊120的研磨材料之研磨副產物。

調節裝置150一般包括一調節頭165。調節頭165可包括一光學裝置170。該光學裝置170係一雷射發射器、一透鏡、一鏡體、或其他適合用於發射、傳送或引導一光束至該研磨墊120的處理表面125的裝置。調節頭165係藉由一支撐臂180而耦接至一支撐構件175。支撐構件175係配置通 過處理站100的基部110。軸承(未示)係設置於基部110和支撐構件175之間，以增進支撐構件175沿一旋轉軸C相對於基部110而旋轉。一致動器185係耦接於基部110和支撐構件175之間，以控制支撐構件175沿旋轉軸C之旋轉方向，使調節頭165以弧形或掃掠動作而於研磨墊120的處理表面125上方移動。致動器185也提供支撐構件175的垂直定位(在Z方向中)，以提供調節頭165相對於研磨墊120的高度控制。在某些具體實施例中，致動器185也可用以於研磨墊120和調節頭165之間提供接觸，同時以一可控制之向下力使調節頭165推抵於研磨墊120的處理表面125。支撐構件175係圍繞驅動構件，以選擇性地控制調節頭165和光學裝置170中的其中一個相對於研磨墊120的處理表面125之平面的垂直位置(在Z軸中)及/或角度α。支撐構件175及/或支撐臂180也可包含耦接於一訊號產生器195與該光學裝置170之間的訊號構件190。該訊號產生器195係一可控制之電源供應器，且訊號構件190為導線或光纖。

第2A圖是第1圖所示之處理站100的上視平面圖。在一具體實施例中，配置在處理站100中的研磨墊120包括一圖案化之處理表面200，該圖案化之處理表面200在處理期間增進了基板135之材料移除及/或流體傳輸。該圖案化之處理表面200係由第1圖的調節裝置150所提供。該圖案化之處理表面200係包括形成於主體122中達一特定深度之溝槽或通道(下文中稱為標記205)。每一個標記205都包括由調節裝置150在研磨墊120的主體122中所形成的一流體保留 結構。標記205可為線性或彎曲狀、鋸齒狀，且在研磨墊120上可具有放射狀、格柵狀、螺旋狀、或圓形的取向。標記205可為交錯的或非交錯的。可替代的、或除此之外，研磨墊120的處理表面125是浮凸的。

在此具體實施例中，該圖案化之處理表面200包括複數個同心狀標記205。在某些具體實施例中，標記205是間斷的，以形成由研磨墊120的處理表面125的未調節區域208B(例如，研磨墊120的處理表面125中未受光學裝置170調節的區域)所分隔之分離標記208A。每一個標記208A都可以是溝槽、通道或孔洞，這些溝槽、通道或孔洞係包括由調節裝置150在研磨墊120的主體122中所形成之一流體保留結構。標記208A也可為線性或彎曲狀、鋸齒狀，且在研磨墊120上可具有放射狀、格柵狀、螺旋狀、或圓形的取向。第2A圖也繪示了配置在研磨墊120的處理表面125上的基板135(部分以虛線表示)，以代表在研磨期間在圖案化之處理表面200上之基板135的一研磨掃描圖案215的一個具體實施例。

每一個標記205及/或標記208A係由訊號產生器195的連續性或間歇性脈衝所形成，以自該光學裝置170提供一連續性或間歇性的光束，該光束係被引導向研磨墊120的處理表面125。標記208A係於研磨墊120的處理表面中限定了一孔洞陣列、或是短的、線性的或彎曲狀的通道陣列，如第2A圖所示。在研磨及/或調節期間，研磨墊120係以大約每分鐘0.5轉(rpm)至大約150rpm旋轉。支撐構件175係可旋 轉以使配置在支撐臂180上的光學裝置170可以一掃描圖案210移動於整個研磨墊120的處理表面125上。在一種態樣中，研磨墊120在處理期間的旋轉動作係結合來自光學裝置170之光學能量的施加及/或掃描圖案210而使用，以在研磨墊120的處理表面125上形成標記205及/或標記208A的圖案。在研磨墊120的處理表面125上之標記205及/或標記208A的圖案可包括大約50微米至大約1000微米之間距。

在一個具體實施例中，在研磨墊120的處理表面125中所形成之標記205及/或標記208A的至少一部分係包括大約50微米至大約500微米之寬度。在研磨墊120的處理表面125中所形成之標記205及/或標記208A係包括大約為5微米至大約250微米(例如大約25微米至約125微米)之深度。在研磨墊120的處理表面125中所形成之標記205及/或標記208A的寬度及/或深度可利用光學裝置170而於研磨墊120的整個使用壽命期間都得以維持。舉例而言，光學裝置170係用以於研磨處理期間、或在研磨處理之間刷新標記205及/或208A的寬度及/或深度。在一個具體實施例中，光學裝置170係用以刷新在研磨墊120上研磨的每一個基板135之間的標記205及/或標記208A的寬度及/或深度，例如在研磨一第一基板之後、且在研磨一第二基板之前。在另一具體實施例中，光學裝置170係用以刷新標記205及/或標記208A的寬度及/或深度，這是視需要而在對一或更多個基板135(例如兩個或更多的基板)進行一研磨處理之後進行。

第2B圖是一研磨墊120的一部分的截面圖，該圖繪 示了在處理表面125中的一分級溝槽圖案。該分級溝槽圖案包括由光學裝置170在主體122的不均勻深度處所形成之第一溝槽220A與第二溝槽220B。舉例而言，當光學裝置170為一雷射裝置時，功率係於一低功率設定間加以脈衝化，以於一第一、較淺深度處形成第一溝槽220A，並於一第二、較深深度處形成第二溝槽220B。第一溝槽220A與第二溝槽220B可於處理表面125中形成為一連續溝槽，例如第2A圖中所示的標記205。雖未繪示，第一溝槽220A和第二溝槽220B也可形成為陣列，例如第2A圖中所示之標記208A。

第3圖至第7圖是第1圖中所示之一調節裝置150的各種具體實施例的側視截面圖。為求簡明，在第1圖和第3至7圖中所示之共同元件的說明即不再加以贅述。

第3圖是一調節裝置150的示意截面圖，該調節裝置150具有配置在調節頭165中的一光學裝置170。在此具體實施例中的光學裝置170是一雷射發射器305。雷射發射器305係固定於調節頭165中，且用以藉由一致動器310而相對於該調節頭165而移動。致動器310係固定於調節頭165和雷射發射器305之間。致動器310係伺服馬達或步進馬達、氣動式汽缸、螺線管等，用以使雷射發射器305對研磨墊120的處理表面125之平面垂直地、側向地、以一角度關係地、或這些情況之組合而移動。

雷射發射器305是用以對研磨墊120發射一連續性或脈衝式的主要光束315(類似於第1圖中所示之具體實施例)，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之溝槽圖案。 在一種態樣中，主要光束315是提供於可讓研磨墊材料優先於研磨處理中所使用之研磨流體而吸收的波長範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之標記及/或溝槽圖案。在另一種態樣中，主要光束315是提供於與研磨處理中所使用之研磨流體實質上不反應、但與研磨墊材料反應之波長範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之溝槽圖案。

「實質上不反應」可定義為該光束在正常操作條件(亦即，光束的波長範圍、光束的輸出功率、光束的光斑尺寸、光束在研磨墊片材料上的停駐時間、以及前述條件的組合)下無法使研磨流體產生相變化。「實質上不反應」也可定義為該光束在於本文所述之調節處理中的正常使用下無法使研磨流體加熱及/或沸騰。舉例而言，在使用一脈衝式光束及/或短停駐時間的正常操作條件下，本文所述之雷射發射器305的波長不會使研磨流體的溫度實質上升。

雷射發射器305的輸出功率約為2瓦(W)至約20W、或更高，且係配置以於研磨墊120的處理表面125上產生具有約25微米至約250微米之光斑尺寸的一光束。一窗部320係於主要光束315的路徑中耦接至調節頭165，以避免調節處理中所產生的碎片接觸雷射發射器305及/或調節頭165的內部。窗部320對於主要光束315而言是透明的，或是可配置為一濾光器，該濾光器係可使特定波長外部的光衰減。

雷射發射器305是靜止的，或是雷射發射器305可由致動器310移動而以約每秒1.5公分(cm/sec)至約500cm/sec的速率掃描該主要光束315。在一個具體實施例 中，雷射發射器305係由致動器310移動而以約每秒50毫米(mm/sec)至約1500mm/sec的速率掃描該主要光束315。舉例而言，具有80微米之光斑尺寸、3W、355nm波長之雷射光束可以約每秒50毫米(mm/sec)的掃描速率產生深度約為80微米之標記(例如溝槽或孔洞)。在另一實例中，具有80微米之光斑尺寸、3W、355nm波長之雷射光束可以約125mm/sec的掃描速率產生深度約為60微米之標記。雖然水所不能吸收的波長中的雷射能量不會因研磨墊120中水氣的存在而衰減，但聚氨酯墊片材料會對發射於墊片上的雷射能量產生冷卻效應，這會使標記的深度減少約20%至50%。

第4圖是一調節裝置150的示意截面圖，該調節裝置150具有配置在調節頭165中、另一具體實施例之光學裝置170。在這個具體實施例中，光學裝置170是一反射構件405，該反射構件405係對準於配置在支撐構件175與支撐臂180其中一個中的一雷射發射器305。反射構件405可為一鏡體、或一掃描偏振鏡，反射構件405係沿著自第4圖平面垂直延伸之一軸410周圍旋轉。雷射發射器305係用以發射一主要光束415A，主要光束415A係衝擊該反射構件405的一表面420。反射構件405的表面420係用以重新引導該主要光束415A、並引導一次要光束415B至研磨墊120(類似於第1圖中所示之具體實施例)。反射構件405的表面420係包括一單一稜面或多個稜面，這些稜面是用以重新引導該次要光束415B於多個角度中。反射構件405係可藉由致動器310或致動器185(類似於第1圖所示具體實施例)而移動，以在約 1.5cm/sec至約500cm/sec的速率下掃描該次要光束415B。在一個具體實施例中，反射構件405係可由致動器310或致動器185加以移動，以在約50mm/sec至約1500mm/sec的速率下掃描該次要光束415B。軸410可在Z-X平面、Z-Y平面、X-Y平面、或這些平面的組合中。雷射發射器305是用以發出一連續性或脈衝式主要光束415A，且次要光束415B係衝擊研磨墊120以形成如第2A圖和第2B圖所示及說明之溝槽圖案。在一種態樣中，次要光束415B是提供於與研磨處理中所使用之研磨流體實質上不反應、但與研磨墊材料反應之波長範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之溝槽圖案。在另一種態樣中，該次要光束415B是提供於可讓研磨墊材料優先於研磨處理中所使用之研磨流體而吸收的波長範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之標記及/或溝槽圖案。

第5圖是一調節裝置150的示意截面圖，該調節裝置150具有配置在調節頭165中、另一具體實施例之光學裝置170。與第4圖所示調節裝置類似，此一具體實施例中的光學裝置170係一反射構件405。然而，雷射發射器305是配置在支撐構件175的外部，且一反射構件505係配置在在支撐構件175與支撐臂180之間的連接處所限定之支撐構件175的接合處510。反射構件505係類似於反射構件405。反射構件505係一第一鏡體，配置以於一次要光束415B被引導向反射構件405時重新引導由雷射發射器305所產生之一主要光束415A。類似地，反射構件405係一第二鏡體，配置以於一三級光束415C朝抵於研磨墊120(類似於第1圖所示具體實 施例)時重新引導該次要光束415B。雷射發射器305係用以發射一連續式或脈衝式主要光束415A，且三級光束415C係衝擊研磨墊120以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明的溝槽圖案。在一種態樣中，三級光束415C是提供於與研磨處理中所使用之研磨流體實質上不反應、但與研磨墊材料反應之波長範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之溝槽圖案。在另一種態樣中，該三級光束415C是提供於可讓研磨墊材料優先於研磨處理中所使用之研磨流體而吸收的波長範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之標記及/或溝槽圖案。

第6圖是一調節裝置150的示意截面圖，該調節裝置150具有配置在調節頭165中、另一具體實施例之光學裝置170。在這個具體實施例中，光學裝置170包括一分光器605。分光器605是用以自雷射發射器305接收一主要光束610A，並對一研磨墊120(類似於第1圖所示具體實施例)傳送出兩道或更多道的次要光束，如610B所示。雷射發射器305是用以發射一連續式或脈衝式主要光束610A，且該兩道或更多道的次要光束610B係衝擊研磨墊120以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明的溝槽圖案。在一種態樣中，該兩道或更多道的次要光束610B是提供於與研磨處理中所使用之研磨流體實質上不反應、但與研磨墊材料反應之波長範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之溝槽圖案。在另一種態樣中，該兩道或更多道的次要光束610B是提供於可讓研磨墊材料優先於研磨處理中所使用之研磨流體而吸收的波長 範圍，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之標記及/或溝槽圖案。

該兩道或更多道的次要光束610B係以各種角度離開該分光器605並以非正交的角度衝擊研磨墊120的平面。可替代地，一準直器615係用以於光束衝擊至研磨墊120之前將該兩道或更多道的次要光束610B重新引導為實質平行且分隔。利用準直器615，提供了可以一實質正交角度衝擊研磨墊120的平面的兩道或更多道的次要光束610B。在此方式中，可同時在研磨墊120上形成多個分隔開來的溝槽圖案。

第7圖是一調節裝置150的另一具體實施例之示意截面圖。在此具體實施例中，光學裝置170是類似於第4圖中所示具體實施例的一反射構件405。然而，在這個具體實施例中，一外殼705是耦接至調節頭165的一光束發射側(例如下側)710。外殼705包括一側緣715，該側緣715限定了在外殼705下方的一內部空間720。側緣715延伸得非常接近於研磨墊120或與該研磨墊120接觸。側緣715是用以容納由雷射發射器305發射的光束所產生的碎片，在這個具體實施例中，該光束是次要光束415B。內部空間720與一真空來源725流體相通，以促進碎片自內部空間720去除，例如經由側緣715。此外，內部空間720係耦接於一流體來源730，例如DIW，該流體來源730係流至外殼705中，例如經由側緣715。DIW係用以侷限碎片，並且藉由真空來源而幫助碎片的移除。雖未繪示，然第1圖至第2圖、和第5圖至第6圖中所示之光學裝置170的具體實施例也可與本文所述之外 殼170一起使用。

在一具體實施例中，該外殼705係以一第一向下力大小被推抵於研磨墊120的處理表面125，該第一向下力大小是配置以於側緣715與研磨墊120之間提供一實質密封。在另一具體實施例中，係以一第二向下力大小來推迫該外殼705，該第二向下力大小係大於該第一向下力大小，以於側緣715和研磨墊120之間提供實質摩擦。在這個具體實施例中，該外殼705係用以從接觸面之間的摩擦產生熱，使研磨墊120的處理表面125的溫度上升。研磨墊120的處理表面125的上升溫度係可增進處理期間基板(第1圖)的材料移除率。外殼705的側緣715係由熱塑性材料製成，例如一聚醚醚酮(PEEK)材料、一聚苯硫醚(PPS)材料、或其他合適的聚合物材料。

第8圖是一處理平台800的另一具體實施例之部分截面圖，該處理平台800是配置以執行一研磨處理，例如一CMP處理或一電化學機械研磨(ECMP)處理。第8圖所示之處理平台800繪示了一處理站803，該處理站803係類似於第1圖所示之處理站100。然而，處理站803係一獨立工具、或一較大處理系統中的部件。處理站803的構件與第1圖的處理站100的構件類似，除了有一外殼805配置在至少部分於研磨站803周圍與一修改之載具頭130之支撐系統以外。處理站803包括支撐研磨墊120之平台105、載具頭130和流體施用器155、以及處理站803和第1圖之處理站100之間共同的驅動器和控制系統。此外，在這個具體實施例中，處理平 台800包括調節裝置150之另一具體實施例。處理平台800可具有多個處理站(未示)，這些處理站皆與第8圖中所示處理站803類似。為求簡明，處理平台800中與第1圖之處理站100的構件類似的所有構件皆不再贅述。

在這個具體實施例中，載具頭130是由一支撐構件810予以支撐，該支撐構件810係位於研磨墊120側向。一支撐臂815係耦接至支撐構件810。雖然支撐構件810與支撐臂815是繪示為在研磨墊120上方支撐載具頭130，但支撐構件810係可形成為支撐多個載具頭(未示)之一旋轉架裝置的一部分，其中這些載具頭係配置在多個平台與研磨墊(皆未示)上方。在這個具體實施例中，載具頭130係配置以相對於支撐臂815而以一震盪圖案(亦即，在X與Y軸中)側向移動，以於研磨墊120上產生掃描圖案215(示於第2A圖中)。

在這個具體實施例中，調節裝置150是位於研磨墊120的處理表面125上方，並由外殼805的頂板820所支撐。調節裝置150包括雷射發射器305與訊號產生器195，雷射發射器305和訊號產生器195是配置為鄰近於成形而貫穿頂板820之一開口825。開口825包括窗部320，窗部320是用以避免任何研磨碎片離開外殼805。雷射發射器305是用以發出一主要光束315，主要光束315是經由窗部320而被引導至研磨墊120的處理表面125、或者是被引導至一反射構件405，以提供一次要光束830，其中該次要光束830係衝擊研磨墊120以形成如第2A圖與第2B圖所示之溝槽圖案。反射構件405係一鏡體，例如掃描鏡或掃描偏振鏡，該鏡體係耦接至一 致動器310以使反射構件405沿軸410(沿X軸)移動。在另一具體實施例中，作為沿軸410移動之替代、或除沿軸410移動以外，反射構件405係配置以沿Y軸旋轉(以改變相對於研磨墊120的處理表面125間之角度α)。

利用雷射裝置在研磨墊上形成溝槽圖案已經被使用於新型研磨墊的製造中。在這種功用中，墊片材料一般為不含水氣，且使用的是具有相對高吸收係數之雷射。波長約為10.6微米(例如遠紅外線光譜)之二氧化碳(CO₂)雷射裝置係可用於在這種無液體媒介中形成溝槽化圖案。然而，在基板處理期間中調節研磨墊時，研磨墊在一研磨流體或漿料(其中水為主要組成)中會被濕潤。使用波長能被研磨流體(例如水)直接吸收的雷射裝置(例如10.6微米)會產生挑戰。當光學能量被墊片材料中的水吸收時，即伴隨發生水的變熱。水變熱會導致水沸騰。由於墊片材料一般為多孔性，因此水在孔隙中、或在孔隙的局部區域中沸騰會導致墊片表面破裂。這種破裂一般在墊片表面的不同區域間是無法控制的，且會於整個研磨表面上產生大粗糙度、以及不均勻的溝槽圖案。

如本文所述，利用光學裝置170所進行的研磨墊120的調節係使用不被研磨媒介(例如研磨流體或漿料)直接吸收、但可被墊片材料有效吸收的波長中的光學能量。因此，可達成墊片材料的直接研磨，而不會有遭遇墊片材料中水氣的問題，且可在研磨墊120的處理表面125中形成可控制之溝槽圖案，如本文之說明。

第9圖是說明了各種波長之吸收係數(1/公分(cm)或cm^-1)的圖表900。在圖表900中插置了一「水窗」。在約200奈米(nm)至約1200nm之間的波長顯示了低吸收係數(低於約1.0/cm)，而高於1200nm之波長則具有高吸收係數(大於約100/cm)。因此，波長範圍介於「水窗」範圍內之雷射裝置(例如第3至8圖中所示之雷射發射器305)係使用於如第3至8圖所示之調節裝置150。雷射發射器305之合適波長的實例包括紫外線波長範圍(例如約355nm)、可見光波長範圍(例如約532nm)、近紅外線波長範圍(例如約1064nm)、以及這些波長範圍的組合。在一具體實施例中，研磨墊120的材料吸收係數係大於約1.0/cm，例如約5.0/cm或更高，而研磨流體的吸收係數則小於約1.0/cm，例如約0.5/cm。在一種態樣中，雷射發射器305的波長為對於水基研磨流體呈實質上透明(不反應)。「實質上透明」是定義為該光束在正常操作條件下(亦即，光束的波長範圍、光束的輸出功率、光束的光斑大小、光束在研磨墊材料上的停駐時間、以及前述條件之組合)不會使研磨流體產生相變化。「實質上透明」也可定義為該光束在本文所述之調節處理的正常使用下無法使研磨流體加熱及/或沸騰。舉例而言，在使用一脈衝式光束及/或短停駐時間的正常操作條件下，本文所述之雷射發射器305的波長並不造成研磨流體的溫度實質上升。在另一態樣中，雷射發射器305所提供的波長範圍係實質上不與研磨處理中所使用之研磨流體反應，但與研磨墊材料反應，以形成如第2A圖與第2B圖所示之溝槽圖案。在另一種態樣中，雷 射發射器305所提供的波長範圍是可讓研磨墊材料優先於研磨處理中所使用之研磨流體而吸收，以形成如第2A圖與第2B圖所示及說明之標記及/或溝槽圖案。

提供了一調節裝置150之具體實施例。調節裝置150包括一雷射發射器305，該雷射發射器305係於一研磨墊120的表面上形成溝槽圖案、或分離的孔洞或通道。雷射發射器305是提供於可被研磨墊120的材料優先於研磨處理中所使用之研磨流體而吸收的波長。調節裝置150形成了溝槽或孔洞之圖案，這些溝槽或孔洞具有受控制之深度及/或維度(長度及/或寬度)、具減少之墊片碎片，因而產生較低的缺陷率、較長的墊片使用壽命、以及增進之移除率。

前述說明是針對本發明之具體實施例而進行，然可推知出本發明之其他與進一步的具體實施例而皆不背離本發明的基本範疇。

100‧‧‧處理站

105‧‧‧平台

110‧‧‧基部

115‧‧‧驅動馬達

120‧‧‧研磨墊

122‧‧‧主體

125‧‧‧處理表面

130‧‧‧載具頭

135‧‧‧基板

140‧‧‧支撐構件

145‧‧‧驅動系統

150‧‧‧調節裝置

155‧‧‧流體施用器

160‧‧‧噴嘴

165‧‧‧調節頭

170‧‧‧光學裝置

175‧‧‧支撐構件

180‧‧‧支撐臂

185‧‧‧致動器

190‧‧‧訊號構件

195‧‧‧訊號產生器

Claims (21)

1. 一種用於一基板研磨處理之墊片調節裝置，該墊片調節裝置包括：一光學裝置，耦接至鄰近於一研磨墊之一研磨站的一部分，該光學裝置包括一雷射發射器以向該研磨墊的一研磨表面發出一光束，該光束具有與該研磨處理中所使用之一研磨流體實質上不反應、但與該研磨墊反應的一波長範圍。
2. 如請求項1所述之裝置，其中該光學裝置係耦接至配置在該研磨站周圍的一外殼。
3. 如請求項2所述之裝置，其中該光學裝置包括一反射元件，該反射元件是配置在該雷射發射器與該研磨墊的該研磨表面之間。
4. 如請求項3所述之裝置，其中該反射元件中其一係耦接至一致動器，以使該反射元件相對於該光束而移動。
5. 如請求項1所述之裝置，其中該光學裝置係耦接至配置在該研磨站上的一調節臂。
6. 如請求項5所述之裝置，其中該調節臂包括耦接至該調節臂之一調節頭。
7. 如請求項6所述之裝置，其中該光學裝置包括一或更多個反射元件，該一或更多個反射元件是配置在該調節頭和該調節臂中之一或兩者中。
8. 如請求項7所述之裝置，其中該一或更多個反射元件中其一是耦接至配置在該墊片調節裝置中的一致動器。
9. 如請求項6所述之裝置，進一步包括：一側緣，耦接至該調節頭。
10. 如請求項9所述之裝置，其中該側緣所限定的一內部空間係耦接至一真空來源與一流體來源中其一或兩者。
11. 一種用於研磨一基板之設備，該設備包括：一基部，具有一可旋轉平台以及耦接至該可旋轉平台的一上表面之一研磨墊；及一調節裝置，置位為鄰近於該可旋轉平台，該調節裝置係用以發射一入射光束及相對於該研磨墊的一研磨表面移動該入射光束，其中該調節裝置包括一光學裝置，該光學裝置包括一雷射發射器以發出一光束，該光束具有不被該研磨墊上所使用之一研磨流體吸收、但與該研磨墊的一材料反應之一波長範圍。
12. 如請求項11所述之設備，進一步包括： 一外殼，該外殼中係至少部分容納該平台與該研磨墊，其中該調節裝置係耦接至該外殼。
13. 如請求項12所述之設備，其中該調節裝置包括一微機械裝置，以於該研磨墊的整個該研磨表面上掃描該入射光束。
14. 如請求項12所述之設備，其中該光學裝置包括一或更多個反射元件，該一或更多個反射元件是配置在該雷射發射器與該研磨墊的該研磨表面之間。
15. 如請求項11所述之設備，其中該調節裝置係耦接至該基部，並包括耦接至一臂部之一調節頭。
16. 如請求項15所述之設備，其中該調節頭包括一微機械裝置，以於該研磨墊的整個該研磨表面上掃描該入射光束。
17. 如請求項15所述之設備，其中該光學裝置包括一或更多個反射元件，該一或更多個反射元件是配置在該調節頭與該臂部之一或兩者中。
18. 一種用於調節一研磨墊的方法，該方法包括：旋轉一研磨墊，該研磨墊上係配置有一研磨流體；及藉由以一雷射光束掃描該研磨墊的一研磨表面來調節該研磨表面，以於該研磨表面中形成一溝槽圖案，其中該雷射 光束具有對該研磨流體為實質上透明、但與該研磨墊的材料反應之一波長。
19. 如請求項18所述之方法，其中該波長是在近紅外光譜、可見光譜、或紫外光譜中。
20. 如請求項18所述之方法，其中該雷射光束係自一調節頭發射，且該調節頭係相對於該研磨墊而於一掃描圖案中移動。
21. 如請求項18所述之方法，其中該雷射光束係自一靜止調節頭發射，且配置在該調節頭中之一微機械裝置係於整個該墊片上掃描該光束。