TWM300155U - Chemical mechanical polishing pad for controlling polishing slurry distribution - Google Patents

Description

M300155 捌、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作之實施例係有關於一種化學機械研磨墊，以及 相關的方法與設備。 【先前技術】 化學機械平坦化（CMP)是在製造積體電路與顯示器 時被用以平坦化一基材之表面。一典蜇的CMP設備至少包 含一研磨頭’該研磨頭係於研磨粒之漿液被提供至基材與 研磨塾之間時，將基材與研磨墊相互擺盪與抵靠。CMp可 以被用以平坦化介電層之表面、被填充以多晶石夕或氧化矽 之深或淺溝渠、金屬薄膜與其他這樣的層次。受人相信的 疋CMP研磨典型地是藉由化學與機械效應來發生，例如 一爻化學改變之層次係重複地形成在正被研磨之材料表面 且接著被磨除。例如，在研磨金屬特徵或層次時，是形成 -金屬氧化物[並且接著重複地自正被言麼的金屬表面 去除該金屬氧化物層。 為了控制漿液分佈，研磨墊表面典型地具有一穿孔或 溝槽圖案以控制研磨漿液橫越基材之分佈。CMp研磨結果 係依據研磨塾之研磨表面、研磨漿液之研磨粒、與基：之 反應性材料的化學與機械交互作用而…中該研磨墊是 被抵靠在基材上。橫越基材表 衣卸之研磨漿液的非均句分 佈會造成基材表面的不平整研磨 ^ ^ ^ ^因此，具有研磨墊的一 研磨表面是有所需要的，其中 T该研磨表面能在橫越基材表 5 M300155 面提供均勻之漿液分佈。 一些墊設計已經被發展以提供橫越基材表面之更均勻

的研磨漿液分佈。一墊設計係使用同心圓形狀溝槽或螺旋 狀溝槽，如同揭示於共同受讓之美國專利US5,984,769中 者’其在此被併入本文以做為參考。圓形狀溝槽在研磨期 間被填充以研磨漿液，以維持橫越基材表面之一更均勻的 研磨漿液分佈。雖然這些墊設計改善了整體研磨均勻性， 其亦傾向於在研磨墊之研磨表面的預定義區域中困陷住漿 液’造成了對應基材區域之過度研磨。而且，因為聚液被 困陷在封閉的圓形狀溝槽内，研磨漿液係被避免自墊中心 持續流向墊外緣，其中該墊外緣是較佳用以移除研磨副產 物與磨耗之漿液粒子。在另一墊設計中，一 χ_γ溝槽圖案 係被提供在研磨表面上而具有不同通道長度。然而，當研 磨塾與基材以一旋轉移動方式擺盪時，該Χ-Υ圖案因為溝 槽圖案的軸向對稱性而產生一研磨漿液流動不平衡，並且 也會造成漿液快速地自墊表面的邊緣被排出。 由於墊必須足夠的堅硬以平坦化基材表面且足夠的柔 軟以經由均勻壓力而將研磨墊抵靠基材表面，因此傳統設 計產生了進-步問題。Α 了適當地平坦化基材，研磨墊應 該僅研磨基材表面拓樸之突峰（peaks)，而不是凹谷 (valleys)。然而，如果研磨塾在對於塾區域所施1的區 域化應力下太容易被壓縮，#包圍住突峰之基材區域變得 過度地被研磨’這是所不希望發生的’其中該些墊區域係 直接在基材拓樸之突峰上方。》必須足夠的堅石更，使得其 6

M300155 在基材之拓樸突蜂μ a 大峰所施加的貞裁 須足夠的柔敕以i形％ 戰下不會屢縮過多，而且必 共形於且均勻地研磨一與放4 為了解決同時且古矛& ^ β 微縐摺之基材。 墊典型地是以 14萬求之問題，研磨 軟的彈性材Μ π Μ 1 及I k，底層是一柔 r生材抖所製成且頂層是一堅硬材 堅硬材絲H A m 1成’其中該 疋作為研磨表面。然而，在使用時， 向於白一既 了研磨漿液傾 、 層乂之外周園朝向該兩層次中心而滲入該兩層次 的界面。纟入t對柔纟的彈性層《壓縮性造成不f望4改 變過度的滲入也會造成研磨漿液在層次之間穿透足夠深 而達到且改變在該墊中一墊視窗之光學性質。因此，具有 一研磨墊是有需要的，其中該研磨墊是柔軟的且有彈性 的’且足夠的堅硬以作為一研磨表面。 故，具有一研磨勢疋有而要的，其中該研磨塾具有提 供均勻的且可重複的枣坦化基材之一研磨表面。具有圖案 化特徵於研磨墊之研磨表面上而使漿液可均勻地被分佈橫 越基材表面也是有需要的。具有柔軟的而仍能提供一實質 上堅硬的研磨表面之，研磨塾也疋有需要的。 【新型内容】 一種用於/化學機械研磨設備之化學機械研磨墊具有 一本體，該本體包含一研磨表面，该研磨表面具有一半徑 與中心及周圍區域。該研磨表面具有複數個基本徑線通 道，係自該中心區域樵向地向外延伸至該周圍區域，每一 基本徑線通道在該周圍區域具有一角度化外部區段，該角 7 M300155 度化外部區段係相對該研磨表面之一半徑被導向於一角 度。該研磨表面亦具有複數個主要附屬徑線通道，該些主 要附屬徑線通道之每一者係藉由一角度化過渡區段連接至 一基本徑線通道，該些主要附屬徑線通道係隔開於該些基 本徑線通道。研磨墊係在一研磨製程期間提供了研磨漿液 之一改善的分佈與流動。 在另一態樣中，研磨墊亦具有底部表面，該底部表面 係相對於研磨表面，該底部表面具有壓力負載容納特徵之 一圖案’該些特徵包含複數個突出部與凹陷部，其中該些 凹陷部之尺寸與形狀係被設計以當施加一壓力至該研磨表 面上時容納該些突出部之一側向膨脹。 研磨塾可以被使用在一化學機械研磨設備中，其中該

，該研磨站至少包含一平臺與一支 件’該平臺係用以固持該研磨墊，該支撐件係用以固持一 基材而抵靠該研磨墊；一漿液分配器，係用以將漿液分配 至該研磨墊上；以及一研磨馬達，係用以驅動該平臺與該 支撐件之至少

研磨表面，該研磨表面具有一半徑與中心 心及周 一態樣中，一化學機械研磨墊具 本體具有一研麻 _ _ _ . . 8 M300155 圍區域。研磨表面具有複數個基本徑線通道，該些 線通道係自該中心區域徑向地向外延伸至該周圍區 一基本徑線通道在該周圍區域具有一角度化外部區 角度化外部區段係相對該研磨表面之一半徑被導向 度。該基本徑線通道之長度L i、該角度化外部區段 L2、與形成在該角度化外部區段及該基本徑線通道 角度α係被選擇以提供該研磨漿液橫越該基材表面 勻分佈。 在再一態樣中，該基本徑線通道之長度L i、該 外部區段之長度L2、與形成在該角度化外部區段及 徑線通道之間的角度α係被選擇以使得作用於在該 外部區段中該研磨漿液之向心力Fc能被控制以提 液通過該通道之一所希望的流速，其中Fe = mv2/r， 該通道中該漿液之一質量.，^為該漿液之速度，且 角度化外部區段橫越該研磨墊之平均徑向距離。 在又再一態樣中，該基本徑線通道之長度乙1、 化外部區段之長度La、與形成在該角度化外部區段 本徑線通道之間的角度α係被選擇以使得作用於在 化外部區段中該研磨漿液之向心力被平衡對 抗力量F。以提供該漿液通過該通道之一所希望的分 中該力量係作用於在該通道之該角度化外部區段中 液其中Fe = mv2/r，m為在該通道中該漿液之一； 為u漿液之速度，且Γ為該角度化外部區段橫越該 基本徑 域，每 段，該 於一角 之長度 之間的 之一均 角度化 該基本 角度化 供該漿 m為在 r為該 該角度 及該基 該角度 抗一抵 L速，其 之該漿 f量，v 研磨墊 9 M300155 向距離，並且 F〇 = mr(d0/dt)2cos(a-(7i/2))，其中 d θ / d t 為該 jgTr . 所磨墊之角速度，且a為介於該基本徑線通道與 該角度化外部區段之間的角度。 【實施方式】 根據本創作實施例而用於一化學機械研磨設備（第 7a_7b 圖）夕 _ <一研磨墊20至少包含一墊本體22，該墊本體 2 2且有一 八 研磨表面24，如第1圖所示。研磨塾20典型地 至）包含—平坦的圓形狀本體22，該圓形狀本體22具有

似碟形之形狀與一半徑，其中該半徑之尺寸係在研磨期 間可對—I + t

土材表面提供足夠的涵蓋性。例如，塾2〇係比基 材140大$小 A 夕一二七數。研磨表面24係適用以接觸且旋轉 而抵靠住—«· L L Λ a 土材1 4 0以研磨該基材，例如藉由自基材1 * 〇 移除不平整的拓樸特徵。研磨表面24至少包含一材料，該 厂人為足夠的可研磨以自基材1 4〇研磨且移除不希望的 材料，實曾Ρ θ 貝上疋不會過度地刮傷或損壞基材表面。例如， :磨墊20之研磨表面24可以由-聚合物、毛氈、紙、衣 ；4陶瓷或其他這樣的材料所製成。當研磨表面24與基材 /Ο*‘盪以化學地且機械地研磨基# i 4〇日寺，一研磨漿液 系机動於研磨表s 24與基材⑽之間。適當的研磨聚液可 以至：包含例如渡液粒子，&中該聚液粒子至少包含氧化 鋁、氧化矽、石炭化矽或其他陶究粉末之至少一者，聚液粒 子係懸浮於一溶液中，其中該溶液至少包含例如水、醇類、 綾衝試劑與懸浮化學劑之一或多者。 10 M300155

研磨墊20之研磨表面24至少包含形成於其内的一或 夕個溝槽2 6，以加強研磨漿液在研磨表面24上之流動， 如第1 -4圖所示。例如，溝槽26可以提供漿液橫越表面 4之 更均質分佈，藉此提供一基材140之更均質研磨。 、二發現到的是，藉由將溝槽2 6塑形以經由溝槽2 6提供 研磨漿液之一控制的分佈與流動速率，以提供一改善的研 磨表面24。包含有這樣改善的溝槽26之研磨表面24的實 例係顯示於第卜4圖中。溝槽26是較佳地被塑形且尺寸 化’藉以在一基材研磨過程期間較佳地提供研磨漿液橫越 研磨表面24之一良好分佈。溝槽26較佳地也允許在一研 磨過程期間將使用過的漿液與漿液副產品之量在研磨表面 24之一周圍區域28自墊排出。 改善的溝槽26至少包含複數個基本徑線通道30，該 些基本徑線通道3 0係自研磨墊2 0之一中心區域3 2徑向地 °外延伸至研磨墊之周圍區域28，如第1圖所示。每一個 土承徑線通道3 0沿著一徑線3 9延伸且被通道3 0之間一希 望 9距離所分隔開，其中該徑線3 9係代表研磨表面24之 半徑r。在第卜3圖中，通道3 0係實質上符合一徑線。 在第4圖中，通道3 〇具有沿著徑線3 9之一整體流動方向， 提供了繞著徑線3 9擺盪之一折彎的研磨漿液流動。一旦 研磨表面24旋轉，例如在一基材1 40之研磨期間，被施加 I基本徑線通道3 〇之一研磨漿液係藉著向心力沿著通道 3〇且朝向研磨表面24之周圍區域而被排出。因此，研磨 向24之旋轉所引起之向心力造成了研磨漿液通過基本 11 M300155 徑線通道 3 0之流動，因而將研磨漿液自墊内部至墊周圍 38而分佈於研磨表面24。研磨墊20較佳是至少包含基本 徑線通道3 0之足夠數量與密度，以將研磨漿液沿著研磨表 面上複數個半徑來分佈。例如，研磨墊2 0可以在研磨表面 24之每10弧度至少包含約2至約12個基本徑線通道30。

基本徑線通道3 0更至少包含一角度化外部區段3 4於 周圍區域2 8，該角度化外部區段3 4係相對於每一基本徑 線通道3 0之徑線r呈一角度，如第1圖所示。角度化外部 區段3 4可以至少包含例如一切線弧3 6，該切線弧3 6係以 一弧形自基本徑線通道3 0折彎出去，而接近研磨表面24 之一周圍38，如第1圖、第2圖與第3圖所示。這樣的一 個切線弧 3 6之長度與切線角度可被選擇以提供所希望的 漿液流動特徵。例如，切線弧3 6可以自半徑r掃出約5 ° 至約6 0。之一平均切線角度。角度化外部區段3 4亦可以至 少包含一實質上直的、非弧形區段40，該區段40是自基 本徑線通道3 0之徑線3 9折彎出去，使得角度化區段3 4 以一實質上非垂直角度接近研磨表面24之周圍38,如第4 圖所示。例如，區段3 4可以自基本徑線通道3 0傳播之徑 線3 9折彎出去，使得角度化外部區段3 4與基本徑線通道 30形成約2°至約45°之一角度α，如第8a圖所示。 角度化外部區段 3 4較佳地是以一方向被彎曲或折 彎，其中該方向是符合研磨表面24在基材研磨期間之旋轉 方向以提供”輪葉片狀”型式力量，其中該力量係降低漿液 流動至所希望的速率。例如，在第1 -4圖中，研磨旋轉方 12 M300155 向較佳地為逆時鐘以控制漿液流無 /爪動通過角度化外部區段 34之速率，其中該角度化外部區 奴34係以一逆時鐘角方 向而被角度化。根據在-研磨過程期間所希望的研磨塾旋 轉速率，基本徑線通道30之長度與尺寸與角度化外部巴广 之長度、&寸及角度亦可以被選擇以提供一希望的衆液八 佈與流動速率。相反地’研磨塾2〇之清潔以移除殘欲量： 磨漿液可以藉由旋轉研磨墊於—方向來達到…兮方向 係相反於研磨絲期間的方向以促進殘餘研磨漿液自研磨 表面24之排出，例如對於第“圖之墊2〇是以—順時鐘 方向。 至少包含有角度化外部區段34之基本徑線通道則 對於研磨漿液提供了橫越研磨表自24<改善的控制。角产 化外部區段34係可降低聚液沿著通道3〇徑向向外流動之 速率。在研磨表面24旋轉期間，研磨漿液藉由朝著研磨表 面24之周圍38的一向心力而被驅動。然而，一旦流入角 度化外部區域34 ’向心力即被推擠漿液於相反方向之”似 輪葉”力量所抵消。角度化外部區段34在研磨聚液流動上 =效應係緣示於第8a圖與$ 8b圖。^ ^圖所示，基本 :線通道30至少包含一長度Li，角度化外部區段34至少 =含—長冑L2,並且通道3()與區段34係連接而在其之間 :成驅動角度α’其中長度卜與。及驅動角度α可被選 =提供：所希望大小之抵抗力量，使得聚液通過基本通 桃動至^包含一所希望的速率。藉由推擠漿液於通 過通道30其質量產生之向心力係被定義為"，其中 13 M300155 m為漿液質量，v為漿液於墊上速率，且r為漿液質量在 研磨表面上一點之平均徑向距離（例如其可以為橫越研磨 表面包含有漿液質量之角度化區段之平均徑向距離）。

然而，當漿液進入角度化外部區段3 4時，區段之角 度即將漿液流動減速。抵抗漿液流動通過角度化外部區段 34 之力量可以被寫為 F0 = mr(de/dt)2cos(oc-(7i/2))，其中 r 為漿液質量在研磨墊上之半徑，de/dt為研磨墊之角速度， 且α為角度化外部區段 3 4與基本徑線通道之間的驅動角 度。因此，藉由選擇較小的驅動角度α，研磨漿液係被誘 發以於角度化外部區段3 4中減速，而較大的驅動角度造成 驅動角度之較不減速。相同地，長度L!與L2可以被選擇 以改變角度化外部區段開始之半徑，並且因此改變研磨流 體通過漿液之流速。在一態樣中，長度L!與L2及角度（X 可以被選擇以提供實質上等與向心力之一抵抗力量，以底 消向心力。其他抵抗力量亦可以將通過角度化區段之研磨 漿液減速，例如一抵抗的摩擦力，或是以一特定壓力進入 旋轉區段3 4之空氣的抵抗力量。 藉由第8b圖，亦可以瞭解角度化區段34之減速作用。 在此圖中，基本徑線通道3 0 a、3 Ob係以約1 °至約4 5 °之角 度而被隔開。研磨漿液之一質量m!係根據施加在該質量 上的一向心力而自基本徑線通道 3 0中一位置傳播至靠近 墊之周圍區域28而在角度化外部區域34中的一位置（被 標示為m2 )。然而，研磨墊之旋轉造成了通道位置之立即 改變，這是因為基本徑線通道30a旋轉進入先前被鄰近基 14 M300155 本徑線通道3 Ob佔有之位置，漿液質量m2沿著研磨墊之 半徑R經歷了 一位移dR，其改變了質量之位置至更遠離周 圍區域2 8之位置m2 ’。如同前述，該位移係被向心力所抵 消。因此，研磨墊之角度化外部區段3 4造成研磨漿液之減 速以提供漿液在通道中一所希望的流動與分佈。其他流動 控制特徵，例如適用以儲存或收集漿液之漿液儲槽5 2，亦 可以沿著基本徑線通道3 0與/或角度化區段而被提供，如 第8a圖所示。

在一態樣中，基本徑線通道30之長度L!與L2及角度 化外部區段3 4，與其之間的驅動角度（X，可以被選擇而使 得漿液之流速被減低至流出角度化外部區段3 4而不浪費 漿液之一靜流動。即使漿液流速是緩慢的，流速亦可以為 所希望地大於零，使得使用過的漿液與漿液副產物可以被 旋出研磨表面24以提供一清新表面。因此，至少包含角度 化外部區段3 4之基本徑線通道3 0提供了研磨漿液通過通 道之一改善的流動，其維持了研磨漿液之一希望的高度於 通道30中，實質上不會困陷漿液在研磨表面24上，使得 使用過的漿液與漿液副產物可以被旋出研磨表面24。 研磨漿液在研磨表面 24上之分佈與流動可以藉由提 供複數個主要附屬徑線通道42而被進一步地強化，其中該 些主要附屬徑線通道42之每一者係藉由一角度化過渡區 段44而被連接至一基本徑線通道30。過渡區段44可以至 少包含例如一彎曲區段4 5 (如第1、2與3圖所示），該彎 曲區段44以一角度彎離基本徑線通道3 0，且可以至少包 15 M300155

含一實質上筆直區段47，該實質上筆直區段47係呈角度 離開基本徑線通道3 0，如第4圖所示。主要附屬徑線通道 42可以實質上平行於基本徑線通道30,以提供研磨漿液在 研磨表面2 4上之一更均勻分佈的流動。主要附屬徑線通道 42亦可以至少包含角度化外部區段3 4，該角度化外部區段 34係有助於控制研磨流體在主要附屬徑線通道42中之·流 動。過渡區段44可以類似於角度化外部區段3 4地作用， 即藉由抵抗研磨漿液流入主要附屬徑線通道 42中之一過 度流動。例如，過渡區段44可以允許僅約5%至約75 %之 研磨漿液流入主要附屬徑線通道42，以提供漿液通過基本 徑線通道3 0與主要附屬徑線通道42之一控制的流速。 主要附屬徑線通道42係隔開基本徑線通道 3 0 —距 離，該距離係被選擇以改善在研磨表面2 4上之衆液流動分 佈。例如，主要附屬徑線通道42可以將區域切割成兩半， 其中在該些區域中鄰近的基本徑線通道之距離係太大而無 法提供一希望的研磨漿液分佈。主要附屬徑線通道42之數 目與密度進一步地被選擇以提供研磨漿液橫越研磨表面 24之一希望的分佈。例如，研磨表面24在橫越每1 0弧度 研磨表面24可以至少包含1至10個主要附屬徑線通道 42。基本徑線通道3 0亦可以至少包含1至1 0個主要附屬 徑線通道42，例如第1 -4圖顯示之2個主要附屬徑線通道 42 ° 在一態樣中，研磨表面24更包含複數個次要附屬徑線 通道46，該些次要附屬徑線通道46之每一者係藉由第二 16 M300155 過渡區段4 8 (例如一彎曲或角度化過渡區段）而連接至一 主要附屬徑線通道42。次要附屬徑線通道46可以進一步 地分佈研磨漿液之流動於研磨表面2 4上，並且可被設定尺 寸與形狀而能提供研磨漿液自中心區域32至周圍區域28 之整體流速的進一步控制。在一態樣中，研磨表面24橫越 每1 0弧度研磨表面24至少包含1至1 0個次要複數徑線通 道 °

每一基本徑線通道3 0可以更包含複數個主要附屬徑 線通道42，該些主要附屬徑線通道42係沿著研磨表面24 之半徑以不同長度分流自基本徑線通道3 0。例如，如第1 圖所示，基本徑線通道3 0至少包含第一主要附屬徑線通道 42a與第二主要附屬徑線通道42b，其中該第一主要附屬徑 線通道42a係於第一分流點50以第一半徑分流自基本徑線 通道3 0，其中該第二主要附屬徑線通道42b係於第二分流 點5 5以第二半徑分流自基本徑線通道3 0，該第二分流點 5 5係比該第一分流點5 0更遠於研磨墊2 0之中心區域3 2。 例如，第一分流點5 0可以位於約5 %至約6 0 %之總半徑的 第一半徑，並且第二分流點22可以位於約 30%至約95% 之總半徑的第二半徑。第1圖中之第一主要附屬徑線通道 42a更包含一次要附屬徑線通道46，該次要附屬徑線通道 46係於第三分流點5 1分流自主要附屬徑線通道42，雖然 第三分流點5 1也可以位於不同半徑，但是第三分流點5 1 係位於與第二分流點5 5約相等之半徑。因此，基本徑線通 道30與附屬徑線通道42a、42b、46提供了研磨漿液在研 17 M300155 磨表面2 4上之一良好分佈。在分流點5 Ο、5 4、5 5之前 之間的通道30、42a、42b、46之長度，以及過渡區段 之角度與長度可以被選擇（例如根據在研磨期間研磨表 旋轉之速度）以提供研磨漿液橫越研磨表面24 —實質上 與 44 面 均 勻的分佈。 基本與附屬徑線通道3 0、4 2、4 6之間的寬度可以進 步地被選擇以提供研磨漿液之一改善的分佈。例如，基

徑線通道3 0之間的寬度w /對於在表面上2 4相同半徑的 本徑線通道3 0與主要附屬徑線通道42之間的寬度之 值可以介於約1至約30。再者，通道寬度本身可以被選 以提供希望的研磨漿液流動特徵。在一態樣中，基本徑 通道30可以至少包含大於附屬徑線通道之一寬度以容 研磨漿液在其 尺A的 '机動。例如，基本徑線

之寬度與主要附屬徑線通道42之寬度的比值可以為 約2:1，例如約3:1至約6:1。在一態樣中，溝槽％ ( 主要與附屬徑線通道4G、42、46)之長度與寬度係被 以提供約1毫升至約3〇〇亳升之一研磨聚液容量於 内’然而根據應用而定亦其他容量亦是所希望的。 基本與主要仫線通道30、42、46之寬度與深度的 者可以進"地/σ著通道長度被改變以提供所希望 磨漿液流動特徵。例如，通 以在通道之一特定區域中被 道之寬度與深度的至少一者 增加以在該區域提供研磨流 之儲槽5 2。漿液儲槽 並且可以抑制漿液於 5 2可 、 以提供所希望的漿液流動特赛 研磨表面24之特定區域的耗盡。在 本 基 比 擇 線 納 30 少 括 擇 道 少 研 可 體 ί » 第 18 M300155

2圖所顯示之態樣中，漿液儲槽5 2係被提供在研磨表面24 之周圍區域28而位於基本與附屬徑線通道30、42、46之 末端，以抑制研磨漿液因為研磨墊2 0之旋轉動作而自表面 24過度的損失。一漿液儲槽52亦朝著研磨表面24之中心 區域32被提供在通道30、42、43之開始點，並且至少包 含足以作為一漿液歧管以供給通道3 0、42、4 3予研磨漿液 的容量。在第3圖中，漿液儲槽52係被提供在介於周圍區 域2 8與中心區域3 2之間的一區域中，以當漿液朝著研磨 墊20之周圍3 8傳播時將漿液流動減速，而且漿液儲槽5 2 亦朝著研磨表面24之中心區域32被提供。 第4圖顯示一研磨墊表面24之又另一實施例，該研磨 墊表面24具有基本與附屬徑線通道30、42、46。在此態 樣中，基本與附屬徑線通道30、42、46至少包含一蜿蜒的 路徑，該蜿蜒的路徑繞著一徑線3 9自研磨表面24之中心 區域32至研磨表面24之周圍區域28擺盪。蜿蜒的路徑可 以至少包含一連串角度化内部區段56a、56b，該些内部區 段56a、5 6b是藉由轉點54而被連接，其中該些轉點54 係將研磨漿液繞著一給定的徑線3 9而自一區段5 6 a重新導 向另一區段 56b (例如形成第 4圖所顯示之”鋸齒狀’’形 狀）。角度化内部區段5 6 a、5 6b可以至少包含彼此相對約 2 °至約6 0 °之角度。角度化區段5 6 a、5 6b係減速且控制了 沿著通道3 0、42、46之流體流動，以提供希望的流動，並 且角度化區段5 6 a、5 6b之長度、角度與頻率係可以根據希 望的流速而被選擇。第4圖又顯示出在研磨墊20之周圍區 19 52， 52，

M300155 域28而位於每一通道30、42、46之末端的漿液儲槽 以將在該些區域中的漿液流動減速。 至少包含有基本與附屬徑線通道之溝槽26可以 適當的方法而被形成，例如藉由使用一切割工具以自 表面24切割開墊材料以形成溝槽26。在一態樣中， 溝槽之方法係改善研磨漿液通過溝槽26之流動。例扣 割工具可以利用參數而***作，其中該些參數係加熱 2 6内之研磨墊材料至足以在墊材料中產生一有益結 變之一溫度。增加的溫度係實質上密封住溝槽2 6中之 5 8，例如藉由實質上密封住溝槽26之墊材料中所暴露 洞，以抑制研磨漿液滲透進入該些孔洞。因此，被熱 的溝槽2 6較不會吸收研磨漿液進入墊材料中，藉此改 液通過溝槽2 6之流動。在一態樣中，切割工具可以被 以加熱溝槽26中之塾材料，其中該加熱可以藉由施加 工具之切割速度來達到，該速度足以加熱墊材料至希 溫度而同事切割出所希望的溝槽形狀。足以實質上密 溝槽之表面5 8的一溫度可以為至少約1 00 °C。 在又另一態樣中，一改善了研磨墊20係被建構以 良好的壓力負載能力，如第5a圖與第5b圖所示。在 樣中，墊20之一背側60 (其相對於研磨表面24 )至 含壓力負載容納特徵69之一圖案68，該些壓力負載 特徵69係形成於研磨墊20之背表面64。特徵69至 含複數個已經被切割或形成在研磨墊20之背表面64 陷部62，以及複數個圍繞該些凹陷部62之上升突出 藉由 研磨 形成 ，切 溝槽 構改 表面 之孔 處理 善漿 操作 切割 望的 封住 提供 此態 少包 容納 少包 的凹 郎66 20 66 M300155 (例如複數個上升平台）。複數個凹陷部62與Φ α 、穴出部 之尺寸與形狀係可使得在研磨製程期間容納墊2 U所缝 之壓力負載。例如，如第5a圖與第5b圖所示， 之 尺寸與形狀可以使得在一研磨製程期間上升特徵 特徵 歷 69 一側向膨脹（例如導因於基材1 40抵靠研磨表面24 66 之 被凹陷部62提供之空間所容納。上升特徵66可 之壓力 以轉由 磨壓力負載而自第5a圖所顯示第一長度乙〗被愛吉 I地壓 至第5b圖所顯示較小的第二長度L2，迫使突出部6行 壁79膨脹進入鄰近之凹陷部，62。形成在背表面中 62的寬度可以介於約imm至約100mm，其中 陷部 該 部62係適用以容納在一研磨製成期間施加一 表面24上突出部產生之側向膨脹，並且在 ^ ^ 2 〇 側60中之凹陷部62的一適當深度為介於約 25 mm 縮 之例 之凹 凹陷 研磨 之背 至約 改善的特徵69之壓力負載容納圖案允 J 墊 2〇 一 力負載，其中該墊20係利用了單一本體22 之壓 才才 Jrj 對於包含不同材料之一堆疊本體。這是因為 4以相 能夠提供所希望的柔軟性與彈性而仍能維掊— 圖案 研磨表面24。因此，研磨墊20不需要相對 硬的 。 更柔軟與爭士· 彈性的材料之一額外層次於位於相對堅 有 〜材枓下方，复 中該相對堅硬的材料係適用於研磨表面2 “ 1以知：供所希望 的壓力負載容納性，並且研磨墊2〇不會產 土例如漿液流體 滲入堆疊的研磨墊層次之間之問題。在一能 心、樣中，凹陷部 62係開放至大氣壓，並且研磨壓力之逐漸 〜4 土 I疋透過 21 M300155 突出部66之壓縮來達到。在另一態樣中，凹陷部62可以 密封地被密封住以提供在凹陷部 62内所捕陷的空氣之嚢 袋，其中該囊袋是在凹陷部62被壓縮時作為一阻泥機構。

第6a圖與第6b圖係提供了研磨墊20之實例，其中該 些研磨墊20至少包含背側60，背側60具有壓力負載容納 特徵69之一圖案68形成在墊背側60之背表面64中。在 第6a圖中，特徵69之圖案至少包含似方形之上升突出部 66之一柵格74，該些栅格74是被凹陷部62所分隔開，該 些凹陷部6 2至少包含凹陷的似栅格線7 2 a、7 2 b。凹陷部 62至少包含複數個水平與垂直線72a、72b，其中該些水平 與垂直線72a、72b係延伸橫越背表面64且垂直相交以形 成柵格圖案。或者，柵格線72a、72b可以以其他圖案延伸 橫越背表面2 4，例如沿著徑線。一旦有研磨壓力時，突出 部6 6側向地膨脹進入水平與垂直的似柵格線。突出部6 6 之每一者可以至少包含約1mm至約100mm之一寬度。似 栅格線7 2 a、7 2 b可以至少包含約1 m m至約1 0 0 m m之一寬 度、約1 m m至約2 5 m m之一深度與延伸橫越研磨塾2 0之 一長度。在第6b圖中，凹陷部62至少包含有墊材料已經 被切割出背表面24之似方形孔洞76。孔洞76係以一棋盤 方式被切割，使得似方形的上升突出部6 6交互存在於介於 孔洞7 6之間。突出部至少包含約1 m m至約1 0 0 m m之一寬 度，並且孔洞76至少包含約1mm至約100mm之一寬度與 約1mm至約 25mm之一深度。前述之壓力負載容納特徵 69之圖案係能夠藉由可允許上升特徼66壓縮而提供了研 22 M300155 磨墊之一希望的柔軟性與彈性。除了已經詳述之外者，凹 陷部6 2與突出部6 6之圖案亦可以被形成以提供希望的研 磨性質。例如，根據所希望的研磨參數，壓力負載容納圖 案68可以至少包含突出部66與凹陷部62橫越背表面64 之一均勻或非均勻的分佈。圖案68也可以至少包含一或多 個’’χ-y”溝槽、凹陷孔洞、同心圓形溝槽、同心弧或上述組 合0

本文描述之研磨墊20可以被用於任何型式CMP研磨 機，因此本文描述以說明研磨墊20的使用之CMP研磨機 不應限制本創作範圍。能使用研磨墊2 0之一化學機械研磨 (CMP )設備1 00之實施例係繪示於第7 A圖至第7C圖。 CMP設備可以為例如來自美國加州聖大克勞拉市之

Applied Materials，Inc.之 Mire® CMP System。一般來說， 研磨設備100包括有一包含多個研磨站l〇8a-c之殼體 104、一基材傳送站112與一旋轉轉盤116，其中該旋轉轉 盤11 ό係操作著獨立可旋轉之基材固持件丨2 〇。一基材裝 載设備1 2 4係接附至殼體1 〇 4，其中該基材裝載設備1 2 4 包括一谷槽126’該容槽126包含一液體浴132，包含有基 材140之卡匣136係被浸泡於液體浴132中。例如容槽126 可以包括有清潔溶液，或甚至可以為使用超音波以在研磨 之前或之後清洗基# 140之-超音波潤濕清潔機，或甚至 可以為一空氣獲益體乾燥機 道148移動且支撐住一腕組 卡匣夾爪154與一基材刀片 ^ 一機械臂144沿著一線性執 + 152〜該機械臂144包括一 156 ’其中該卡匣夾爪154適 23 M300155 用以將卡匣136自一固持站155移動進入容槽ι26，該基 材刀片156適用以將基材自容槽126移動至傳送站I〗〗。

轉盤116具有一支撐板160，該支撐板16〇具有基材 固持件120之軸172延伸通過之槽孔162，如第7a圖與第 7b圖所示。基材固持件12〇可以獨立地旋轉且在槽孔162 中如後擺盈以達到一均勻研磨的基材表面。該些基材固持 件1 2 0係藉由個別的馬達1 7 6而被旋轉，該些馬達丨7 6係 隱藏於轉盤1 1 6之可移動側壁1 78的後方。在操作時，一 基材140自容槽126被裝載至傳送站112，基材係由傳送 站1 1 2被傳送至起初被真空固持住之一基材固持件丨2 〇。 接著，轉盤116傳送基材通過一連串的一或多個研磨站 108 a-108c’並且最終將被研磨的基材返回至傳送站U2。 每一研磨站l〇8a-108c包括有一旋轉平臺i82a-182c 與一墊調節組件188a-188c，其中該旋轉平臺182a-182c係 支撑一研磨墊20a-20c，如第7b圖所示。平臺I82a-182c 與墊調節組件188a-18 8c皆被裝設到研磨設備1〇〇内之一 桌頂192。在研磨期間，基材固持件120係固持住、旋轉 與按壓一基材140而抵靠甘複製旋轉研磨平臺182之一研 磨墊20a-20c，其中該平臺182亦具有包圍住平臺182之 一維持環以維持住一基材1 40且避免基材在研磨期間向外 滑出。因為基材140與研磨墊20a-20c係相互旋轉抵靠， 根據以選擇的漿液程式以提供一研磨漿液（例如去離子水 與膠狀二氧化矽或氧化鋁）所被量測的量，例如藉由一研 磨漿液分配器90a-90c。根據一製程程式，平臺182與基 24 M300155 材固持件 1 2 0可以被程式化而旋轉於不同旋轉速度與方 向。

CMP設備100之每一墊調節組件188包括有一調節器 頭196、一機械手臂200與一基座2 04，如第7b圖與第7c 圖所示。一墊調節器5 0係被裝設在調節器頭1 96上。機械 手臂200具有耦接至調節器頭196之一遠端198a與耦接至 基座204之一近端198b，其中該機械手臂200係將調節器 頭196橫掃過研磨墊表面24，使得墊調節器53a-53c之調 節面藉由磨掉研磨表面以移除污染物且改變研磨表面肌理 而調節了研磨墊20之研磨表面24。每一研磨站108亦包 括有一杯件208，該杯件208包含有一清潔液體以用於潤 濕或清洗被裝設在調節器頭1 96上之墊調節器50。 本創作已經藉由參考特定較佳態樣而被描述出，然而 其他態樣也是有可能的。例如，墊調節器可被用在其他型 式作為一磨砂表面之塗怖層中，如同熟習此技藝之人士所 能暸解者。亦可以使用CMP研磨機之其他結構。再者，根 據實施之參數，也可以使用對於已描述者之替代性通道結 構均等物，如同熟習此技藝之人士所能暸解者。因此，隨 附申請專利範圍之精神與範圍不應受限於本文之較佳態 樣。 【圖式簡單說明】 本創作之特徵、態樣與優點可以藉由前述說明、隨附 申請專利範圍與所伴隨圖式而更加暸解，其中該些圖式係 25 M300155 繪示出本發明之實例。然而，必須瞭解的是，每一特徵大 體上可以被使用於本創作中，而不是僅特定圖式中，並且 本創作包含這些特徵之任意組合，其中： 第1 -4圖為研磨墊實施例之部分上視圖，其中該些研 磨墊至少包含圖案化之研磨漿液溝槽； 第5 a圖為一研磨墊實施例之部分截面圖，其中該研磨 墊具有壓力負載容納特徵； 第5 b圖為第5 a圖實施例承受一負載壓力之施加的部

第6a、6b圖為研磨墊實施例之部分底視圖，其中該些 研磨墊具有不同的壓力負載容納特徵之特徵； 第7a圖為一 CMP研磨機實施例之立體圖； 第7b圖為第7a圖CMP研磨機之部分***立體圖； 第7c圖為第7b圖CMP研磨機之上視圖；以及 第8a、8b圖為研磨墊表面實施例之部分上視圖，其中 該研磨塾表面去有改善的聚液流動通道。

【主要元件符號說明】 20a-c 研磨塾 22 本體 2 4 研磨表面 26 溝槽 28 周圍區域 30 通道 26 M300155

32 中心區域 34 角度化外部區段 36 切線孤 37 弧 38 周圍 39 徑線 40 非弧形區段 42 第一主要附屬徑線通道 44 過渡區段 45 彎曲區段 46 第二附屬徑線通道 47 筆直區段 48 過渡區段 50 第一分流點 5 1 第三分流點 52 漿液儲槽 53a- c 調節器 54 轉點 55 第二分流點 56a,b 内部區段 58 密封表面 60 背側 62 凹陷部 64 背表面 27 M300155

66 突出部 68 圖案 69 特徵 72a，b 線 74 柵格 76 孔洞 79 側壁 90a- c 分配器 100 設備 104 殼體 108a-c 研磨站 112 傳送站 116 轉盤 120 基材固持件 124 裝載設備 126 容槽 132 液體浴 136 卡匣 140 基材 144 機械手臂 152 腕組件 154 夾爪 155 固持站 156 基材刀片 28 M300155

160 支撐板 162 槽孔 172 軸 176 馬達 178 可移動側壁 182a- c 平臺 1 8 8 a - c 組件 192 頂部 196 調節器頭 198a 遠端 198b 近端 200 機械手臂 204 基座 208 杯件

Claims (1)

1. M300155 孤 玖、申請專利範圍： 第^I%7巧號專利案作年7月修正

   1. 種化學機械研磨塾，至少包含： ()本體，至少包含一研磨表面，該研磨表面具有一 半‘與中心及周圍區域，該研磨表面至少包含：

   (i)複數個基本徑線通道，係自 向外延伸至該周圍區域 具有一角度化外部區段 ’每一基本徑線 ;以及 該中心區域徑向 通道在該周圍區 地 域 、gΡ 81主要附屬徑線通道，該些主要附屬徑線’ 通通t母一者係 #， " 一角又化過渡區段連接至一基本徑線 通道，該些主要 ^ 附屬徑線通道係隔開於該些基本徑線通道。 2 ·如申請專利 屬徑線通道係 耗園第1項所述之研磨塾，其中該些主 阳開於該些基本經線通道。 要附 3 ·如申請專利範 要附屬徑線通道 第·—角度化過;^

   之研❹’更包含複數個次 ，該些次要附屬徑線通道之每一者係藉由 區段連接至一主要附屬徑線通道。 4 ·如申請專利翁 之研磨墊， 流點係被選 液之一均勻 其中該些主要與 擇以關聯於該研 分佈係被提供橫 J祝圍第3項所述 次要附屬徑線通谐 e ^ t %道之長度與分 磨墊所使用速唐 哎’使得研磨漿 越該研磨塾表面。 30 M300155 5 .如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該些角度化 外部區段係形成切線弧，該些切線弧至少包含約 5 °至約 6 0 °之一平均切線角度。 6.如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該些基本徑 線通道至少包含複數個角度化内部區段，該些角度化内部 區段至少包含互相相對約2°至約45°之角度。

   7. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中每橫越該研 磨表面1 0弧度至少包含1至1 0個基本徑線通道。 8. 如申請專利範圍第7項所述之研磨墊，其中每橫越該研 磨表面1 0弧度至少包含1至1 0個主要附屬徑線通道。

   9.如申請專利範圍第8項所述之研磨墊，其中每橫越該研 磨表面1 0弧度至少包含1至1 0個次要徑線通道。 1 0. —種化學機械研磨設備，至少包含申請專利範圍第1 項所述研磨墊，該化學機械研磨設備更包含： (i) 一研磨站，至少包含一平臺與一支撐件，該平臺係 用以固持該研磨墊，該支撐件係用以固持一基材而抵靠該 研磨墊； (ii) 一漿液分配器，係用以將漿液分配至該研磨墊上； 31

   M300155 以及 (iii)一研磨馬達，係用以驅動該平臺與該支撐件之至 少一者以將該研磨墊與該基材互相擺盪抵靠。 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中該些基本 與附屬徑線通道之底部係被密封住。

   12. —種化學機械研磨塾，至少包含： (a)—本體，至少包含： (i) 一研磨表面，該研磨表面具有一半徑、一中心 區域與一周圍區域，該研磨表面至少包含複數個基本徑線 通道與複數個主要附屬徑線通道，該些基本徑線通道係自 該中心區域徑向地向外延伸至該周圍區域，每一基本徑線 通道在該周圍區域具有一角度化外部區段，該角度化外部 區段係相對該研磨表面之一半徑被導向於一角度，該些主 要附屬徑線通道之每一者係藉由一角度化過渡區段連接至 一基本徑線通道；以及 (ii) 一底部表面，係相對於該研磨表面，該底部表 面至少包含壓力負載容納特徵之一圖案，該些特徵至少包 含複數個突出部與凹陷部，其中該些凹陷部之尺寸與形狀 係被設計以當施加一壓力至該研磨表面上時容納該些突出 部之一側向膨脹。 32 Kg M300155 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之研磨墊，其中該些特徵 之圖案至少包含一柵格之突出部，該些突出部係藉由複數 個垂直與水行線凹陷部相隔開。 14.如申請專利範圍第12項所述之研磨墊，其中該些特徵 之該圖案至少包含複數個上升突出部，該些上升突出部係 係以孔洞交互存在。 1 5. —種化學機械研磨設備，至少包含申請專利範圍第12 項所述研磨墊，該化學機械研磨設備更包含： (i) 一研磨站，至少包含一平臺與一支撐件，該平臺係 用以固持該研磨墊，該支撐件係用以固持一基材而抵靠該 研磨墊； (ii) 一漿液分配器，係用以將漿液分配至該研磨墊上； 以及

   (iii) 一研磨馬達，係用以驅動該平臺與該支撐件之至 • . 少一者以將該研磨墊與該基材互相擺盪抵靠。 1 6. —種化學機械研磨墊，至少包含： (a)—本體，至少包含一研磨表面，該研磨表面具有一 半徑與中心及周圍區域，該研磨表面至少包含： (i)複數個基本徑線通道，係自該中心區域徑向地 向外延伸至該周圍區域，每一基本徑線通道在該周圍區域 33

   M300155 1 具有一角度化外部區段，該角度化外部區段係相對該研磨 ' 表面之一徑線被導向於一角度，該些基本徑線通道與該些 - 角度化外部區段係適用於一研磨漿液流動通過其中，其中 該基本徑線通道之長度L i、該角度化外部區段之長度L2、 與形成在該角度化外部區段及該基本徑線通道之間的角度 α係被選擇以提供該研磨漿液橫越該基材表面之一均勻分 佈；以及 # (Π)複數値主要複數徑線通道，其每一者係藉由一 角度化過渡區段連接至一基本徑線通道，該些主要附屬徑 線通道係隔開於該些基本徑線通道。

   34 M300155 ψ 1 β L——— 量，V為該漿液之速度，且Γ為該角度化外部區段橫越該 研磨墊之平均徑向距離。 1 8 . —種化學機械研磨墊，至少包含： (a)—本體，至少包含一研磨表面，該研磨表面具有一 半徑與中心及周圍區域，該研磨表面至少包含：

   (i)複數個基本徑線通道，係自該中心區域徑向地 向外延伸至該周圍區域，每一基本徑線通道在該周圍區域 具有一角度化外部區段，該角度化外部區段係相對該研磨 表面之一半徑被導向於一角度，其中該基本徑線通道之長 度L!、該角度化外部區段之長度L2、與形成在該角度化外 部區段及該基本徑線通道之間的角度α係被選擇以使得

   作用於在該角度化外部區段中該研磨漿液之向心 力Fc能被平衡對抗一抵抗力量F。以提供該漿液通過該通 道之一所希望的流速，其中該力量係作用於在該通道之該 角度化外部區段中之該漿液， 其中 Fc = mv2/r，m為在該通道中該漿液之一質 量，v為該漿液之速度，且r為該角度化外部區段橫越該 研磨墊之平均徑向距離，並且 F〇 = mr(de/dt)2cos(a-(7i/2))，其中 de/dt 為該研磨 墊之角速度，且a為介於該基本徑線通道與該角度化外部 區段之間的角度。 35