CN102179732A - 化学机械抛光系统及其相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升CMP工艺的抛光效能的方法及系统。在一方面中，举例而言，增加CMP工艺的抛光效能包含有于CMP工艺中对一位于一抛光垫以及一晶圆之间的接触接口产生振动处理，以使该抛光垫以及该晶圆之间所产生的振荡沿一大致上平行于该抛光垫之一工作表面的方向。在一特定方面中，使该接触接口产生振动的步骤包含于一大致上平行于该接触接口的方向振动该接触接口。该振动处理可包含对振动该抛光垫、振动该晶圆或振动该抛光垫与该晶圆。此类振动处理可使位于该接触接口的接触压力相较于未经振动处理的接触接口而言来的较低，从而将对该抛光垫或该晶圆的损害减至最小。

Description

化学机械抛光系统及其相关方法

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光的方法及装置，本发明涉及化学、冶金、机械以及材料科学的领域。

背景技术

化学机械抛光(CMP)工艺又可称之为化学机械整平或化学机械抛光，其是一种用于抛光特定工作件所广泛采用的技术。特别的是，计算机制造工业已经相当依赖于利用CMP工艺将以陶瓷、硅、玻璃、石英、金属以及其混合物所制成的晶圆抛光以便用于半导体的制造。此类抛光工艺大体上为使该晶圆紧靠一个由例如聚氨酯的不易受损的有机物质所制造的旋转抛光垫。此外，将一种可破坏该晶圆物质的化学浆料以及一足够数量的磨粒添加至该抛光垫上，则施加于该晶圆上的化学与机械力的双重作用致使以所要求的方式抛光或整平。

在一个典型的抛光工艺中，该抛光垫的工作表面通常通过例如纤维、粗糙部或小沟槽抓持着含有该复数研磨粒子的浆料，其提供足够大的摩擦力，以防止该复数粒子因该抛光垫的回转运动所施加的离心力而被甩离该抛光垫。因此，确保该抛光垫的表面具有足够可用于接收新加入的浆料的开口与沟槽是重要的。

维持该抛光垫的工作表面，将会产生来自工作件、浆料以及该修整器的抛光碎屑的堆积的问题。此堆积会导致该抛光垫的工作表面“釉化”或硬化以及使该复数纤维缠结；因而使该抛光垫较不易抓持该浆料中的研磨粒子，且该抛光垫整体的抛旋光性能显著地降低。此外，对许多抛光垫而言，用于抓持该浆料的沟槽被堵塞，且该抛光垫的抛光表面变得粗糙度降低且纠缠有异物。因此，尝试利用“刷洗(grooming)”或“切削”的方式以使该抛光垫的表面产生沟槽并通过许多不同种类的装置在表面上形成粗糙部。此过程被称为“刷洗”、“修整(dressing)”或“调整(conditioning)”该抛光垫。许多类型的装置和过程已经被用于此目的。该装置的其中一例为一具复数超研磨粒子(例如钻石颗粒)的圆盘，其中该复数超研磨粒子附着于圆盘的表面或基质上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升化学机械抛光(CMP)工艺的抛光效能的方法，以克服现有技术存在的缺陷。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种提升化学机械抛光(CMP)工艺的抛光效能的方法，其包含：

使一CMP工艺中对一位于一CMP抛光垫以及一晶圆之间的一接触接口产生振动，以使该抛光垫以及该晶圆之间所产生的振荡沿着一大致上平行于该抛光垫的一工作表面的方向。

在本发明的一个实施例中，使该接触接口产生振动的步骤包含在一大致上平行于该接触接口的方向振动该接触接口。

在本发明的一个实施例中，使该接触接口产生振动的步骤包含振动该抛光垫。

在本发明的一个实施例中，对使接触接口产生振动的步骤包含振动该晶圆。

在本发明的一个实施例中，使该接触接口产生振动的步骤包含振动该抛光垫以及该晶圆。

在本发明的一个实施例中，所述提升化学机械抛光(CMP)工艺的抛光效能的方法进一步包含降低该接触接口的接触压力，使位于该接触接口的接触压力小于未经振动处理的接触接口的接触压力，从而将对该抛光垫或该晶圆造成的损害减到最低。

可考虑不同种类的振动变量，而任何可增加抛光效能的振动变量应被视为本发明的范围内。在一方面中，该接触接口的振动例子可包含但不限定于横向运动、圆周运动、椭圆运动、任意运动以及它们的组合。

该接触接口的振动处理可以为许多不同的形式，举例而言，通过可改变振动频率、改变振幅或者振动频率与振幅均改变以产生振动。在本发明的一个实施例中，所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法进一步包含改变对该产生振动的接触接口所进行的振动频率。

该接触接口的振动处理可以是超音波频率以及非超音波频率。举例而言，在一方面中，该接触接口可于约大于15千赫兹(kHz)的超音波频率下振动。

进一步而言，该振动处理可以是一个连续振动、间歇性振动以及/或两个或多个以上的重叠振动。

本发明的另一目的在于提供一种CMP系统，其包含有一抛光垫、一设置于一接触接口上以于抛光工艺中接触该抛光垫的晶圆，以及一功能性地结合于至少包括该抛光垫及该晶圆其中之一的抛光系统，该振动系统可于一大致平行于该接触接口的方向使该接触接口产生振动。

其中，该振动系统包含有至少一超音波换能器。

在本发明的一个实施例中，所述的CMP系统，进一步包含用来接收该抛光垫的一抛光垫安装系统，其中该振动系统结合于该抛光垫安装系统。

在本发明的一个实施例中，所述的CMP系统，进一步包含有用来接收该晶圆的一晶圆安装系统，其中该振动系统结合于该晶圆安装系统。

本发明的又一目的在于提供一种CMP工艺方法，其包含有：

将一抛光垫与一晶圆相接触；

将该抛光垫与该晶圆相互移动以进行CMP过程；

使该抛光垫或该晶圆的至少其中一个产生振动，以使该抛光垫与该晶圆之间所产生的振荡沿一大致上平行于该抛光垫的一工作表面的方向。

在本发明的一个实施例中，所述的CMP工艺方法进一步包含有振动该抛光垫。

在本发明的一个实施例中，所述的CMP工艺方法进一步包含有振动该晶圆。

本发明的提升化学机械抛光(CMP)工艺的抛光效能的方法通过在CMP工艺中对一位于一抛光垫以及一晶圆之间的接触接口产生振动处理，有效增加了CMP工艺的抛光效能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。

必须指出，除非上下文中另外清楚地指定，否则如本说明书及任何随附或以下申请专利范围中所使用的单数形式“一”及“该”包括复数个指示物。因此，举例而言，提及“一换能器(a transducer)”可包括一或多个该复数换能器。

定义

在描述及主张本发明时，将根据下文所阐述的定义使用以下用词。

如本文中所使用，“研磨粒子(abrasive particle)”、“磨粒(grit)”或相似的词组是指任何超硬的结晶、多结晶物质、或者物质的混合物，且其包含有但不限于钻石、多晶钻石(PCD)、立方氮化硼(cBN)以及多晶立方氮化硼(PCBN)。进一步而言，该用词“磨粒”、“粗粒”、“钻石”、“多晶钻石”、“立方氮化硼”以及“多晶立方氮化硼”可交替使用。

如本文中所使用，“超硬”和“超研磨”可交替使用，且是指维式硬度为大约4000kg/mm²或更高的结晶、或者多晶材料、或者这些材料的混合物。这些材料可非限定地包括钻石与立方氮化硼(cBN)，以及本发明所属技术领域的普通技术人员所知道的其它材料。尽管超研磨材料惰性很高且因此而难以形成化学键，然而众所皆知，某些例如铬及钛的反应性元素可在某些温度下与超研磨材料发生化学反应。

如本文中所使用，“振动”是指振动在一个大致水平的方向一物体，自一侧面至另一侧面来回地快速运动。振动处理是依据一振动程序而可能为连续的、间歇性的、连续变化的等等。因此，一抛光垫、一抛光垫修整器、晶圆、或一抛光垫修整器的超研磨粒子可于一适当的频率下振动以获得最大抛光效能。

如本文中所使用，“接触接口”是指位于两个组件之间的一平面，例如一抛光垫与一晶圆之间。

如本文中所使用，“超音波”是指任何以高于可被人耳听觉所感知的频率振动的能量波。举例而言，此频率是为高于约15,000赫兹的频率，意即每秒钟大于15,000个循环。

如本文中所使用，“基底”是指可承载磨粒的CMP修整器的一部分，且磨粒可以附着于其上。在本发明中基底可以是任何形状、厚度或材质，而能够用一种足以达到预期目的的方式支撑磨粒。基底可以为一固态材料、一经处理后可变为固态的粉状材料，或一弹性材料。典型的基板材料的例子包含但非限定于金属、金属合金、陶瓷，以及其组合。进一步而言，该基底可包含有硬焊合金材料。

如本文中所使用，“质量”是指优越的程度或等级。每一磨粒的特征或性质如内部的晶态完美性，型态等等可被评价以决定该磨粒的质量。许多已建立的质量级别用于此领域的钻石以及其它超研磨粒子，例如美国宝石学协会(GIA)钻石分级报告书或GIA级别，其是可作为本领域的普通技术人员所能轻易了解的内容。

如本文中所使用，“无晶硬焊”是指一均质的硬焊材组成并具有非结晶结构。此类合金实质上不包含任何于受热时会造成各成份不一致熔化的共晶相。即便难以确保有适当的合金组成，本文所使用的该无晶硬焊合金在一狭窄的温度范围内应表现出一种实质上一致的熔融行为。

如本文中所使用，“合金”是指一金属与另一材料的固态或液态混合物，所述的另一材料可以是非金属，例如碳、金属或可增强该金属特性的合金。

如本文中所使用，“金属硬焊合金”、“硬焊合金”、“焊接合金”、“硬焊材料”以及“硬焊”可交替使用，且是指一种可与超硬磨粒以及基质支撑材料或基底产生化学键结的金属合金，以使其两者之间实质上相互结合。于本文所揭示的焊材合金的特定成分和组成并非仅限定于与该成分及组成有关联的特定实施例，而是可使用于本文中所揭示的任何本发明实施例。

如本文中所使用，“硬焊”的过程是指该复数超硬磨粒与该硬焊材料的碳原子之间化学键的产生。进一步而言，“化学键”是指一种共价键，例如碳化物或硼化物的键结，而非机械力或更弱的原子间吸引力。因而“硬焊”针对磨粒而言即表示形成真正的化学键。然而，“硬焊”针对金属与金属相接而言则是用于表示传统的金属键。因此，一个工具体(tool body)的超研磨部位进行硬焊时，并不需要碳化物的存在。

如本文中所使用，“化学键”与“化学键结”可交替使用，且是指一种在原子之间产生吸引力的分子键，该分子键足以在原子之间的接口产生一种二元固态化合物。

如本文中所使用，对于硬焊工艺而言，“直接地”是倾向于认定该复数研磨粒子之间所形成的化学键形成且被认定的材料是以一种硬焊金属或合金作为键结的介质。

如本文中所使用，“陶瓷”是指一种坚硬的、通常有结晶的且相当抗高温及抗腐蚀的材料，该材料可利用燃烧一非金属材料(有时也可伴随金属材料)而制得。可考虑使用本发明所属技术领域中已知的许多氧化物、氮化物以及碳化物材料来制造陶瓷，前述材料包含但不限定于氧化铝、氧化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化钨等等。

如本文中所使用，“金属的”是指任何种类的金属、金属合金或其混合物，且特别包含但不限定于钢、铁以及不锈钢。

如本文中所使用，“网格”是指一种由线条形成有多个方形的图案。

如本文中所使用，对超研磨粒子的位置、距离以及尺寸而言，“均一”是指其差异小于约75立方微米。

如本文中所使用，当“大致上”是用于关联一种材料的份量或数量，或其特定的一种特征时，则表示该份量足以使该材料或该种特性提供某种影响。依据特定情形可允许的误差确切程度可存在于某些情况中。

如本文中所使用，用词“大约”是用来提供关于数值范围临界值的些许弹性，使其指定值可“稍微高于”或“稍微低于”临界值。

如本文中所使用，用词“大致上”是指某一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果的完全或接近完全的范围或程度。举例而言，“大致上”被封闭的对象将意指该对象被完全封闭或接近完全地被封闭。与绝对完全性的确切可容许的偏差度可在一些情况下视特定情形而定。然而，一般而言，完成的接近度所具有的总结果与达成绝对及完全的完成时相同。

当用于否定含义时，“大致上”的使用同样适用于指完全或接近完全地缺乏某一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果。举例而言，“大致上不含”粒子的组成物将完全无粒子，或非常接近完全地无粒子以致效果与完全无粒子时相同。换言之，“大致上不含”某一成份或元素的组成物实际上仍可含有该物品，只要其不存在可量测的影响即可。

为方便起见，如本文中所使用，可将复数个物品、结构组件、组成组件及/或材料呈现于共同清单中。然而，这些清单应被理解为该清单的每一成员经个别识别为个别及唯一的成员。因此，若无相反指示，则该清单中的个别成员均不应仅仅基于其在共同组中的呈现而理解为同一清单中的任何其它成员的实际等效形式。

浓度、量及其它数值资料在本文中可以范围格式表示或呈现。应了解，该种范围格式仅为方便及简单起见而使用，且因此应灵活地解释为不但包括明确在该范围界限内所列的数值，而且包括涵盖于该范围内的所有个别数值或子范围，就如同明确列出每一数值及子范围一样。举例而言，“大约1至大约5(about 1 to about 5)”的数值范围应解释为不但包括大约1至大约5的明确所列值，而且包括所指范围内的个别值及子范围。因此，在此数值范围内包括例如2、3及4的个别值以及例如1至3、2至4及3至5等的子范围，以及个别的1、2、3、4及5。所述的此原理同样适用于仅列出一个数值(如最小值或最大值)的范围。此外，该种解释应不管范围的宽度或所描述的特征如何而均可应用。

本发明

于一材料的移除过程中振动该部件可具有许多优点。振动导致一装置与一工作件之间产生重分配(re-distribution)而移除材料的力量，因而减少该装置对该工作件的定向力。因此，于一些装置中加入振动组件可使同样的作业耗费较低的整体力量以及既有的定向力重分配较低。此外，振动对粒子的运动也产生有利的影响。对于CMP工艺，对系统的不同部分产生振动大体上可产生许多效益。

举例而言，其中一个优点是抛光工艺的应力较低，尤其对某些抛光工艺而言能够有明显地改进。于一抛光垫以及一晶圆之间导入振动处理可减轻该接触接口的抛光应力并且在较低的接触压力下便可进行抛光，因而减少刮痕发生的可能性。此外，较低的接触压力可使导致接触接口过热并损伤该晶圆或该抛光垫的剪切力与摩擦阻力下降。

由于在该抛光垫与该晶圆的接口处的接触压力减小而降低材料形变，使得对较软且更精致而传统上不适用于抛光工艺的材料进行抛光作业是可行的。在该晶圆与该抛光垫之间的该接触接口所进行的振动处理，需要抛光的铜箔电路以及质地脆弱的对象便能够在高速且低接触应力下进行抛光作业。

如另一实施例，振动处理有利于使用浆料的抛光过程，此类振动可使该浆料充分地被搅拌，迫使位于抛光垫上的研磨粒子位于粗糙处的尖端，且因而增加抛光速率。进一步而言，该浆料与该晶圆之间的化学反应通过此类充分的振动而加速。如一非限定的实施例，通过搅拌浆料而彻底混合并促进离子对铜做来回运动，而增加纯铜的氧化速率。

考虑到这些原则，本发明提供增加CMP工艺的抛光效能的方法。在一方面中，该方法可包含使一抛光垫与一晶圆之间的一接触接口产生振动，以使该抛光垫与该晶圆之间的振荡沿着一大致上平行于该抛光垫的一工作表面的方向。

本发明还提供可改进CMP工艺的方法。在一具体实施例中，包含使一抛光垫修整器的超研磨粒子的阻力系数最小化的步骤以及与该步骤相关联的装置( One embodiment includes minimizing drag coefficient on superabrasiveparticles of a CMP pad dresser

使该CMP装置(包含该抛光垫的任何一部分、抛光垫修整器或晶圆)产生振动，还可减少材料的黏滞滑动。即振动该抛光垫、CMP修整器和/或晶圆，使其在相互接触时减少了直接且可能有害的接触。材料经常具有相互黏附的倾向(其来自于摩擦力)并且滑动。对大部分所实施的运动而言，此影响并非不利的、有害的或甚至是一种阻碍，然而，当处理对厚度及表面变异程度要求严格的材料时，这些滞滑效应可能是相当有害的。于CMP过程中采用振动处理可使抛光和修整更有效率。在每个程序中减少黏滞滑动将会缩减撕裂和变形的产生。避免低介电性质以及铜箔电路的毁损或破坏尤其重要。该工艺可经由该振动处理减少浆料的消耗而进一步提升效能。该振动处理可使浆料粒子在被移除前的使用次数增加，也可减少黏滞滑动的情形。

如上所述，抛光垫通常由一氨酯类材料所制造，而通过将晶圆抵靠一旋转中的抛光垫，能够对晶圆进行平坦化。经过数个晶圆抛光的过程之后，必须用一抛光垫修整器来减少或防止该抛光垫工作表面的釉化情形。反过来说，一抛光垫修整器通常包含一轴体以及一具刚性且耐用的基底，基底具有附着于其暴露表面的超研磨粒子。有许多种不同的方法来制造一个抛光垫修整器，抛光垫修整器可通过研磨粒子的位置来区别是以浆料为基础还是固定磨料的形式。在以浆料为基础的抛光垫中，该复数粒子位于添加在抛光垫上的浆料中。另外，在固定磨料形式的抛光垫中，该复数粒子附着于该抛光垫的基底，浆料可选择性地使用在固定磨料的抛光垫。将超研磨粒子附着于该基底的工作表面上有许多种不同的方法。此类方法和抛光垫装置已于美国第6,286,498号、第6,679,243号和第6,884,155号专利中有详细描述，以及美国第10/259,168号和第11/026,544号专利申请案各自以引用的方式并入本文中。

所有类型的抛光垫修整器均可被考虑应用于本发明。其包含固定磨料以及以浆料为基础的抛光垫。固定磨料的抛光垫可能包含任何已知技术，其包括硬焊以及电镀。于固定磨料的抛光垫中，该基底通常具有一附着有该复数超研磨粒子的暴露表面，且该复数超研磨粒子可能是呈平坦状或波浪状的。该基底通常包含有一金属材料，而该基底可以包含有许多不同种类的金属材料。特定金属材料的例子包括但非限定于钴、镍、铁、铜、碳以及它们的合金或混合物(例如钨或其碳化物、钢、不锈钢、青铜等等)。该复数超研磨粒子可以利用硬焊或烧结的方式结合至该基底的暴露表面上。另外，将该复数粒子烧结至该暴露表面之前，可以先将该复数粒子暂时附着在该暴露表面上。在另一具体实施例中，该基底可为适用于与超研磨粒子结合的有机材料。此类基底可包含嵌入至一树脂层的超研磨粒子以及一设置于该复数超研磨粒子与该树脂层之间的金属层。此类型的结构型态在一些避免被含有金属的工作件污染的特定工作环境下是理想的，甚至是关键的。

可应用不同种类的程序来将该复数超研磨粒子附着或烧结至该基底表面。举例而言，微波烧结、真空烧结以及电镀。对于一烧结的过程而言，可将一个具有开口的模板放置在一硬焊合金的薄板。在本发明的一方面中，该薄板可为一连续无晶的硬焊合金的辊压片体。模板的使用可通过设计含有预设图形的开口模板，使每一研磨粒子可被调控而设置于特定的位置上。该理想图形可为一方格状。一个理想均一的式样例如方格状可使每一粒子之间具有适当的间隙。因此，均一的空隙通过平均分配所有粒子的负载量而提升该抛光垫的调节效能。将该模板放置在该硬焊合金片体后，该复数开口可以被超研磨粒子填满。该复数超研磨粒子可包含有一个预定的型态，例如自形的、八面体的或立方八面体的。一般而言，该复数开口包含有一个预定的尺寸，以致于各个开口只能容纳设置一研磨粒子。研磨粒子或磨粒的任何尺寸是可被接受的，然而在本发明的一方面中，该复数粒子的直径尺寸可大约100至350毫米。在另一方面中，在该模板上的该复数开口尺寸可以依据需求变化以获得一在均一尺寸范围内的研磨粒子图形。

将该复数超研磨粒子附着于一基底的第二种方法可以是将该复数粒子压合于该硬焊合金薄板。在此方法中，移除该模板并经热处理时，保持该复数粒子在固定位置上。用该方法将该复数超研磨粒子结合在该基底适当深度的位置，以使该复数超研磨粒子突出该基底上端一预定的高度。在本发明的另一具体实施例中，该模板可设置在一具有薄黏胶膜的传输板上。在本方法中，该复数粒子通过上述已知模板工艺而固着在该传输板上。然后将该模板移除，且将该传输板设置在具有朝向传输板的研磨粒子的该硬焊薄板上。前述的黏胶层则设置在该硬焊薄板上，该黏胶层有比该传输板上的黏胶膜更强的黏性，因此，该研磨粒子通过该模板上形成的图形转印至该硬焊合金薄板。

同样的，该传输板可以有策略地使用黏胶液滴取代黏胶膜或黏胶层。该具体实施例可以减少该硬焊工艺中黏胶的污染量。此外，将该复数液滴有策略地或均一地设置成一预定型态的图形而省略使用如上所述的具有开口的模板。每一黏胶液滴具有足够的强度而可使单一研磨粒子附着在每一液滴上直到该复数粒子转印至该硬焊薄板。一个对此类工艺更加仔细的说法可在申请人的档案号码为00802-24002的申请案中找到，该案是于2006年10月26日提出的。

最后，该复数研磨粒子可结合在由金属粉末制成的基底上。该金属粉末可选自由多种已知可用来形成基底的材料。进一步而言，该金属粉末包含硬焊合金以促进该复数研磨粒子的硬焊工艺。在一预处理步骤中，该复数研磨粒子置入该金属粉末中，再对该金属粉末进行凝固(solidification)及固结(consolidation)。在该硬焊或固结的步骤中，该复数研磨粒子与该基底之间形成化学键结，使抛光垫修整器较能抵抗粒子的削切与撞击而变得耐用。本发明所属技术领域的普通技术人员可以了解前面所述的一般工艺中有许多变化，且所有制造抛光垫修整器的工艺均视为在本发明的范围内。

适合用在抛光垫修整器的超研磨材料，如此处所揭示，可以是任何天然的或是人工合成的钻石、超硬结晶、或多晶基底、或基底混合物，该超研磨材料包含但不限定于钻石、类钻碳混合物、多晶钻石、立方氮化硼以及多晶立方氮化硼。如前所述。该复数粒子的尺寸可以变化但其直径为大约100至大约350毫米之间。

如前所述，于一典型的抛光垫抛光工艺中，一晶圆压抵于一可变形的聚氨酯抛光垫，该抛光垫旋转搅动一含有微米尺寸的研磨磨粒的化学浆料并注入该抛光垫的沟槽与粗糙部中，以辅助该晶圆的平坦化。必须注意的是，该抛光垫中突出于该抛光垫表面的最高粗糙部将与该晶圆进行初始接触，且持续地在整个抛光过程中对该晶圆表面进行抛光。在该晶圆抛光过程中，该晶圆以及该抛光垫均开始磨损。具体而言，与晶圆进行初始接触的抛光垫粗糙部将会比其它粗糙部更快速地磨损，从而使一抛光垫以及经抛光后的晶圆产生厚度的不同与不规则度。

本发明人已发现，降低抛光垫修整器上的研磨粒子的阻力系数可使抛光垫具有均一的粗糙部，而可产生质量较高的抛光晶圆、使用寿命较长的抛光垫、可预期的抛光速率以及对该抛光垫修整器上的超研磨粒子而言有较少的磨损。因此，重点在于发展出能够减少该复数粒子的阻力系数的方法，以使该抛光垫的工作表面产生该复数一致的粗糙部以及沟槽。

传统而言，当超研磨粒子在该修整器呈圆周运动的旋转而削切以及横穿于该抛光垫的工作表面时，便会在抛光垫上形成粗糙部，从而从该抛光垫移除碎片，并且复原该抛光垫的工作表面的粗糙部。大部分该削切与横穿是通过拖曳该复数粒子至可变形的聚氨酯材料而达成。此类拖曳促使粗糙部产生不一致的、不规则的且不可预测的尺寸。因此，减少该拖曳的影响以获得具有均一的高度与深度粗糙部是相当需要的。

在一具体实施例中，可通过在刷洗过程中对该修整器产生振动处理，更具体而言可以是对该修整器上的该超研磨粒子进行振动处理，而减少拖曳或拖曳系数对该复数超研磨粒子所造成的影响。已发现该复数粒子的振动运动对于增进该复数粒子的磨损且增进该抛光垫的回复特性是有效的。就功能性而言，该振动处理可减少垫材料的使用量，以及该材料与该复数超研磨粒子相接触的频率。当该复数超研磨粒子以超音波的速率振动且削切入该抛光垫中，材料的一部分可一致地位移至该复数超研磨粒子的两侧边，从而产生均一高度的粗糙性以促进晶圆抛光的均一性。此外，降低阻力系数可通过限制CMP垫材料的接触量以减少超研磨颗粒的耗损和延长其寿命。

因此，一种减少抛光垫上粒子的阻力系数的方法可使抛光垫产生具有大致上均一高度的粗糙部与均一深度的孔槽。该均一的高度与深度可通过对该修整器上的粒子进行特定的振动处理而产生。具体而言，该复数粒子是可以横向的、圆周的、椭圆的或是任何随机的运动，该运动大致上平行于该抛光垫的工作表面。在本发明的一方面中，该复数粒子为横向地(即自一侧边至另一侧边来回地)振动，以使抛光垫被接触的量减少而减少拖曳。还发现当该复数粒子在一大致上平行于该抛光垫的工作表面的方向而非垂直或纵向于该抛光垫的工作表面的方向振动时，该拖曳量显著地减少。因此，该抛光垫与修整器则可获得许多益处，例如均一且最小量的粗糙部尺寸。

与传统的刷洗装置相比较，通过本发明的抛光垫修整器能够形成该均一的粗糙部尺寸。当该材料由于该抛光垫修整器受到削切与横穿而呈一致地位移时，该复数粒子的振动移动可将材料被每一超研磨粒子的拖曳量降至最低，且因而减少了该粗糙部整体的尺寸。另外，如前所述，可通过使用一具有从该基底延伸至一预定高度的超研磨粒子的抛光垫修整器，以使该复数凹处产生与该复数粒子的预定高度相对应的深度，而形成具有均一深度的粗糙部。在此具体实施例中，该垫材料因被移除而产生的变形总量可通过一致的刷洗过程而维持在一最小值。必须注意的是，该抛光垫由于抛光垫本身的材料移除量减少而不用经常更换，而能够延长使用寿命。

由具有一经降低的拖曳系数所形成的最小且均一的粗糙部尺寸能够均匀分配该抛光垫的负载量；而延长该抛光垫的使用寿命。举例而言，已确定的是每一粗糙部上的负载量分布决定抛光速率，以及该经抛光后的晶圆的均一性或平坦性。若粗糙部的高度变得不规则且各不相同，最初接触的粗糙部将会相当地少。随着持续抛光的程序，更多粗糙部会与该晶圆表面接触，造成接触压力下降且抛光速率减低。该接触压力主宰着每一粗糙部的抛光速率。换句话说，晶圆接触到极少量的粗糙部将导致每一粗糙部承受较高的压力且产生较高的抛光速率。进一步而言，晶圆接触到极少量的粗糙部会使抛光速率变得不稳定；随着更多的接触产生，该抛光速率将会快速地降低。相反地，若超研磨磨粒可形成具有较为均一高度的粗糙部，由于更多的接触点可促使产生一更加均一的抛光工艺，而该抛光速率可以更为得到保持，而有高质量的晶圆成品。因此，愈多的粗糙部于该抛光工艺开始时就与晶圆接触，则该聚氨酯制成的抛光垫可以使用得更久。

振动器，或一振动源，可以位于该CMP装置上的不同位置。该振动器可连接于该抛光垫的任何位置而可产生一大致上平行于该抛光垫的工作表面的方向的振动。例子包含连接或结合于该抛光垫的侧面或周缘、连接于该抛光垫的底部的任何位置(即该抛光垫的基底相对于该工作表面的一侧面)、连接在该抛光垫的侧面包含任何形式(例如：轴、里衬)等等。同样地，连接该抛光垫修整器的位置可以是在该基底的侧面、该工作表面的周缘、该修整器的底部、轴内部或其它包装物等等。连接于该晶圆的方式可通过任何本领域的已知技术并通过与该晶圆连接的装置(例如固定环)例如，或直接连接于该晶圆。

在本发明中，该抛光垫修整器或该抛光垫可具有至少一个结合于该修整器一位置的振动器，该位置使振动器可沿着大致上平行于该结合有修整器的抛光垫上工作表面方向来振动该修整器。一振动器可结合于该抛光垫修整器，尽管可用多个振动器来获得对该复数超研磨粒子适当的振动处理。该振动器可用来对该抛光垫修整器中的该复数超研磨粒子产生振动处理，该振动处理可降低拖曳系数。该振动器可以是任何能够产生如本文所述的振动处理的形式。任何电子/机械的驱动系统可用于产生该理想的振动处理。依据本发明的一方面中，该振动器可以是包含压电材料的超音波换能器。另外，该振动器可以为具有导电线圈的电磁铁，上述具体实施例并非限定本发明；其它振动手段也可用于本发明。在另一具体实施例中，许多个振动器例如超音波换能器、电磁铁或其组合可结合于该修整器的位置，该位置可使振动器在一大致上平行于该抛光垫的工作表面振动该修整器。该振动处理可以是定向聚焦或扩散。此外，该振动可通过一增幅器放大或通过避震垫(例如一压克力板)减缓。在一些方面中，该振动可为定向调控的。

可以使用一个以上的振动器。在一具体实施例中，该振动处理可被设计为用来产生一对称的振动，进而达到共振。在另一具体实施例中，来自多个来源的该振动处理可以是非对称的，进而造成该抛光垫和/或晶圆之间的变化。这对于本发明中该抛光垫消耗最少的一部分是相当有益的，而该振动处理可在该部分区域加强以使该抛光垫的侧视面为平坦的效果。此一设计可平衡抛光垫的使用且有利于晶圆达到较为均一的厚度或较为平坦的表面。

本发明中的频率范围为大约1千赫兹至大约1000千赫兹。该能量范围为大约1瓦至大约1000瓦。如前所述，对该抛光垫修整器的超研磨粒子所进行的振动处理来自于一振动器或一振动手段，例如压电换能器。使用时，该抛光垫修整器或抛光垫可以横向的、圆周的、椭圆的或随机的运动，且大致上平行于该抛光垫的工作表面以及如前所述的其它方向进行运动。另外，该振动处理可以是完全位于平行于该抛光垫的工作表面的方向。该压电换能器应适合用来在大于15千赫兹的超音波频率下振动该复数粒子。一般而言，高于人耳听觉可感受的频率，即大于约每秒15000个周期，视为超音波)。在一具体实施例中，该振动器可在大约为20千赫兹的频率下振动该复数粒子。

在进一步的具体实施例中，该超音波振动可通过在该抛光垫中散布浆料粒子以大幅提升工艺效能。作为浆料的一部分以辅助抛光工艺进行的浆料粒子或从已抛光的对象被移除的粒子均具有不利于抛光工艺的倾向。该复数粒子可被制作成为该抛光垫的一部分且该复数粒子刮擦已经抛光后的对象，例如：晶圆。超音波振动可分散该复数浆料的粒子且提供一机制用于更有效地移除被釉化的材料及碎片。

在本发明的另一具体实施例中，该振动器可经过调整以控制该复数超研磨粒子的振动移动以及每一粒子的拖曳系数，以获得一最适当的抛光过程。控制或调整该复数超音波波长的振动频率、振幅或该两者可针对所提供的抛光垫修整器改变抛光效能。具体而言，较高的频率可制造具有较高的隆起缘和/或较深的孔槽的粗糙部。另外，增加该超音波振动的振幅还可影响这些容许较多浆料进入该抛光垫表面进而增加该系统的整体抛光效能的该复数粗糙部尺寸。实际上，控制该振动频率以及振幅使得每一经刷洗而改变粗糙部尺寸的超研磨粒子的拖曳系数产生了变化。这一具体实施例可针对不同应用进而获得最佳抛光效能(Such an embodiment can beconducive for obtaining optimal polishing performance for variousapplications.)。举例而言，增加该振动频率以及减少该振幅可作为位于晶圆底部的氧化层的最适抛光。换句话说，增加该振动频率以及减少该振幅对于抛光金属层(例如：铜箔电路)更为有效。进一步而言，当其它聚氨酯形式的材料用于形成一抛光垫而在该抛光垫的修整过程中有不同的反应，则控制该振动特性可以是必要的。

在一具体实施例中，该振动可以是连续的或间断的，此外，该振动可作为多个步骤中的一部分，或为一具有不同振动参数的程序，其中在抛光过程中在特定的时间点分别选择并且使用不同振动参数。该振动参数包括但不限定于频率、振幅，以及来源。一般而言，高振幅可产生较快的移除效果但伴随着较高可能性的损伤，而低振幅环境中的频率高，则抛光较慢但完成的成品较佳。因此，合理地按照一抛光程序，该抛光程序起始于一高振幅的条件，而后转换成高频率低振幅的振动，对于在一个较短的时间下制造一经过抛光的材料是相当有利的，且与只有在单一振动参数的环境下进行抛光相比会有较好的完成品。该程序可以连续地转换，例如：随着时间改变从一高振幅条件转换成一低振幅条件，或者其是不同且分别独立的阶段，例如：自一高振幅条件下立即转换成一低振幅条件，在转换中可选择是否配合时间暂停。

在移除铜元素的另一实施例中，当铜元素表面为粗糙部未加工的状态时，可控制该抛光工艺在高振幅低频率的条件下，在抛光初期快速移除铜元素；而后当接近抛光工艺终点时(例如当位于该铜元素层下的氮化钽阻障层露出时)，于高频率低振幅的条件下来移除该铜元素。进一步而言，该振动参数可以按照适当情况而被调整成特定的环境条件，例如浆料的添加、浆料的黏度、新的晶圆、不同的晶圆型态、新的或不同的垫调节器或修整器，以及反应出抛光垫的环境条件的其它变量。

在另一具体实施例中，该振动处理可导致该抛光垫的至少一部分的温度增加至少大约5℃。在另一具体实施例中，该温度可增加至少大约20℃。

下列实施例表示不同的方法与装置，以及在一抛光垫修整过程中减少超研磨粒子的拖曳参数的影响。这些实施例只用于揭示，而不对本发明造成任何限制。

实施例1

一超音波换能器连接于一典型的抛光垫修整器的一侧面。在该抛光垫修整器上，“侧面”表示在该抛光垫修整器中大致上垂直于该抛光垫的工作表面的一外壁面。该换能器连接于该侧边的一非直接与该抛光垫修整器的工作面相接触的位置。当使用该抛光垫时，该抛光垫修整器可结合至该抛光垫，并且在大致平行于该抛光垫的工作表面的方向振动时修整该抛光垫。

实施例2

一超音波换能器连接于一典型的抛光垫修整器的一侧面。“侧面”的意义与位置与实施例1所述一致。当使用该抛光垫时，该抛光垫修整器可结合至该抛光垫且该振动处理能够提升该抛光工艺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种提升化学机械抛光(CMP)工艺的抛光效能的方法，其包含有：

使一CMP工艺中对一位于一CMP抛光垫以及一晶圆之间的一接触接口产生振动，以使该抛光垫以及该晶圆之间所产生的振荡沿着一大致上平行于该抛光垫的一工作表面的方向。

2.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，使该接触接口产生振动的步骤包含有在一大致上平行于该接触接口的方向振动该接触接口。

3.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，使该接触接口产生振动的步骤包含振动该抛光垫。

4.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，对使接触接口产生振动的步骤包含振动该晶圆。

5.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，使该接触接口产生振动的步骤包含振动该抛光垫以及该晶圆。

6.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，进一步包含降低该接触接口的接触压力，使位于该接触接口的接触压力小于未经振动处理的接触接口的接触压力。

7.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，该接触接口的振动包含横向运动、圆周运动、椭圆运动、随机运动以及它们的组合。

8.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，进一步包含改变对该产生振动的接触接口所进行的振动频率。

9.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，进一步包含改变对该产生振动的接触接口所进行的振动振幅。

10.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，该接触接口是以大于15千赫兹的超音波频率作振动。

11.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，该振动为一连续振动。

12.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，该振动为一间歇性振动。

13.如权利要求1所述的提升CMP工艺的抛光效能的方法，其特征在于，该振动为两个或多个的重叠振动。

14.一种CMP系统，其包含有：

一抛光垫；

一晶圆，其设置于一接触接口上，从而在一抛光过程中接触该抛光垫；以及

一功能性地结合于至少包括该抛光垫及该晶圆其中之一的抛光系统，该振动系统可于一大致平行于该接触接口的方向对该接触接口产生振动。

15.如权利要求14所述的CMP系统，其特征在于，该振动系统包含有至少一超音波换能器。

16.如权利要求14所述的CMP系统，其特征在于，进一步包含用来接收该抛光垫的一抛光垫安装系统，其中该振动系统结合于该抛光垫安装系统。

17.如权利要求14所述的CMP系统，其进一步包含有用来接收该晶圆的一晶圆安装系统，其中该振动系统结合于该晶圆安装系统。

18.一种CMP工艺方法，其包含有：

将一抛光垫与一晶圆相接触；

将该抛光垫与该晶圆相互移动以进行CMP过程；

使该抛光垫或该晶圆的至少其中一个产生振动，以使该抛光垫与该晶圆之间所产生的振荡沿一大致上平行于该抛光垫的一工作表面的方向。

19.如权利要求18所述的CMP工艺方法，其特征在于，进一步包含振动该抛光垫。

20.如权利要求18所述的CMP工艺方法，其特征在于，进一步包含振动该晶圆。