CN108701600B - 在薄型抛光垫中的窗 - Google Patents

Abstract

一种抛光垫，包括：抛光层堆叠，其具有抛光表面、底表面和从抛光表面至底表面的孔洞。抛光层堆叠包括具有抛光表面的抛光层。不透流体层铺展于孔洞和抛光垫。以第一粘合材料形成的第一粘合层与抛光层的底表面接触，且将抛光层的底表面固定至不透流体层。第一粘合层铺展于孔洞和抛光垫。透光主体定位于孔洞中，且具有下表面，下表面与第一粘合层接触且固定至第一粘合层，且下表面由间隙与孔洞的侧壁分隔开。以不同的第二材料形成的粘合密封剂设置于间隙中且横向填充于间隙。

Description

在薄型抛光垫中的窗

技术领域

本发明描述一种具有窗的抛光垫、一种包含此抛光垫的系统、及用于制造和使用此抛光垫的工艺。

背景技术

集成电路通常通过在硅晶片上依序沉积导电、半导体或绝缘层而在基板上形成。一个制作步骤涉及在非平坦表面上沉积填充层，且平坦化填充层。对于某些应用，填充层经平坦化直到暴露图案化层的顶表面。举例而言，导电填充层可沉积在图案化的绝缘层上，以填充绝缘层中的沟槽或孔隙。在平坦化之后，遗留在绝缘层的浮现的图案之间的金属层的部分形成通孔、插头和线路，而提供基板上薄膜电路之间的导电路径。对于诸如氧化抛光的其他应用，填充层经平坦化直到在非平坦表面上剩余预定的厚度。此外，基板表面的平坦化对光刻而言通常是必须的。

化学机械抛光(CMP)为一种认可的平坦化方法。此平坦化方法通常需要将基板安装在载体或抛光头上。基板暴露的表面通常置放成抵靠旋转抛光垫。载体头在基板上提供可控制的负载，以推挤基板抵靠抛光垫。研磨抛光液通常供应至抛光垫的表面。

一般而言，需要检测何时达到所欲表面平坦度或层厚度，或何时暴露下方的层，以便决定是否停止抛光。已发展数种技术用于在CMP工艺期间原位检测终点。举例而言，已利用一种光学监测系统用于在层的抛光期间原位测量基板上的层的均匀度。光学监测系统可包括在抛光期间将光束导向基板的光源、测量从基板反射的光的检测器、和分析来自检测器的信号且计算是否已检测到终点的计算机。在某些CMP系统中，光束透过抛光垫中的窗而导向基板。

发明内容

在一个态样中，一种抛光垫包括：抛光层堆叠，其具有抛光表面、底表面和从抛光表面至底表面的孔洞。抛光层堆叠包括具有抛光表面的抛光层。不透流体层铺展于孔洞和抛光垫。以第一粘合材料形成的第一粘合层与抛光层堆叠的底表面接触，且将抛光层堆叠的底表面固定至不透流体层。第一粘合层铺展于孔洞和抛光垫。透光主体定位于孔洞中，且具有下表面，下表面与第一粘合层接触且固定至第一粘合层，且下表面由间隙与孔洞的侧壁分隔开。以不同的第二材料形成的粘合密封剂布置于间隙中且横向填充于间隙。

实施方式可包括一或多个以下特征。透光主体可比抛光层更软。粘合密封剂可具有与透光主体大约相同的硬度。抛光层可具有约58-65肖氏D的硬度，且透光主体可具有约45-60肖氏D的硬度。透光主体的顶表面相对于抛光表面可凹陷。

间隙可完全横向围绕透光主体。粘合密封剂可完全垂直地填充间隙。粘合密封剂可延伸以接触第一粘合层，而不延伸至透光主体下方。第二粘合层可定位在不透流体层相对于第一粘合层的一侧，且与不透流体层接触。第一粘合材料可为压敏粘合剂且第二粘合材料可为固化的环氧树脂或聚氨酯。穿过第二粘合层的孔洞可与透光主体对齐。

可移除衬垫可覆盖第二粘合层。抛光层堆叠可包括抛光层和背衬层。抛光层可为起绒的聚氨酯，且背衬层可为与抛光层不同的材料。背衬层和不透流体层的各者可为聚酯。抛光垫可具有小于约3mm的总厚度。

在另一态样中，一种制造抛光垫的方法，包括以下步骤：形成孔洞，该孔洞从抛光表面穿过抛光层堆叠至抛光层堆叠的底表面，以暴露第一粘合层，该第一粘合层位于且接触抛光层堆叠的底表面并铺展于孔洞和抛光垫。抛光层堆叠包括具有抛光表面的抛光层。第一粘合层将抛光层堆叠的底表面固定至铺展于孔洞和抛光垫的不透流体层。在抛光层堆叠的孔洞中定位预形成的透光主体，使得透光主体的下表面接触且粘合至第一粘合层；配给粘合密封剂至间隙中以横向填充间隙，该间隙将透光主体与孔洞的侧壁分开；和固化粘合密封剂。

实施方式可包括一或多个以下特征。可配给粘合密封剂而完全垂直地填充间隙。可移除第二粘合层的一部分，该第二粘合层定位在不透流体层相对于第一粘合层的一侧，且与不透流体层接触，其中该部分与透光主体对齐。形成孔洞的步骤可包括将抛光层堆叠的一部分从第一粘合层剥离，而在不透流体层上于孔洞中留下一大块第一粘合层。形成孔洞的步骤可包括将一次性盖从第一粘合层剥离，而在不透流体层上于孔洞中留下一大块第一粘合层。一次性盖可为与抛光层不同的材料。

实施方式可包括一或多个以下优点。可降低液体透过抛光垫中的窗而泄漏的风险。可降低窗的分层化的风险和/或可增加窗的尺寸而不会增加分层化的风险。可降低窗翘曲的风险。窗可为软的，但通过从抛光表面凹陷，可降低调整工艺刮伤窗表面并降低透明度的风险。

一或多个实施方式的细节在随附附图及以下描述中提及。其他态样、特征和优点从该描述和附图且从权利要求书将为显而易见的。

附图说明

图1为包含抛光垫的CMP设备的截面视图。

图2为具有窗的抛光垫的实施方式的俯视图。

图3为图2的抛光垫的截面视图。

图4至图8图示一种形成抛光垫的方法。

图9为抛光垫的另一实施方式的截面视图。

类似的附图标记在各种附图中表示类似的元件。

具体实施方式

如图1中所图标，CMP设备10包括抛光头12，用于保持半导体基板14在平台16上抵靠抛光垫18。CMP设备可如美国专利第5,738,574号中所述而建构。

举例而言，基板可为产品基板(例如，包括多重存储器或处理器芯片)、测试基板、裸基板与门基板(gating substrate)。基板可处于集成电路制造的任何阶段，例如基板可为裸晶片、或可包括一或多个沉积的和/或图案化的层。术语基板可包括圆形盘和方形片状。

抛光垫18可包括抛光层堆叠20。抛光层堆叠20具有抛光表面24以接触基板，且包括由粘合结构28固定至平台16的底表面22。

参照图3，抛光层堆叠20包括一或多个层，包括提供抛光表面24的至少一个抛光层70。抛光层70为在堆叠20中最上面的层。抛光层以适合用于化学机械抛光工艺的耐磨材料形成。抛光层70可为起绒的聚合物材料。举例而言，抛光层70可为碳粉填充的聚氨酯。抛光层70可具有约58-65(例如62)的肖氏D(Shore D)硬度。

抛光层70可沉积于背衬层72上。抛光层70和背衬层72可以相同或不同的材料形成。背衬层72可为均质的片状物或交织构造。背衬层72比抛光层70可具有更低的孔隙性和更低的可压缩性。背衬层72可为聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

具有此抛光层堆叠的抛光垫例如可来自日本东京的Fujibo公司，名为H7000HN的产品取得。

或者，抛光层堆叠20可仅具有单一层，即抛光层70。因此，抛光层堆叠可以单一层的均质材料形成。

粘合结构28可为双面粘合胶带。举例而言，仍参照图3，粘合结构28可包括分别以上粘合层82和下粘合层84涂布的实质上透明的不透流体层80。上粘合层82抵靠抛光层堆叠20，且将粘合结构28结合至抛光层堆叠20。在使用中，下粘合层84抵靠平台16且将抛光垫18结合至平台16。上粘合层82和下粘合层84两者可为压敏粘合材料。上粘合层82和下粘合层84可具有约0.5至5密耳(千分之一英寸)的厚度。不透流体层80可为聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如Mylar^TM。不透流体层80可具有约1至7密耳的厚度。不透流体层80可比抛光层堆叠20更不易压缩。

参照图2，在某些实施方式中抛光垫18具有约15英寸的半径R。举例而言，抛光垫18可具有15.0英寸(381.00mm)的半径，而具有相对应约30英寸的直径、15.25英寸(387.35mm)的半径，而具有相对应30.5英寸的直径、或15.5英寸(393.70mm)的半径，而具有相对应31英寸的直径。当然，窗可实施在更小的垫或更大的垫中，例如，在具有42.5英寸直径的垫中。

参照图3，在某些实施方式中，可在抛光表面24中形成沟槽26。沟槽可布置成交错图案的垂直沟槽，而将抛光表面划分成矩形(例如，方形)区域(图3的视角显示透过一组平行沟槽的截面)。或者，沟槽可为同心圆。沟槽26的侧壁可垂直于抛光表面24，或沟槽可具有倾斜的侧壁。具有斜的侧壁的交错图案的垂直沟槽可称为“松饼(waffle)”图案。

返回图1，通常抛光垫材料以可包括研磨颗粒的化学抛光液体30淋湿。举例而言，浆料可包括KOH(氢氧化钾)和气相二氧化硅(fumed-silica)颗粒。然而，某些抛光工艺“不具研磨物”。抛光液体30可透过定位于抛光垫18上的端口32传送。

随着平台围绕其中心轴旋转，抛光头12施加压力至基板14以抵靠抛光垫18。此外，抛光头12通常围绕其中心轴旋转，且透过驱动杆或平移臂36在平台16的表面上平移。介于基板与抛光表面之间的压力和相对移动与抛光溶液一起导致基板的抛光。

光学孔洞42在平台16的顶表面中形成。包括光源44(例如，激光)和检测器46(例如光检测器)的光学监测系统40可定位于平台16的顶表面的下方。举例而言，光学监测系统可定位于腔室中与光学孔洞42光连通的平台16的内侧，且可与平台一起旋转。光学孔洞42可以诸如石英块的透明的固体块填充，或可为空的孔隙。光源44可利用从红外至紫外的任何波长，诸如红光，但也可使用例如白光的宽带光谱，且检测器可为光谱仪。光可从光源44送至光学孔洞42，且从光学孔洞42由光纤(例如，分叉的光纤48)返回至检测器46。

在某些实施方式中，光学检测系统40和光学孔洞42以模块的部件形成，而配合至平台中相对应的凹槽。或者，光学检测系统可为定位于平台下方的固定系统，且光学孔洞可延伸穿过平台。

窗50形成于覆盖于上方的抛光垫18中且与平台中的光学孔洞42对齐。窗50和孔洞42可经定位，使得在至少部分地平台旋转期间，不论头12的平移位置，窗50和孔洞42均可检视由抛光头12保持的基板14。

在某些实施方式中，光学孔洞42为在平台中单纯的孔隙，且光纤48延伸穿过孔隙，而光纤48的一端非常靠近或接触窗50。

光源44透过孔洞42和窗50投射光束，以至少于窗50接近基板14的时间期间冲击覆盖于上方的基板14的表面。光从基板14反射形成由检测器46所检测的合成光束。光源44和检测器46耦合至未图标的计算机，该计算机从检测器接收测量的光强度，且用以决定抛光终点和/或控制抛光参数，以改善抛光均匀度。

将正常大的方形窗(例如2.25英寸乘以0.75英寸的窗)置放于非常薄的抛光层的一个问题是抛光期间的分层化。特定而言，在抛光期间来自基板的横向摩擦力可大于窗对垫的侧壁的模制的粘合力。

返回图2，窗50沿着在抛光期间由基板施加的摩擦力的方向(在旋转抛光垫的情况中为正切于半径)比垂直的方向(在旋转抛光垫的情况中为沿着半径)更薄。举例而言，窗50可使用1至25mm宽(例如，约4mm宽)及5至75mm长(例如，约9.5mm长)的面积。窗可置于距抛光垫18的中心6至12英寸，例如约7.5英寸(190.50mm)的距离。

窗50可具有大约矩形的形状，而较长的边实质上平行于穿过窗的中心的抛光垫的半径。在某些实施方式中，窗50具有不平整的周长52，例如周长可大于类似形状的方形的周长。这增加用于将窗接触至抛光垫的侧壁的表面积，且因此可改善窗对抛光垫的粘合度。然而，在某些实施方式中，矩形窗50的周长52的个别区段为光滑的。

窗50包括固体的透光主体60，所述透光主体60配合于抛光层堆叠20的孔洞54中。透光主体60为足够地透明用于使来自光源的光穿过，使得可以检测器检测终点信号。在某些实施方式中，透光主体对可见光为实质上透明的，例如对从400-700埃的波长为至少80％的可穿透。

透光主体可比抛光层70更软。举例而言，透光主体60可具有45-60肖氏D的硬度，例如约50肖氏D。透光主体60可以以实质上纯的聚氨酯形成。举例而言，透光主体60可以以“无色透明的”聚氨酯形成。

透光主体60座落于且结合至上粘合层82上。尽管上粘合层82描绘为主体60下方的连续层，可能有小面积的粘合物剥离。但一般而言，粘合物可覆盖孔洞54中至少大部分的面积。

不透流体层80完全铺展于孔洞54。在某些实施方式中，不透流体层80铺展于整个抛光垫18。因为不透流体层80铺展于孔洞54，所以可降低抛光液体泄漏的风险。

透光主体60的厚度比抛光层堆叠20些微地小。因此，透光主体60的顶表面62相对于抛光表面24些微地凹陷，例如差7.5至9.5密耳。通过将透光主体60从抛光表面24凹陷，可降低调整工艺刮伤窗表面且降低透明度的风险。

透光主体60比抛光垫堆叠20中的孔洞54些微地窄，而在透光主体60与抛光层堆叠20之间的所有侧上留下小的间隙。密封剂64布置于透光主体60的所有侧上的间隙中。密封剂64横向地填充于间隙(即，从透光主体60的侧壁延伸至孔洞54的侧壁)。然而，粘合密封剂64并不延伸于透光主体60下方，即介于透光主体60与不透流体层80之间。此外，粘合密封剂64不应延伸在透光主体60上方，即在顶表面62。然而，若某些粘合密封剂64在顶表面62上靠近透光主体60的周边而未覆盖来自光源的光束将穿过的中心区段，则此为可接受的。

在某些实施方式中，粘合密封剂64完全垂直地填充介于透光主体60与孔洞54的侧壁之间的间隙。

然而，在某些实施方式中，粘合密封剂64无须完全垂直地填充间隙。举例而言，如图9中所显示，在介于上粘合层82与粘合密封剂64之间的垂直空间中可留下气泡或空气间隙66。

回到图3，粘合密封剂64可比抛光层70更软。在某些实施方式中，粘合密封剂64为与透光主体60约相同的硬度，例如约50肖氏D。粘合密封剂64可为UV或热固化环氧树脂。粘合密封剂64可为与上粘合层82的粘合物不同的粘合材料。

在某些实施方式中，下粘合层84在透光主体60的下方区域86中被移除。若存在下粘合层84，则存在来自由光源44所产生的光束的热量将造成下粘合层84液化的风险，而可能增加窗组件的不透明度。

参照图4，在安装于平台上之前，抛光垫18也可包括衬垫90铺展于抛光垫的底表面22上的粘合结构28。衬垫可为不可压缩且大致不透流体层，举例而言，聚酯膜，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、例如Mylar^TM。在使用中，将衬垫从抛光垫手动地剥离，且抛光层堆叠20以粘合结构28施加至平台。在某些实施方式中，衬垫90铺展于窗50，但在某些其他实施方式中，衬垫并非铺展于窗50且立即从窗50的四周区域移除。

抛光垫18非常薄，例如小于3mm、例如小于1mm的厚度。举例而言，抛光层堆叠20、粘合结构28和衬垫90的总厚度可为约0.9mm。抛光层堆叠20可为约0.8mm的厚度，而粘合结构28和衬垫90提供剩余的0.1mm厚度。沟槽26可为抛光垫约一半的深度，例如粗略为0.5mm。

因为透光主体60由上粘合层82(将主体60结合至不透流体层80)和粘合密封剂64(将主体60结合至抛光层堆叠20的侧壁)两者保持在抛光垫18之中，所以主体60可稳固地附着。因此，即使抛光垫很薄，仍可降低窗分层化的风险和/或可增加窗的尺寸而不会增加分层化的风险。

为了制造抛光垫，如由图5显示，初始形成抛光层堆叠20，且抛光层堆叠20的底表面以粘合结构28和衬垫90覆盖。可在抛光层堆叠20中形成沟槽26作为垫模塑工艺的部分，或在形成抛光层堆叠20之后切割至抛光层堆叠20中。可在粘合结构28(和衬垫)附接至抛光层堆叠20之前或之后形成沟槽。

孔洞54穿过整个抛光层堆叠20而形成，但未穿至不透流体层80中，举例而言，在多层粘合结构28附接至抛光层堆叠20之后，可以孔洞54的形状做成精准地切割至抛光层堆叠20中。接着抛光层堆叠20的切除部分可从不透流体层80剥离，留下孔洞54且暴露至少部分的上粘合层82。理想地，当剥离切除部分时，上粘合层82维持附接至不透流体层80且不与切除部分一起剥离。所以孔洞54不延伸至上粘合层82中。然而，若上粘合层82的某些小补片被剥离，此仍为可接受的。

参照图7，固体透光主体60定位于孔洞54中而与上粘合层82接触。固体透光主体60为预形成的，即在放置于孔洞54中之前以固体主体制作。相对于在孔洞中固化液体聚合物而定位，使用预形成的透光主体的潜在优点为获得的窗和抛光垫的围绕区域较不易遭受翘曲或失真。

在定位透光主体60之后，可从一端至另一端按压且滚动滚子横跨于主体60的顶表面62，以按压主体60均匀地抵靠上粘合层82。这也可将介于透光主体60与上粘合层82之间的任何空气气泡挤压出。

透光主体60定位于孔洞54中，使得透光主体60由间隙68与孔洞54的侧壁分离开来。参照图8，接着配给液体密封剂64至间隙68中。密封剂64可以注射器或吸管配给。通过选择具有足够窄管道的注射器或吸管，管道可配合入间隙68中，使得液体密封剂从间隙的底部配给，且完全垂直地填充间隙68。

如图2中所显示，密封剂64可完全地围绕透光主体60。接着例如以热或UV辐射固化密封剂64。

穿过抛光垫的窗50通过透光主体60与透光主体60下方的透光粘合结构28的部分的结合而提供。

若沟槽26与孔洞54相交，则当配给液体密封剂64至孔洞54中时，部分的液体密封剂可沿着沟槽26流动。因此，某些密封剂64可延伸穿过孔洞54的边缘，以在沟槽中形成突起。当固化时，这些突起可进一步增加透光主体60对抛光垫的结合。

如上所述，下粘合层84的部分86在透光主体下方的区域可被移除，同时留下在抛光垫18的底表面22剩余部分上的下粘合层84(见图3)。此部分86可在附接衬垫90之前移除。或者，此部分86可在附接衬垫90之后移除。举例而言，在某些实施方式中，可附接衬垫90，且接着一起切除且移除衬垫90和下粘合层84的部分。作为另一范例，在某些实施方式中，可剥离窗四周的衬垫90的区域，移除下粘合层84的部分86，且接着将衬垫90的部分放回而与下粘合层84接触。

刻画以界定抛光层堆叠20的切除部分可由第一制造商实行，且垫与此刻画一起运送，且接着由另一制造商或最终使用者移除抛光层堆叠20的切除部分且安装透光主体60。或者，第一制造商可移除抛光层堆叠20的切除部分并在孔洞中安装一次性盖，且接着可由另一制造商或最终使用者移除一次性盖且安装透光主体60。此方式的优点在于当从一个制造商运送垫至另一者时，可保护上粘合层82不受污染。一次性盖可为不同的材料，例如比抛光层更低成本的材料。

尽管已说明某些实施方式，将理解可做出各种修改。举例而言，尽管说明具有矩形周边的窗，但窗可为其他形状，例如椭圆形。因此，其他实施方式仍在以下权利要求书的范围之中。

Claims (12)

1.一种抛光垫，包含：

抛光层堆叠，所述抛光层堆叠具有抛光表面、底表面和从所述抛光表面至所述底表面的孔洞，所述抛光层堆叠包括具有所述抛光表面的抛光层；

不透流体层，所述不透流体层铺展于所述孔洞且铺展于所述抛光垫；

以第一粘合材料形成的第一粘合层，所述第一粘合层与所述抛光层堆叠的所述底表面接触且将所述抛光层堆叠的所述底表面固定至所述不透流体层，所述第一粘合层铺展于所述孔洞和所述抛光垫；

透光主体，所述透光主体定位于所述孔洞中，所述透光主体具有下表面，所述下表面与所述第一粘合层接触且固定至所述第一粘合层，且所述下表面由间隙与所述孔洞的侧壁分隔开；

以不同的第二材料形成的粘合密封剂，所述粘合密封剂设置于所述间隙中且横向填充于所述间隙；

第二粘合层，所述第二粘合层定位在所述不透流体层相对于所述第一粘合层的一侧上，且与所述不透流体层接触，和穿过所述第二粘合层的孔洞，所述孔洞与所述透光主体对齐。

2.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述透光主体比所述抛光层更软。

3.如权利要求2所述的抛光垫，其中所述粘合密封剂具有与所述透光主体相同的硬度。

4.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述透光主体的顶表面相对于所述抛光表面而凹陷。

5.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述间隙完全横向围绕所述透光主体。

6.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述粘合密封剂延伸以接触所述第一粘合层，而不延伸至所述透光主体下方。

7.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述第一粘合材料包含压敏粘合剂，且所述第二材料包含固化环氧树脂或聚氨酯。

8.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述抛光层堆叠包含所述抛光层和背衬层，且其中所述抛光层为起绒的聚氨酯，且所述背衬层为与所述抛光层不同的材料。

9.如权利要求8所述的抛光垫，其中所述背衬层和所述不透流体层的各者为聚酯。

10.一种制造抛光垫的方法，包含以下步骤：

形成孔洞，所述孔洞从抛光表面穿过抛光层堆叠至所述抛光层堆叠的底表面，以暴露第一粘合层，所述第一粘合层位于所述抛光层堆叠的所述底表面上且接触所述抛光层堆叠的所述底表面并铺展于所述孔洞和所述抛光垫，所述抛光层堆叠包括具有所述抛光表面的抛光层，其中所述第一粘合层将所述抛光层堆叠的所述底表面固定至铺展于所述孔洞和所述抛光垫的不透流体层，并且其中第二粘合层定位在所述不透流体层相对于所述第一粘合层的一侧上，且与所述不透流体层接触；

在所述抛光层堆叠的所述孔洞中定位预形成的透光主体，使得所述透光主体的下表面接触且粘合至所述第一粘合层；

配给粘合密封剂至间隙中以横向填充所述间隙，所述间隙将所述透光主体与所述孔洞的侧壁分开；

固化所述粘合密封剂；和

移除所述第二粘合层的一部分，其中所述部分与所述透光主体对齐。

11.如权利要求10所述的方法，其中形成所述孔洞的步骤包含以下步骤：将所述抛光层堆叠的一部分从所述第一粘合层剥离，而在所述不透流体层上于所述孔洞中留下一大块所述第一粘合层。

12.如权利要求10所述的方法，其中形成所述孔洞的步骤包含以下步骤：将一次性盖从所述第一粘合层剥离，而在所述不透流体层上于所述孔洞中留下一大块所述第一粘合层，其中所述一次性盖为与所述抛光层不同的材料。

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