TW200401357A - Web pad design for chemical mechanical polishing - Google Patents
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Description
200401357 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明大致係關於用於半導體裝置之製造與研磨及平 坦化基板之方法與設備。 【先前技術】
化學機械平坦化或化學機械研磨(CMP)係為常見用於 平坦化基板之技術。在傳統CMP技術中,CMP設備中之 —基板載具或研磨頭係設置於一載具組件上,並位於與— 研磨材料相接觸之位置。載具組件係供予基板一可控制壓 力’以促使基板相對立於研磨材料。基板與研磨材料係相 對於另一者加以移動。 一研磨組合物係提供至研磨材料,以影響欲自基板表 面移除之材料之化學活性。研磨組合物可包含腐蝕性材 料,以增進基板與研磨材料間之機械活性。藉此,CMp設 備係影響基板表面與研磨材料間之研磨位移或摩擦位移, 並同時分散一研磨組合物,以影響化學活性與機械活性。 化學與機械活性係移除過量之沉積材料並平坦化基材表 面〇
傳統研磨㈣係大致由㈣性高分子組A,該發泡 高分子諸如具有—特定結構表面、表面具有溝槽、或多 性表面之聚脲酯(polyurethane)。此特定結構表面或多孔 表面係用以在研磨操作期間, Μ彳示W通常含有腐蝕性 漿之研磨流體於研磨執μ。彳,, 磨墊上傳統研磨材料之形式大致為 形墊形式或如一網狀結構之 . ^ ^ 落網狀結構大致 3 200401357 期性地進行研磨數個基板之步驟,而在研磨期間研磨枒料 表面之有效研磨能力係被腐钱。
傳統研磨材料在研磨期間逐漸地損耗’導致研磨材料 之表面在研磨製程期間失去適當保留研磨流體之能力,並 使得研磨流體非均一地分散遍布於研磨材料上。非均一分 散之研磨流體係導致基板表面之不同部分具有各式不同的 去除速度,並抑制基板表面均一性地研磨。為了維持均_ 性研磨之結果,傳統研磨墊係藉由一可調整圓盤週期性地 調整,以旋轉研磨表面至可再次達成相同研磨結果之一研 磨條件。 然而,在研磨一系列基板時’研磨材料之調整需要處 理時間,此將影響製程產率並增加操作成本。此外,研磨 材料之調整可導致顆粒由墊或調節劑而產生。顆粒可污染 研磨塾,並可於研磨墊上研磨另一基板之期間,在基板表 面上形成缺陷。若研磨材料上存有大數量之顆粒,形成之 缺陷可造成基板表面上局部不同的研磨速率,進而形成非 均一性之研磨。
再者,傳統研磨墊必須頻繁地更換,諸如在研磨約6 個至小於圆個基板之後需加以更換,此更換步驟係代 材料之研磨壽命。更換研磨材料常為—耗損時間 I,此將增加處理時間、處理成本、材料成本並縮減基 產率。 '统内増加研磨材料之處理 、設it與方法。 因此,亟需可在基板處理系 壽命之用於研磨基板之研磨工件 4 200401357 【發明内容】 本發明大致提供一種用於平坦化基板表面之工件 法。在一態樣中’本發明係提供研磨工件,該工件係 線性帶狀襯墊材料與複數個位於襯墊材料上之研磨材 維。研磨材料係可以一研磨增進材料加以充滿或塗佈 在另一態樣中’本發明係提供研磨工件,該工件 含線性帶狀襯墊材料與位於襯墊材料上之線性帶狀纖 磨材料,其中線性帶狀襯墊材料係含有選自聚 (polyimide)、聚酯(p〇iyester)、聚醯胺(p〇lyamide)、 材料(nylon)及其魬合物所組成之群組,而線性帶狀纖 磨材料係含有選自聚酯、尼龍材料(nyl〇n)、聚 (Polyamide)及其組合物所組成之群組。線性帶狀纖維 材料可為一網目纖維、一網狀纖維、一織布纖維、氈 或其组合物。研应材料係以如聚脲酯之研磨增進材料 充滿或塗佈。 在另一態樣t,本發明係提供一種用以處理一基 法該方法包含使支撐在一平台上之一研磨工件接 板之步驟以及自基板上去除材料之研磨基板步驟, 研磨工件至少包含一線性帶狀襯墊材料與位於襯墊材 之一纖維研磨材料。 【實施方式】 在此所使用之子彙或修辭除了其他進一步之定義 ‘ “吏用熟悉此項技藝者常用與習用之意思。化學機械 係廣泛地建立並包含(但不限制於)藉由化學活性、機 與方 包含 料纖 〇 係包 維研 亞胺 尼龍 維研 醯胺 研磨 製品 加以 板之 觸一 其中 料上 外, 研磨 械活 200401357 r或化學與機械活性之組合物加以腐蝕一基板表面之+ 驟。研磨增進持料在此係廣泛地定義為與一研磨: 合之任一材粗、 丨仍結 〆以增加研磨效能(諸如增加研磨去除迷率劣 降低缺陷資^ ° )’或增進研磨材料之物理性質(諸如 料之研磨壽命)。 材 本么明之態樣大致係提供以—新的研磨材料加以平坦 化基板表面之方法與設備。本發明以下將描述一研磨材 料该研磨材料至少包含具有一線性帶狀襯墊材料舆位於 襯墊材料上之-線性網狀研磨材_,以在平坦化製程中以 及設以平坦化基板表面之設備上加以使用。研磨材料可以 -研磨增進材料加以充滿、塗佈或混合。位於基板表面上 之介電材料(諸如氧化物與氣化⑦)與傳導性材料(諸如金 屬或夕曰曰石夕)’可藉由此所描述之研磨材料之化學機械研磨 (C Μ Ρ)技術加以移除。 以下本發明將參考一平坦化製程與一研磨工件加以描 述,而該平坦化製程與研磨工件係可在一化學機械研磨系 統上加以實施,該系統,諸如RefUxi〇nTM CMp系統,係 由位於美國加州聖克克拉之應用材料公司所製造。雖然在 此所述之研磨製程與組合物係使用Reflexi〇nTM cmp系 統’但任何可使用此方法或研磨卫具之化學機械研磨系統 均可加以使用。 第1圖為化學機械平坦化系統100之一實施例之一平 面圖’該系統1〇〇大致具有一工作界面 人手臂1 04、一或多個研磨模組1 〇6、與 1〇2、—負載機械 一或多個舉升組件 200401357 108。負載機械人手臂104大致鄰近工作界面102與 組1 0 6加以設置,以協助基板於其間傳送。 一以電腦為基礎之控制器1 9 0係連接至研磨系 備 1 2 0,以指示系統執行系統之一或多個處理步驟 在研磨設備120内研磨基板或傳送基板。在一實施 本發明可執行一電腦程式物件,該程式物件諸如電 或以電腦為基礎之控制器1 9 0所使用之程式物件。 實施例功能之程式可經由各式訊號攜帶媒.體與/或 讀媒體加以提供至一電腦,該程式可包含但不限ΐ 永久儲存資訊於非可寫入儲存媒體(如電腦内之唯 體狡置,諸如可藉由一 CD-ROM或DVD裝置加以 唯讀 CD-ROM磁碟)、(ii)儲存可修改資訊於一可 存媒體(如磁盤驅動或硬碟驅動内之軟性磁碟機)、 藉由通訊媒體傳送資訊至一電腦,該通訊媒體諸如 或包含無線通訊之電話網路。此類訊號攜帶媒體, 指示本發明功能之電腦可讀指令時,係表示本發明 實施例。值得注意的是物件程式之部分可獨立地建 施,但當其組合在一起時係為本發明之實施例。 工作界面1 0 2大致包含一清洗模組1 1 6與一或 板卡匣118。一界面機械人手臂 120係用以在基 11 8、清洗模組 11 6與一輸入模組 1 24間加以傳 1 2 2。輸入模組1 2 4係設以於研磨模組1 0 6與工作界 間藉由負載機械人手臂1 04加以協助傳送基板1 22 言之,藉由界面機械人手臂120自卡匣118收回之 研磨模 統或設 ,諸如 例中, 腦系統 界定一 電腦可 射於⑴ 讀記憶 讀取之 寫入儲 或(iii) 一電腦 當攜帶 替換之 立與實 多個基 板卡匣 送基板 面102 。舉例 未研磨 200401357 基板1 22,係可傳送至輸入模組丨24,此輸入模組1 24亦為 基板藉由負載機械人手臂1〇4傳送進入之處;而自研磨模 組106返回之已研磨基板ι22,係可藉由負載機械人手臂 104置放於輸入楔組124内。在界面機械人手臂12〇回送 已清洗基板122進入卡匣118之前,已研磨基板122典型 地遠離輸入模組1 2 4並通經清洗模組丨丨6。此一工作界面 1 0 2之實例係揭露於公告於2 〇 〇 2年3月2 6日之美國專利 第6,3 61,422號’此全文在此係併入本文之參考文獻。 負載機械人手臂104大致鄰近工作界面1〇2與研磨模 組106加以設置’以致機械人手臂104可協助基板122在 其所提供之位移範圍間傳送。負載機械人手臂1 04之一實 例係為位於美國加州裡奇蒙之Kensingt〇li Laboratories公 司所製造之4段機械人手臂。 载璣械人手臂104係具有一連接手臂126, «亥手# 126之末端係具有一旋轉啟動器128。一邊緣接觸
包含使用研磨工件、 器128。旋轉啟動器128係容 失具130加以緊固,以在垂直或水平方向 需接觸基板122之特徵側邊120也不會導 產生之可能的抓痕或損傷。此外,邊緣接 送期間係緊固地握持住基板,藉此縮減基 之可能性。其他形式之夾具,諸如靜電夾、 可任意地取代。 組 106, m所靨工件、研磨網、或其之組合物之研磨模 也可加以使用以增進效能。其他有助益之系統係 200401357 線性或其他移動平面内 包含相對於一研磨表面之一旋轉、 移除一基板之系統。 機械基座140之—上 示範之研磨模組1 〇 6係具有 部或第一側邊138上之一傳送站136、複數個研磨站i = 與一旋轉器1 3 4。在一實施例中,傳送站j * 王· Sj含至 少一輸入緩衝站1 42、一輸出緩衝站1 44 ' _ 得运機械人手 臂146、與一負載杯狀組件148。負载機械人手臂1〇4係放 置基板122於輸入緩衝站142上。傳送機械人手臂146係 具有兩炎具組件’每一爽具組件係具有壓縮氣動炎具手 指’而壓縮氣動夾具手指可抓住基板122之邊緣。傳送機 械人手臂146係自輸入缓衝站142加以舉升基板122,並 旋轉夾具與基板122’以定位基板於負載杯狀組件148上, 而後向下放置基板122於負載杯狀組件148上。傳送站之 一實例係由Tobiu於2000年12月5日所公告之美國專利 第6,156,124號中加以描述,此全文在此係併入本文之參 考文獻中。 旋轉器134大致係由Tolies於先前合併之美國專利第 5,804,507號所描述。旋轉器134大致位於基座14〇之中 央。旋轉器134典型包含複數個手臂150,每一手臂150 係支撐一研磨頭組件1 5 4。第1圖以虛線顯示兩個手臂 150,以致研磨站132其中之一的研磨表面131與傳送站 1 3 6可被視見。旋轉站1 3 4係可加以編排,以致研磨頭組 件154可在研磨站132與傳送站136間加以移動。 一化學機械研磨製程大致在每一研磨站132加以實 200401357 施。布 上。 持均 120, 如在 法步 施。 為特 組合 之戴 之一 204。 以致 所示 設於 或其 並沿 拉之 研磨 ^•件式裝置182係設於鄰近每一研磨站132之基座HQ 條件式裝置182係週期性地調整研磨表面 1,以維 一性之研磨結果。 以電腦為基礎之控制器丨90係連接至研磨系統或設備 以指示系統加以執行系統上之一或多個處理步驟,諸 研磨設備120内研磨或傳送一基板。 雖然在此描述之製程係藉由軟體程序加以達成,但方 驟之部分或整體可在硬體内並藉由軟體控制器加以實 就本發明而言’本發明係以軟體啟動一電腦系統、作 定積體電路應用或其他形式之硬體、或軟體與硬體之 物而加以完成。 第2A圖顯示支撐於研磨站132上之研磨頭組件 面圖。研磨頭組件154大致包含耦接至—研磨頭2〇4 驅動系統2υ2。驅動系統202大致可旋轉移動研磨頭 此外,研磨頭204可啟動以朝向研磨站丨3 2加以延伸, 留置在研磨頭204内之基板122,可被設置於第28圖 之研磨站1 32上。 驅動系統2 0 2係耦接至_載具2 〇 8,該载具係傳移至 旋轉台134之手臂150内之軌道21〇上。—球狀螺釘 他線性位移裝置212係耦接載具2〇8至旋轉器134, 著軌道2 1 0加以設置驅動系统2〇2與研磨頭2〇4。 在一實施例中,研磨頭204係由位於美國加州聖克拉 應用材料公司所製造之一 TITAN HEADTM基板載具》 頭204大致包含具有一延伸緣216之一外罩214,以 10 200401357 界定内設有一囊狀物220之一中央凹槽218»囊狀物220 係由一弹性材料或熱塑性彈性體(諸如乙烯丙烯、矽酮與 HYTRELtm高分子)所組成。囊狀物220係耦接至一流體源 (未顯示)’以致囊狀物220可控制地加以充氣或洩氣。當 囊狀物2 2 0接觸至基板1 2 2時,係藉由洩氣狀態以保持基 板於研磨頭204内’藉此建立基板122與曩狀物12〇間之 真空狀態。在研磨時,一固定環224係固定研磨頭204, 以保持基板122於研磨頭204内。
位於研磨頭組件154與研磨站132之間係為研磨工 件,諸如網狀研磨材料252。網狀研磨材料252可具有一 平緩表面、特定結構表面、或平緩與特定結構表面之組合 物。舉例言之,網狀研磨材料可具有諸如中央網狀部分之 特定結構表面,或周圍具特定結構部分而剩餘部分為平緩 表面之結構表面
研磨站132大致包含一設於基座14〇上之一平台 230。平台230典型由鋁所组成。平台23〇係藉由轴承238 加以支撐於基座14〇上,以致平台23〇可相對於基座14〇 加以旋轉。藉由軸承23 8所限制之基座140 一區域係開啟 著,並提供-導管以使電性、機械、壓縮氣動控制訊號與 連接器與平台230相互連接。 供傳統軸承、旋轉單體與滑動環(未顯示),以使 陡機械、I缩氣動控制訊號與連接器耦接於基座14〇 方疋轉平口 230間。平台23〇典型輛接至一馬達^ 達232係使平台23〇加以旋轉移動。 11 200401357 平台230具有一支撐網狀研磨材料252之上部份 236。平台230之上表面260係含有延伸進入上部份236 之一中央凹處。上部份236可任意地包含相鄰凹處276加 以設置之複數個通道244。通道244係耦接至流體源(未顯 示)。通經通道244加以流動之流體係可用以控制平台23〇 與其上之研磨材料252之溫度。網狀研磨材料252可為— 墊狀、捲狀或月狀材料之形式,以遍布或可釋放地固定於 研磨表面。網狀研磨材料典型藉由黏著劑、真空、機械夾 具或其他握持方法’而可釋放地固定於平台230。 一次塾(sub-pad)278與次盤(sub-plate)280儀設於中央 凹處276内。次墊278典型係為一高分子材料,諸如聚碳 酸酯或發泡聚P酯。次墊之硬度或硬度計(dlirorneter)可加 以選擇,以產生一特定研磨效果。次墊278大致保持研磨 材料252與握持於研磨頭204内之基板122之平面相互平 行’並增進基板1 2 2整體之平坦化。次盤2 8 0係位於次墊 278與凹處276之底部間,以致次墊278之上表面與平台 230之上表面260共平面》 次墊278與次盤280兩者均任意地包含大致位於一圖 案内之複數個孔徑(未顯示),以致在研磨期間,基板1 22 之研磨移動,不會引起基板122之個別部分相較於基板i22 之其他部分重複地行經孔徑。真空瑋2 8 4係提供於凹處2 7 6 内’並熬接至一外部抽泵系統2 8 2。當經由真空埠2 8 4加 以抽真空時’研磨材料252與次墊278間所移除之空氣, 係使得研磨材料252在研磨期間緊固於次墊278。 12 200401357 此類研磨材料維持系統之實例係揭露於1 9 9 9年2月 25曰由S〇mmer等人所申請之美國專利申請案第 0 9/2 58,036號’此全文在此併入本文之參考文獻中。應瞭 解的疋其他形式之裝置係可用以固定研磨材料252於平 台23㈧如黏著劑、靜電卡匡、機械夾具與其他固持設備。 藉由抽泵系統282(或其他抽泵系統)通經真空埠284 或其他進入凹處276之埠(未顯示)加以提供一陣氣體(如空 氣),以在推進研磨材料252之前,協助研磨材料252自次 塾278與平台23〇加以釋放。凹處276内之空氣壓力係通 | 經位於次塾278與次盤28〇内之孔徑(未顯示)加以移動, 並自次墊278與平台23〇之上表面26〇加以舉升研磨材料 252。研磨材料252係承載於空氣墊上,以致其可自由地橫 越平台2 3 0加以編排。 人墊278係可替換地為一多孔材料,以容許氣體(如空 氣)〇透通I二,並自平台2 3 〇舉升研磨材料2 5 2。此類用以 釋放網狀材料之方法,係描述於2000年9月29曰由 BUtterfleld等人所申請之美國專利申請第09/676,395號, 此全文在此併入本文之參考文獻中。 · 平台230之—侧係設置有一供應捲狀物240。供應捲 狀物240大致包含編織於其上之網狀研磨材料252之一部 刀網狀研磨材料252係提供於舉升組件1〇8之舉升元件 242上並遍及平厶+ ± η μ 十〇之上表面260。網狀研磨材料252係提供 於舉升組件1〇8Β之舉升元件246上,並到達至位於平台 230另一側之—捲取捲狀物248。舉升元件2U、246係為 13 200401357 一捲軸 '一桿件、一棒件或其他元件,其設以容許網狀材 料252,在對於其之本身、特定生產製程或污染物擁有最 小之損傷狀態下加以移動。 一旦網狀研磨材料2 5 2在研磨數個基板之進程上被消 耗’供應捲狀物240係可移除地耦接至平台23〇,以協助 負載含有未使用研磨工件之另一鬆開捲狀物。供應捲狀物 240係耦接至滑動離合器25〇或相似裝置’該滑動離合器 250係防止網狀研磨材料252不慎地自供應捲狀物240鬆 開。 外罩254係保護供應捲狀物24〇遠離損傷與污染物之 覆蓋。為了進一步防止供應捲狀物24〇之污染,一氣體係 設於外罩254與平台230間之範圍内,並自外罩254之邊 緣258與設於舉升元件242上之網狀研磨材料252間所界 定之一間隙2 5 6流出。流經間隙2 5 6之氣體,係防止諸如 研磨流體與副產物之污染物進入並接觸至由外罩2 5 4所包 覆之供應捲狀物240上之網狀研磨材料252。 捲取捲狀物248大致可移除地耦接至平台,以協助纏 繞其上之已使用研磨工件之移除。捲取捲狀物248係耦接 至拉緊裝置262’該拉緊裝置262係維持網狀研磨材料252 在供應捲狀物240與捲取捲狀物248間處於較高位置。位 於捲取捲狀物248上之一外罩264係保護其遠離損傷與污 染。 網狀研磨材料252係藉由一編排裝置266以在供應捲 狀物240與捲取捲狀物248間向前推進a在一實施例中, 14 200401357 編排裝置266至少包含_驅動捲軸268與—導輪27〇,該 導輪270係於其間夾住網狀研磨材料255。驅動捲軸268 大致耦接至平台230。驅動捲軸268係連接至一控制馬達, 諸如一步進器與一編碼器(馬達、编碼器未顯示)。當驅動 捲轴268可控制地旋轉時,編排裝置266係使一預定長度 之研磨材料藉由驅動捲# 268加以拉離供應捲狀物24〇。 此預定長度通常約為i英吋或小於i英吋,諸如在基板間 編排約1M英吋。當網狀研磨材料252橫越平台23〇推進
,一相對應長度之研磨材料係纏繞於捲取捲狀物248 上。該捲研磨材料252約為1〇〇英呎長,相較於先前之研 磨塾,常需在研磨600至1000個基板後加以置換,本捲研 磨材料可容許約5000或更多個基板進行研磨。 如第2C圖所示,在網狀研磨材料252橫越平台23〇 向前推進之前,至少一舉升組件108A或ι〇8Β係上升至一 延伸位置’以維持網狀研磨材料2 5 2與平台2 3 〇彼此相間 隔。在一相間隔之位置關係中’網狀材料2 5 2可自由地向
前推進而不需克服表面張力,其中此表面張力係因網狀材 料與平台間之流體,或當網狀材料移動時,其之背側與平 台接觸可能產生之顆粒所造成。 為了協助控制上述之系統,控制器19〇可包含第1圖 之CPU 192’而CPU 192可為任一種可使用工業設定以控制 各式處理室與次處理器之電腦處理器。記偉體1 9 4係輕接 至CPU 192。記憶體194或電腦可讀媒體,可為一或多個 立即可用記憶體,諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶 15 200401357 體(ROM)、軟性磁碟、硬碟、或數位儲存、區域或遠端之 任一形式。CPU 192可執行儲存資訊與指令。 在傳統方法中,支撐電路1 9 6係耦接至c P U1 9 2以支 樓處理器。該些電路係包含快取記憶(cache)、電源供應 器、時脈電路(clock circuit)、輸入/輪出電路系統與次系 統’並可包含使用於控制器190之輸入裝置與顯示裝置, 該輸入裝置諸如鍵盤、軌跡球、滑鼠,該顯示裝置諸如電 腦監視器、印表機與繪圖機。此類控制器丨9〇係為常見熟 知之個人電腦,然而,本發明並非限制於個人電腦,也可 使用工作站、微電腦、中央處理機與超級電腦。 製程,諸如下述之研磨製程,係大致以典型之軟體 程序儲存於記憶體194内。軟體程序也可藉由一第二 c\u(未顯示)加以儲存與/或執行,該第二cpu可設置於遠 離藉由CPU 192加以控制之硬體之位置。 如第1圖與第2D至2E圖所示,現蔣扣.+ 現將描述網狀研磨材 枓⑸形式内之研磨工件。網狀研磨材料⑴大致包含一 純網狀材料,該線性網狀材料如第2D圖所示,係 :線性帶狀背側材料292與設於背側材料292上之一研 材料2 9 4。細业m處il 研磨 網狀研磨材料252可為多孔性 如第2E圖胼- a 注次非孔性材料。 圖所不,一層黏著材料293係 與背側材料292 H u 位於研磨材料294 何枓292間’以將兩材料固定— 2Ε圖廿起。第20圖盘第 、非按比例繪製,作可說明姑姐m 衣仏J Λ月材枓間之關係。 、.性帶狀背側材料292係提供以 背側材料297 $ 6 Α 叉撐研磨材料294。 了叶292至少包含一高分子材 寸該同分子材料包含 16 200401357 狀背側材肖292可為多孔 辛斗或其之組合物。線性帶 係適用於藉由真空條件之應非孔性材料。線性帶狀材料 樣,而背側材料292之多孔牲用而緊固至-平台表面之態 樣。 ’桂可用於達成此真空條件態 位於背側材料292上之饥ώ 表面以接觸-基板表面(未顯-料294,係提供-研磨 則或以-欲求圖案或定位加:)”研磨材料294可為無規 2 82上之彻c丨城 乂叹置於線性帶狀背側材料 上之個別纖維。此外,總他 互連纖維 ^ 纖維可用以形成一網目或網狀 逆織維、纖維編織布、 製材料, 戎’、之組合物。纖維也可形成氈 其為一編織壓縮鳙换 10重署石、 纖維。研磨材料294大致包含約 里重百分比至約6〇重| $百分比之網狀研磨材料2 5 2。 胺働 同刀子纖維材料,諸如聚酯纖維、聚醯 纖維、尼龍纖維及其之知^ k ^ 1與止 、、且合物。纖維之長度範圍介於約 ;、至10QQ微米,而 2〇 n ^ 叩異之直徑範圍介於約0.1微米至約 微米在態樣中’纖維之直徑可介於約5微米至200 或更、&而其之長度與直徑之比率约為5或更高,諸如約10 η纖維之截面積可為圓形、橢圓、星形、雪片、或 、=造為介電或傳導性纖維之形狀。 黏著材料2 9 3可用以固定研磨材料2 9 4於線性帶狀 ,、, ”:2 9 2。黏著材料2 9 3大致包含一環氧樹脂黏著劑、 ’又 材刀子為基礎之黏著劑、或任何適用於在此所述之網狀 料之黏著劑。黏著劑材料之更多實例係為包含矽烷、聚 a亞胺、聚醯胺、氟代高分子(flu〇rop〇lymer)、其 17 200401357 之氟化衍生物、或其之組合物之黏著劑。 研磨材枓294可以研磨增進材料加以充滿、塗佈或混 合。研磨増進材料可加入以增進研磨移除速度,進而增進 研磨品質(如縮減如裂痕之缺陷形成)或增進研磨材料之物 理特性(諸如埂度或增加墊之壽命)。研磨增進材料可包含 約1 〇體積百分比至60體積百分比間之研磨材料294。如 研磨材料294可包含5〇體積百分比之纖維與5〇體積百分 比之研磨增進材料。 研磨增進材料係包含高分子材料,諸如聚脲酯、聚礙 酸酯、四氟乙烯氟碳高分子、氟化乙烯-丙烯樹脂、四氟乙 烯氟碳高分子與氟化乙烯_丙烯樹脂之共聚物、或其之組合 物。研磨增進材料也可包含如脾酯之接合材料。舉例言之, 上述之熟製材料可包含浸含或充滿脲酯之纖維。研磨增進 材料之實例必為位於威明頓德拉威州之杜邦公司 (E’I’Dupont de Nemours and company)所製造之四氟乙基 氟碳高分子’其之商標為Tefl〇n@。 本發明考慮任何合適用於研磨基板表面之研磨材料, 諸如傳統研磨材料,係可在此使用作為研磨增進材料。傳 統研磨材料係大致為介電材料,並可包含高分子材料,如 介電高分子材料。介電高分子研磨材料之實例可包含聚脲 酯與混合有填充料、聚碳酸酯、聚硫化笨(p〇lyphenyUne Sulfide;PPS)、聚笨乙烯、乙烯-丙烯-二烯碳烯 (ethylene-propylene-diene-methylene;EPDM)、或其之組合 物之聚脲S旨’與其他用於研磨基板表面之研磨材料。 18 200401357 網狀研磨材料2 5 2之一實例係為聚酯背側材料舆位於 聚酯材料之上之尼龍材料,其中尼龍纖維係充滿有聚脲酯 並形成為5 0重量百分比之尼龍TM纖維與約5 0重量百分比 之聚脲酯,而尼龍纖維係藉由一黏著劑貼附至聚酯背側材 料。
網狀研磨材料252之厚度大致約為100密爾(mil)或更 低,諸如介於約10密爾至約3 0密爾。實際上,網狀研磨 材料252之厚度約介於24密爾至29密爾。線性帶狀背側 材料292之厚度約為50密爾或更低,如介於約5密爾至 10密爾。研磨材料294之厚度約為50密爾或更低,如介 於約5密爾至30密爾。 網狀研磨材料2 5 2係用以提供研磨流體流經。在一實 例中,毛孔或針孔可藉由内孔形成於建立研磨材料中或藉 由内孔形成後之機械方法,而形成於網狀研磨材料 252 中。舉例言之,針孔可形成於含有一黏著材料之網狀研磨 材料中,該黏著材料諸如在此所述之黏著層 2 9 3,其係不 利於流體流經。
毛孔或針孔係包含部分或完全通經一或多層網狀研磨 材料2 5 2加以形成之孔徑、孔洞、開孔或通道。針孔之尺 寸與密度係加以選擇,以提供研磨組合物通經網狀研磨材 料2 5 2均一地分佈。網狀研磨材料2 5 2係具有一多孔性, 也可稱為針孔密度,其密度介於研磨工件之20百分比至 8 0百分比。一約5 0百分比之多孔性係已獲致,以提供對 於研磨製程具有最小之損害影響之足夠之組合物流動。針 19 200401357 孔密度在此已廣泛地描述為研磨工件之面積或體積,當針 孔形成於研磨工件中時’針孔至少包含如研磨工件之表面 或主體之針孔之聚集數目與直徑或尺寸。 網狀研磨材料252可具有特定結構表面,以增進研磨 _ 移除速度。網狀研磨材料252可具有介於約1〇百分比至約 30百分比之一壓縮率,以在基板與網狀研磨材料252間提 供一接觸壓力到達約8 p s i。舉例言之,網狀研磨材料2 5 2 在提供介於約4Psi至5psi間之壓力下,可具有介於約12 百分比至22百分比間之一壓縮率。 · 網狀研磨材料252之密度約介於〇·3克/立方公分至36 克/立方公分間。網狀研磨材料252之蕭氏Α硬度值(Sh〇re A Hardness)約為90或更低,諸如約65至85,其中此硬度 係依據美國測s式材料協會(A S T Μ)所量測描述之高分子材 料蕭氏Α硬度所界定,而ASTM之總部設於美國費城賓夕 法尼亞州。 已獲致之網狀研磨材料252係用以支撐約25〇〇埃/分 或更高之銅材料之移除速度’諸如在製程所需之壓力與旋 轉速度處約5〇〇〇埃/分之移除速度,如,於置換之前,在 鲁 約200rpmS、0,5psi之條件下,加以處理大於1〇〇〇個基板 (如大於約5 0 0 〇個基板)。 應相信的是,網狀研磨材料之抗磨耗性優於傳統材料 係導因於網狀研磨材料之線性格式。使用研磨材料與背側 材料,係容許薄、線性網狀研磨材料之形成,其中該薄' 線性網狀研磨材料可提供有效移除材料之速率,並同時具 20 200401357 有 設 結 研 國 與 視 之 長 個 研 研 料 而 面 内 述 銅 料 層 特 内 必須之使用彈性,以用於捲對捲(roll t0 Γ〇11)結構之研磨 備。進一步,當研磨材料在研磨期間被腐蝕時,捲對捲 構中之網狀線性格式係提供編排研磨材料之步驟,以於 磨期間提供新的研磨材料。傳統圓形研磨墊,諸如由美 亞利桑那州鳳凰之Rodei公司所製造之IC_1〇1〇研磨墊 材料,其係為硬式與非彈性研磨墊,因此無法形成為可 需要編排於基板研磨間或供應至捲狀格式之研磨設備内 網狀材料。就傳統研磨墊本身言之,即便已條件式地延 其可使用之研磨壽命,但其仍必須經常替換,如每2〇〇〇 基板需加以替換。 當網狀研磨材料252在此顯示為一線性帶狀材料時, 磨材料252可替換地成為捲狀或片狀材料形式.,以橫越 磨表面加以推進並可釋放地固定於該表面。網狀研磨材 2 52典型藉由α著劑、真空、機械夾具或其他握持方法 可釋放地固定於平台230。 在—化學機械平坦化系統100之操作實例中,一基板 向下設於研磨頭204内,該研磨頭204係設於載具 並位於研磨平台230上,其中該平台230係支撐在此所 之網狀研磨材料。基板至少包含一傳導性材料’諸如含 材料’此材料係沉積於基板表面上以及由一低Κ介電材 形成之特徵界定内。在沉積鋼材料之前,係沉積一阻障 材料於特徵界定内。基板之形成係藉由蝕刻介電層内之 徵界定、沉積一阻障層材料於基板表面上與特徵界定 、與沉積含鋼材料於基板表面上以填充特徵界定加以完 21 200401357 成 在此所揭示使用之修辭「含鋼材料 ^ 「銅」與符號Cu 係指包含高純度元素鋼、摻雜鋼與以鋼 J马基礎之合金(如換 雜銅與銅為基礎之合金含有至少約8〇 旦 " 里里百分比之銅)。 阻障潛材料包含组、氮化组及其之衍生物,諸如氮化發组。 本發明也考慮使用其他已知或未知之 、° 4丨丑暉材枓,以作為傳 導性材料如銅之阻障。 介電層可包含各式已知或未知可用於製造半導體裝置 之介電材料之任一者。舉例言之,介電材料,諸如氧化矽、 磷矽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPS(3)、二菌 山 —乳化碳砂 (carbon-doped silicon dioxide),係可加以採用。入 ;1電層也 可包含低介電常數材料,包含氟矽玻璃(FSG)、如聚酿胺類 之向分子、與含礙石夕氧化物(如由美國加州聖吉古私a 士 兄兄拉之應用 材料公司所製造的Black DiamondTM介電材料)。低介電木 數材料(低κ)大致定義為具有介電常數(κ)等於或小於4之 介電材料。内介電層之開口可藉由傳統微影成像與蚀刻技 術加以形成。本發明也考慮使用可作為半導體介電層之已 知或未知之介電材料。 在研磨壓力介於約〇.5psi至8psi時,基板與網狀研磨 材料252之研磨表面係相互接觸。低於約2p si之研磨壓 力’諸如介於約0.5psi至1.5psi間,係可作為研磨低^^介 電材料内之金屬之壓力。 平台230係以介於約lOrpms至800rpms間之旋轉速度 (如約lOrpms至200rpms間)加以旋轉’而載具頌係以介於 22 200401357 約lOrpms至800rpms間之旋轉速度(如約i〇w至 200rpms間)加以旋轉。 -合適研磨組合物係用以研磨傳導性材料,諸如銅或 特別為鎢。舉例言之,位於Aur〇ra之⑴ίη〇“之公 司所製造之商業用EPC_5〇〇1' epc_5〇〇3或Epc_53〇6,係
可用以研磨含銅材料之组合抓 A 卄之α物在此所述之製程條件下所 使用之網狀研磨材料252,係可以到達約8〇〇〇埃/分(如 5 000埃/分)之移除速度加以移除傳導性材料。 在此所述之網狀研磨材料已獲致可嫂美甚至高於現存 之商業研磨材料之研磨速度。舉例言<,相較於由美國亞 利桑那州鳳凰之Rodel公司所製造之IC_1〇i〇研磨材料, 具有聚醋背侧材料與位於聚酿材料上之尼龍纖維之網狀研 磨材料係加以實施。另一作為研磨增進材料之具有聚脲醋 之網狀研磨材料編互比較採用β研磨結果之資料係顯 不具有與不具有聚脾醋之網狀研磨材料,在較低壓力(如約 O.Spsi)與較低平台速度(如具有聚脾酿之網狀材料低於約 3〇〇rpm而不具有聚脲醋之網狀材料低於約8〇〇rpm)下係 具有兩於IC-1010研磨塾之移除速度。 、 舉例言之’在壓力約s 〇.5psi㈣台旋轉速度約為 i〇〇rpm下’網狀研磨材料具有之移除迷度約為35〇〇埃〆 分,而IC-1(n〇研磨塾之移除速度約為2000埃/分。在此 所述之網狀研磨材料252也發現具有優於Ic_i〇i〇塾材料 之平坦化效果。 接續研磨之後,網狀研磨材料252可在研磨另—基板 23 200401357 之刚加以推進。在上述實例中,網狀研磨材料係在每一 圓間加以編排介於約1/4英吋至1/2英吋間。此外,網 研磨材料可藉由一調整設備,諸如一調整盤,在研磨基 之則或之後加以調整。根據在此所述之研磨製程,網狀 磨材料252可加以編排與調整,以有效地研磨約5〇〇〇個 更多個基板。 上述係指本發明之實施例,本發明其他與更進一步 實施例可再不偏離本發明之基本範圍下加以設計,而本 明之範圍係藉由後附之申請專利範圍加以決定。 【圖式簡單說明】 本發明之特定描述、上述之簡短總結係可藉由參考 附圖示所說明之實施例更為瞭解,以達成本發明上述之 徵。 …、而,值得注意的是’後附圖示僅用以說明本發 典型特徵,因&,並非用以限制本發明之範圍,故本 係包含其他相同有效之實施例。 第1圖為本發明之化學機械平坦化系統之一實施例之 面圖。 圖為化著第1圖之剖面線3_3,_研磨站之截面蜃 圖為研磨期間研磨碩組件接觸網狀研磨材料之一 截面圖; 第2C圖為編目期間研磨頭組件垂直地自網狀研磨材料 開之橫載面圖; 第20 »為在此所描述之網狀研磨材料之一實施例之橫 晶 狀 板 研 或 之 發 後 特 之 明 平 橫 移 戴 24 200401357 面圖;及 第2 E圖為在此所描述之網狀研磨材料之另一實施例之橫 截面圖。 【元件代表符號簡單說明】 100 化學機械 平 坦 化系統 102 工 作 界 面 104 負載機械 人 手 臂 106 研 磨 模 組 106 108 舉升組件 116 清 洗 模 組 118 基板卡匣 120 界 面 機 械 人 手臂 122 基板 124 m 入 模 組 126 手臂 128 旋 轉 啟 動 器 128 130 邊緣接觸 夾 具 13 1 研 磨 表 面 132 研磨站 136 傳 送 站 138 第一側邊 140 機 械 基 座 142 輸入缓衝 站 42 144 輸 出 緩 衝 站 146 傳送機械 人 手 臂 148 負 載 杯 狀 組 件 150 手臂 154 研 磨 頭 組 件 182 裝置 190 控 制 器 192 CPU 194 記 憶 體 196 支撐電路 202 驅 動 系 統 204 研磨頭 208 載 具 210 軌道 212 線 性 位 移 裝 置 214 外罩 216 延 伸 緣 218 中央凹槽 220 囊 狀 物 230 平台 232 馬 達 25 200401357 236 上 部 份 238 fw 承 240 供 應 捲 狀物 242 舉 升 元 件 244 通 道 246 舉 升 元 件 248 捲 取 捲 狀物 250 滑 動 離 合 器 252 網 狀 材 料 254 外 罩 256 間 隙 258 邊 緣 260 上 表 面 262 拉 緊 裝 置 264 外 罩 266 編 排 裝 置 268 驅 動 捲 轴 270 導 輪 276 凹 處 278 次 墊 280 次 盤 282 外 部 抽 泵 系統 284 真 空 槔 292 背 側 材 料 293 黏 著 材 料 294 研 磨 材 料 26
Claims (1)
- 200401357 拾、申請專利範圍: 1. 一種研磨工件,該工件至少包含一線性帶狀背側材料與 位於該背側材料上之複數個研磨材料纖維。 2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工件,其中該線性帶 狀背側材料至少包含一高分子材料,該高分子材料係選自 由聚亞胺(polyimide)、聚酯(p〇iyester)、聚醯胺 (polyamide)、尼龍材料(nylon)及其組合物所組成之群組, 而該研磨材料纖維係選自由聚酯、尼龍材料(nyl〇n)、聚醯 胺(polyamide)及其組合物所組成之群組。 3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工件,其中該研磨材 料纖維係為該研磨工件之約1 〇重量百分比至約6 〇重量百 分比間。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之研磨工件,其中該研磨材 料纖維更包含一研磨增進材料,該研磨增進材料係選自由 聚脲酯、聚碳酸酯、四氟乙烯氟碳高分子、氟化乙烯-丙烯 樹脂(fluorinated ethylene-propylene resins)、四氣乙稀氣 碳高分子與氟化乙烯-丙烯樹脂之共聚物、及其之組合物所 組成之群組。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之研磨工件,其中該研磨增 27 200401357 進材料係為該研磨材料之約1 0重量百分比至約60重量百 分比間。 6.如申請專利範圍第1項所述之研磨工件,其中該研磨材 料纖維係具有一無規則定向,並藉由一黏著劑加以固定於 該線性帶狀背側材料。 7 .如申請專利範圍第1項所述之研磨工件,其中該研磨工 件至少包含一厚度介於約5密爾(mil)至30密爾間之一多 孔性材料,且該研磨工件在達到約5 p s i之一壓力下,係具 有介於約1 0百分比至3 0百分比間之壓縮性。 8. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工件,其中該研磨工 件至少包含一聚酯背側材料與位於該聚酯材料上之尼龍纖 維,其中該尼龍纖維係以脲酯、聚脲酯、或其之組合物加 以充滿該尼龍纖維之約5 0重量百分比,而該尼龍纖維係藉 由一黏著劑加以貼附至該聚酯背側材料。 9. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工件,其中該複數個 研磨材料纖維至少包含一線性帶狀纖維研磨材料,該線性 帶狀纖維研磨材料係選自由一網目纖維、一網狀纖維、一 織布纖維、氈製品或其組合物所組成之群組。 28 200401357 1 〇.如申請專利範圍第9項所述之研磨工件,其中該線性 帶狀研磨材料係藉由一黏著劑加以固定於該線性帶狀背側 材料。 1 1 .如申請專利範圍第9項所述之研磨工件,其中該研磨 工件至少包含一厚度介於約5密爾至3 0密爾間之一多孔性 材料,其中該線性帶狀背側材料具有約5密爾至1 0密爾間 之厚度,而該線性帶狀研磨材料具有約5密爾至約2 5密爾 間之厚度。 1 2 . —種用以處理一基板之方法,該方法至少包含下列步 驟: 以支撐於一平台上之一研磨工件加以接觸一基板,其 中該研磨工件至少包含位於一背側材料上之複數個研磨材 料纖維;及 研磨該基板,以自該基板移除材料。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法,其中該基板與該 研磨工件係在壓力約為8 p s i或更低時加以接觸,而該平台 在研磨期間係以約1 〇 r p m s至2 0 0 r p m s間之旋轉速度加以旋 轉。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之方法,該方法更包含在 29 200401357 研磨該基板之前 排(index)該研磨 1 5 .如申請專利 研磨該基板之前 1 6 ·如申請專利 研磨期間提供該 1 7 ·如申請專利 至少包含一高分 醯胺、尼龍材料 維係選自由聚酯 群组。 Ϊ 8 .如申請專利 纖維更包含一研 脲酯、聚碳酸酯 脂、四氟乙烯氟 及其之組合物所 1 9 .如申請專利 磨材料纖維至少 、研磨該基板之後、或其之組合’加以編 範圍第12項所述之方法,該方法更包含在 或之後加以調整該研磨工件。 範圍第1 2項所述之方法,該方法更包含在 研磨工件一真空狀態。 範圍第1 2項所述之方法,其中該背側材料 子’該高分子係選自由聚亞胺、聚酯、聚 及其組合物所組成之群組,而研磨材料纖 、尼龍材料、聚醯胺及其組合物所組成之 範圍第1 7項所述之方法,其中該研磨材料 磨增進材料,該研磨增進材料係選自由聚 、四氟乙烯氟碳高分子、氟化乙烯-丙烯樹 厌同刀子與氟化乙烯_丙烯樹脂之共聚物、 組成之群組。 範圍第12項戶斤述之土 ^ ^ 所这之方法,其中該複數個研 包含-線性帶狀纖維研磨材料,該線性帶 30 200401357 狀纖維研磨材料係選自由一網目纖維、一網狀纖維、一織 布纖維、氈製品或其組合物所組成之群組。 20.如申請專利範圍第12項所述之方法,其中該研磨材料 係藉由一黏著劑加以固定於該線性帶狀背侧材料。 31
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