TW201121711A - Grooved CMP polishing pad - Google Patents

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    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Description

201121711 , 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於化學機械拋光基板，且更特定言之 係關於一種用於化學機械拋光系統之具有溝槽式圖案之拋 光塾。 【先前技術】 用於化學機械拋光一基板之表面之組合物及方法係相關 技藝已熟知。用於化學機械拋光（CMP)半導體基板（如積體 電路）之表面之拋光組合物（亦稱為拋光漿液、CMP漿液、 及CMP組合物）通常含有研磨劑、多種添加劑化合物、及 類似物。 化學-機械拋光（CMP)涉及同時化學及機械磨損表面，例 如磨損上覆之第一層，以暴露出其上形成有該第一層之非 平面第二層表面。一種此方法係描述於美國專利第 4,789,648號（Beyer等人）中。簡言之，Beyer等人揭示一種 使用一拋光塾及一漿液以快於第二層之速率移除第一層， 直至材料的上覆之第一層之表面變為與覆蓋之第二層之上 表面共平面之CMP方法。化學機械拋光之更詳細的解釋見於 美國專利第4,671,851號、第4,910，155號及第4,944,836號。 在習知CMP技術中，將一基板載體或拋光頭安裝於一載 體裝配上並與CMP設備中之拋光墊接觸放置。該載體裝配 對該基板提供一可控的壓力，迫使該基板抵靠該拋光墊。 s玄塾及載體與其附接之基板彼此相對移動。該墊與基板之 相對移動用以磨損該基板之表面，以自該基板表面移除一 149703.doc -4- 201121711 部份材料，藉此拋光該基板。通常，藉助於該拋光組合物 (例如’藉由氧化劑、酸、鹼、或其他存在於該⑽組合 物中之添加劑）之化學活性及/或懸浮於該拋光組合物中之 研磨劑之機械活性進-步拋光該基板表面。典型的研磨劑材 料包括二氧化石夕、氧化飾、氧化銘、氧化錯、及氧化錫。 在CMP中之一個問題係拋光樂液分佈在整個該拋光墊 上。該CMP方法需要該拋光塾、研磨粒子及該拋光組合物 中之任何反應齊J或化學劑與該基板之相互仙，以獲得所 需拋光結果。該漿液遍及該拋光墊表面之無效分佈可能造 成拋光效率之降H拋光墊—般包括—些特徵，如小孔或 紋理⑽，溝#、表面凹陷等），以助於相對均勻地分佈 該研磨抛线液遍及料。溝槽經常絲佳的㈣特徵， 因為其可經設計以直接引導過量之襞液至需要其之處。溝 槽式拋光墊之特徵經常在於該等溝槽之尺寸（例如，寬度 及深度）及該等溝槽之間的間隔（稱為「間距」）。溝槽式墊 之實例包括彼等揭示於美國專利第5,921，855號（〇伽_ 等人）、美國專利第6,520,847號（Osterheld等人）、美國專利 第 6,736,847號(；James 等人）者。 儘管習知溝槽式CMP墊具有某些優於（例如）多孔墊之較 佳性能特徵，但是相關技藝仍需要改良的墊性能特徵，如 改良的墊使用壽命（例如，由於降低磨損率）。本發明解決 此需求。 【發明内容】 本發明提供一種用於化學機械拋光（CMp)製程之拋光 149703.doc 201121711 墊。在一實施例中，一墊包括一界定複數個溝槽之表面， 以搭接表面分隔該等溝槽，該搭接表面一起界定一實質上 平面之拋光表面，各溝槽深度至少為1〇 mil，及寬度Wg， 將任何兩個相鄰之溝槽彼此分開之搭接表面具有寬度 wL，其中Wl/Wg之商係小於或等於3。在一較佳實施例 中，s亥墊之表面界定一系列同心、實質上圓形的溝槽。較佳 地，各溝槽具有相同的wG，且各搭接表面具有相同的 在另一項實施例中，該墊之表面界定一深度至少係1〇 mil 且寬度係WG之螺旋槽，其具有一描繪螺旋槽輪廓之螺旋 搭接表面。該螺旋搭接表面的寬度係，且界定一實質 上平面之拋光表面。如上述實施例，Wl/Wg之商係小於或 等於3。 可自任何適用於CMP塾構成之物質形成本發明抛光塾之 拋光表面。在某此較佳實施例中，係自熱塑性聚胺基.甲酸 醋材料形成該塾之拋光表面。該等墊可由塾材料之單一層 或多層（例如，一基質層及一表面層）構成。 本發明拋S塾與類似構成但是Wl/Wg等於7之習知溝槽 式塾相比’在延長使糊如，拋光多達㈣個何體晶圓^ 時提供拋光移除速率均一性之非預期改良。 【實施方式】 在-實施例中，本發明拋光墊包含一界定複數個溝槽 (較佳係同心且實質上圓形之溝槽）之表面，以搭接表面分 隔該等溝槽。I溝槽具有至少為H) mU之深度，及寬产 WG’將任何兩個相鄰之溝槽彼此分開之搭接表面里有； 149703.doc 201121711 度wl ’其中WL/WG之商係小於或等於3。較佳地，該等複 數個溝槽各具有相同深度、及/或實質上相同的Wg。該等 搭接表面較佳亦各具有實質上相同的。儘管該溝槽之 底°卩可經修圓，造成靠近該溝槽之底部之寬度減小，但是 各溝槽之寬度在整個該溝槽深度之大部份，較佳係實質上 均一 〇 圖1說明本發明拋光墊之俯視平面圖。墊1〇包括一界定 由搭接表面16分開之同心圓形溝槽14之表面層12，外周表 面18开》成該墊表面之框架。搭接表面μ與彼此係實質上共 平面’如外周表面1 8及中心表面20。總體來說，搭接表面 16界定一實質上共平面之拋光表面。 圖2顯示圖！之表面12沿平面2_2之部份橫截面視圖。表 面層12係附加至基質層22。溝槽14具有深度D(J、及寬度 WG，而該搭接表面16具有寬度％[。自一溝槽之開端至= 溝槽之開之距離係定義為間距p，其等於Wl與之 和。在本發明墊中，Wl/Wg係小於或等於3。搭接表面Μ 係貫質上共平面，藉此形成一用於接觸待拋光之基板之表 面之共平面拋光表面，而溝槽14提供研磨拋光漿液之儲蓄 器，且助於在整個墊10之表面上引導並分配該拋光聚液。 在另-實施例中，本發明拋光墊包括—界定具有至少1〇_ 深度之螺旋槽之表面’其具有一描繪該螺旋槽之輪廓之螺 旋搭接表面。該螺旋搭接表面界定—實質上平面之拋光表 面。該溝槽具有寬度WG，且該搭接表面具有寬度: 中WL/WG之商係、於或等於3。_3提供此另一實施例之俯 149703.doc 201121711 視平面圖。塾30包括-實質上平面之表面層32，其中形成 有單一螺旋槽34，該螺旋槽由一巢狀螺旋搭接表面36描繪 輪廓。等於該槽34及搭接表面36之寬度之和的該間距p亦 示於圖3。 在各本發明貫施例中，在該拋光墊表面十之各溝槽較佳 具有不超過50 mil之深度。在某些較佳實施例中，各溝槽 之深度係在10至5〇1^1之範圍内，更佳係15至4〇11111。 如果需要，在任何給定之本發明拋光墊之實施例中， WL/WG之商可小於或等於2，或小於或等於1。 在某些較佳實施例中，各搭接表面之冒[係不超過8〇 mil。 在其他較佳實施例中，各搭接表面之WL係在3〇至6〇 之 範圍内。各溝槽之WG較佳係不超過50 mil。在某些較佳實 施例中，各溝槽之WG係在20至40 mil之範圍内。 表1說明某些適於本發明拋光墊之不同溝槽尺寸之特定 實例® 表 fv 距 間j
W ΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΌΟΟ 8 s οο οο 7 7 7 6 6 CJ 4 ΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟ- 23452342323212 ΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΟΌΟΟ 65435434332221 °·
I 0070530070^0^ 6064735·0·6·5·0·5·0 0·1·1·0·0·'—*0·*-^0·—'·"*0·2· 070003500070^0 060·6537·0·0·5·6·0·0·5 3110210211012 0 149703.doc 201121711 本發明拋光塾特別適於與化學-機械拋光設備之連用。 通常，§亥CMP没備包括一麼盤（其在使用時移動且具有因 軌道、線性及/或圓周運動所致之速度）、一拋光墊（其與該 - 壓盤接觸且在移動時相對該壓盤移動）、及一載體（其固定 w 一藉由接觸並相對該拋光墊之表面移動而拋光之基板）。 該基板之拋光如下發生：藉由將該基板與本發明拋光墊接 觸放置且隨後相對該基板移動該拋光墊，因而磨損至少一 部份該基板以拋光該基板。 用於形成至少一部份本發明拋光墊之適宜材料包括（例 如）各種达度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮時回彈之能 力、及壓縮模量之聚合物。此等聚合物之非限制性實例包 括聚氣乙烯、聚氟乙烯、耐綸、氟碳化合物、聚碳酸酯、 聚醋、聚丙稀酸酯、聚趟、聚乙稀、聚酿胺、聚胺基甲酸 酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成之產物、及其混合物。 界疋複數個溝槽之拋光墊之表面可包含任何此材料。在一 杈佳實施例中，該界定複數個溝槽或螺旋槽之表面包括熱 塑性聚胺基甲酸醋。如果需要，本發明墊可由材料之單一 層組成或可包括材料之兩或多層，例如一基質層及一表面 ' 層。 . J里想地，本發明CMP塾可另外包括至少一種光或其他韓 射·透射視窗區域，其用於藉由分析自使用該塾抛光之工 件表面反射之光或其他輻射就地檢測及監測拋光製程。許 多用於藉由分析自該工件表面反射之光或其他輕射就地檢 測及監測拋光製程之就地抛光終點檢測系統及技術係相關 149703.doc 201121711 技藝已知。此等方法係描述於（例如）美國專利第5,196 353 號（Sandhu等人）、美國專利第5,433,651號（Lustig等人）、美 國專利第5,949,927號（Tang)、及美國專利第5,964,643號 (Birang等人）。理想地，根據拋光工件檢測或監測該拋光 製程之進展可確定該拋光終點，亦即可確定何時對特定工 件終止拋光製程。 以下實例進一步說明本發明’但是當然不以任何方式限 制其範圍。 實例1 此實例說明在銅CMP中利用本發明拋光墊可獲得之卓越 的移除速率安定性及移除均一度安定性。 一包含熱塑性聚胺基曱酸酯表面層之拋光墊包括一系列 寬度WG各為30 mil之同心圓形溝槽，其由寬度▽1^為3〇 mU 之同心搭接表面分開（間距為6〇 mil)，且wL/WG等於1。用 相同的墊在銅覆蓋之晶圓上使用市售之拋光漿液（Cab〇t
Microelectronics Corporation，Aurora，IL)，在 Mirra拋光儀 上於以下拋光條件下重複進行拋光：下壓力丨磅/平方英吋 (psi)、壓盤速度93轉/分鐘（rpm)、載體速度87 rpm、及漿 液進料速度100毫升/分鐘（mL/min)。為了比較，亦在相同 條件下，用具有由同心環狀搭接表面分開之同心環狀溝 槽，但是WL為7〇…丨及胃〇為1〇 mil(間距為8〇如丨），且 WL/WG為7之類似聚胺基甲酸酯拋光墊拋光銅覆蓋之晶 圓。 圖4說明各塾之銅移除速率相對拋光之晶圓數量之改 149703.doc 201121711 變，其顯示在晶圓150及晶圓650獲得之移除速率。自圖4 顯而易見，具有Wl/Wg大於7之習知墊顯示Cu移除速率下 降，而具有WL/WG為1之本發明墊顯示〇11移除速率非預 地增加。 ’ 圖5中圖示相同晶圓所觀測之移除均一度安定性百八比 (定義為WIWNU)或用各墊獲得之晶圓内之非均—性（即， 遍及5 mm邊緣除外之整個晶圓之49點直徑掃描之cu移除 之相對標準偏差）。如圖5中可看到，與習知墊相比，本發 明墊顯示非預期之一致的移除均一度安定性。 實例2 此貫例說明溝槽構型對塾磨損速率之影塑。 三種包含熱塑性聚胺基甲酸酯表面層（其包括一系列同 心圓形溝槽）之本發明拋光墊係用於相對墊磨損測試。在 IPEC拋光儀上’用7 ft_lb調節下壓力、1〇5啊壓盤速 度、及100 rpm調節器旋轉速度進行該測試。調節器係購 自3M公司（型號A188)。使用去離子水且該測試持續⑽分 釭。使用自第10分鐘至第40分鐘之數據計算磨損率，且藉 由乘以2正規化至mil/小時。該等墊具有以下尺寸：墊 60/20_WG=20 mu、Wl=40 mU、間距=6〇 —、Wl/k ; 墊 6〇/3〇-Wg=3〇 mil、Wl=3〇 mU、間距=6〇 、 wL/wG=1 ;及墊 40/20-Wg=20 mil、Wl=2〇 mii、間距=4〇 mil、WL/WG=1。爲了比較’測試一類似的聚胺基甲酸醋 拋光墊’其具有由同心環狀搭接表面分開之同心環狀溝 槽，具有WL為7〇 mii且wG為1〇 mii(間距為8〇 mii)，其中 £ 149703.doc 201121711 WL/WG為 7(墊 80/10)。 圖6提供所檢測之各墊之以mil/小時表示之墊磨損率之圖 示》如圖6中之數據顯示，對於給定溝槽寬度（例如，2〇 mil)而言’隨著Wl/Wg自2下降至丨（分別係墊6〇/2〇及 40/20) ’該塾磨損率增加。此外，對於給定間距（例如，6〇 mil)而δ ’隨著该溝槽寬度自增加至mil(分別係墊 60/20及60/3 0)，該磨損率亦增加。 本文已描述本發明之較佳實施例，其包括本發明者已知 之執行本發明之最佳模式。熟習此項技術者在閱讀以上描 述後，此等較佳實施例之變化可變得顯而易見。本發明者 期望熟習技藝者酌情使用此等變化，且^ 本文特定描述以外來實踐本發明。因此， 【圖式簡單說明】
施例之俯視平面圖； 圖2提供圖1之墊之部份橫截面視圖；
之*她1歹丨J ; 圖4顯示本發明墊與習知的 對拋光之晶圓數量之圖示； 的參考墊相比， 銅移除速率相 ’且本發明者預期除如
149703.doc -12· 201121711 圖 5 gg _ ’銅移除速率均 ί 塾磨損速率之 一产〜不本發明墊與習知的參考墊相比 又文定性相對拋光之晶圓數量之圖示；名 圖6顯示本發明墊與習知的參考墊相比， 圖示。 【主要元件符號說明】 10 拋光墊 12 表面層 14 同心圓形溝槽 16 搭接表面 18 外周表面 20 中心表面 22 基質層 30 拋光墊 3 2 平面表面層 34 單一螺旋槽 36 螺旋搭接表面 149703.doc -13-

Claims (1)

  1. 201121711 七、申請專利範圍： 1. 一種適用於化學-機械拋光一基板之拋光墊，該墊包含一 界定複數個溝槽之表面，以搭接表面分隔該等溝槽，該 搭接表面一起界定一實質上共平面之拋光表面，各溝槽 深度至少為10 mil及寬度WG ’由一搭接表面分開任意兩 個相鄰之溝槽’搭接表面具有寬度WL，其中WL/WG之商 係小於或等於3。 2. 如請求項1之拋光墊’其中該複數個溝槽包含同心、實 質上圓形之溝槽。 3. 如請求項1之拋光墊，其中該等溝槽具有不超過5〇 之 深度。 4. 如請求項1之拋光墊，其中各溝槽之深度係在1〇至5〇 之範圍内。 5. 如請求項1之拋光墊，其中各搭接表面之WL係不超過8〇 mil。 6. 如喷求項1之拋光墊，其中各搭接表面之係在3〇至6〇 之範圍内。 7. 如請求項1之拋光墊，其中各溝槽之Wg係在2〇至4〇 . 之範圍内。 • 8. 士°請求項1之拋光墊，#中各溝槽具有實質上相同的深 度。 9. 如請求項1之拋光塾，其中各溝槽具有實質上相同的 WG 〇 10. 如請求項1之拋光墊，其中各捉垃主二曰^_ —供 合h接表面具有貫質上相同 149703.doc 201121711 的wL。 11. —種適用於化學機械拋光一基板之拋光墊，該墊包含一 界定螺旋槽之表面，其具有分開該螺旋槽之轉向之螺旋 搭接表面，該螺旋搭接表面界定一實質上共平面之抛光 表面’該溝槽深度至少為10 mil及寬度WG，及該搭接表 面具有寬度WL，其中WL/WG之商係小於或等於3。 12. 如請求項11之拋光墊’其中該螺旋槽具有不超過50 mil 之深度。 13. 如請求項11之拋光墊，其中該溝槽之深度係在丨〇至5〇 mU 範圍内。 14. 如請求項π之拋光墊，其中Wl係不超過go mii。 15. 如請求項11之拋光墊，其中wL係在30至60 mil之範圍 内。 16·如請求項11之拋光墊，其中wG係在20至40 mil之範圍 内。 1 7·如請求項11之拋光墊，其中該wL/WG之商係小於或等於 2 ° 18. 如請求項11之拋光墊，其中該WL/WG之商係小於或等於 1 ° 19. 如請求項1之拋光墊’其中該WL/WG之商係小於或等於 2 ° 20. 如請求項1之拋光墊，其中該WL/WG之商係小於或等於 149703.doc
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