TW201143969A - Molding window in thin pads - Google Patents

Description

201143969 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 在此描述一種具有窗部的拋光墊、含有此種拋光墊之 系統、以及產生與使用此種拋光墊的程序。 【先前技術】 在現代半導體積體電路（IC)製程中，通常需要平面化 基板之外表面。舉例而言，需要平面化來拋除一傳導填 充層，直到暴露出下層的頂表面為止，而留下在絕緣層 的抬升圖案之間的傳導材料以形成通孔（via)、插塞與線 體，读通孔、插塞與線體於基板上的薄膜電路之間提供 傳導路徑。此外，需要平面化來平坦化與薄化氧化層， 以提供適合微影處理之平坦表面。 達到半導體基板平面化或地形移除的一種方法為化學 機械拋光（CMP)。傳統的化學機械拋光（CMp)製程包含了 在研磨漿存在下將一基板壓抵旋轉的一拋光墊。 一般而言’需要偵測在何時達到所需的表面平坦度或 膜層马·度、以及在何時會暴露出下層，以確定是否要終 止椒光。已發展出數種在CMP製程中原位偵測終點的技 術；舉例而言，已可使用一種光學監測系統，以於層體 拋光期間原位測量基板上層體的均勻度。此光學監測系 統可包含一光源（於拋光期間將一光束引導至基板）、一 偵測器（測量從基板反射的光）、以及一電腦（分析來自谓 3 201143969 測器之訊號並計算是否已經偵測到終點）。在某些CMp 系統中，光束係透過拋光墊中的窗部而被引導至基板。 【發明内容】 在一態樣中，一種拋光墊包括具有一拋光表面之一拋 光層、在相對於該拋光層之拋光層一側上的一黏著層、 以及延伸通過該拋光層且模塑至該拋光層之一固態光傳 送窗部。固態光傳送窗部具有一上部與一下部，上部具 有一第一側向尺寸，而下部具有小於該第一側向尺寸之 第-侧向尺寸。固態光傳送窗部的頂表面係與該抛光 層共平面’而固態光傳送窗部的底表面係與該黏著層的 下表面共平面。 實施方式可包含—或多個下述特徵：拋光層可由一單 -層所組成；-可移除襯層係橫跨該黏著層；該上部可 於該-窗部的所有側部上側向突出超過該下部；該上部具 有之w向尺寸可為該下部之—側向尺寸的兩倍至四倍 大，該下部可位於該上部之―中央；該窗部可為圓形， 士該上部與下部可同心；該上部可具有約6 _之一直 :二訂部可具有約3 —之一直徑；溝槽可位於該 抛光表面中；該抛光墊可具有小於lmm的—總厚度。 在另-構想中，—種用於產生一拋光塾之方法包含： 7抛光層中形成—凹部’該凹部係部分、但非完全延 通過該拋光層；形成一貫孔（h〇le)，該貫孔通過該抛光 201143969 層與-黏著層’該貫孔位於該凹部中且具有一第一側向 尺寸，該第-側向尺寸小於該凹部之—第二侧向尺寸， 該凹』與該貝孔之結合提供了一孔洞加⑷該孔洞 穿過該拋光層與黏著層；將一密封膜固定至在該拋光層 之與-拋光表面相對的—側上的該黏著層，以橫跨該貫 孔，將液體聚合物分配至該孔洞中；以及固化該液體 聚合物以形成一窗部。 ▲實施方式可包含-或多個下述特徵：在形成該凹部之 月】可先以冑層覆蓋該黏著層，可剝離該襯層以將該密 封膜固定至該黏著層，以及在固化該液體聚合物之後可 以該襯層重新覆蓋該黏著層；可移除突出於該拋光層上 方之-部分固化聚合物；該拋光層可由一單一層所址 成；形成該凹部可包含使該拋光墊凸起；使該拋光塾凸 起可包3以-加熱金屬片件加壓於該拋光塾上；形成該 貫孔可包含沖壓通過該拋光層與該黏著層；該上部可於 該窗部的所有侧部上側向突出超過該下部；該上部且有 之一側向尺寸可為該下部之—側向尺寸的Μ倍至四倍 大’例如兩倍；該下部可位於該上部之一中央；該窗部 可為圓形’且該上部與下部可同心；㈣光墊可具有小 於1 mm的一總厚度。 實施方式係包含下列可能優點：在窗部與薄拋光墊之 :可形成強接合，減少漿體茂漏的可能及減少因被拋光 。板之剪力而使窗部被拉出墊體的可能。此外，拋光墊 可改進自基板所反射之光譜的晶圓對晶圓均勻度，特別 201143969 是在低波長時。 在如附圖式與下文說明中即提出了—或多個實施例的 細節’從說明與圖式、以及從申請專利範圍中即可清楚 瞭解其他構想、特徵與優勢。 【實施方式】 如第1圖所示，CMP設備10包含了 一拋光頭η，該 拋光頭12固持一半導體基板14抵靠平台16上之一拋光 墊18 ° CMP设備係如美國專利號第5,738,574號所說明 者加以建構，該文獻係藉由引用形式而整體併入本文中。 基板可為例如一產品基板（例如包含多個記憶體或處 理器晶片者）、一測試基板、一裸晶基板與一閘基板 (gating substrate)。基板可處於積體電路製造的各種階 段，例如，基板可為一裸晶晶圓、或該基板可包含一或 多個沉積及/或圖案化層體。用語r基板」可包含圓形碟 材或矩形片材。 拋光墊18的有效部分可包含拋光層2〇與底表面22, 該拋光層具有用於接觸基板的一拋光表面24,該底表面 22藉由黏著層28(例如黏著帶）而固定至平台16。除黏著 帶與住何襯層之外，拋光墊可由例如一單一層墊體所組 成’該單一層墊體具有由適合化學機械拋光製程、薄而 耐久的材料所形成之拋光層20。因此，拋光墊的層體可 由單一層拋光層20與黏著層28(以及視情況任選的一襯 6 201143969 層，該襯層將於墊體裝設到拋光平台上時移除）所組成。 拋光層20可由例如發泡聚氨酯所組成，該發泡聚氨酯 於拋光表面24上帶有至少某些開放孔隙。黏著層28可 為雙邊黏著帶，例如在兩邊上都具有黏著劑（例如壓感 式黏著劑）之聚乙烯對苯二甲酸酯（PET)薄層，該薄層例 如為Mylar®。這種拋光墊可得自日本東京Fujib〇，商標 名為 H7000HN。 參照第2圖，在某些實施方式中，拋光墊18具有介於 15.0英吋（381.0〇1!1111)至15.5英吋（393 7〇111111)的半徑 R ’該半徑R相應的直徑為30至31英吋。在某些實施 方式中，拋光墊18具有之半徑為21.0至21.5英对 (533.4mm至546.1mm)，該半徑相應的直徑為42至43 英忖。 參照第3圖，在某些實施方式中，溝槽26可形成在拋 光表面24中。溝槽可具有r格子狀（waffle)」圖案，例 如由具有斜側壁之垂直溝槽組成之交錯細線圖案，該圖 案將拋光表面分割為矩形（例如方形）區域。 回到第1圖，一般而言，拋光墊材料係以化學拋光液 體3 0(該液體可包含研磨粒子）予以濕潤。舉例而言，漿 體可包含KOH(氫氧化鉀）與燦矽（fumed siHca)粒子。然 而’某些拋光製程是不含研磨（abrasive_free)的。 當平台繞其中央軸旋轉時，拋光頭12會對基板14施 加壓力而抵靠拋光墊18»此外，拋光頭12通常繞該拋 光頭的中央軸旋轉，並透過一驅動桿或傳動臂32而遍及 201143969 平口 16之表面傳動。基板與拋光表面之間的壓力與相對 運動結合拋光溶液以對基板拋光。 在平台16的頂表面中形成有一光學孔洞34。包含光 源36(例如雷射）與偵測器38(例如光偵測器）之一光學監 測系統係位於平台16的頂表面下方。舉例而言，光監測 系統可位於平台16内的腔室中，而與光學孔洞Μ光學 相通（optical c〇mmunicati〇n),且可與平台一起旋轉。一 或多條光纖5G能將光線從光源36傳送至基板、以及從 基板傳送至偵測器38。舉例而言，光纖5〇可為分叉光 纖’該光纖在拋光墊中窗部4G附近（例如在鄰接抛光塾 中窗部4〇處）具有主幹52、連接至光源36的第一腳部 54以及連接至偵測器38的第二腳部％。 光學孔洞34可填以—透明固體件，例如石英㈣（在 此例f光纖並不鄰接於窗部4G、而是鄰接於光學孔洞中 的固體件)、或該光學孔洞34可為一空孔。纟一實施方 式中’光學監測系統與光學孔洞係形成為模組部件而配 入平台中的一對應凹部中。或者是’光學監測系統可為 位於平台下方之m统’且光學孔洞可延伸通過平 台°光源36可應用從遠紅外線至紫外線之波長（例如紅 光然也可使用-寬頻帶光譜（例如白光），而摘測器38 可為一分光計。 窗部40形成於上方之拋光墊18中，且 學孔洞34對齊。窗部-一可定位為使:= 少一部分之平台旋轉間可對拋光頭12所固持之基板Μ 201143969 有一視野，而無關拋光頭12的傳動位置為何。光源％ 發出一光束通過孔洞34與窗部4〇，以至少在窗部4〇與 基板14相鄰的時間中沖射至上方基板14的表面。從基 板反射的光形成了一合成光束，該光束由偵測器38加以 偵測。光源與偵測器係耦接於一電腦（圖中未示），該電 腦自偵測器接收測量之光強度，並以用該光強度決定拋 光終點’此舉藉由以下方式達成：例如藉由偵測基板反 射率之突然的改變，該突的改變表示一新層體之暴露； 藉由以干涉測量原理計算從外層（例如透明氧化物層）移 除之厚度；藉由監測反射光之光譜與偵測標的光譜；藉 由將一測量光譜序列匹配至資料庫之參考光譜、並決定 與參考光譜指標值匹配之一線性函數係於何處達到一標 的值；或是藉由以其他方式監測預定終點條件之訊號。 在非常薄的拋光層中放置正常的大型矩形窗部（例如 2.25英吋χ〇·75英吋之窗部）的一個問題是在拋光期間會 脫層（delamination)。特別是，在拋光期間，來自基板之 侧向摩擦力會比窗部對墊體側壁的模塑黏著力大。 參照第2圖，窗部40可以是小的，例如直徑小於1〇 mm以降低在拋光期間基板所施加的摩擦力。舉例而 ° 的上部可為約6 mm寬之一圓形區域，該圓 形區，被定心（centered)成離3〇至31英吋直徑之拋光 墊18的中心約一 7.5英吋（19〇5〇mm)的距離D，或是定 〜成離42至43英吋直徑之拋光墊42的令心約一 9至 11英吋之距離D。 201143969 窗15 40可具有楸為圓形之形狀（其他形狀也是可能 1如矩形）。當囪部為狹長形（el〇ngated)時該窗部 彳α ^尺寸可貫質上平行於通過窗部中心之拋光墊的半 :囪°卩40可具有鋸齒狀周邊42，例如周邊可比類似 二：之圓形或矩形的周邊長，這增加表面積以供窗部對 光墊之側壁的接觸，且可藉此增進窗部 著性。 ★ f照第3圖’窗部40包含-上部術與一下部40b。 4〇(包含上部40a與下部4〇b)可為均質材料之單一 =牛本體。下部働係、與上部術垂直對齊，但在側向 亦即在平行於拋光表面的方向中）小於上部伽。因 ’拋光層20的一部分係突出於上部術下方，因此突 ^下部恤之上部杨的邊緣係支樓於拋光層的抛 tit緣（ledge)49上。上部術可於窗部則所有側 向突出超過下部條，或者視情況上部術可 ^部4〇的兩相對側上側向突出超過下部 由部40的其他側對齊。 一。 表面可A音哲1 * 大出超過下部儀之底 央⑷如盘 。下部儀可位於上部術的中 下部條2上部術同中心h上部術之側向尺寸可為 若窗部40 :向尺寸的1 5至4倍(例如2倍舉例而言， 右“Ho為圓形’上部他可具有6m 部_可具有3mm之直徑。 之直徑，而下 可二：:：下…同厚度。或者是，一 比下部40b厚、或薄。 10 201143969 窗部40的下部40b可突出至黏著層28的一孔洞中。 黏著層28(例如黏著帶）的邊緣可鄰接窗部4〇的下部 之側部。 窗部如拋光層20及黏著層28的組合一樣厚。窗部4〇 的頂表面44係與拋光表面24共平面，而窗部的底表面 46係與黏著層28的底表面共平面。 窗部40的周邊係固定（例如模塑）至拋光層2〇的内側 邊緣48，而上部4〇a的底表面可固定（例如模塑）至突出 於上部40a下方的拋光層2〇之拋光材料端緣49的上表 面。窗部40與拋光層之間的連接表面積的增加（這是由 端緣49上的連接所提供）可提供較強的接合，降低漿體 洩漏的可能及降低因被拋光基板之剪力而使窗部被拉出 墊體的可能。 參照第4圖，拋光墊18在裝設於平台上之前也可包含 一襯層70,該襯層70橫跨於拋光墊的底表面。的黏著 層28。襯層可為不可壓縮性，且一般為抗流體滲透層， 例如聚乙烯對苯二曱酸酯（PET)，如MylarTM。在使用時， 手動式將襯層從拋光墊剝離，且利用黏著層28將拋光層 20施加至平台。然而，襯層並不橫跨窗部4〇，而是在窗 部40的下部40b之區域附近中或在緊鄰窗部4〇的下部 40b之區域附近（例如在約 至4 Cm間的區域）被移除， 以形成貫孔72。 抛光塾40係非常薄，例如小於2_，例如小於imm 舉例而言，拋光層20、黏著層28與襯層7〇的總厚度; 201143969 為0.8.或0.9 mm。拋光層20可約為0.7或0.8 mm厚， 而黏著層28與襯層70提供了大約另外的〇.1 mm。溝槽 26可.約為拋光墊深度的一半，例如大概是〇.5 mm。 除襯層70之外，在貫孔72中可置入一視情況任選的 窗部背件74，以橫跨窗部40並固定至緊鄰窗部40周圍 的一部分黏著層28。背件72可與襯層70相同厚度、或 比襯層70薄。背件72可為聚四氟乙烯（ptfE)(例如 Teflon®)、或其他非黏性材料。 為製造拋光墊’ 一開始先形成拋光層20,且拋光層20 的底表面係覆以壓感式黏著劑28與襯層70，如第5圖 所示。溝槽26可在貼附壓感式黏著劑28與襯層70之前 先形成於拋光層20中’成為墊體模塑製程的一部分；或 是在形成墊體且貼附襯層之後切割至拋光層2〇中。 如第6圖所示，在拋光層2〇的拋光表面24中壓印 (emboss)出一凹部80。如圖所示，凹部go係部分、而非 完全途伸通過拋光層20。凹部80可與一或多個溝槽26 重疊。凹部80可藉由加熱一金屬部（例如鐵、鋼或鋁件） 而壓印’金屬部的尺寸係與所需之窗部上部4〇a相同。 金屬部可加熱至約華氏375度至425度之溫度。 元件係可藉由簡單將一所需形狀之金屬部貼附至一傳統 焊鐵所建構而成。接著將熱金屬部壓入拋光層20的頂表 面，熔化且壓縮壓印區域中的拋光層20,藉以形成凹部 80。壓縮與加熱也會使孔隙崩陷而產生更為緊縮且較低 孔隙度之材料。 _ 12 201143969 如第7圖所示’在頂表面中已經形成凹部80之後，貫 孔82係被衝壓貫穿整個墊體（包含拋光層20、黏著劑28 與概層70)。貫孔82係於凹部8〇的底部被衝壓，且具有 比凹部8〇小的側向尺寸。貫孔82將提供窗部40之下部 40b貫孔82係從墊體的頂部（亦即具拋光表面之側部） 力乂衝壓例如藉由機械加壓；這使得貫孔82的位置可 更精確地對齊於凹部8〇。 如第8圖所示，從黏著層28剝除一部分的襯層70; 不士要將襯層70整個從拋光墊剝除。剝除之部分襯層暴 路出貫孔82周圍之黏著層28的底表面。孔洞可被切 割於襯層70中，例如在環繞衝壓穿透襯層70之貫孔的 區域中，然此步驟也可在稍後再進行。 此外，可將一非黏性密封膜84貼附至黏著層28，以 橫跨貫孔82。密封膜可為聚四氟乙烯（pTFE)膜材，例如 Teflon®。密封膜84將作為窗部模塑具之底部。可以利 用例如乙醇擦拭而清潔密封膜。 製備一液體聚合物並將該液體聚合物傳送至孔洞8〇 與貫孔82中，接著固化液體聚合物而形成窗部4〇,如 第9圖所示。該聚合物可為聚氨§旨，且可由數種成份之 混合物所形成。在一實施方式中，聚合物為2份的 Ca仙ane A 2300與3份的Cahhane b 23〇〇(由加州長灘之 ⑶P〇lymer，Inc•供應）。在液體聚合物混合物被放入孔 洞之前，此液體聚合物混合物可經除氣例如達15_3〇分 鐘。可於室溫下固化聚合物達約24小時，或可使用加熱 13 201143969 燈或加熱爐來減少固化時間。若固化之窗部4 〇開始突出 於拋光表面上m卩射經校作〜）以與拋光表面 共平面，此舉是例如藉由以鑽石調製之碟件來研磨而 成。 參照第10圖，在完成窗部40之固化後，可從黏著層 '之底表面移除㈣膜84。這會使窗部4G的底表面與 黏著層28的底表面共平面。 其次’可在黏著層28上再放置襯層7〇,其中襯層7〇 的孔鸿72係圍繞窗部40的底部4〇b。視情況而定，窗 部背件74係可至於襯層的貫孔72 +。接著拋光塾已準 備好例如放在密封塑膠袋中運送給客戶。如上所述，當 客戶接收到墊體時，客戶可移除襯層7Q(以及移除窗部^ 件，若有的話），然後利用黏著層28而將拋光墊貼附至 平台上。 若溝槽24與孔洞8〇交錯，則#液體聚合物傳送到孔 洞時，液體聚合物的一部分會沿著溝槽24流動。因此， 某些聚合物可延伸通過孔洞8〇的邊緣，以形成突出部至 溝槽中。當固化時，這些突出部係進一步增加窗部對拋 光墊的接合。此外，若提供足夠的液體聚合物，則某些 液體.聚合物即可於拋光層的頂表面上方流動。同樣的， 當固化日夺，在抛光表面上方的聚合物部分可増加窗部對 拋光墊的接合，然如上所述，可移除突出於拋光表面上 的窗部40之部分，使得窗部的頂部係與拋光表面齊平。 在其他實施方式中’窗部40的頂表面44係與拋光表 201143969 面24共平面，且窗部的底表面46可與拋光層2〇的底表 面共平面。在此情形中，窗部可與拋光層2〇等深。針對 此替代例，可將製程修改為：移除下部4〇b周圍的—部 分黏著層、錢一密封膜抵靠抛光層底部、以液體 聚合物填充該孔洞、以及固化形成窗部、接著移除 膜。 ' 雖已描述了特定的具體實施方式，但本發明並不受限 於此。舉例而言，雖說明了窗部具有簡單的圓形，但窗 部也可更為複雜，例如矩形、橢圓形或星形。窗部的頂 部可突出通過底部的一或多個側部。應了解在不背離本 發明之精神與範疇下係可進行各種其他修飾；因此’其 他的具體實施方式係落於下列申請專利範圍的範疇中。 【圖式簡單說明】 第1圖為含有拋光墊之CMP設備的截面圖。 第2圖為具有窗部之拋光墊的一實施例之上視圖。 第3圖為第2圖之拋光墊的截面圖。 第4圖為具有一襯層之第2圖之拋光墊的截面圖。 第5圖至第1〇圖說明了形成拋光墊的方法。 在不同圖式中，相同的元件符號是代表相同的元件。 【主要元件符號說明】 10 CMP設備 12 拋光頭 15 201143969 14 基板 16 平台 18 抛光塾 20 抛光詹 22 底表面 24 拋光表面 26 溝槽 28 黏著層 3 0 抛光液體 32 傳動臂 34 光學孔洞 36 光源 38 偵測器 40 窗部 40a 上部 40b 下部 42 拋光墊周邊 44 頂表面 46 底表面 48 内側邊緣 49 拋光材料端緣 50 光纖 52 主幹 54 腳部 56 腳部 70 概層 72 貫孔 74 背件 80 凹部 82 貫孔 84 密封膜 16

Claims (1)

1. 201143969 七、申請專利範圍： 1. 一種拋光墊，該拋光墊包含： 一拋光層，該拋光層具有一拋光表面； 一黏著層，該黏著層位於相對於該拋光層之該拋 光層的一側上；以及 一固態光傳送窗部，該固態光傳送窗部延伸通過 該拋光層且模塑至該拋光層，該固態光傳送窗部具有 一上部與一下部’該上部具有一第一側向尺寸’該下 部具有小於該第一侧向尺寸之一第二側向尺寸，該固 態光傳送窗部之一頂表面係與該拋光表面共平面，且 該固態光傳送窗部之一底表面與該黏著層之一下表 面共平面。 2. 如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，其中該拋光層 是由一單一層所組成。 3’如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，該拋光墊更包 含一可移除襯層，該襯層橫跨該黏著層。 4.如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，其中該上部係 於該窗部的所有側部上側向突出超過該下部。 5’如申請專利範圍第4項所述之拋光墊，其中該上部具 有的一側向尺寸是該下部之一側向尺寸的兩倍至四 倍大 〇 申叫專利範圍第4項所述之拋光墊，其中該下部係 位於該上部之一中央。 17 201143969 '如申請專利範圍第6項所述之拋光塾，其中該窗部為 圓形’且該上部與下部係同心。 8. 如申請專利範圍第7項所述之拋光墊，其中該上部具 有約6 mm之一直徑，且該下部具有約3爪爪之一直 徑。 9. 如申請專利範圍第丨項所述之拋光墊，該拋光墊更包 含在該拋光表面中之溝槽。 10. 如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，其中該拋光墊 具有小於1 mm的一總厚度。 11. 一種用於產生一拋光墊之方法，該方法包含以下步 驟.： 在一拋光層中形成一凹部，該凹部係部分、但非 完全延伸通過該拋光層； 形成一貫孔’該貝孔通過該抛光層與一黏著層， 該貝孔位於5亥凹部中且具有一第一側向尺寸，該第一 側向尺寸小於該凹部之一第二側向尺寸，該凹部與該 貫孔之結合提供了 一孔洞，該孔洞穿過該拋光層與黏 著層； 將一密封膜固定至在該拋光層之與一拋光表面 相對的一側上的該黏著層，以橫跨該貫孔； 將一液體聚合物分配至該孔洞中；以及 •固化該液體聚合物以形成一窗部。 12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，該方法更包含 以下步驟：在形成該凹部之前先以一襯層覆蓋該黏著 18 201143969 層，剝離該襯層以將該密封膜固定至該黏著層，以及 在固化該液體聚合物之後以該襯層重新覆蓋該黏著 層0 如申請專利範圍第u項所述之方法，該方法更包含 以下步驟：移除突出於該拋光層上方之一部分固化的 聚合物。 14. 如申睛專利範圍第u項所述之方法，其中該拋光層 是由一單一層所組成。 15. 如申請專利範圍第u項所述之方法，其中形成該凹 4包3以下步驟：壓印（emb〇ss )該拋光墊。 .如申請專利範圍第15項所述之方法，其中壓印該抛 光塾包含以下步驟：以一加熱金屬件加壓於該拋光整 上。 17·如申二專利圍第u項所述之方法，其中形成該貫 孔匕3以下步驟.從該拋光層的拋光表面側衝壓貫穿 該拋光層與該黏著層。 18.如申：專利範圍第11項所述之方法，其中該上部係 於該窗部的所有側部上側向突出超過該下部。 19·如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該上部具 有的-側向尺寸是該下部之一側向尺寸的兩倍至四 倍大》 申月專利範圍第11項所述之方法，其中該抛光塾 具有小於1 mm的一總厚度。 19