TW201800181A - 用於ｃｍｐ拋光墊之碎屑移除凹槽 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種適用於拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之至少一個的拋光墊。所述拋光墊包含拋光層，所述拋光層具有聚合物基質、厚度以及表示所述拋光層之用於拋光或平面化之工作區之拋光軌跡。徑向排放凹槽延伸穿過所述拋光軌跡，以促進在所述拋光墊旋轉期間穿過所述拋光軌跡且在半導體、光學及磁基板中之所述至少一個下面且接著超出所述拋光軌跡朝向所述拋光墊之周邊的拋光碎屑移除。

Description

用於CMP拋光墊之碎屑移除凹槽
本發明係關於用於化學機械拋光墊之凹槽。更特定言之，本發明係關於用於在化學機械拋光期間減少缺陷之凹槽設計。
在積體電路及其他電子裝置之製造中，多個導電、半導電及介電材料層沈積至半導體晶圓之表面上並且自所述表面移除。可使用多種沈積技術沈積薄導電、半導電及介電材料層。現代晶圓處理中之常見沈積技術包含物理氣相沈積(PVD)(亦被稱作濺鍍)、化學氣相沈積(CVD)、電漿增強之化學氣相沈積(PECVD)及電化學電鍍(ECP)等。常見移除技術包含濕式及乾式各向同性及各向異性蝕刻等。
由於依序沈積及移除材料層，因此晶圓之最上部表面變成非平面的。由於後續半導體處理(例如，金屬化)需要晶圓具有平坦表面，因此需要平面化晶圓。平面化可用於移除非所要之表面形貌及表面缺陷，諸如粗糙表面、聚結材料、晶格損壞、刮痕及被污染之層或材料。
化學機械平面化或化學機械拋光(CMP)係一種用以平面化或拋光工件(諸如半導體晶圓)之常見技術。在習知CMP中，晶圓載具或拋光頭安裝在載具總成上。拋光頭固 持晶圓並且將晶圓定位成與安裝在CMP設備內之平台或台板上之拋光墊的拋光層接觸。載具總成在晶圓與拋光墊之間提供可控壓力。同時，將拋光介質(例如漿料)分配至拋光墊上並且抽取至晶圓與拋光層之間的間隙中。拋光墊及晶圓通常相對於彼此旋轉以拋光基板。當拋光墊在晶圓下方旋轉時，晶圓清掃通常為環形之拋光軌跡或拋光區，其中晶圓之表面直接面對拋光層。藉由對拋光層及表面上之拋光介質進行化學及機械作用，對晶圓表面拋光並且使其成平面。
Reinhardt等人之第5,578,362號美國專利揭示凹槽提供宏觀紋理到墊之用途。特定言之，其揭示多種圖案、輪廓、凹槽、螺旋、徑向線、斑點或其他形狀。包含在Reinhardt中之具體實例係疊置之同心圓及同心圓以及X-Y凹槽。由於同心圓形凹槽圖案不提供直接流動路徑至墊之邊緣，因此同心圓形凹槽經論證為最常用之凹槽圖案。
Lin等人在第6,120,366號美國專利中在圖2處揭示圓形加徑向凹槽之組合。此實例說明將二十四個徑向凹槽添加至同心圓形凹槽圖案。此凹槽圖案之缺點為，其顯著增加漿料用量，提供有限之拋光改進。
儘管如此，仍對具有拋光效能與漿料用量之更好組合之化學機械拋光墊存在持續需求。此外，需要減少缺陷並增加有效之拋光墊使用壽命之凹槽。
本發明之一態樣提供一種拋光墊，其適用於使用拋光流體以及所述拋光墊與半導體、光學及磁基板中之至少一個之間的相對運動來拋光或平面化半導體、光學及磁基板 中之所述至少一個，所述拋光墊包括以下各項：拋光層，其具有聚合物基質及厚度，所述拋光層包含中心、周邊、自所述中心延伸至所述周邊之半徑以及環繞所述中心且與所述半徑相交之拋光軌跡，所述拋光軌跡表示所述拋光層之用於拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之所述至少一個的工作區；複數個饋料器凹槽(δ)，其與所述半徑相交，所述饋料器凹槽(δ)具有在所述饋料器凹槽(δ)之間的用於使用所述拋光墊及所述拋光流體拋光或平面化半導體、光學或磁基板中之所述至少一個的凸台區域，所述複數個饋料器凹槽(δ)具有平均剖面饋料器面積(δa)，所述平均剖面饋料器面積(δa)係每一饋料器凹槽之總剖面積除以饋料器凹槽(δ)之總數目；至少一個徑向排放凹槽(ρ)，其在所述拋光層中，與所述複數個饋料器凹槽(δ)相交以用於允許所述拋光流體自所述複數個饋料器凹槽(δ)流至所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)，且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)具有平均排放剖面積(ρa)，所述至少一個徑向排放凹槽之所述平均排放剖面積(ρa)大於所述平均剖面饋料器面積(δa)，如下：2 * δa
Figure TW201800181AD00001
ρa
Figure TW201800181AD00002
8 * δa
其中(nr)表示徑向凹槽之數目，且(nf)表示饋料器凹槽之數目，且(0.15)nf * δa
Figure TW201800181AD00003
nr * ρa
Figure TW201800181AD00004
(0.35)nf * δa
且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)延伸穿過所述拋光軌跡，以用於促進在所述拋光墊旋轉期間穿過所述拋光軌跡且在半導體、光學及磁基板中之所述至少一個下面且接著超出所述拋光軌跡朝向所述拋光墊之所述周邊的拋光碎屑移除。
本發明之一替代性態樣提供一種拋光墊，其適用於使用拋光流體以及所述拋光墊與半導體、光學及磁基板中之至少一個之間的相對運動來拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之所述至少一個，所述拋光墊包括以下各項：拋光層，其具有聚合物基質及厚度，所述拋光層包含中心、周邊、自所述中心延伸至所述周邊之半徑以及環繞所述中心且與所述半徑相交之拋光軌跡，所述拋光軌跡表示所述拋光層之用於拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之所述至少一個的工作區；複數個饋料器凹槽(δ)，其與所述半徑相交，所述饋料器凹槽(δ)具有在所述饋料器凹槽(δ)之間的用於使用所述拋光墊及所述拋光流體拋光或平面化半導體、光學或磁基板中之所述至少一個的凸台區域，所述複數個饋料器凹槽(δ)具有平均剖面饋料器面積(δa)，所述平均剖面饋料器面積(δa)係每一饋料器凹槽之總剖面積除以饋料器凹槽(δ)之總數目；至少一個徑向排放凹槽(ρ)，其在所述拋光層中，與所述複數個饋料器凹槽(δ)相交以用於允許所述拋光流體自所述複數個饋料器凹槽(δ)流至所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)，且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)具有平均排放剖面積(ρa)，所述至少一個徑向排放凹槽之所述平均排放剖面積(ρa)大於所述平均剖面饋料器面積(δa)，如下：2 * δa
Figure TW201800181AD00005
ρa
Figure TW201800181AD00006
8 * δa
其中(nr)表示徑向凹槽之數目，且(nf)表示饋料器凹槽之數目，且(0.15)nf * δa
Figure TW201800181AD00007
nr * ρa
Figure TW201800181AD00008
(0.35)nf * δa
其中nr等於2與12之間的數目
且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)延伸穿過所述拋光軌跡，以用於促進在所述拋光墊旋轉期間穿過所述拋光軌跡且在半導體、光學及磁基板中之所述至少一個下面且接著超出所述拋光軌跡朝向所述拋光墊之所述周邊的拋光碎屑移除。
10‧‧‧拋光墊
12‧‧‧圓形凹槽
14‧‧‧凸台區域
16‧‧‧徑向凹槽
200‧‧‧拋光墊
202A‧‧‧饋料器凹槽
202B‧‧‧饋料器凹槽
204A‧‧‧饋料器凹槽
204B‧‧‧饋料器凹槽
206A‧‧‧饋料器凹槽
206B‧‧‧饋料器凹槽
208A‧‧‧饋料器凹槽
208B‧‧‧饋料器凹槽
210A‧‧‧周邊凹槽
210B‧‧‧周邊凹槽
214‧‧‧凸台區域
216‧‧‧徑向排放凹槽
220‧‧‧周邊凸台區域
222‧‧‧周邊壁
232‧‧‧側壁
234‧‧‧周邊壁
300‧‧‧拋光墊
302A‧‧‧饋料器凹槽
302B‧‧‧饋料器凹槽
304A‧‧‧饋料器凹槽
304B‧‧‧饋料器凹槽
306A‧‧‧饋料器凹槽
306B‧‧‧饋料器凹槽
308A‧‧‧饋料器凹槽
308B‧‧‧饋料器凹槽
310A‧‧‧周邊凹槽
310B‧‧‧周邊凹槽
314‧‧‧凸台區域
316‧‧‧徑向排放凹槽
320‧‧‧周邊凸台
322‧‧‧周邊壁
332‧‧‧側壁
334‧‧‧周邊壁
400‧‧‧拋光墊
401‧‧‧中心
405‧‧‧周邊
412‧‧‧饋料器凹槽
414‧‧‧饋料器凹槽
416‧‧‧徑向排放凹槽
440‧‧‧晶圓
500‧‧‧拋光墊
505‧‧‧周邊
512‧‧‧饋料器凹槽
514‧‧‧凸台區域
516A‧‧‧徑向排放凹槽
516B‧‧‧徑向排放凹槽
540‧‧‧晶圓
600‧‧‧拋光墊
605‧‧‧周邊
610‧‧‧周邊凹槽
612‧‧‧饋料器凹槽
614‧‧‧凸台區域
616A、616B、616C、616D‧‧‧徑向排放凹槽
620‧‧‧周邊凸台區域
700‧‧‧拋光墊
705‧‧‧周邊
712‧‧‧饋料器凹槽
714‧‧‧凸台區域
716A‧‧‧徑向排放凹槽
716B‧‧‧徑向排放凹槽
716C‧‧‧徑向排放凹槽
716D‧‧‧徑向排放凹槽
716E‧‧‧徑向排放凹槽
716F‧‧‧徑向排放凹槽
716G‧‧‧徑向排放凹槽
716H‧‧‧徑向排放凹槽
800‧‧‧拋光墊
805‧‧‧周邊
812‧‧‧饋料器凹槽
814‧‧‧凸台區域
816A‧‧‧徑向排放凹槽
816B‧‧‧徑向排放凹槽
816C‧‧‧徑向排放凹槽
816D‧‧‧徑向排放凹槽
816E‧‧‧徑向排放凹槽
816F‧‧‧徑向排放凹槽
816G‧‧‧徑向排放凹槽
816H‧‧‧徑向排放凹槽
816I‧‧‧徑向排放凹槽
816J‧‧‧徑向排放凹槽
816K‧‧‧徑向排放凹槽
816L‧‧‧徑向排放凹槽
816M‧‧‧徑向排放凹槽
816N‧‧‧徑向排放凹槽
816O‧‧‧徑向排放凹槽
816P‧‧‧徑向排放凹槽
900‧‧‧拋光墊
901‧‧‧中心
905‧‧‧周邊
914‧‧‧凸台區域
916A‧‧‧錐形徑向排放凹槽
916B‧‧‧錐形徑向排放凹槽
916C‧‧‧錐形徑向排放凹槽
916D‧‧‧錐形徑向排放凹槽
916E‧‧‧錐形徑向排放凹槽
916F‧‧‧錐形徑向排放凹槽
916G‧‧‧錐形徑向排放凹槽
916H‧‧‧錐形徑向排放凹槽
D‧‧‧深度
D1‧‧‧深度
D2‧‧‧深度
r‧‧‧半徑
圖1為先前技術圓形加徑向凹槽圖案之示意性俯視圖。
圖2為本發明之碎屑移除凹槽之部分切開之示意性俯視圖。
圖2A為本發明之碎屑移除凹槽之部分切開之示意性俯視圖，其包含周邊凸台區域。
圖3為本發明之碎屑移除凹槽之部分切開之示意性俯視圖，其說明穿過饋料器及碎屑移除凹槽之流動。
圖3A為本發明之碎屑移除凹槽之部分切開之示意性俯視圖，其說明穿過饋料器及包含周邊凸台區域之碎屑移除凹槽之流動。
圖4為本發明之碎屑凹槽圖案之示意性俯視圖，其具有一個碎屑移除通道及晶圓基板。
圖5為本發明之碎屑凹槽圖案之示意性俯視圖，其具有兩個碎屑移除通道及晶圓基板。
圖6為本發明之碎屑凹槽圖案之示意性俯視圖，其具有四個碎屑移除通道。
圖6A為本發明之碎屑凹槽圖案之示意性俯視圖，其具有四個碎屑移除通道並包含周邊凸台區域。
圖7為本發明之碎屑凹槽圖案之示意性俯視圖，其具有八 個碎屑移除通道。
圖8為本發明之碎屑凹槽圖案之示意性俯視圖，其具有十六個碎屑移除通道。
圖9為本發明之碎屑凹槽圖案之示意性俯視圖，其具有八個錐形碎屑移除通道。
圖10為隨所部署之排放凹槽之數目而變之徑向排放凹槽比之曲線圖。
圖11為總缺陷對時間之曲線圖，其包含本發明之拋光墊凹槽圖案。
圖12為總缺陷對對照墊時間對本發明之90密耳(0.23cm)徑向重疊樣品之曲線圖。
圖13為後HF蝕刻缺陷概述之曲線圖，其包含本發明之拋光墊凹槽圖案。
閉孔墊材料之移除製程在墊側上含有表面微凸體之薄潤滑膜中進行。為了使移除發生，表面微凸體必須直接或半直接接觸基板表面。此受到修改表面紋理以促進液體輸送及流體靜壓力之釋放以及併入有凹槽或其他類型之宏觀紋理以促進排放的影響。受良好控制之接觸的維護對製程條件、凹槽之間的凸台區域中之紋理之維護及多種其他變量相對敏感。
當前墊中之基板接觸區中之局部環境具有如下特性：晶圓側及墊側兩者上之表面/體積比(S/V)相當高，很可能>200：1。此使得潤滑膜內之液體輸送相當困難。更 特定言之，給定拋光期間之質量去除速率，潤滑膜明顯缺乏反應物且明顯富含反應產物。
液體溫度遠高於具有大深度及橫向梯度之周圍。此已在宏觀及微觀層面下極詳細地進行了內部研究。拋光製程消耗大量能量，並非所有能量導致移除。液體內之接觸或近接觸摩擦及黏性摩擦引起明顯的接觸發熱。由於墊為高效絕緣體，因此所產生之大部分熱經由液體耗散。因此，潤滑膜內之局部環境，尤其係近表面微凸體為輕度水熱的。溫度梯度與高S/V一起為紋理體積內(特定言之，墊表面處)之反應產物之沈澱提供驅動力。由於此等反應產物很可能相當大，且預期此等反應產物之大小隨時間而增長，因此此可為用於產生微刮痕(microscratch)缺陷之主要機制中之一個。二氧化矽沈澱為主要關注點，此係由於溫度對單體溶解度之影響相當深刻。
自基板表面上之點之參考框架，熱及反應歷程經受極端之循環變化。此循環變化之主要原因為對墊中之凹槽之需要(用以影響與晶圓之均勻接觸)。凹槽中之液體環境明顯不同於凸台區域中之液體環境。凹槽中之液體環境明顯較冷，明顯富含反應物，且反應產物明顯較少。因此，晶圓上之每個點可見此兩種極為不同之環境之間的快速循環。此可為將副產物拋光到晶圓表面上(特定言之，接觸後邊緣處)之再沈積提供驅動力。
在晶圓接觸期間經由凹槽進行到凸台區域上之漿料輸送。不幸的是，凹槽起兩個作用：饋入新鮮漿料，以及移除廢漿料。在所有當前墊設計中，此必須在相同體積中同時 發生。因此，凸台並非由新鮮漿料饋料，而是由可變混合物饋料。可變混合發生之位置被稱為反向混合區。雖然可變混合可經由凹槽設計緩解，但其無法被消除。此構成用於刮痕及殘餘沈積兩者之大粒子之另一重要來源。最大關注點在於，若凹槽中之漿料未持續更新，則大聚集粒子之形成及生長將持續發生。給定新鮮漿料的同時引入及未經引導之液體輸送，此等大粒子將最終以越來越多之數目洗滌至凸台表面上，從而導致刮痕缺陷之遞增。通常在使用墊期間觀察到此效應，與製程條件或調節模式無關。墊壽命期間之缺陷度變化具有如下三個方案：(a)在引入新墊時之初始高缺陷度(磨合)；(b)磨合缺陷度減小至其使用之部分之低穩定狀態；以及(c)壽命終止狀態，其中缺陷度及晶圓非均勻性上升至過高程度。自上文顯而易見的是，阻止或延遲方案(c)改進了墊之拋光使用壽命。
最常使用之饋料器凹槽類型為圓形。當此等圓形凹槽與徑向排放凹槽相交時，其形成弧形。替代地，饋料器凹槽可為線性段或正弦波。許多不同饋料器凹槽寬度、深度及間距係可商購的。
先前技術凹槽通常憑經驗開發以藉由控制流體動力回應來改進速率均勻性及墊壽命。尤其係對於圓形設計，此通常導致相對薄的凹槽。最廣泛使用之圓形凹槽為製造成如下凹槽規範之1010凹槽：0.020寸寬×0.030寸深×0.120寸間距(0.050cm寬×0.076cm深×0.305cm間距)。此等尺寸之經均等連接之凹槽歸因於小剖面積而並非用於輸送液體之高效媒介。額外問題為所暴露之墊表面之粗糙度。閉孔多孔聚合 物(諸如，IC1000)通常具有~50微米之表面粗糙度。對於具有>50：1之表面積/液體體積比之1010凹槽，側壁紋理中所含有之液體體積之分數相當高(~11%)。此導致側壁處之流動停滯。此為廢產物之聚集體之來源，若所述廢產物被引入至墊表面上，則所述廢產物隨時間生長成刮痕之大且具破壞性的點源。由於不存在至凹槽之外之方向性流動，因此藉由添加至少一個排放凹槽來添加自凹槽高效移除漿料之構件防止大粒子聚結或生長，並且因此減少刮痕。雖然預期改進之凹槽排放將具有即時有益之影響，但最大益處為在壽命終止效應開始之前增加工作壽命。
參考圖1，拋光墊10包含圓形凹槽12與徑向凹槽16之組合。平坦且通常多孔之凸台區域14劃分圓形凹槽12與徑向凹槽16。在拋光期間，圓形凹槽12與徑向凹槽16組合以將拋光漿料或拋光溶液分佈至凸台區域14以供與基板(例如，半導體、光學或磁基板中之至少一個)相互作用。圓形凹槽12及徑向凹槽16具有均勻之剖面。此等凹槽圖案之問題在於，隨時間，收集在凹槽12及16中之拋光碎屑接著週期性地移動至凸台區域14，在凸台區域14中，拋光碎屑賦予缺陷，例如基板之刮痕缺陷。
參考圖2，拋光墊200包含可全部流動至徑向排放凹槽216中之饋料器凹槽202A、204A、206A、208A及202B、204B、206B、208B。在此實施例中，徑向排放凹槽216具有深度「D」，其等於饋料器凹槽之深度。在拋光期間，饋料器凹槽202A、204A、206A、208A及202B、204B、206B、208B以及徑向排放凹槽216跨越凸台區域214分佈拋光漿料或溶液。 箭頭指示拋光漿料或溶液流動至拋光墊200之周邊壁234且經過周邊壁234。在順時針拋光期間，來自饋料器凹槽202A、204A、206A及208A之流大於來自饋料器凹槽202B、204B、206B及208B之流。在逆時針拋光期間，來自饋料器凹槽202B、204B、206B及208B之流大於來自饋料器凹槽202A、204A、206A及208A之流。此可選實施例允許所有拋光碎屑自拋光墊200穿過徑向排放凹槽216不受妨礙地退出。
參考圖2A，拋光墊200包含可全部流動至徑向排放凹槽216中之饋料器凹槽202A、204A、206A及202B、204B、206B。在此實施例中，徑向排放凹槽216具有深度「D」，其等於饋料器凹槽之深度或側壁232之高度。在拋光期間，饋料器凹槽202A、204A、206A及202B、204B、206B以及徑向排放凹槽216跨越凸台區域214分佈拋光漿料或溶液。拋光漿料或溶液自排放凹槽216流動穿過周邊凹槽210A及210B。拋光漿料或溶液接著跨越周邊凸台區域220且經過周邊壁222退出周邊凹槽210A及210B。箭頭指示拋光漿料或溶液跨越周邊凸台區域220且經過拋光墊200之周邊壁222流動至周邊凹槽210A及210B。在順時針拋光期間，來自饋料器凹槽202A、204A及206A之流大於來自饋料器凹槽202B、204B及206B之流。在逆時針拋光期間，來自饋料器凹槽202B、204B及206B之流大於來自饋料器凹槽202A、204A及206A之流。此可選實施例減緩拋光漿料或溶液之退出且可增加一些拋光組合之拋光效率。
參考圖3，拋光墊300包含可全部流動至徑向排放凹槽316中之饋料器凹槽302A、304A、306A、308A及302B、 304B、306B、308B。在此實施例中，徑向排放凹槽316具有深度「D」，其大於饋料器凹槽302A、304A、306A、308A及302B、304B、306B、308B之深度D1。特定而言，排放凹槽316延伸額外深度D2，D2小於饋料器凹槽302A、304A、306A、308A及302B、304B、306B、308B之深度D1。側壁332之高度等於深度D1加深度D2。在拋光期間，饋料器凹槽302A、304A、306A、308A及302B、304B、306B、308B以及徑向排放凹槽316跨越凸台區域314分佈拋光漿料或溶液。箭頭指示拋光漿料或溶液流動至拋光墊300之周邊壁334且經過周邊壁334。在順時針拋光期間，來自饋料器凹槽302A、304A、306A及308A之流大於來自饋料器凹槽302B、304B、306B及308B之流。在順時針拋光期間，來自饋料器凹槽302B、304B、306B及308B之流大於來自饋料器凹槽302A、304A、306A及308A之流。此可選實施例允許所有拋光碎屑自拋光墊300穿過徑向排放凹槽316不受妨礙地退出。
參考圖3A，拋光墊300包含可全部流動至徑向排放凹槽316中之饋料器凹槽302A、304A、306A及302B、304B、306B。在此實施例中，徑向排放凹槽316具有深度「D」，其大於饋料器凹槽302A、304A、306A、308A及302B、304B、306B、308B之深度D1。特定而言，排放凹槽316延伸額外深度D2，D2小於饋料器凹槽302A、304A、306A、308A及302B、304B、306B、308B之深度D1。此設計促進高密度拋光碎屑跨越周邊凸台區域320流動至拋光墊300之周邊壁322。在拋光期間，饋料器凹槽302A、304A、306A及302B、304B、306B以及徑向排放凹槽316跨越凸台區域314分佈拋光漿料或溶 液。拋光漿料或溶液自排放凹槽316流動穿過周邊凹槽310A及310B。拋光漿料或溶液接著跨越周邊凸台區域320且經過周邊壁322退出周邊凹槽310A及310B。箭頭指示拋光漿料或溶液跨越周邊凸台區域320且經過拋光墊300之周邊壁322流動至周邊凹槽310A及310B。在順時針拋光期間，來自饋料器凹槽302A、304A及306A之流大於來自饋料器凹槽302B、304B及306B之流。在順時針拋光期間，來自饋料器凹槽302B、304B及306B之流大於來自饋料器凹槽302A、304A及306A之流。此可選實施例減緩拋光漿料或溶液之退出且可增加一些拋光組合之拋光效率。
參考圖4，拋光墊400具有中心401及周邊405，其中半徑r自中心401延伸至周邊405。在此實施例中，晶圓440圍繞標記有平行線之晶圓軌跡且跨越單個徑向排放凹槽416相對於拋光墊400移動。圖4展示覆蓋複數個饋料器凹槽412及凸台區域414之晶圓。徑向排放凹槽416使在晶圓軌跡中及在晶圓軌跡外部之所有饋料器凹槽進行排放。
參考圖5，拋光墊500說明圍繞標記有平行線之晶圓軌跡且跨越以180°間隔開之兩個徑向排放凹槽516A及516B相對於拋光墊500移動之晶圓540。圖5展示覆蓋複數個饋料器凹槽512及凸台區域514之晶圓。特定而言，徑向排放凹槽516延伸穿過拋光軌跡，以用於促進在拋光墊500旋轉期間穿過拋光軌跡且在晶圓下面且接著超出拋光軌跡朝向拋光墊500之周邊505的拋光碎屑移除。徑向排放凹槽516A及516B使在晶圓軌跡中及在晶圓軌跡外部之所有饋料器凹槽進行排放。
參考圖6，拋光墊600說明以90°間隔開之四個徑向排放凹槽616A至616D。替代地，徑向排放凹槽與饋料器凹槽的間隔可為不均等的。在操作期間，拋光漿料或溶液跨越凸台區域614且穿過徑向排放凹槽616A至616D朝向周邊605向外流動。徑向排放凹槽616A至616D使在晶圓軌跡中(不可見)及在晶圓軌跡外部之所有饋料器凹槽612進行排放。
參考圖6A，拋光墊600說明以90°間隔開之四個徑向排放凹槽616A至616D。替代地，徑向排放凹槽與饋料器凹槽的間隔可為不均等的。在操作期間，拋光漿料或溶液跨越凸台區域614且穿過徑向排放凹槽616A到616D朝向周邊605向外流動。在到達周邊605之前，拋光漿料或溶液流動至周邊凹槽610中且自周邊凹槽610跨越周邊凸台區域620流動。徑向排放凹槽616A至616D使在晶圓軌跡中(不可見)及在晶圓軌跡外部之所有饋料器凹槽612進行排放。
參考圖7，拋光墊700說明以45°間隔開之八個徑向排放凹槽716A至716H。替代地，徑向排放凹槽與饋料器凹槽的間隔可為不均等的。在操作期間，拋光漿料或溶液跨越凸台區域714且穿過徑向排放凹槽716A到716H朝向周邊705向外流動。徑向排放凹槽716A到716H使在晶圓軌跡中(不可見)及在晶圓軌跡外部之所有饋料器凹槽712進行排放。
參考圖8，拋光墊800說明以22.5°間隔開之十六個徑向排放凹槽916A至916P。替代地，徑向排放凹槽與饋料器凹槽的間隔可為不均等的。在操作期間，拋光漿料或溶液跨越凸台區域814且穿過徑向排放凹槽816A至816P朝向周邊805向外流動。徑向排放凹槽816A至816P使在晶圓軌跡 中(不可見)及在晶圓軌跡外部之所有饋料器凹槽812進行排放。
參考圖9，拋光墊900說明以45°間隔開之八個錐形徑向排放凹槽916A至916H。替代地，徑向排放凹槽與饋料器凹槽的間隔可為不均等的。在操作期間，拋光漿料或溶液跨越凸台區域914且穿過錐形徑向排放凹槽916A至916H朝向周邊905向外流動。錐形徑向排放凹槽916A至916H朝向周邊905之寬度全都大於朝向中心901之寬度。此錐形允許徑向排放凹槽容納增加之流體及拋光碎屑負載。作為寬度之替代方案，深度可朝向周邊增大以增加流動。但對於大多數情況，增加之離心力足以在拋光漿料或溶液朝向墊之周邊流動時容納穿過排放凹槽之增加的流動。
對於本發明，饋料器凹槽(δ)具有平均剖面饋料器面積(δa)，其中平均剖面饋料器面積(δa)為每一饋料器凹槽之總剖面積除以饋料器凹槽(δ)之總數目。徑向排放凹槽(ρ)具有平均排放剖面積(ρa)，其中徑向排放凹槽之平均排放剖面積(ρa)比平均剖面饋料器(δa)面積大至少兩倍但比剖面饋料器(δa)大不到八倍，如下：2 * δa
Figure TW201800181AD00009
ρa
Figure TW201800181AD00010
8 * δa
其中(nr)表示徑向凹槽之數目，且(nf)表示饋料器凹槽之數目，從而表示每一側之徑向排放凹槽之總和，如下：(0.15)nf * δa
Figure TW201800181AD00011
nr * ρa
Figure TW201800181AD00012
(0.35)nf * δa
通常，nr為1至16。最有利的是，nr為2至12。
實例1：
具有數目增加之徑向凹槽(1、2、4、8及16個) 之一系列拋光墊產生具有恆定饋料凹槽面積之增加的排放容量。拋光墊具有如下凹槽尺寸：單個圓形饋料器凹槽之剖面積：0.0039cm2。
由排放凹槽平分之饋料器凹槽之數目：80
饋料至單個排放凹槽中之饋料器凹槽之總剖面積：=0.0039×80×2=0.624cm2。
應注意：本說明書中所使用之饋料器凹槽計算假定漿料自饋料器凹槽與排放凹槽之間的每一單個相交區之兩側流動。舉例而言，80個圓形饋料器凹槽形成具有單個排放凹槽之160個凹槽交叉點。
單個排放凹槽之剖面積：0.01741932cm2。
若應用單個排放凹槽，則徑向排放凹槽對饋料器凹槽剖面積比率為：0.03。
在所展示之實例中，單個排放凹槽為不足以有效地排放饋料器凹槽組。然而，藉由添加複數個饋料器凹槽，排放效率可易於增加至可接受之程度。圖10以圖形方式說明改進之排放容量隨著凹槽之數目而增加。
小於0.15之相對排放面積比率並非有效的。由於跨越墊之上表面遞送過量新鮮漿料，因此徑向凹槽之數目取決於許多變量，包含漿料遞送速率。若排放容量過高，則此導致可供使用之凹槽中之漿料不足，且可致使墊乾燥。此係不利之缺陷來源，例如刮痕缺陷。本發明之排放凹槽減少了缺陷。類似地，排放比率過低將不移除足夠之拋光副產物且不減少缺陷。排放比率過高影響流體動力學(藉由增加之晶圓非均勻性體現)且甚至在不使用排放凹槽之情況下增加缺陷。
實例2
為了評估最優範圍，執行以下實驗。將五個不同徑向凹槽應用於一組閉孔聚胺基甲酸酯拋光墊。此等墊具有20密耳寬、30密耳深且120密耳間距(0.051cm×0.076cm×0.305cm間距)之圓形凹槽。名稱及徑向凹槽尺寸及數目展示於表1中。
Figure TW201800181AD00013
Figure TW201800181AD00014
拋光條件概括如下： MDC Mirra，K1501-50μm膠態漿料
Saesol AK45(8031c1)金剛石磨盤，墊磨合30分鐘7psi(48kPa)，在7psi(48kPa)下之全原位調節， 製程：墊下壓力3psi(20.7kPa)
台板速度93rpm
載具速度87rpm
漿料流速200ml/m
監視器晶圓在11、37、63、89、115、141、167及193個晶圓計數下拋光。
缺陷計數使用來自KLA-Tencor之Surfscan SP1分析器。
每一墊經磨合以移除啟動效應，且對200個晶圓進行拋光以評估速率及缺陷度穩定性。墊之間的速率不存在大的差異。然而，缺陷度存在明顯差異，如圖11及圖12中所展示。具有90密耳(0.229cm)寬度/8徑向凹槽及120密耳(0.305cm)寬度/8徑向凹槽之墊樣品展示低且穩定之缺陷程度。所有其他(包含對照物)展示跨越測試之持續時間而改變且隨著拋光時間增加而增加之較高缺陷程度。此尤其在圖11中顯而易見，圖11將對照墊效能與90密耳(0.229cm)凹槽墊相比較。
使排放凹槽之數目加倍(排放對饋料器面積比率自0.225增加至0.45)整體上、甚至相對於對照物明顯增加了缺陷度。此被視為存在排放效率比率之臨界範圍之指示。此臨界範圍可隨著饋料器凹槽之大小及數目以及徑向排放凹槽之大小而變化。
亦檢查在HF蝕刻之後的缺陷資料以比較總缺陷度與刮痕密度。HF蝕刻在移除粒子時有效，且增加對刮痕之敏感度，此係由於HF藉由移除裂紋自身(邊飾)周圍之應變區來放大刮痕深度。如在圖13中所展示，針對90密耳(0.229cm)/8墊及120密耳(0.305cm)/8墊觀察到同樣低且穩定之缺陷回應，但60密耳(0.152cm)/8墊回應更加類似，其指示所述墊樣品之總體缺陷中之大部分為小微粒而非大的破壞性聚集體。此指示亦存在排放效率比率之下限。基於此等結 果，徑向排放對饋料器凹槽面積比率之0.2至0.3之臨界範圍為最有利的。
自以上論述變得清楚的是，排放效率表達式可用於判定跨越廣泛饋料器凹槽尺寸及間距實現減少之缺陷度所需之排放凹槽尺寸及數目。可強加一些實際限制；例如，歸因於旋轉偏心率，可能不希望僅部署一個排放凹槽。亦推斷排放凹槽限於徑向凹槽，或其變化。其原因如下：a.)其擁有單旋轉對稱性；以及b.)其對紋理所誘發之奈米形貌(非所要)提供最小貢獻。關於凹槽尺寸，亦可需要藉由設計徑向排放凹槽以加寬半徑、加寬上文所引用之排放效率比率之範圍的限制來進一步調節輸送，如在墊之周邊處所計算。
本發明對於形成用於維持低缺陷程度之多孔拋光墊以用於擴展之化學機械平面化應用係有效的。另外，此等墊可改進拋光速率、整體均勻性並減少拋光振動。
200‧‧‧拋光墊
202A‧‧‧饋料器凹槽
202B‧‧‧饋料器凹槽
204A‧‧‧饋料器凹槽
204B‧‧‧饋料器凹槽
206A‧‧‧饋料器凹槽
206B‧‧‧饋料器凹槽
208A‧‧‧饋料器凹槽
208B‧‧‧饋料器凹槽
214‧‧‧凸台區域
216‧‧‧徑向排放凹槽
232‧‧‧側壁
234‧‧‧周邊壁
D‧‧‧深度

Claims (10)

  1. 一種拋光墊，其適用於使用一拋光流體以及所述拋光墊與半導體、光學及磁基板中之至少一個之間的相對運動來拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之所述至少一個，所述拋光墊包括以下各項：一拋光層，其具有一聚合物基質及一厚度，所述拋光層包含一中心、一周邊、自所述中心延伸至所述周邊之一半徑以及環繞所述中心且與所述半徑相交之一拋光軌跡，所述拋光軌跡表示所述拋光層之用於拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之所述至少一個的一工作區；複數個饋料器凹槽(δ)，其與所述半徑相交，所述饋料器凹槽(δ)具有在所述饋料器凹槽(δ)之間的用於使用所述拋光墊及所述拋光流體拋光或平面化半導體、光學或磁基板中之所述至少一個的凸台區域，所述複數個饋料器凹槽(δ)具有平均剖面饋料器面積(δa)，所述平均剖面饋料器面積(δa)係每一饋料器凹槽之總剖面積除以饋料器凹槽(δ)之總數目；至少一個徑向排放凹槽(ρ)，其在所述拋光層中，與所述複數個饋料器凹槽(δ)相交以用於允許所述拋光流體自所述複數個饋料器凹槽(δ)流至所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)，且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)具有一平均排放剖面積(ρa)，所述至少一個徑向排放凹槽之所述平均排放剖面積(ρa)大於所述平均剖面饋料器面積(δa)，如下：2 * δa
    Figure TW201800181AC00001
    ρa
    Figure TW201800181AC00002
    8 * δa其中(nr)表示徑向凹槽之數目，且(nf)表示饋料器凹槽 之數目，且(0.15)nf * δa
    Figure TW201800181AC00003
    nr * ρa
    Figure TW201800181AC00004
    (0.35)nf * δa且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)延伸穿過所述拋光軌跡，以用於促進在所述拋光墊旋轉期間穿過所述拋光軌跡且在半導體、光學及磁基板中之所述至少一個下面且接著超出所述拋光軌跡朝向所述拋光墊之所述周邊的拋光碎屑移除。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，其中2 * δa
    Figure TW201800181AC00005
    ρa
    Figure TW201800181AC00006
    6 * δa。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，其中所述至少一個徑向凹槽端接至圓周周邊凹槽中，且周邊凸台區域環繞所述圓周周邊凹槽。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，其中所述饋料器凹槽係同心弧。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之拋光墊，其中所述徑向排放凹槽具有大於所述饋料器凹槽之深度。
  6. 一種拋光墊，其適用於使用一拋光流體以及所述拋光墊與半導體、光學及磁基板中之至少一個之間的相對運動來拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之所述至少一個，所述拋光墊包括以下各項：一拋光層，其具有一聚合物基質及一厚度，所述拋光層包含一中心、一周邊、自所述中心延伸至所述周邊之一半徑以及環繞所述中心且與所述半徑相交之一拋光軌跡，所述拋光軌跡表示所述拋光層之用於拋光或平面化半導體、光學及磁基板中之所述至少一個的一工作區； 複數個饋料器凹槽(δ)，其與所述半徑相交，所述饋料器凹槽(δ)具有在所述饋料器凹槽(δ)之間的用於使用所述拋光墊及所述拋光流體拋光或平面化半導體、光學或磁基板中之所述至少一個的凸台區域，所述複數個饋料器凹槽(δ)具有平均剖面饋料器面積(δa)，所述平均剖面饋料器面積(δa)係每一饋料器凹槽之總剖面積除以饋料器凹槽(δ)之總數目；至少一個徑向排放凹槽(ρ)，其在所述拋光層中，與所述複數個饋料器凹槽(δ)相交以用於允許所述拋光流體自所述複數個饋料器凹槽(δ)流至所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)，且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)具有一平均排放剖面積(ρa)，所述至少一個徑向排放凹槽之所述平均排放剖面積(ρa)大於所述平均剖面饋料器面積(δa)，如下：2 * δa
    Figure TW201800181AC00007
    ρa
    Figure TW201800181AC00008
    8 * δa其中(nr)表示徑向凹槽之數目，且(nf)表示饋料器凹槽之數目，且(0.15)nf * δa
    Figure TW201800181AC00009
    nr * ρa
    Figure TW201800181AC00010
    (0.35)nf * δa其中nr等於2與12之間的數目且所述至少一個徑向排放凹槽(ρ)延伸穿過所述拋光軌跡，以用於促進在所述拋光墊旋轉期間穿過所述拋光軌跡且在半導體、光學及磁基板中之所述至少一個下面且接著超出所述拋光軌跡朝向所述拋光墊之所述周邊的拋光碎屑移除。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之拋光墊，其中2 * δa
    Figure TW201800181AC00011
    ρa
    Figure TW201800181AC00012
    6 * δa。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之拋光墊，其中所述至少一個徑向凹槽端接至圓周周邊凹槽中，且周邊凸台區域環繞所述圓周周邊凹槽。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之拋光墊，其中所述饋料器凹槽係同心弧。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之拋光墊，其中所述徑向排放凹槽具有大於所述饋料器凹槽之深度。
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