TW202140198A

TW202140198A - 具有凸出結構之化學機械拋光墊

Info

Publication number: TW202140198A
Application number: TW109141666A
Authority: TW
Inventors: 金究衍
Original assignee: 美商智能墊有限責任公司
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-11-01
Also published as: KR20210130629A; WO2021216112A1; JP2023523022A; EP4126450A1; CN115666852A; US20210323114A1

Abstract

本發明提供一種拋光墊，包括：一支撐層、以及一凸出圖案，設置於該支撐層上。該凸出圖案包括水平之一延伸表面及垂直之一側面。此外，該支撐層包括：一第一支撐層、以及一第二支撐層，且該第一支撐層係設置於該第二支撐層上。特別地，該凸出圖案之水平截面積沿著凸出方向的變化係等於或小於50%。

Description

具有凸出結構之化學機械拋光墊

本發明係關於化學機械拋光，更具體而言，係關於一種具有凸出結構之化學機械拋光墊，用以提升熱穩定性及改善拋光表面粗糙度之一致性。

化學機械拋光(CMP)係為了使晶圓表面上的不均勻或起伏圖案平坦化而用在半導體製程中。該CMP製程係以原子等級將該晶圓之表面或製品平坦化，同時利用摩擦能及化學能的相互作用來將表面缺陷最小化。拋光係藉由將製品壓在拋光墊上提供拋光漿料並利用製品和拋光墊之間產生的相對運動而實現。該CMP製程可用在超大型積體電路(ULSI)的製造，且被認為係用來使電晶體元件平坦化、多層互連的層間絕緣及製造鎢或銅互連等的必要技術。

如圖1所示，傳統之CMP製程包括：將拋光墊1固定在壓盤2，在拋光墊1上提供拋光漿料3，將如晶圓之製品4壓在該拋光墊1上，並在該拋光墊1和該製品4之間產生相對運度。該拋光墊形成為薄平面形狀且主要由聚合物材料製成之拋光材。為了控制整個晶圓有均勻之拋光率，該拋光及該晶圓兩者如圖1所示在該拋光墊和該晶圓彼此壓緊之狀態旋轉。特別地，該拋光率可由拋光壓力及該拋光墊和該晶圓間之相對速度之乘積而決定(即，拋光壓力×相對速度)。換言之，一旦得到該拋光材及該製品，該拋光率即由該壓力和該相對速度決定。該CMP製程之要求之一為拋光穩定性，或維持重複性之能力。影響拋光穩定性之因素包括摩擦熱及表面狀態之變化。

由該摩擦磨損產生的該摩擦熱對於拋光有極大的影響。例如，即使拋光壓力和相對速度恆定，摩擦熱的量仍會根據拋光漿料及墊之化學、機械、及/或熱性能而變化。因此，該摩擦熱會影響該拋光率。因此，儘管嚴格控制該壓力和該相對速度的能力雖通常能改善拋光穩定性或重複性，但易耗件及拋光條件之變化的複雜矩陣，即使在該製程中也會顯著影響拋光穩定性。因此，以穩定的精密度控制該CMP製程中的複雜因素，對於穩定且可重複的拋光製程至關重要。

然而，隨著該拋光製程的進行，來自拋光製程的該摩擦熱會積聚在設備中，且過程溫度會發生偏差，從而導致該拋光穩定性及重複性下降。據此，需要控制該摩擦熱以保持該拋光穩定性。因為先前技術中的習知拋光墊等係由傳熱特性差的聚合物層所製成，故需要改進。

再者，導致拋光穩定性降低的另一個因素係該墊表面的一致性。更具體而言，該拋光率和該墊之表面粗糙度成比例。然而，該拋光表面之該粗糙度會隨著時間而變化。為了解決該問題並恢復該表面粗糙度，通常係使用如有鑽石微粒塗覆於其上之條件盤5(圖1)之粗糙工具來擦洗拋光墊。由於有許多因素例如鑽石微粒的尺寸及分佈、壓力、拋光方法及拋光工具的穩定性來決定拋光結果，因此難以一致性地維持該拋光墊的表面狀態。就結果而言，先前技術中之習知拋光墊的該表面粗糙度並不穩定。

本發明提供了具有特殊設計及製造的拋光墊，其可例如在化學機械拋光、機械化學拋光及摩擦化學拋光之製程中作為半導體或光學元件的製造中的拋光材。依據本發明之拋光墊，可得到改善的熱穩定性，且可維持拋光表面有更一致的表面粗糙度。

本發明之一態樣在於可提供一種拋光墊，其包括：一支撐層、以及設置於該支撐層上之凸出圖案。該凸出圖案可包括一水平之一延伸表面及垂直之側一面。該支撐層可包括：一第一支撐層、以及一第二支撐層；且該第一支撐層可設置於該第二支撐層上。

在一些實施例中，一個或多個之該下述態樣可包括單獨一個或任意多個組合。該凸出圖案之水平截面積沿著凸出方向的變化可等於或小於50%。該延伸表面相對於該拋光墊之面積比可等於或大於1%且等於或小於80%。該凸出圖案可包括彼此分隔設置之多個單元圖案，及/或該凸出圖案可包括彼此橫向連接之多個單元圖案。該拋光墊之1cm² 單元面積內的該水平延伸表面的總周長可等於或大於24cm且等於或小於2400cm。該凸出圖案之高度可等於或大於10µm且等於或小於1000µm。

該支撐層可包括將該支撐層分隔為多個部分的凹槽。在一些實施方式中，該支撐層可包括形成在該第一支撐層之一第一凹槽，該第一凹槽將該支撐層分隔為多個部分。在該第一凹槽下之該第一支撐層之剩餘厚度可等於或小於500µm。該支撐層可包括形成在該第一凹槽內之一第二凹槽；且該第二凹槽之寬度可比該第一凹槽之寬度還窄。

該第一支撐層之厚度可等於或小於1500µm；且該第二支撐層之厚度可等於或大於100µm且等於或小於3000µm。該第一支撐層可包括一第一材料，且該第二支撐層可包括一第二材料。該第一材料與該第二材料可相同亦可不同。該第一材料之一第一硬度可等於或大於該第二材料之一第二硬度。在一些實施方式中，該凸出圖案可包括一第一材料，且該支撐層可包括一第二材料。該第一材料之一第一硬度可等於或大於該第二材料之一第二硬度。在一些實施方式中，該第二支撐層可包括一發泡材料具有一孔隙率。該發泡材料之該孔隙率可介於1%及70%之間。

該第一硬度可等於或大於蕭氏(Shore)30D且等於或小於80D；且該第二硬度可等於或大於蕭氏20A且等於或小於蕭氏80A。例如，該第一材料可選自於聚胺基甲酸乙酯、聚丁二烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚醯胺、環氧樹脂、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚醚醯亞胺、丙烯酸酯、聚亞烷基、聚乙烯、聚酯、天然橡膠、聚丙烯、聚異戊二烯、聚環氧烷、聚環氧乙烷、聚苯乙烯、酚醛樹脂、胺、胺甲酸乙酯、聚矽氧、丙烯酸酯、茀、伸苯基、芘、薁、萘、乙炔、聚對苯撐乙烯(PPV)、吡咯、咔唑、吲哚、氮呯、苯胺、噻吩、3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)、及對伸苯硫醚構成之群組。該第二材料可選自於聚胺基甲酸乙酯、聚丁二烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚醯胺、環氧樹脂、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚醚醯亞胺、丙烯酸酯、聚亞烷基、聚乙烯、聚酯、天然橡膠、聚丙烯、聚異戊二烯、聚環氧烷、聚環氧乙烷、聚苯乙烯、酚醛樹脂、胺、胺甲酸乙酯、聚矽氧、丙烯酸酯、茀、伸苯基、芘、薁、萘、乙炔、聚對苯撐乙烯(PPV)、吡咯、咔唑、吲哚、氮呯、苯胺、噻吩、3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)、及對伸苯硫醚構成之群組。

需特別說明的係，本發明不限於該上述列舉之該元件的組合，可包括本說明書中記載之該元件的任意之組合。本說明書亦公開了本發明之其他態樣。

參照下列詳細記載之圖式及例示性實施例，能夠更凸顯本發明之優點及特徵以及實現方法。惟，本發明並未受限於該例示性實施例的記述，且能夠以任何變化及修改來實施。該例示性實施例僅僅係為了讓本發明所屬領域中具有通常知識者能夠理解本發明之範圍，而本發明之範圍係由請求項之範圍所界定。因此，在一些實施例中，將不詳細記載製程中之公知操作、公知結構及公知技術，從而避免模糊理解本發明。在整個說明書中，相同的圖式符號代表相同的元件。

本說明書之內文所使用之術語目的僅在於描述特定實施例，並未旨在限制本發明。如本文用法，該單數形式「一」、「一個」及「該」亦包含了複數形式之涵義，除非內容特別明確說明。可更清楚地理解的係，在本說明書中使用術語「包括」及/或「包含」時，限定了所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或構件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、構件及/或群組的存在或添加。如本文用法，術語「及/或」包括一個或多個相關聯的所列項目的任何和所有組合。

除非有特別說明或由上下文可明顯得知，不然如本文用法，該術語「約」應理解為在所屬領域的正常公差範圍內，例如在平均值的2個標準差之內。「約」可理解為該設定股值之10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%、或0.01%內。除非上下文另有明確說明，不然本文提供的所有數值皆由術語「約」修飾。該術語「第一」、「第二」等，在本文中係用於區別所代表之相同或相似的元件，且它們可不用於推斷順序或數量。

本發明之態樣提供了用於化學機械拋光（CMP）製程之拋光墊的設計及製造。特別地，依據本發明之拋光墊，可展現出經改善的熱特性且在CMP製程中維持熱穩定性。再者，依據本發明之拋光墊，該拋光墊之表面粗糙度相對於拋光時間的變化可最小化，並且，可提供如提高拋光製程中之可靠性及重複性之技術優勢。因此，可更穩定地得到晶圓平坦化。而且，由於操作溫度低，依據本發明之拋光墊可持續更長的時間且減少更換的頻率，從而提供了經濟優勢。該拋光墊的缺陷亦可被最小化。圖1之如條件盤5等的調節工具可從該CMP設置刪除，從而可簡化該製程及CMP設備配置。另外，由於依據本發明之拋光墊，能夠維持更穩定的拋光溫度，因此可防止拋光漿料的溫度變化。拋光漿料的溫度變化較小較有利，因為拋光漿料的溫度變化會改變拋光漿料的pH值，且拋光漿料的該pH值會影響在拋光漿料內的磨料顆粒的團聚。

為了維持拋光墊的恆定表面溫度，在該墊產生的摩擦熱能夠以增加速率傳遞至拋光漿料。進一步，為了更快速地將該摩擦傳熱到被提供至墊上的漿料，可將該拋光墊之表面幾何形狀設計成能夠增加對流傳熱。由於該條件，先前技術中之習知拋光墊具有形成為圓錐形的拋光螺柱。因此，更限制了漿料流過的空間，且在該墊產生的摩擦熱之位置與該墊接觸漿料的位置之間的距離會增大。據此，傳熱效率會受到損害。

牛頓冷卻定律如式1所示：

式1

其中，Q為傳熱量；h為對流熱傳遞係數；A為傳熱面積；且ΔT為溫度差，即加工過程中的拋光溫度(T)和背景溫度(T_∞ )之差。該背景溫度(T_∞ )可指拋光漿料的溫度。由於操作溫度和漿料溫度之間的溫度差(ΔT)通常為10至50克耳文(K)，故該拋光墊的設計目標可能會依據溫度差(ΔT)而決定最大化傳熱量(Q)。例如，對流傳熱係數(h)可獲得增加，抑或該墊表面和該漿料之間的接觸面積(A)可獲得增加。

在本文中，該拋光漿料或該漿料可指在磨料顆粒及/或腐蝕性化學物質懸浮在液體(例如，水)中之膠體。就磨料顆粒而言，可使用氧化鈰粉末。該磨料顆粒的標稱粒徑可為約1nm至約500nm。然而，本發明並未限制CMP製程中所使用的漿料的類型或特性，且所屬領域中使用的任意漿料可與依據本發明之拋光墊結合使用。

在下述中，參照圖式說明本發明之例示性實施例之拋光墊。

圖2表示了本發明之例示性實施例之拋光墊。圖3表示了本公開之例示性實施例的拋光墊的凸出圖案。參照圖2及圖3，該拋光墊10可包括多個凸出圖案100及支撐層200。多個凸出圖案100中的任一個皆可包括形成為水平之延伸表面120及基本垂直於延伸表面120的垂直之側面180。為了增加對流傳熱，可增加接觸面積(式1中之A)，例如，可藉由增加該側面180的表面積來增加。

就每個凸出的圖案100而言，對流傳熱可由式2算出，如下所示：

式2

其中，m係定義為

的fin參數；h為對流傳熱係數；P為延伸表面120之周長；A_c 為延伸表面120的面積；k為凸出圖案材料的導熱係數；T_b 為延伸表面120的溫度；T_∞ 為該漿料溫度。該對流傳熱模式之參數如圖4所示。

就本發明之例示性實施例而言，由於該凸出圖案100包括從該支撐層200凸出的延伸表面120，故在拋光製程中，從延伸表面120產生的摩擦熱可更輕易地從該凸出圖案100轉移並經由凸出圖案100的側表面180至該漿料。因此，可以提高傳熱效率。

圖5表示了本發明之例示性實施例之拋光墊具有各種幾何形狀的凸出圖案時之傳熱量的代表性建模結果。更具體而言，圖5表示藉由在使用0.8W/m² K之漿料的對流傳熱係數（h）時，改變延伸表面120之周長(P)及高度(L)來對於傳熱量(Q)進行而得之建模結果。凸出圖案100的導熱係數(k)為0.5W/mK，且ΔT為50K。參照圖5，傳熱量(Q)隨著凸出圖案100的周長(P)的增加及隨著凸出圖案100的高度(L)的增加而增加。因此，為了能夠增加給定的拋光墊區域的熱傳遞量，可藉由增加該凸出圖案100之周長(P)及凸出高度(L)。如圖5所示，由於高度(L)大於約1000µm時，效果並不明顯，凸出圖案100的高度(L)可等於或小於約1000µm且等於或大於約10µm。

如上述，由於總熱阻主要由對流熱阻決定，且隨著與漿料接觸的表面積的增加，對流熱阻會降低，故可藉由增加發生對流傳熱的表面積來增加傳熱量(Q)。因此，該周長(P)可由於延伸表面120之給定面積(A_c )而增加。例如，在該拋光墊10之1cm² 單位面積內的該延伸表面120之總周長可等於或大於約24cm且等於或小於約2400cm。

為了增加該拋光墊10的每單位面積的延伸表面120的周長，可減少凸出圖案100的整體尺寸，及/或使凸出圖案100形成為特定的幾何形狀。例如，該凸出圖案100可包括如三角形、四邊形、五邊形、六邊形等多邊形。該凸出圖案100還可包括圓形、橢圓形或任意之自由彎曲的形狀。此外，該凸出圖案100可包括由兩個或更多個形狀組合之幾何形狀。在一些實施例中，該凸出圖案100可包括彼此分隔設置之多個單元圖案。不論附加地或替代地，該凸出圖案100可包括彼此橫向連接以形成單元圖案網路之多個單元圖案。

圖2、6A、6B、7A、及7B表示了形成為各種幾何形狀之凸出圖案100。圖2表示了形成為正方形的該凸出圖案100，且圖6A表示了十字形之圖案。此外，圖6B表示了十字形和正方形之組合圖案。如圖6B所示，該凸出圖案100可具有在單元圖案內局部變化的不均勻高度。在一些實施例中，如圖7A及7B所示，可藉由增加或減少該相同幾何形狀之整體大小來調整該周長(P)。本發明之該凸出圖案100的幾何形狀不受限於上述例示，且可變地確定為增加或減少該凸出圖案100之周長(P)。該延伸表面120相對於該拋光墊10之面積比可等於或大於約1%且等於或小於約80%。例如，該延伸表面120相對於該拋光墊10之面積比可為大約1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、或80%。在本文中，該延伸表面120相對於該拋光墊10之面積比意指拋光墊10內之該延伸表面120的總面積相對於拋光墊10的平面形狀的比例。可以將面積比計算為延伸表面120在拋光墊10的單位面積內的面積之和。類似地，該面積比可計算為該延伸表面120在該拋光墊10的單位面積內的面積之和。

本發明之例示性實施例，如圖2所示，該支撐層200可包括：第一支撐層210、及第二支撐層220。當該拋光墊10不平坦且該支撐層200為剛性時，該拋光墊10可對如晶片之製品施加不均勻的拋光壓力。為了防止該拋光墊10在製品上施加不均勻的拋光壓力，該第二支撐層220可由比第一支撐層210還更彈性或柔韌的材料形成。換言之，該第一支撐層210可包括第一材料，且該第二支撐層220可包括第二材料。該第一材料及該第二材料可彼此相同或不同，且該第一材料之第一硬度可大於該第二材料之第二硬度。例如，該第二支撐層220可包括具有孔隙率之發泡材料，進而提供落在所需範圍內的硬度。該發泡材料之孔隙率可在約1%和約80%之間。替代地，該發泡材料之孔隙率可在約1％和約70％之間。藉由以剛性較小之材料來形成第二支撐層220，可減少施在拋光墊10之拋光壓力的差異，且可提高拋光製程之均勻性。

抑或，該第一支撐層210及該第二支撐層220可由相同的材料形成，且被設為具有不同的硬度。例如，由相同材料形成的該第一支撐層210及該第二支撐層220可包括具有不同孔隙率的發泡材料。替代地或附加地，該第一支撐層210及該第二支撐層220可包括不同之添加劑來改變材料的硬度。該第一支撐層210之厚度可等於或小於約1500µm。該第二支撐層220之厚度可等於或大於約100µm且等於或小於約3000µm。

在一些實施例中，該支撐層200可形成為單層。在如此之實施例中，該凸出圖案100可包括第一材料，且該支撐層200可包括第二材料。該第一材料和該第二材料可相同或不同。特別地，該第一材料之第一硬度可大於該第二材料之第二硬度。換言之，該第二材料之該第二硬度可小於該第一材料之該第一硬度，進而能夠使拋光墊10對製品施加更均勻的壓力。該凸出圖案100之該第一材料可和該支撐層200之該第二材料相同，而該支撐層200由於不同的添加劑及/或結構而具有較小的硬度。

由於該漿料包含約90至99％的水，故可認為該漿料之熱特性類似於水的熱特性，其導熱係數約為0.6W/mK。如此地，該漿料之導熱係數會相對較低，因此，對流傳熱模式可能會超過傳導熱傳遞模式。該對流傳熱可能會受流動類型影響(例如，層流態或湍流態)，且強制對流比自然對流還更有效地增強對流傳熱。由於該CMP製程涉及了在維持壓緊狀態下之旋轉的拋光墊和晶圓之間的相對運動，該漿料會被強制地供給、排出、混合及攪拌。漿料之如此動作可能會影響對流傳熱。

本發明之態樣提供了拋光墊的結構，其因拋光表面之微觀結構，而導致漿料可能在湍流中運動。例如，該拋光墊10可包括該漿料可通過其並快速移動之結構，從而使該漿料接觸更多的微型圖案且更有效地傳遞熱量。因此，可在拋光墊表面上形成至少一個凹槽，從而更有效地控制該漿料之流動。

請再次參照圖2，本發明之例示性實施例之該拋光墊10，可在該支撐層200中包括用於增強該漿料流動之凹槽。例如，該支撐層200可包括第一凹槽230及第二凹槽240。該第一凹槽230可形成在該第一支撐層210，進而將該支撐層200分隔為多個部分。該第二凹槽240可形成在該第一凹槽內以更改善該漿料之供應和排出。該第二凹槽240之寬度可比該第一凹槽230之寬度還窄。例如，該第二凹槽240之寬度可在約0.1mm和約0.5mm(包括端點)或約2mm和約5mm(包括端點)之間。該第二凹槽240之深度可係該第二支撐層220的厚度之約1%至約99%。替代地，當支撐層200形成為單層時，凹槽可包括在該支撐層200的單層中。

如上述，該第一支撐層210可包括第一材料，該第二支撐層220可包括第二材料。該第一材料和該第二材料可相同或不同。特別地，該第一材料之第一硬度可等於或大於該第二材料之第二硬度。由於該第二支撐層220之第二材料的剛性較小或較柔韌，即使在拋光墊中存在不均勻及/或厚度變化的情況下，按壓力也可在拋光墊表面上更均勻地分佈，從而製造諸如晶圓之製品可更平滑地拋光(例如，具有更佳的平坦度或更佳的均勻度)。換言之，當拋光墊10及製品是金屬時，較柔軟的第二支撐層220可使第一支撐層210及/或凸出圖案100更順應地遵循製造物品的表面中的表面拓撲或幾何形狀。

在一些實施例中，該第一支撐層210可被該第一凹槽230分隔為多個獨立部分。該第一凹槽230可藉由提供較小且分隔的部分而使該第一支撐層210以更靈活的方式移動。該第一凹槽230的深度可在該第一凹槽230下方的該第一支撐層210的剩餘厚度等於或小於約500μm時決定。該第一支撐層210之該剩餘厚度可被定義為在該第二支撐層220的頂部和該第一凹槽230的底部之間的距離。在一些實施例中，在該第一凹槽230下方之該第一支撐層210之該剩餘厚度可為零，這表示該第一凹槽230形成為貫穿該第一支撐層210的整個厚度。在如此情況下，該第一支撐層210可被分隔為完全獨立的部分。

在一些實施例中，該第一支撐層210之厚度可為零或接近零。在如此情況下，該凸出圖案100可基本上設置在第二支撐層220上。由於該第二支撐層220(或單層支撐層200)可由硬度小於該凸出圖案100的材料所形成，故依據第二支撐層220之更柔順的性質，每個凸出圖案100皆可單獨依附製品之表面。

例如，該第一支撐層210之該材料及/或該第二支撐層220可包含：聚胺基甲酸乙酯、聚丁二烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚醯胺、環氧樹脂、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚醚醯亞胺、丙烯酸酯、聚亞烷基、聚乙烯、聚酯、天然橡膠、聚丙烯、聚異戊二烯、聚環氧烷、聚環氧乙烷、聚苯乙烯、酚醛樹脂、胺、胺甲酸乙酯、聚矽氧、丙烯酸酯、茀、伸苯基、芘、薁、萘、乙炔、聚對苯撐乙烯(PPV)、吡咯、咔唑、吲哚、氮呯、苯胺、噻吩、3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)、及對伸苯硫醚等。

就蕭氏反跳硬度刻度而言，該第一支撐層210之該第一硬度可在約蕭氏30D和約蕭氏80D之間(包含端點)。就蕭氏反跳硬度刻度而言，該第二支撐層220之該第二硬度可在約蕭氏20A和約蕭氏80A之間(包含端點)。如上所述，在一些實施例中，該凸出圖案100可由與該第一支撐層210相同的第一材料所形成。在這種情形下，該第一材料可為包含了添加劑之複合材料，以增強研磨性及/或硬度。例如，可包含鐵氟龍、石墨烯、奈米碳管或類似者等作為添加劑。簡言之，該凸出圖案100、該第一支撐層210及該第二支撐層220可彼此由不同的材料所形成，抑或二者或更多元件可由相同的材料所形成。

在一些實施例中，該凸出圖案100可包含一種或多種的添加劑以增加該硬度及/或耐磨性。此外，可將凸出圖案100進行塗層以增加耐磨性。例如，可以包括一種或一種以上之鐵氟龍、氮化硼或奈米碳管作為添加劑和/或作為塗層材料。藉由降低熱導率，該鐵氟龍塗層可防止或減少因拋光過程中產生的熱導致的凸出圖案100的變形。氮化硼可提高機械強度。

該凸出圖案100可在CMP製程中經歷磨損。該凸出圖案100的磨損會導致與製造製品接觸的該凸出圖案100的表面積的變化。為了使接觸面積的變化最小化，而將該凸出圖案100設計為水平橫截面積的變化最小化。在此，該凸出圖案100的水平截面可理解為垂直於該凸出圖案100的長度方向或凸出方向的橫截面。該凸出圖案100的水平橫截面積的縱向變化可等於或小於約50％。此外，該凸出圖案100之水平橫截面積沿著突出方向的變化可小於約1％、5％、10％或20％。由於該凸出圖案100之水平橫截面積的最小變化，即使當該凸出圖案100磨損且長度(L)逐漸減小時，該拋光墊10與該製品之間的有效接觸面積也可維持基本恆定。

圖8表示了本發明之例示性實施例的拋光墊為各種設計時的去除率的代表性實驗結果。對於這些實施例，使用了氧化鈰漿料，且在各種壓力及相對速度(以轉速表示)條件下對晶圓拋光而得的氧化層。圖8之水平軸表示由壓力和轉速(每分鐘的轉數，RPM)的乘積代表的拋光率，圖8之垂直軸表示去除率。參照圖8，在幾乎相同的所有條件下，本發明的該拋光墊可顯示出比先前技術中的常規拋光墊有更高的去除率。

圖9比較了使用先前技術中之習知墊和本發明之例示性實施例的拋光墊，在拋光過程中的溫度升高幅度。圖9之水平軸表示拋光時間，圖9之垂直軸表示溫度。溫度數據係以任意單位(AU)表示，該單位對應於來自溫度傳感器的電壓測量值。該AU可被解釋為與溫度成比正相關。參照圖9，對於氧化矽拋光和氮化矽(SiN)皆進行拋光，本發明之例示性實施例的拋光墊可顯示出比先前技術中的常規拋光墊還小的溫度升高幅度。特別地，使用本發明之例示性實施例的拋光墊時，溫度升高會控制在約17AU(在212秒之後)，相對地，當使用先前技術中之常規拋光墊時，溫度升高了約23AU(在127秒之後)。實驗結果表明，本發明的拋光墊可提供更高的拋光率(參照圖8)，還可在更低的溫度下維持更長的拋光時間(參照圖9)。

圖10比較了本發明之例示性實施例的拋光墊與先前技術中之常規拋光墊之間的拋光效率。在圖10中，使用了具有SKW3-2圖案的STI晶圓(HDP CVD氧化膜)，且使用Dow^® IC1010作為先前技術中之習知拋光墊。SP-20MD及SP-60MD代表本發明之例示性實施例之具有凸出圖案的拋光墊。圖10表明了與常規IC1010拋光墊相比，本發明之例示性實施例之SP-20MD及SP-60MD拋光墊更可獲得提高的拋光效率。換言之，頂部圖案的拋光率比底部溝槽的拋光率還快。

如本文所述，本發明之目的在於提供用於CMP製程之具有凸出圖案的拋光墊的設計及製造。本發明之拋光墊可在CMP製程中表現出改善的熱穩定性，同時提供更高的拋光率。此外，本發明之拋光墊可使拋光墊中的表面粗糙度隨時間的變化最小化。因此，本發明之拋光墊可提高拋光製程之可靠性及重複性。

上述中，即使藉由如具體構件等之具體事項來說明本發明，惟提供例示性實施例及圖式僅係用來幫助可整體理解本發明。因此，本發明未有任何受限於在此說明的例示性實施例。本發明所屬領域中具有通常知識者可進行各種修改及變化。本發明之精神不受限於上述例示性實施例，且請求項及與請求項相同或相同地修改之所有技術思想應理解為包含在本發明之權利範圍及精神內。

本申請案主張於2020年4月21日提申之美國臨時專利申請案第63/013,064號之優先權，將該案之全部內容以引用的方式併入本文中。

1、10:拋光墊 100:凸出圖案 120:延伸表面 180:側面 2:壓盤 200:支撐層 210:第一支撐層 220:第二支撐層 230:第一凹槽 240:第二凹槽 3:拋光漿料 4:製品 5:條件盤

各圖式的簡單說明能夠用來更充分地理解本發明之詳細說明中所使用之圖式。

[圖1]係習知化學機械拋光製程中之一般設置之示意圖。 [圖2]係本發明之一例示性實施例之拋光墊之示意圖。 [圖3]係本發明之例示性實施例之拋光墊的凸出圖案之立體圖。 [圖4]係對流傳熱模式之參數之示意圖。 [圖5]係本發明之例示性實施例之拋光墊具有各種幾何形狀的凸出圖案時之傳熱量的代表性建模之曲線圖。 [圖6A]、[圖6B]、[圖7A]、[圖7B]係本發明之例示性實施例之各種幾何形狀的凸出圖案之示意圖。 [圖8]係本發明之例示性實施例之拋光墊為各種設計時之去除率的代表性實驗之折線圖。 [圖9]係先前技術之習知拋光墊與本發明之一例示性實施例之拋光墊在拋光製程中之溫度升高幅度之比較圖。 [圖10]係本發明之例示性實施例之拋光墊與先前技術之習知拋光墊之間的拋光效率之比較圖。

應當理解地係，上述參考之圖式並非一定按比例繪製，而係以稍微簡化之方式呈現本發明的基本原理的各種理想之特徵而表示說明。本發明之特定設計特徵，包括例如，特定尺寸、方向、位置及形狀會部分地由特定的預期應用及使用環境來決定。

10:拋光墊

100:凸出圖案

200:支撐層

210:第一支撐層

220:第二支撐層

230:第一凹槽

240:第二凹槽

Claims

一種拋光墊，包括：一支撐層；以及一凸出圖案，設置於該支撐層上，其中，該凸出圖案包括水平之一延伸表面及垂直之一側面。
如請求項1之拋光墊，其中，該支撐層包括：一第一支撐層；以及一第二支撐層，其中，該第一支撐層係設置於該第二支撐層上。
如請求項1之拋光墊，其中，該凸出圖案之水平截面積沿著凸出方向的變化係等於或小於50%。
如請求項1之拋光墊，該延伸表面相對於該拋光墊之面積比係等於或大於1%且等於或小於80%。
如請求項1之拋光墊，其中，該凸出圖案包括彼此分隔設置之多個單元圖案。
如請求項1之拋光墊，其中，該凸出圖案包括彼此橫向連接之多個單元圖案。
如請求項1之拋光墊，其中，該拋光墊之1cm² 單元面積內的該延伸表面的總周長係等於或大於24cm且等於或小於2400cm。
如請求項1之拋光墊，其中，該凸出圖案之高度係等於或大於10µm且等於或小於1000µm。
如請求項2之拋光墊，其中，該支撐層包括形成在該第一支撐層之一第一凹槽，該第一凹槽將該支撐層分隔為多個部分。
如請求項9之拋光墊，其中，在第一凹槽下之該第一支撐層之剩餘厚度係等於或小於500µm。
如請求項2之拋光墊，其中，該第一支撐層之厚度係等於或小於1500µm；且該第二支撐層之厚度係等於或大於100µm且等於或小於3000µm。
如請求項9之拋光墊，其中，該支撐層包括形成在該第一凹槽內之一第二凹槽；且該第二凹槽之寬度比該第一凹槽之寬度還窄。
如請求項1之拋光墊，其中，該支撐層包括將該支撐層分隔為多個部分的凹槽。
如請求項2之拋光墊，其中，該第一支撐層包括一第一材料；該第二支撐層包括一第二材料；且該第一材料之第一硬度係等於或大於該第二材料之第二硬度。
如請求項1之拋光墊，其中，該凸出圖案包括一第一材料；該支撐層包括一第二材料；且該第一材料之第一硬度係等於或大於該第二材料之第二硬度。
如請求項2之拋光墊，其中，該第二支撐層包括具有一孔隙率之一發泡材料。
如請求項14之拋光墊，其中，該第一硬度係等於或大於蕭氏30D且等於或小於蕭氏80D；且該第二硬度係等於或大於蕭氏20A且等於或小於蕭氏80A。
如請求項17之拋光墊，其中，該第一材料或該第二材料中之至少一者係選自於聚胺基甲酸乙酯、聚丁二烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚醯胺、環氧樹脂、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚醚醯亞胺、丙烯酸酯、聚亞烷基、聚乙烯、聚酯、天然橡膠、聚丙烯、聚異戊二烯、聚環氧烷、聚環氧乙烷、聚苯乙烯、酚醛樹脂、胺、胺甲酸乙酯、聚矽氧、丙烯酸酯、茀、伸苯基、芘、薁、萘、乙炔、聚對苯撐乙烯(PPV)、吡咯、咔唑、吲哚、氮呯、苯胺、噻吩、3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)、及對伸苯硫醚構成之群組。
如請求項15之拋光墊，其中，該第一硬度係等於或大於蕭氏30D且等於或小於蕭氏80D；且該第二硬度係等於或大於蕭氏20A且等於或小於蕭氏80A。
如請求項19之拋光墊，其中，該第一材料或該第二材料中之至少一者係選自於聚胺基甲酸乙酯、聚丁二烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚醯胺、環氧樹脂、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚醚醯亞胺、丙烯酸酯、聚亞烷基、聚乙烯、聚酯、天然橡膠、聚丙烯、聚異戊二烯、聚環氧烷、聚環氧乙烷、聚苯乙烯、酚醛樹脂、胺、胺甲酸乙酯、聚矽氧、丙烯酸酯、茀、伸苯基、芘、薁、萘、乙炔、聚對苯撐乙烯(PPV)、吡咯、咔唑、吲哚、氮呯、苯胺、噻吩、3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)、及對伸苯硫醚構成之群組。