TW202339903A - 具有可壓縮圓周層之墊修整碟 - Google Patents

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Abstract

描述墊修整碟。具體而言，描述墊修整碟包括離散研磨元件及圓周可壓縮層。當未壓縮時，該圓周可壓縮層的最大高度大於該等離散研磨元件的最大高度，其可為原位研磨程序提供更均勻的晶圓移除率。

Description

具有可壓縮圓周層之墊修整碟
特定類別的墊用於將半導體晶圓化學機械研磨至高平坦度及平滑度。將此等墊(CMP墊)旋轉且與半導體表面接觸，結合漿料一起以從晶圓研磨材料且產生經研磨表面。對研磨漿料及研磨程序本身的磨損二者的暴露可導致CMP墊的形貌隨著使用改變。為提供一致且所欲的研磨效能，該等CMP墊常經受使用修整碟的修整(原位或異地)。修整碟(其亦旋轉且接觸表面，在此情況下，CMP墊之表面除外)之用途可用以復原CMP墊之工作表面至接近其原始表面幾何。
在一個態樣中，本揭露係關於一種墊修整碟。該墊修整碟包括實質圓形載體層；至少一個離散研磨元件，其經設置成比該載體層的中心更接近該載體層的邊緣；及至少一個圓周可壓縮層，其至少部分地圍繞該至少一個離散研磨元件。
該至少一個離散研磨元件具有在該載體層上方的最大高度h1，且該至少一個圓周可壓縮層具有在該載體層上方的最大高度h2。當未壓縮時，h2>h1。
100:墊修整碟；載體層
110:載體層
120:離散研磨元件
130:漿料分布環
132:開口
200:墊修整碟
210:載體層
220:離散研磨元件
230:漿料分布環
232:開口
234:通道
300:墊修整碟
310:載體層
320:離散研磨元件
330:漿料分布環
332:開口
334:通道
h1:高度
h2:高度
hC:高度
〔圖1〕係包括漿料分布環之例示性墊修整碟的示意俯視平面圖。
〔圖2〕係包括漿料分布環及通道之例示性墊修整碟的示意俯視平面圖。
〔圖3〕係包括漿料分布環及通道之例示性墊修整碟的一部分的示意立視截面圖。
對於墊修整程序，尤其係對於原位墊修整程序，半導體晶圓、墊修整碟、及CMP墊具有至少彼此間接接觸的表面。例如，漿料可施配在墊上以研磨半導體晶圓的表面，而墊修整碟與墊的不同部分接觸。由於墊相對於晶圓旋轉且修整碟相對於墊掃掠及旋轉，漿料在墊上傳遞至晶圓及墊修整器二者。因此，墊修整碟的特性可影響半導體晶圓的研磨結果。複雜旋轉系統的動態力可導致漿料朝向墊的中心漂移或累積，使研磨漿料遠離邊緣集中並導致不均勻的晶圓移除率。
令人驚訝地，藉由將圓周可壓縮層使用為漿料分布環，可利用墊修整碟的運動以更所欲地及均勻地將漿料分布在CMP墊的表面上。當未壓縮時，漿料分布環的高度比位於載體上之離散研磨元件的最大高度更高。且，當經壓縮直到離散研磨元件的最大高度係在與墊的期望接觸壓力(下壓力)時，在可壓縮漿料分布環在CMP墊上提供最小磨損的同時，即使通過墊表面拓撲的變化，來自自身的恢復力可使環保持與CMP墊的極佳接觸。
圖1係包括漿料分布環之例示性墊修整碟的示意俯視平面圖。墊修整碟100包括載體層110、離散研磨元件120、及漿料分布環130。漿料分布環包括用於離散研磨元件的開口132。
墊修整碟100總體而言可係任何合適的形狀及尺寸，且可經設計以與合適的研磨機器或其他設備相容。墊修整碟可包括合適的機械或黏著構件以用於附接至臂或其他安裝點。載體層可係任何合適的材料及厚度。在一些實施例中，載體層100可由包括金屬或金屬合金、聚合材料或摻合物、或其他合適基材的材料形成。在一些實施例中，載體層的材料可經選擇以在一般使用條件下係化學抗性的或抗銹蝕或其他劣化。例如，在一些實施例中，載體層可係或包括不鏽鋼。在一些實施例中，載體在正常操作條件下可係實質剛性且不可撓的。在一些實施例中，載體層在正常操作條件下可係可撓或適形的。與整體墊修整碟的尺寸一樣，載體層可使其形狀及尺寸由與特定機器及應用的相容性決定。在一些實施例中，載體層可係實質圓形的，以更易於促進低振動快速旋轉。載體層可包括特別經調適以用於設置一或多個離散研磨元件的一或多個安裝區域。此等區域可包括載體的昇高或降低區域(經加工、經蝕刻、或以其他方式形成)或粗糙化區域以改善黏著性或附接性。
將離散研磨元件120附接至或設置在載體層上。在一些實施例中，至少一個離散研磨元件係藉由使用合適黏著劑附接。黏著劑可針對黏著劑與載體層及離散研磨元件的適當相容性及其他特性選擇，諸如提供永久或可移除/可重定位黏著性、化學抗性、在正常使用 溫度範圍下的黏著性、及類似者的能力。雖然黏著劑使顯著類別的安裝機制能用於離散研磨元件，附接方法未受限制。其他選項，諸如銲接(包括超音波銲接)或機械附接(諸如鉤環)經設想用於離散研磨元件的附接。
離散研磨元件包括基座，該基座包括具有複數個微特徵的工作表面。因為離散，此等研磨元件不在墊修整碟的載體上形成連續表面。離散研磨元件經設置成與載體層的中心相比更接近載體層的邊緣。在一些實施例中，離散研磨元件相等間隔地圍繞墊修整碟的圓周。例如，在包括圖1所示之實施例的一些實施例中，在距墊修整碟之中心的實質相同半徑上有五個大約間隔開72度的離散研磨元件。然而，離散研磨元件數目未受限制，且可基於期望應用及用途調整。在一些實施例中，可有少到一個或至多十六個離散研磨元件。在一些實施例中，此等離散研磨元件可呈現為設置在載體上的碟或圓盤。在一些實施例中，離散研磨元件之各者包括具有複數個微特徵的工作表面。在一些實施例中，微特徵係經精密成形特徵。此等微特徵可藉由多種合適程序形成，包括微加工、水刀切割、射出成型、擠製、微複製、或陶瓷模具壓製。在一些實施例中，離散研磨元件包括金屬基質的超研磨磨粒、包括以重量計至少85%之量之陶瓷材料的陶瓷體、及包括金剛石塗層的陶瓷體。超研磨磨粒的實例係立方氮化硼(CBN)及化學氣相沉積(CVD)金剛石。其他塗層的實例及經精密成形微特徵的其他通用性質及形成的更多細節描述在美國專利第10,710,211號(Lehuu等人)中，其以引用方式併入本文中。
漿料分布環130亦藉由任何合適機構附接至載體層，且圓周地定位在墊修整碟上。漿料分布環130至少部分地環繞離散研磨元件(包括完全環繞離散研磨元件，如圖1所示)。在一些實施例中，漿料分布環130係可壓縮的。在一些實施例中，漿料分布環130可包括一個以上的層：頂層及基底層，其中至少該基底層係可壓縮的。在此等多層實施例中，不同層可對漿料分布環的總體機械效能提供不同的功能性。例如，頂層可包括化學抗性或低摩擦材料而以與CMP墊的接觸壓力操作或在存在於修整碟與CMP墊之間的界面處的條件下延長碟壽命。在一些實施例中，此頂層可包括尼龍、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯、聚苯乙烯、或聚苯硫醚的一或多者。在一些實施例中，頂層可包括一或多個表面改質層或塗層。在一些實施例中，頂層本身可係不可壓縮的，但基底層係可壓縮的且因此整個漿料分布環構造係可壓縮的。在此等多層實施例中，基底層可係可壓縮材料，諸如發泡體(開孔式或閉孔式)、彈性體、橡膠、或類似者。在一些實施例中，漿料分布環可包括機械彈簧機制以提供期望的壓縮及恢復力。
漿料分布環圓周地提供在墊修整碟(載體)的邊緣附近。在一些實施例中，特定半徑之至少90度的弧包括漿料分布環。在一些實施例中，特定半徑之至少180度的弧包括漿料分布環。在一些實施例中，特定半徑之至少270度的弧包括漿料分布環。在一些實施例中，特定半徑之至少300度的弧包括漿料分布環。在一些實施例中，特定半徑之360度的弧包括漿料分布環。在一些實施例中，漿料分布環可 由數個離散片段形成，該等離散片段共同地覆蓋至少90、180、270、或300度的弧。
漿料分布環130包括容納離散研磨元件的開口132。從漿料分布環至離散研磨元件的間距可係設計相依的：在一些實施例中，可將間隔最小化以預防漿料累積在間隙內。在一些實施例中，緊鄰於離散研磨元件的漿料分布環可係傾斜、彎曲、梯形、或斜面的，以在漿料分布環與離散研磨元件之間提供更平滑的轉變。
如更具體地於圖3中繪示的，離散研磨元件及漿料分布環的頂部二者皆具有參考載體層之表面的最大高度，且在未壓縮時，漿料分布環的高度大於離散研磨元件之頂部的高度。在一些實施例中，高度上的此差可係數微米。在一些實施例中，高度上的此差可係數毫米。任何合適差係可取決於特定應用而設計的高度。在一些實施例中，高度上的差經選擇使得當墊修整碟暴露於一般程序下壓力時(例如，從約1磅至約10磅)，漿料分布環壓縮使得漿料分布環的高度與離散研磨元件的頂部實質相等。
圖2係包括漿料分布環及通道之例示性墊修整碟的示意俯視平面圖。墊修整碟200包括載體層210、離散研磨元件220、及漿料分布環230。漿料分布環包括用於離散研磨元件的開口232及通道234。
載體層、離散研磨元件、及漿料分布與圖1實質相同，且可由類似材料形成。然而，圖2繪示漿料分布環230除了開口232外還包括通道234的例示性修改。
如圖2所示，通道234可包括筆直通道或彎曲通道。通道可係漿料分布環不存在(不放置於該處，或已，例如，移除、剝蝕、或蝕刻)於其中或漿料分布環於該處具有小於漿料分布環之其餘部分之高度的次要高度(已以該方式形成或使材料移除以產生此類通道)的部分。在一些實施例中，此通道高度亦小於離散研磨元件之頂部的最大高度。通道234的存在可取決於應用及期望效能特性而修改及調諧以獲得漿料滯留與分布之間的期望平衡：在一些實施例中，控制漿料從墊修整碟釋放的速率。通道234的數目、形狀、及間隔可變化，包括甚至係在相同的墊修整碟內。
圖3係包括漿料分布環及通道之例示性墊修整碟的一部分的示意立視截面圖。墊修整碟300包括載體層310、離散研磨元件320、及漿料分布環330。漿料分布環包括用於離散研磨元件的開口332及通道334。除了將離散研磨元件、漿料分布環、及通道的例示性相對高度分別顯示為h 1 、h 2 、及h C 外，圖3包括如上文對圖1及圖2描述的元件。如可從繪示所見的，墊修整碟300一未受下壓力或任何壓縮一顯示，h 2 >h 1 >h C 。
實例
為調查包括可壓縮圓周漿料分布環之例示性實施例的效果，製備以下實例：
比較例1
研磨元件如美國專利第9,965,664號(Lehuu等人)一特此以引用方式併入本文中一中對實例10所描述地製備，僅在研磨特徵幾何形狀上的不同如下：每元件的主要特徵的數目：0.60(每5個元件有3個主要特徵)；主要特徵高度：120微米、偏移高度：75微米、主要微特徵的截斷深度：10微米；高寬比：0.50。將主要研磨特徵與次要研磨特徵之間的偏移高度定義為主要特徵與次要特徵之間的高度差。將高寬比定義為特徵高度除以其基底寬度。主要特徵的截斷深度係由來自若已允許角錐體的側會聚於一點時將已形成之理論峰的深度所定義。各研磨元件具有精密成形特徵，該等精密成形特徵具有至少一個主要特徵高度，該主要特徵高度比次級特徵或特徵之間的平坦基底區域其中一者高且對其偏移。為各實例製備五個研磨元件且組裝至研磨物品中。開發組裝程序，使得各元件上之全部具有相同設計特徵高度的最高精密成形特徵會變得平坦。將平面藍寶石表面使用為對準板。將元件放置至對準板上，使得具有精密成形特徵之主表面以其等的第二平坦主表面面朝上的狀態與對準板直接接觸(面向下)，必要時旋轉以依需要對準定向。研磨元件經配置成圓形圖案，使得其等中心點沿著具有約1.75英吋(44.5mm)之半徑之圓的圓周定位且以約72°在該圓周周圍相等地間隔開。接著將緊固元件施加至研磨元件在中心區域中的暴露表面。緊固元件係可以商標名稱3M SCOTCH-WELD EPOXY ADHESIVE Dp420購自3M Company,St.Paul,Minnesota的環氧黏著劑。接著將具有4.25英吋(108mm)之直徑及0.22英吋(5.64mm)之厚度的圓形不鏽鋼載體面向下地放置在緊固元件的頂部上(載 體的背側經加工，使得其可附接至REFLEXION研磨器的載體臂)。將10磅(4.54kg)的負載橫跨載體的暴露表面均勻地施加，且允許黏著劑在室溫下固化達約4個小時。
比較例2
如比較例1中製造之墊修整碟加入以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)製造的5瓣成形間隔物，如美國專利公開案第2019-033119 A1號中所描述的，其以引用方式併入本文中。間隔物使用3M VHB膠帶接合至載體。間隔物的厚度係3mm，且各弧的弦長係47.2mm。
實例1
如比較例1中製造之墊修整碟加入經切割以完全環繞各離散研磨元件的聚醚醚酮(PEEK)環。環具有大約3英吋的內半徑及大約4英吋的外半徑。將環放置在切割自卷材並黏附至不鏽鋼載體的3M BUMPON SJ5816緩衝材料的類似切割(雖然尺寸稍小的)環上。將PEEK環放置並黏附在緩衝材料的頂部表面上。如所組態的，PEEK環具有參考不鏽鋼載體之在離散研磨元件之尖端的最大高度上方約50微米的最大高度。
測試
其次，實例1及比較例係在Applied Materials 300mm REFLEXION研磨工具上測試。機器係在以下條件下使用。修整期間 係使用87rpm的修整器速度及93rpm的墊速度以5磅(1.13kg)的下壓力使用銅去除漿料(購自Fujimi Corporation,Kiyosu,Aichi,Japan的PL 1076)運行。修整器臂掃掠配方具有2.5英吋(2.5cm)的開始位置及13.5英吋(32.4cm)的結束位置。掃描分成13個區，該等區分別具有下列相對停頓時間：1.00、1.00、1.00、1.00、1.00、1.00、1.00、1.00、1.00、1.00、1.20、1.70、及2.50。循環時間係每分鐘19次掃掠。使用用於銅去除程序的墊。覆Cu晶圓的研磨下壓力在87rpm的頭速度及93rpm的研磨平台速度的狀態下係1.2psi。漿料流速係250ml/min且頭掃掠為每分鐘掃掠通過10個區10次。對於試運轉，各修整器使用去離子水及5片覆熱氧化物晶圓及1片覆銅晶圓以隨機順序運行15分鐘二次。
在最終掃掠在1分鐘程序週期期間完成之後，使用FLIR A655SC紅外線相機進行測量。觀察到在施配漿料之半徑處最小的局部溫度與在從漿料的最小溫度朝向墊之中心之方向上的最大溫度之間的差並報告在表1中。下降越大，漿料累積且維持不與存在於墊之其他部分中的較暖漿料混合的跡象越強。此可在晶圓上的不同位置導致不均勻的移除率。如藉由晶圓表面上之銅厚度的研磨後檢查所確認的，最小溫度下降指示良好混合及更均勻的移除率。
Figure 111150308-A0202-12-0010-1
100:墊修整碟
110:載體層
120:離散研磨元件
130:漿料分布環
132:開口

Claims (11)

  1. 一種墊修整碟，其包含：
    實質圓形載體層；
    至少一個離散研磨元件，其經設置成比該載體層的中心更接近該載體層的邊緣；
    至少一個圓周可壓縮層，其至少部分地環繞該至少一個離散研磨元件；
    其中該至少一個離散研磨元件具有在該載體層上方的最大高度h1；
    其中該至少一個圓周可壓縮層具有在該載體層上方的最大高度h2；且
    其中，當未壓縮時，h2>h1。
  2. 如請求項1之墊修整碟，其中該至少一個圓周可壓縮層以至少一個半徑r覆蓋該實質圓形載體層之至少300度的弧。
  3. 如請求項1之墊修整碟，其中該至少一個圓周可壓縮層以至少一個半徑r覆蓋該實質圓形載體層之360度。
  4. 如請求項1之墊修整碟，其中該至少一個圓周可壓縮層界定從該載體層之該中心至該載體層之該邊緣的至少一個通道，其中該高度小於h2。
  5. 如請求項4之墊修整碟，其中該至少一個圓周可壓縮層界定從該載體層之該中心至該載體層之該邊緣的至少一個通道，其中該高度小於h1。
  6. 如請求項4之墊修整碟，其中該至少一個通道係筆直的。
  7. 如請求項4之墊修整碟，其中該至少一個通道係彎曲的。
  8. 如請求項1之墊修整碟，其中該至少一個圓周可壓縮層包括發泡體層。
  9. 如請求項8之墊修整碟，其中該至少一個圓周可壓縮層包括頂層。
  10. 如請求項9之墊修整碟，其中該頂層包括尼龍、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚苯乙烯、或聚苯硫醚的一或多者。
  11. 如請求項1之墊修整碟，其中該至少一個圓周可壓縮層包括彈簧機制。
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