TW504429B - Chemical mechanical polishing pad having wave-shaped grooves - Google Patents

Description

五、發明説明（l ) 本發明係有關於一種供使用於化學機械拋光製程中的 拋光墊，尤有關於一種化學機械拋光墊，在其拋光表面上 設有許多不同直徑，而具有所需深度、寬度及形狀的波形 同心溝槽者。 通#’化學機械拋光（Mcp)係為一種高精度/如鏡表面 的拋光方法，而被用於半導體製程中以獲得整體的平面化 者。在该CMP過程中，有一料漿會被施加於一拋光墊與一 待拋光的晶圓之間，而來、化學性地蝕刻該晶圓表面。再利 用該拋光墊，則該晶圓被蝕刻的表面將會被機械式地拋光。 凊芩閱第1圖，標號1所示之一典型的CMP拋光機乃被 概略不出。又，使用該拋光機iiCMPS法亦被示於第2圖 中。該CMP方法包含一化學蝕刻反應程序及一機械拋光程 序其將會使用被設在該拋光機1中之一抛光塾1 〇。該化學 蝕刻反應係以一料漿42來進行。即，該料漿42會與待拋光 之晶圓30表面造成化學反應，俾使在該化學蝕刻反應之後 的機械拋光程序能夠容易地進行。於該機械地拋光過程 中，固設在一平檯20上的拋光墊1〇將會旋轉。被一固持環 32所牢固抓持的該晶圓30在擺動時亦會旋轉。一含有磨蝕 顆粒的料漿會被一料漿供應裝置40施加於該拋光墊10上。 所施加的料漿會被引入拋光墊1〇與晶圓30之間。而被帶入 的磨蝕顆粒會由於該拋光墊1〇與晶圓3〇之間的相對旋轉速 度差，而與該晶圓3〇形成摩擦接觸，藉此造鈐該機械式拋 光。該料漿42係為含有（nm)毫微米之顆粒尺寸的磨蝕顆粒 之膠質液體。當在拋光過程中，該料漿42會被佈灑於該拋 504429

五、發明説明（2 ) 光墊10上。於該拋光過程中，當該拋光墊10旋轉時，被施 加於該拋光墊10上的料漿42將會因拋光墊10旋轉所產生的 離心力，而由該拋光墊10的邊緣向外排出。為了獲得較佳 的拋光效率，應要有許多的磨蝕顆粒被留在該拋光墊1〇的 頂面上一段所需的時間，俾使它們能供用於該晶圓的抛光 操作。即，該拋光墊10應儘可能使該料漿42被保留在其表 面上愈久的時間愈好。 當該拋光墊旋轉時所產生的離心力，在愈靠近該拋光 墊邊緣的位置會愈高。由於在拋光墊上的不同徑向位置之 間有此等離心力差異，故於該拋光墊上的料漿在靠近拋光 墊邊緣時，其流率將會提高。所以，該料漿會不均勻一致 地分佈於該拋光墊的徑向。由於該料漿之不均等分佈，故 該曰曰圓會被不一致拋光，因為其拋光率乃依據與該晶圓表 面接觸之拋光墊的徑向位置而有所不同。該等拋光率的變 化會影響該晶圓的平面化。因此，該拋光墊會在其中央部 份與邊緣部份之間形成相當差異的抛光率。為此原因，乃 需要藉著控制該拋光墊上之料漿的流動，而使料漿能均等 地分佈在整個拋光墊上。 於該拋光過程中，晶圓係被壓抵著該拋光墊而使其能 與磨姓顆粒形成摩擦接觸。但是，由於該壓力而可能會使 料漿難以達到晶圓的中央部份。為此原因，配佈在晶圓中 央部份的料襞，相較於在晶圓邊緣部份者，可能其量會相 對地較少。結果，該晶圓亦會被不均一地抛光。 為了解決此等問題，有一方法曾被推薦，其中具有所 五、發明説明（3 ) 需寬度、深度及形狀的孔洞或溝槽會被設在一 CMp墊上。 該等孔洞或溝槽將能在拋光過程中，用來控制持續供應的 料漿之流動及分佈。 現在，設於一拋光墊上之習知的孔洞或溝槽等將配合 所附圖式說明如下。 第3a圖乃示出一拋光墊，其上設有形成同心圓之溝 槽。第3b圖為沿第3a圖中之A-A線所採的截面圖。如第3a 與3b圖所示，設在該拋光墊上之溝槽乃呈同心圓的形式， 其各沿徑向均等地互相間隔分開，而分別具有不同的直 徑。持續供應於拋光墊上之料漿，會被該拋光墊旋轉時所 產生的離心力強制朝外排送。因此，在拋光過程中，該料 漿會暫時地收集於該等同心圓溝槽内，嗣再由該等溝槽内 向外釋出。該等同心圓溝槽之一例乃被揭示於第5984769 號美國專利中。 第4a圖乃示出一拋光墊，其設有方格狀的溝槽。第仆 圖係不出第4a圖中之格狀溝槽的剖視圖。第4a圖所示的拋 光墊具有多數的溝槽沿一 x軸延伸，及多數的溝槽沿一 γ 軸延伸而與該等X軸的溝槽交叉來形成一方格狀。該等方 格狀溝槽能夠收集被持續供應於該拋光墊上的料漿，而緩 和該等料漿被離心力甩出。 在該等具有互相均等地間隔分開之溝槽的習知拋光墊 中，施加於拋光墊上的料漿，在該拋光墊與晶圓接觸的區 域處，會被阻止朝向待拋光之晶圓的中央部份流動。因此， 在該晶圓的中央部份會產生較差的拋光率。 B7 五、發明説明（4 ) 於方格狀溝槽等係以開放狀態延伸至抛光塾的邊 緣，而沒有任何封閉部份，故施於該抛光墊Γ的料漿會很 容易地由抛光塾被排出。因此，相較於同心圓的溝槽，該 寺格，溝槽會造成較高的料«耗。亦曾有報告指出設置 =洞夺將會比該等格狀溝槽更增加㈣的耗用 量，因為該

等孔洞能夠儲存料聚的載面積較少。在該同心圓溝槽之例 乃可獲付幸乂j土的料漿儲存能力，因為其各溝槽皆有一 部份封閉的結構，即設有垂向溝壁，故較諸其它結構，更 flb對k離。力而將料裝納持於該溝槽内。但是，此構造亦 具有 缺點，即各溝_槽皆古 —-σ 再僧白有一不足的深度僅相當於該拋光 墊厚度的四分之一。 由於用來在抛光塾上形成溝槽的習知方法，係利用 車削或U切肖彳加工，故該㈣槽會具有固定的紋路圖 案例如同〜圓或方格形等。就此原因，其乃難以製成能 夠有效控制料漿流動的溝槽紋路。 為了解决]1匕ρσ’題’乃必須將拋光處理的狀況諸如離 。力與曰曰圓位置等納入考量，而來重新設計該溝槽的形 狀、密度及佈列方式。 、，彖疋，本發明之一目的係在提供一種CMp加工的拋光 墊，其乃設有波形溝槽而能減緩供應於—拋光表面上之料 漿的排放率，並將該㈣均等地分佈在整健光表面上。 本發明之另一目的係在提供一種cMp墊，其設有波形 溝槽而能在CMP處理過程中，有效地控制供 應於該拋光墊 上之料將的流動。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公复） 504429 五、發明説明（5 ) 依據本I明’该等目的係可藉提供一供作CM?加工之 拋光塾來達成，有許多不同直徑而具有所需深度、寬度、 及形狀之波形同心溝槽會被設在該塾的拋光表面上。 圖式之簡單說明 第1圖為一示意圖示出一典型之CMp機器的構造及使 用该CMP機杰進行的拋光方法； 第2圖為一示意圖示出一CMp方法的概念； 第3a圖為一示意圖示出一設有同心圓溝槽的拋光墊； 第3b圖為沿第3&圖之a-A線所採的剖視圖； 第4a圖為一示意圖示出一設有傳統構造之方格狀溝槽 的拋光墊； 第4b圖為一剖視圖示出第4a圖中的方格狀溝槽； 第5及6圖分別示出本發明之抛光墊，其上設有許多相 同形狀而不同直徑的波形同心溝槽； 第7及8圖分別示出設有相當於第5、6圖之溝槽，而被 分成二具有不同溝槽間距之徑向區域的拋光墊； 第9圖為一示意圖示出第7圖的拋光墊更再設有許多由 孔洞所構成之不同直徑的同心圓；及 第10圖為一示意圖示出一拋光墊設有多數的波形同心 溝槽’並更設有多數不同直徑的孔洞同心圓及徑向直線。 本發明現將參照所附圖式，來詳細說明其構造與功能。 依據本發明，有一 CMP墊在其拋光面上乃設有許多不 同直徑，而各具有所需深度、寬度及形狀的波形同心溝槽。 本發明之該波形溝槽乃具有同心的正弦波環形式，而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝丨 訂— 「線- 504429 A7 —____B7 五、發明説明（6 ) 各具有所須的波幅及循環數目。該等波形溝槽之各種不同 例子各分別被示於第5至10圖中。該等波形同心溝槽皆依據 - 循環數目及正弦波環的波幅，而各具有不同形狀的正弦波 • 環之形式。例如，該波形同心溝槽乃可具有星星狀造型。 ’ 最好是，該正弦波環具有相當於3至1000的循環數目。該等 _ 溝槽的形狀乃可依據特定的拋光條件，藉調整循環數目與 Μ 正弦波環的波幅而來改變。請參閱第5、7、9圖，該等波形 同心溝槽各具有正弦波環的形狀，而分別被示出具有相當 於12的循環數目。又，第6及8圖乃分別示出具有相當於6 之循環數目的正弦波環之波形同心溝槽。 本發明之該等具有相同波形的同心溝，槽等，係被設在 一拋光墊上而互相間隔分開。最好是，各溝槽具有i〇Em至 l〇mm的寬度。又，相鄰溝槽之間的間隔最好係在的 範圍内。 該等波形同心溝槽係可被均等地或不均等地互相間隔 • •分開來設在拋光墊上。請參閱第5、及6圖，所示出之拋光 墊係皆具有多數以相同間隔互相分開的波形同心溝槽。 溝槽之間隔乃可隨著其半徑而來改變。最好是，該拋 光墊至少具有兩組不同間隔的溝槽。俾可在拋光過程中儘 量減少因離心力所造成的料漿之不均一性。 例如，該溝槽間隔乃可由拋光墊的中央部份朝向邊緣 部份逐漸地縮小，而與其半徑的增加成反比。 依據本發明，該拋光墊係可被分成多個徑向區域。該 拋光墊的每一徑向區域皆可設有許多相同形狀，而互相均 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（21〇父297公發） 9

......................裝—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂， :線， ㈣間隔分開的溝槽。各徑向區域皆可具有與其它徑向區 域不㈣溝槽深度，溝槽寬度，或溝槽等。 — 第6或7圖所示，該拋光墊亦可分為内或外徑向區 /、 /成於一具有半徑〇之圓的相反側上。該内徑向 品^二有半仏小於該半徑r〇 (r〈 r〇)，而外徑向區域具有 半二大於°亥半徑rG (r > r〇)。該等内、外徑向區域皆各具 :等的溝^_。又’該内徑向區域亦可具有比外徑向 區域更大的溝槽間隔。 - 由孔/同溝槽或其組合構成的同心圓或直線，亦可被 附加在設有上述波形同心溝槽的拋光墊上。 請參閱第9圖，乃示出—搬光墊，其拋光面上設有許多 由孔/同構成之不同直徑的同心圓，而添加於第7圖所示的溝 槽上。相鄰同心圓之間的間隔亦可相同或不一致。又，該 等同心圓之間隔亦可隨著其半徑而逐漸地改變。 ^ 凊蒼閱第10圖’有一拋光塾乃被示出，其抛光面上設 有許多由孔洞構成之不同直徑的同心圓，及四條沿直徑延 伸亦由孔洞所構成的直線，乃添加於前述波形同心溝槽 上。最好是，設在該拋光墊上之直線係對稱為直徑方向。 當然，其亦可將該等直線形成方格狀或斜線狀。 由上述說明可知，本發明乃提供一種設有多數相同形 狀而不同直徑之波形同心溝槽的拋光墊。其可藉著改變波 形、溝槽I度 '深度或間隔，而使該等溝槽具有不同的紋 路圖案。该等溝槽的圖案，亦可藉在拋光墊上添設許多各 由溝槽、孔洞或其組合所構成之同心圓或直線等，而來進 五、發明説明（8 ) 一步地改變。 為能使料聚容易地在拋光過程中接近該晶圓的中央部 份，在該抛光塾最頻繁接觸晶圓中央部份的部位之溝槽間 隔、寬度或深度，亦可被調整。 最好是’依據本發明之該等孔洞或溝槽，錢用雷射 機製加工來形成。該雷射機製加工所具之優點，係為其能 夠精確地製成具有複雜構造的孔洞或溝槽等，並使該等孔 洞或溝槽具有光滑的内表面，且容易調整該等孔洞或溝槽 的形狀、大小及深度等。 產業之可利用性 依據本發明之設有許多相同形狀而不同直徑之波形同 心溝槽㈣光塾，其優點係能具有各種不同的溝槽及孔洞 圖案，而可妥當配合特定的拋光加工狀況。 本發明之抱光塾的波形溝槽乃能比同心圓式的溝槽提 t、更夕的面積，可供料漿在抛光過程中被朝外排出之前來 延滞通過。因此，其乃可減緩該料漿的排出率，同時均勾 地將料漿分佈在整個掀光面上，並在抛光過程中有效地控 制料裝的流動，而得保持一穩定的所需抛光率，及獲致一 更佳的平面化效果。 雖本發明之較佳實施例已配合一具有波形溝槽的拋光 熱來揭露說明，惟專業人士將可瞭解仍有各種修正、添加、 替代等可被實施，而不超出所附申請專利範圍中揭述的發 明範嘴及精神。 504429 . A7 B7五、發明説明（9 ) 元件標號對照 1 — CMP拋光機 10…抛光塾 20…平檯 30···晶圓 32···固持環 40…料漿供應裝置 42…料漿 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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Claims (1)

1. A8 B8 C8

   中請專利範圍 • 種供用於化學機械拋光處理之化學機械撤光塾，其中 有許多不同直徑而各具有所需深度 '寬度、形狀的波形 同心溝槽專乃被設在該塾之一抛光面上。 2 .如申請專利範圍第1項之化學機械拋光墊，其中該各波 形同心溝槽皆具有正弦波環的造型，並具有相當於3至 1000的縮環數目。 3·如申請專範圍第1項之化學機械拋光墊，其中該各波形 同心溝槽皆具有l〇Em至10mm的寬度。 _ •如申凊專利範圍第1項之化學機械搬光塾，其中該等波 形同心溝槽係互相間隔分開，而具有1〇£111至1〇〇111111的 溝槽間距。 5·如申請專利範圍第1項之化學機械拋光墊，其中該等波 形同心溝槽係均等地或非均等地互相間隔分開。 6. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光墊，其中該等波 形同心溝槽係非均等地互相間隔分開，而使相鄰溝槽之 間的間隔由該墊的中央部份朝向邊緣部份逐漸減少。 7. 如申請專利範圍第丨項之化學機械拋光墊，其中該墊係 被分成多個設有波形同心溝槽的徑向區域，每一徑向區 域中的溝槽皆具有相同的溝槽深度、寬度、及溝槽間 隔，但與其它徑向區域中的溝槽之深度、寬度、間隔等 至少有一者不同。 8·如申明專利範圍第1至7項中任一項之化學機械拋光 墊，其中有許多由溝槽、孔洞或其組合所構成的同心圓 會被加設在該拋光面上。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNs) A4規格（21〇><297公复） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   13 504429 本紙張尺度適用中 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 9·如申請專利範圍第8項之化學機械拋光墊，其中該等同 心圓係互相間隔分開’而使它們被分成至少兩組具有不 同圓圈間距的組群。 10·如申請專利範圍第8項之化學機械拋光墊，其中該等同 心圓係互相間隔分開，而使相鄰同心圓之間的圓圈間距 由該墊的令央部份朝向邊緣部份逐漸縮減。 f 11·如申請專利範圍第丨至7項中任一項之化學機械拋光 墊，其中更有一或多條由溝槽、孔洞或其組合所構成的 直線加設在拋光面上。 12.如申請專利範圍第n項之化學機械拋光墊，其中該等直 線係被分成一組互相間隔分開的水平直線，及一組互相 間隔分開的垂向直線會與該等水平直線交又而形成一 方格結構。 13 ·如申請專利範圍第丨丨項之化學機械拋光墊，其中該等直 線會在該拋光面的中心交叉在一起，而使它們於直徑方 向對稱地列設。 14·如申請專利範圍第丨至7項中任一項之化學機械拋光 墊，其中更有許多由溝槽、孔洞或其組合所構成之同心 圓，及一或多條由溝槽、孔洞或其組合所構成的直線 等，會被加設在該拋光面上。 15.如申請專利範圍第⑴項中任—項之化學機械抛光 墊，其中該等波形溝槽係以雷射加工來製成。 國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂| :線丨 14