TW590854B - Chemical mechanical polishing pad having holes and/or grooves - Google Patents

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590854 A7 ____ 」7__ 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明係有關於一種用於化學機械拋光製程的拋光 墊，尤其是有關於一種化學機械拋光墊，其拋光表面形成 多數各具有溝槽、孔或其組合的同心圓。 背景技藝 通常化學機械拋光（CMP)為一高精密/經鏡面處理之 表面的拋光製程，其用以在半導體裝置製造過程中獲得整 體平面化。依據該化學機械拋光，一泥狀研磨劑供給至一 拋光墊與一擬拋光的晶圓之間，以便化學蝕刻該晶圓的表 面。藉使用該拋光墊，該晶圓的蝕刻表面則機械式地拋光。 參見第1圖，概要地說明以標號丨表示之典型化學機械 拋光機。此外，一使用該化學機械拋光機丨的化學機械拋光 方法概要地說明於第2圖。該化學機械拋光方法包括一化學 蝕刻反應製程及一機械拋光製程，其係利用一包括於該化 學機械拋光機1中的拋光墊1〇來執行。該化學蝕刻反應藉一 泥狀研磨劑42來完成。也就是說，該泥狀研磨劑42用以在 該擬拋光的晶圓30表面上產生化學反應，使得該機械拋光 製程及接下來的化學蝕刻反應可輕易地完成。在該機械拋 光製程中，該固定地設在一壓板上的拋光墊1〇旋轉著。由 一扣環32所緊密固定的晶圓3〇在振盪時旋轉。藉一泥狀研 磨劑供給構件4〇, 一含有磨粒的泥狀研磨劑供給至該拋光 墊10。δ亥供給的泥狀研磨劑引進該拋光墊10與該晶圓30之 間。憑藉該拋光墊、10與該晶圓3〇之間的一相對旋轉速差， 該引進的磨粒與該晶圓3〇形成磨擦接觸，使得該引進的磨 本紙張尺度賴巾關料Α4規格⑵0X297公楚7"--~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •、可丨 「·線丨 590854 A7 __B7_ 五、、發明説明（2 ) .粒執行機械拋光。該泥狀研磨劑42為一含有磨粒的膠狀液 體，該磨粒具有一粒子尺寸為十億分之一公尺。在該拋光 製程中，該泥狀研磨劑42塗抹於該拋光墊1〇上。當該拋光 r 墊10在該拋光製程中旋轉時，由於該拋光墊10之旋轉造成 的一離心力，供給至該拋光墊10的泥狀研磨劑42由該拋光 墊10的周圍向外排放。為了獲得一增強的拋光效率，許多 A 磨粒應在該拋光墊10的上表面上停留一期望的長時間，以 使該磨粒參與該晶圓的拋光。也就是說，該拋光塾1〇應盡 可能地使該泥狀研磨劑42停留在其表面上久一點。 在該化學機械拋光墊旋轉時所產生的離心力，離該拋 光墊10的周圍越近處越高。由於在該拋光墊上不同的徑向 位置之間離心力的差異，該拋光墊上的泥狀研磨劑在靠近 該拋光墊周圍時呈現一增強的流動率。因此，該泥狀研磨 劑延該拋光墊之徑向方向不均勻地散佈。由於該泥狀研磨 劑的此種不均勻散佈，該晶圓則不均勻地拋光，因為晶圓 的拋光率是視該拋光墊與該晶圓表面接觸的一徑向位置而 定的。拋光率的此種變化影響該晶圓的平面化。結果，該 - 拋光墊在其中央與周圍部份的拋光率呈現相當大的差異。 ， 為此原因，藉由控制該泥狀研磨劑在該拋光墊上的流動， 使該泥狀研磨劑均勻地散佈在該拋光墊上是必要的。 在該拋光製程中，該晶圓壓迫該拋光墊，使得該晶圓 與磨粒成摩擦接觸。然而，由於此壓力，該泥狀研磨劑可 能難以到達該晶圓钠中央部份。為此原因，相較於該晶圓 周圍部份的泥狀研磨劑量，該泥狀研磨劑可相對減；地政 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 :線丨 590854 A7 - -____W7_ 五、發明説明（3 ) 佈在該晶圓的中央部份。結果，該晶圓則不均勻地拋光。 為解決此一問題，而提出一方法，其中具有一所欲之 寬度、深度及形狀的孔或溝槽形成於一化學機械拋光墊 上。該孔或溝槽作用以控制在該拋光製程中持續供給之泥 狀研磨劑的流動與散佈。 以下將配合附圖說明習知之形成於一拋光墊上的孔 或溝槽。 第3a圖為說明由溝槽形成的拋光墊的概要圖，該溝槽 個別具有同心圓的形式。第3b圖為沿著第3a圖之線A-A獲得 之截面圖。如第3a及3b圖所示，形成於該拋光塾上的溝槽 具有同心圓的开> 式，其以一捏向方向均等地相互間隔，且 個別具有不同的直徑。持續供給至該拋光墊上的泥狀研磨 劑受該拋光墊旋轉時產生的離心力迫使向外移動。結果， 在該拋光製程中，該泥狀研磨劑暫時聚集在該同心圓溝槽 中，然後再由，些溝槽向外排放。該同心圓溝槽的一範例 揭露於美國專利第5,984,769號。該美國專利第5,984,769號 揭露一由多數同心圓溝槽或螺旋形溝槽所形成的拋光墊。 該拋光墊分成多數溝槽區域，其中形成個別具有不同寬度 及長度的溝槽。但是，此一具有圓形或螺旋形溝槽的拋光 墊並不能滿足一化學機械拋光製程中需求的眾多條件，因 為該拋光塾具有一僅由溝槽形成的固定圖案。 第4a圖為說明一由具有習知結構之孔形成的拋光塾的 概要圖。第4b圖說明如第4a圖所示的孔之截面圖。在第如 圖中的抛光塾，多數孔規則地排列著。排列在該拋光塾上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ........·· _ 裝..................tr-.............··線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 590854

發明説明 的L儲存·仏給至其中的泥狀研磨劑，藉此遲緩因離心力 斤導致之該儲存泥狀研磨劑的排放。美國專利第5,853,317 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 號揭路*4槽形成的拋光塾，言亥溝槽形成於作為一拋光 表面以拋光一物體的該拋光墊第一表面上，並形成於固定 地:又於I板上的該拋光墊第二表面上，如此一來，形成 於該第一表面的溝槽比形成於該第一表面的溝槽具有一較 大的尺寸。同時，美國專利第5,329,734號揭露一拋光墊， 其具有一由多數細孔形成的第一區域以及一由多數細縫形 成的第二區域。 訂_ 在具有均等地相互間隔之溝槽或孔的習知拋光墊 中’供給至該拋光墊的泥狀研磨劑被阻擋流向一晶圓中央 部份’該晶圓正在拋光其與該拋光墊接觸的區域。結果， 在該晶圓中央部份產生拋光率的降低。 :線丨 另一方面，相較於其他習知的拋光墊，在具有離心圓 溝槽之習知拋光墊中，獲得很大的泥狀研磨劑儲存量，因 為各溝槽具有一部份關閉結構，其具有直立溝槽壁可抗離 心力地將泥狀研磨劑保留在該溝槽中。但是，此拋光墊具 有一缺點’即各溝槽的深.度等於拋光墊的1/4厚度是不夠 的。 由於形成在上述習知抛光塾上之溝槽或孔具有一同心 圓或格子的固定圖案，要形成一可以控制泥狀研磨劑流動 的溝槽圖案是很難的。依據使用開孔針來形成孔眼的方法， 該孔眼則具有一固定的形狀。由於該孔具有一簡單且固定 的圖案’要將他們排列成具有一化學機械拋光製程中所欲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格（210X297公釐） 590854 A7 B7 五、發明説明（5 ) 之不同的孔圖案是很難的。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 為解決此問題，於是必須設計溝槽或孔的形狀、密度 與散佈，並顧及拋光製程之特定條件，如離心力以及晶圓 的位置。 本發明之揭露内容 因此，本發明之一目的為在一化學機械拋光製程中提供一 化學機械拋光墊，其由孔、溝槽或其組合形成，在均勻地散佈 該泥狀研磨劑於該拋光表面上時，可遲緩泥狀研磨劑供給至一 拋光表面上的排放率。 本發明之另一目的為提供一由孔、溝槽或其組合形成的 化學機械拋光墊，其可在拋光製程中提供有效地控制 泥狀研磨劑流動的作用。 依據本發明，這些目的藉提供用於一化學機械拋光製程 的化學機械拋光墊來完成，其中各具有孔、溝槽或其組合之 多數同心圓形成於該墊的拋光表面上。 圖式之簡要說明 第1圖為說明一典型化學機械拋光機及一使用該化學 機械拋光機來執行拋光方法的概要圖； 第2圖為說明一化學機械拋光方法之概念的概要圖； 第3a圖為說明一由個別具有同心圓圖案之溝槽所形 成之拋光墊的概要圖； 第3b圖為沿著第3a圖之線A-A所獲得的截面圖； 第4 a圖為說明、由具有習知結構的孔形成之拋光墊的 概要圖， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 590854 A7 B7 五、發明説明（6 ) 第4b圖為說明第4a圖所示之孔的截面圖； ' 第5圖為說明依據本發明形成之不同形狀的溝槽、孔 或其組合的概要圖； 第6a至6d圖為說明個別由溝槽、孔或其組合形成的同 心圓之不同實施例的概要圖； 第7圖為說明一具有多數個別由多數孔組成之不同直 徑同心圓之拋光墊的概要圖； ^ 第8圖為說明一拋光墊的概要圖，該拋光墊分成兩個 個別具有多數不同直徑之同心圓的徑向區域，該同心圓各 由多數孔組成；以及 第9與10圖分別為說明各具有多數不同直徑之同心圓 的化學機械拋光墊的概要圖，該拋光墊個別由溝槽、孔或 其組合組成。 實施本發明之最佳實施例 以下將參考附圖詳細說明本發明之結構與功能。 • 依據本發钩，係提供一化學機械拋光墊，於其一拋光 表面上具有多數各具有溝槽、孔或其組合的同心圓。參見 第5圖，其顯示不同形狀的該溝槽、孔或其組合排列成一依 據本發明的同心圓。 依據本發明，個別具有一所欲的寬度及深度之連續的 溝槽可形成為個別具有同心圓的形式。該連續的溝槽揭露 於美國專利第5,984,769號。在美國專利第5,984,769號揭露 之拋光墊中，形成多數均等地相間隔的圓形溝槽。 、 依據本發明，可形成各具有一所欲之寬度、深度與長 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ......................裝..................訂..................線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 590854 五、發明説明 A7

度的不連續溝#，其相互間隔並有規則地排列著。該等溝 槽可以一預定的距離均等地相間隔。選擇性地，該溝槽可 有規則或不規則地排列著並均等或不均等地相互間隔。而 且，該溝槽可個別具有不同的深度、寬度或長度。習知中， 各溝槽可具有一矩形橫截面。當然，各溝槽可具有其他橫 截面形狀，如一倒三角形。 選擇性地，依據本發明，多數具有一所欲之深度與直 徑的孔可排列成在相鄰孔的中央之間具有一均等的距離。 备介於相鄰孔之間的距離小於該孔的半徑時，該孔則具有 一連續的排列。介於該相鄰孔之間的距離可調增或調減。 此外’本發明之拋光墊可具有孔群，其各具有至少兩個藉 一距離rl而相互間隔的孔。如此，當該孔群藉一所欲的距 離『2(〇]：1)均等地相互間隔時，可規則地排列^而且， 該孔也可在該溝槽中不均等地相互間隔。此外，該孔可個 別具有不同的深度、直徑或形狀。 依據本發明’可形成一孔及溝槽的組合。該孔及溝槽 的組合可包括具有不同圖案之溝槽及孔的組合。也就是 說’本發明拋光墊可具有，許多各由孔及溝槽形成的組合之 不同圖案。譬如，各具有一所欲之深度與直徑的孔，以及 各具有一所欲之深度、寬度與長度的溝槽在相互間隔時， 可選擇性地排列。 由溝槽、孔或其組合形成的各圖案形成一同心圓。此 由溝槽、孔或其組合形成之同心圓的不同範例個別顯不 在第6a至6d圖。 本紙張尺彦適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇><297公釐） 請 先. 閲 意 事

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秦 590854 A7 B7 五、發明説明（8 ) ^ 第6a圖顯示一同心圓，其由多數具有一所欲之寬度與 長度且均等地相互間隔的溝槽形成。第6a圖顯示一同心 圓，其由多數具有一所欲之寬度與長度且均等地相互間隔 ’ 的孔形成。第6c及6d圖顯示各由一溝槽及孔的組合形成的 同心圓。在第6c圖的同心圓中，溝槽及孔以一溝槽交替一 孔且均等地相互間隔的方式規則地排列著。在第6d圖的同 φ 心圓中，溝槽及孔以兩孔交替一溝槽且均等地相互間隔的 方式規則地排列著。 個別顯示在第6a至6d圖的同心圓僅作說明用。依據本 發明，形成具有不同形狀的孔、溝槽或其組合之不同圖案 所組成的同心圓是可能的。 因此，本發明之化學機械拋光墊可由多數各具有溝 槽、孔或其組合之不同直徑的同心圓形成。 依據本發明，形成於該拋光墊上的同心圓可具有相同 或不同的圖案，其各由溝槽、孔或其組合所組成。而且， 該同心圓在該拋光墊的某一區域中可具有相同圖案，而在 其他區域中可具有不同圖案。 ^ 形成於該拋光墊上之相鄰同心圓之間的距離可以是均 • 等或不均等的。而且，該圓的距離可依據該圓的半徑而逐 漸相異。譬如，該圓的距離可由該拋光墊中央部份向周圍 遞減，而在圓半徑的增加上則成反比。 第7圖顯示一由多數不同直徑之同心圓形成的拋光 墊，該同心圓各具有多數孔。就此案例，該同心圓的孔具 有相同直徑及孔距離。該同心圓也具有相同的圓距離。當 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -11- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、可I :線 590854 A7 B7 五、發明説明（9 ) 然，不同的變動可藉由調整形成各同心圓的孔之深度、直 徑或距離或該圓距離來達成，使得該拋光墊之孔的圖案不 同。 依據本發明，該拋光墊可分成多數徑向區域。參見第 8圖，其顯示一分成兩個徑向區域的拋光墊。 該拋光墊的各徑向區域可由多數具有不同直徑但具有 相同圖案的同心圓形成。該徑向區域可具有不同圖案或不 同深度、寬度或距離的溝槽或孔。 譬如，該拋光墊可分成内及外徑向區域，其個別界定 在一具有半徑r〇的圓之相對面。該内徑向區域具有一半徑 小於該半徑r。（r<r〇)，而該外徑向區域具有一半徑大於 該半徑r〇(r>r。）。該内及外徑向區域各由具有不同半徑 的同心圓形成，且由具有相同直徑及孔距離的孔組成。該 外徑向區域可比該内徑向區域具有較大的孔直徑與孔距 離。 第9及10圖顯示本發明實施例，其有關各由多數具有溝 槽、孔或其組合之不同直徑的同心圓形成的化學機械拋光 〇 同時，孔及/或溝槽可形成具有最可滿足該特定拋光製 程條件的不同圖案。 該孔、溝槽或其組合的形成較佳為使用一雷射機製過 程獲得。該雷射機製過程提供的利益為，它可精確地製造 具有一複雜結構的孔或溝槽，使得該孔及/或溝槽具有一光 滑的内表面，並輕易地調整該孔及/或溝槽的形狀、尺寸及 -12- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 590854 A7 B7 五、發明説明（1Q ) 深度。 當然，該孔、溝槽或其組合的機械式製造可藉由一使 用依據本發明之機械構件的切割或研磨製程。同樣地，該 機械式製造方法可藉使用一雷射機製方法及一機械式製造 方法的組合獲得。 工業上的應用性 > 由上述可明顯看出，本發明提供一用於化學機械拋光製程 的拋光墊，其由具有不同形狀、尺寸與圖案的孔、溝槽或其組合 形成，且可遲緩供給至一拋光表面之泥狀研磨劑排放率，使 泥狀研磨劑均勻地散佈遍該拋光表面，並在化學機械拋光製程 中，有效地控制該泥狀研磨劑的流動，藉此穩定地維持一所欲 的拋光率以及獲得一改良的平面化。 雖然本發明之較佳實施例已援圖示揭露有關形成在一 用以化學機械拋光的拋光墊上之孔及/或溝槽的圖案，習知 此技藝的人士應了解，不同的變動、增加及替代仍不脫離 I 本發明的範圍及精神。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、町— :線丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格（210X297公釐） -13- 590854 A7 B7 五、發明説明（11 ) 元件標號對照表 1.. .化學機械拋光機 10.. .抛光塾 20…壓板 30.. .晶圓 32.. .扣環 40.. .泥狀研磨劑供給構件 42.. .泥狀研磨劑 -14- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 590854 A8 B8 C8

   申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) • 一種用於化學機械拋光製程的化學機械拋光墊， 其中多數各具有溝槽、孔或其組合之同心圓係形 成於該墊的一拋光表面上。 2·如申請專利範圍第1項之化學機械拋光墊，其中該 同心圓各自具有多數設置成相互間隔的不連續溝 槽’該溝槽各自具有一所欲的深度、寬度與長度。 3·如申請專利範圍第2項之化學機械拋光墊，其中該 溝槽至少在深度、寬度與長度中之一者上不同。 4·如申請專利範圍第2項之化學機械拋光墊，其中該 溝槽中鄰近者間限定的距離為均等或不均等的。 :π_ 5.如申請專利範圍第1項之化學機械拋光墊，其中 各同心圓具有多數設置成相互間隔的孔，各孔 具有一所欲的深度與一所欲的直徑。 6·如申請專利範圍第5項之化學機械拋光墊，其中該 孔至少在深度、直徑與鄰近孔間限定的距離中之 一者上不同。 7·如申請專利範圍第1項之化學機械拋光墊，其中各 同心圓具有孔的組合，該等孔具有一所欲的深 度、所欲的直徑與所欲之鄰近孔間限定的距離， 且具有溝槽，該溝槽具有一所欲的深度、所欲的 寬度與所欲的長度，該孔及溝槽係交替地設置， 同時相互間隔以使該等孔中至少一者與該等溝槽 中之一者交替設置。 8·如申請專利範圍第1至7項中任一項之化學機械拋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210 X 297公釐） -15- 590854 A8 B8 C8 -- -----D8 中請專利範圍~ ~ " --

   光墊’其中該同心圓係均等地相互間隔。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如申請專利範㈣1至7項中任-項之化學機械抛 先塾’其中該同心圓不均等地相互間隔，使得在該 同心圓中鄰近者間限定之距離係由該墊的 中央部份向周圍部份遞減。 如申請專·㈣丨至7項巾任—項之化學抛光 塾，其中該溝槽、孔或其組合係以雷射來機械加 工〇 U· 一種用於化學機械拋光製程的化學機械拋光墊，該 墊分成至少兩個徑向區域，其各由多數具有相同 的溝槽、孔或其組合之圖案的不同直徑之同心圓 形成，該各徑向區域的圖案與其他徑向區域的圖 案不同。 U· —種用於化學機械拋光製程的化學機械拋光墊，該 墊分成至少兩個徑向區域，該區域係各由多數均 荨地相隔且各具有溝槽、孔或其組合之不同直徑 的同心圓形成，在各個該徑向區域中之該同心圓 中鄰近者間的距離與另一徑向區域中者不同。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -16-