TWI249199B - Polishing pad and fabricating method thereof and method for polishing a wafer - Google Patents

Description

1249199 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種研磨塾與其製造方法以及研磨晶 圓的方法，且特別是有關於一種可用以研磨晶圓並平坦化 晶圓邊緣的研磨墊與其製造方法以及研磨晶圚的方法。 【先前技術】 半導體製程係為多項製程技術之整合，以其中的微影 /蝕刻製程來說，其係先於晶圓上塗覆一層光阻層，然後 利用微影製程形成圖案化之光阻層，之後再以此圖案化之 光阻層為钱刻罩幕來進行餘刻。在製程過程中，為了避免 光阻覆蓋到晶圓背面，造成生產機台的污染，在塗覆光阻 層之後，必須將晶圓邊緣的光阻移除。 以上述之微影/蝕刻製程為例，圖案化之光阻層1 0 2係 形成晶圓1 0 0上（如第1圖所示），且位於晶圓1 0 0邊緣處之 光阻層1 0 2會被移除，一般是將晶圓邊緣6 m m内的光阻層 1 02移除，較佳的範圍則是將3mm範圍内光阻層1 02移除。 然而，後續利用此光阻層1 0 2作為蝕刻罩幕來進行乾蝕刻 製程的過程中，光阻層1 0 2可能會掉落至晶圓1 0 0的邊緣 處，而形成微罩幕（m i c r 〇 - m a s k i n g ) 1 0 3，如此將使得晶圓 1 0 0的邊緣表面在#刻後變得粗縫。值得注意的是，這些 位於晶圓100邊緣處的粗糙面，若不藉由適當方式去除， 則會影響到後續的製程。 此外，在無膜層配置之晶圓邊緣表面，會與外界之氧 氣反應而生成一層原生氧化層（native oxide)，這層原生 氧化層在矽蝕刻製程中（如淺溝渠蝕刻時），因蝕刻矽對於

11293 twf.pt d 第5頁 1249199 五、發明說明（2) 原生氧化層的蝕刻選擇比很高，所以原生氧化層亦會造成 微罩幕使得晶圓邊緣表面在餘刻後變粗f造。 上述之晶圓邊緣表面粗糖的問題會衍生出其他的一些 問題。例如當後續在進行熱製程時，因為晶圓邊緣之表面 粗糙，所以位於晶圓邊緣處的堆疊結構遭受應力較大，而 容易造成這些膜層從邊緣往晶圓中心剝離。此外，習知在 使用溶劑來去除邊緣的光阻時，若晶圓邊緣的表面粗糙， 當溶劑注入至此區域時，溶劑有可能會因為此粗糙表面而 回濺至附近的光阻層上，而造成光阻層結構的損壞。 除此之夕卜，於2003 International Symposium on Plasma & Process Induced Damage 發表的論文 "Backend Dielectric Etch Induced Wafer Arcing Mechanism and Solution” 揭露了晶圓周圍表面粗糙還可 能使後纟買在進行介電層餘刻（dielectric etching)時，在 晶圓周圍上產生蟲型（worm-like)電弧（wafer arcing)， 這些電弧2 0 〇可能會損壞晶圓上之元件或造成一些碎屑而 使反應室受到污染。 因此為了解決上述邊緣表面粗糙的問題，以維持晶圓 良率的方式之一就是進行化學機械研磨法（C h e m i c a 1 Mechanical Polishing，CMP)。以目前平坦化的技術來 說’化學機械研磨法是現今較常使用之全面性平坦化 (G 1 〇 b a 1 P 1 a n a r i z a t丨0 n )的技術。然而，利用習知之化學 機械研磨仍無法解決邊緣表面粗糙的問題，其原因如下： 位於晶圓邊緣與外圍之間會存在有高度差（s t e p

11293twf.ptd 第6頁 1249199 五、發明說明（3) height) 〇 而且 習知的研磨墊無 糙無法藉由研磨 越來越高，晶圓 疊的的圖案化膜 愈來愈大，而更 【發明内容】 因此本發明 法，以利用所製 本發明的再 墊的製造方法， 研磨區，如此可 4匕的功能。 本發明的又 此研磨方法可以 邊緣，進而提升 本發明提出 晶圓邊緣，此研 體具有主研磨區 少一第一溝槽， 磨區之高分子發 區之高分子發泡 本發明提出 一目 同時 晶圓 一種 磨塾 以及 而且 泡體 體中 一種 ，此高度差及研磨墊的形變量有限會使得 法接觸到晶圓邊緣處，而使得邊緣表面粗 而被磨平。另外，在現今元件製程積集度 表面所堆疊的層數也越來越多時，這些堆 層，會使得晶圓中心與邊緣之間的高度差 增加了化學機械研磨的困難度。 的目的就是提供一種研磨墊及其製造方 作出來的研磨墊，有效地平坦化晶圓的邊 一目的是提供一種具有邊緣研磨區之研磨 以使此研磨墊同時具有主研磨區以及邊緣 以使得研磨墊具有更佳研磨效果以及平坦 的是提供一種研磨晶圓的方式，利用 且有效地進行研磨，並平坦化晶圓的 的研磨的效率。 研磨墊，其係用以研磨晶圓並平坦化 包括一高分子發泡體，此高分子發泡 邊緣研磨區’且在主研磨區中具有至 在邊緣研磨區之高分子發泡體與主研 之間具有高度差。此外，在邊緣研磨 更包括形成有至少一第二溝槽。 具有邊緣研磨區之研磨墊的製造方

11293 twf.pt d 第7頁 1249199 五、發明說明（4) 法，此方法 及邊緣研磨 槽圖案。之 時，同時使 度差。 本發明 供一模具。 係先提供一研磨墊，此研磨墊具有主研磨區以 區，其中此主研磨區中係形成有至少一第一溝 後，當一晶圓於研磨墊之主研磨區進行研磨 研磨墊之邊緣研磨區與主研磨區之間形成有高 後， 驟， 中， 磨區 區之 —研 緣研 具， 磨墊 之後 對晶 主研 區之 來進 圓邊 在模具 以取得 在主研 中係包 間具有 本發明 磨塾， 磨區與 晶圓載 上，並 ，進行 圓以及 由於上 磨區以 高分子 行化學 緣，以 提出 然後 内中 具有 磨區 括有 南度 提出 此研 主研 具上 且使 晶圓 晶圓 述之 及邊 發泡 機械 提升 ，在 注入 主研 中係 第一 種研磨墊的製作方法，此方法係首先提 模具内預置入第一高分子材料。之 第二高分子材料。接著，進行脫膜步 磨區以及邊緣研磨區之研磨墊。其 包括有第二高分子材料，而在邊緣研 高分子材料，且邊緣研磨區與主研磨 差。 一種研磨 具有 之間 磨墊 磨區 係固 晶圓 研磨 邊緣 研磨 緣研 體之 研磨 晶圓 定有 之一 步驟 進行 墊及 磨區 間具 法時 的研 晶圓的方法，此方法係首先提供 主研磨區以及邊緣研磨區，且邊 具有高度差。然後，提供晶圓載 晶圓。接著，將晶圓載具移至研 表面與研磨墊之主研磨區接觸。 以及晶圓邊緣研磨步驟，以同時 研磨。 其製造方法其研磨墊上同時具有 ，且位於主研磨區以及邊緣研磨 有高度差，所以當利用此研磨墊 ，可以同時進行研磨並平坦化晶 磨的效率。

11293twf.ptd 第8頁 1249199 五、發明說明（5) 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 【實施方式】 第2圖所示，是繪示依照本發明一較佳實施例的一種 具有邊緣研磨區之研磨墊的剖面示意圖。 請參照第2圖，具有邊緣研磨區之研磨墊3 0 0係用以研 磨晶圓並平坦化晶圓邊緣，此研磨墊3 0 0包括高分子發泡 體3 0 2，此高分子發泡體3 0 2具有主研磨區3 0 4以及邊緣研 磨區306 ，且在主研磨區304中具有至少一溝槽308 ，而且 在邊緣研磨區306之高分子發泡體302與主研磨區304之高 分子發泡體3 0 2之間具有高度差h 1 ，其中，此高度差h 1至 少大於0.1微米。因此，由於邊緣研磨區306之表面較高， 所以當研磨台（未繪示）不斷轉動研磨墊300來進行研磨， 而且上方之研磨載具（未繪示）亦不斷轉動且左右搖擺時， 便可以進行晶圓研磨，並且同時使晶圓邊緣接觸到研磨墊 3 0 0之邊緣研磨區3 0 6 ，而同時進行晶圓邊緣之研磨。 在另一較佳實施例中，研磨塾3 0 0更包括在邊緣研磨 區3 0 6之高分子發泡體3 0 2中形成有至少一溝槽3 1 0 ，以增 加晶圓邊緣的平坦化效果（如第3圖所示）。其中，邊緣研 磨區3 0 6的溝槽3 1 0之深度d 2係小於主研磨區3 0 4的溝槽3 0 8 之深度dl，其例如是溝槽31 0之深度d2係小於溝槽3 0 8深度 dl 50 % 。 在又一較佳實施例中，邊緣研磨區3 0 6更可包括研磨

liill:

1 1293 twf.pt d 第9頁 1249199 五、發明說明（6) 料3 1 2 ，以增加晶圓邊緣的研磨效果（如第4圖與第5圖所 示）。其中，研磨料3 1 2分散在邊緣研磨區3 0 6之高分子發 泡體3 0 2中，研磨料3 1 2例如是氧化矽、氧化鋁或氧化鈽。 而且，在第5圖，同時具有研磨料3 1 2以及溝渠3 1 0之邊緣 研磨區3 0 6 ，|具有更佳之晶圓邊緣的研磨效果。 值得一提的是，上述之研磨墊300若為圓形研磨墊 時，且主研磨區3 0 4以及邊緣研磨區3 0 6都形成有溝槽（3 0 8 與3 1 0 )，則溝槽3 0 8、3 1 0的佈置方式例如是環型溝槽（如 第6圖所示）。其中，邊緣研磨區3 0 6的溝槽3 1 0係位於主研 磨區304的溝槽308之外圍與内圍，而且位於主研磨區304 内圍與外圍之溝槽3 1 0的深度可以相同或不相同。當然， 在另一較佳實施例，邊緣研磨區3 0 6的溝槽3 1 0係僅位於主 研磨區304的外圍或是内圍。 此外，上述之研磨塾300若為直線式（linear)研磨塾 時，且主研磨區3 0 4以及邊緣研磨區3 0 6都形成有溝槽（3 0 8 與3 1 0 )，則溝槽3 0 8、3 1 0的佈置方式例如是線型溝槽（如 第7圖所示），且其係以類似輸送帶的方式來進行研磨。其 中，邊緣研磨區3 0 6的溝槽3 1 0係位於主研磨區3 0 4的溝槽 3 0 8之兩側，而且位於主研磨區3 0 4兩側之溝槽3 1 0的深度 可以相同或不相同。當然，在另一較佳實施例，邊緣研磨 區3 0 6的溝槽3 1 0係僅位於主研磨區3 0 4的其中一側。 由於上述之研磨墊300其邊緣研磨區306之表面較高， 所以當研磨台（未繪示）不斷轉動研磨墊3 0 0來進行研磨， 而冬上方之研磨載具（未繪示）亦不斷轉動且左右搖擺時，

11293twf.ptd 第10頁 1249199 五、發明說明（7) 並且同時使晶圓邊緣接觸到研磨墊 而同時進行晶圓邊緣之研磨。 以下係說明上述之具有邊緣研磨區 便可以進行晶圓研磨 300之邊緣研磨區306 為了詳述本發明 之研磨墊的製造方法。 第8圖所示，是繪示依照本發明一較佳實施例的一種 具有邊緣研磨區之研磨墊的製造流程圖。 請參照第8圖，具有邊緣研磨區之研磨墊的製造方法 係先提供研磨墊（步驟4 0 0 )。其中，此研磨墊具有主研磨 區以及邊緣研磨區，且主研磨區中係形成有至少一溝槽圖 案。當然，在另一較佳實施例中，邊緣研磨區亦可形成有 至少一溝槽圖案，且邊緣研磨區的溝槽圖案之深度係小於 主研磨區之溝槽圖案之深度，其例如是企於5 0 %。此外， 在又一較佳實施例中，研磨墊之邊緣研磨區中更包括有研 磨料。 之後，當晶圓於研磨墊之主研磨區進行研磨時，同時 使研磨墊之邊緣研磨區與主研磨區之間形成有高度差（步 驟4 0 2 )。由於在研磨時，研磨墊會逐漸地耗損，再加上邊 緣研磨區與主研磨區在研磨時二區的研磨耗損的程度不 同，所以會形成具有高度差之研磨墊。其中，此高度差至 少大於0 . 1微米。 第9圖所示，是繪示依照本發明另一較佳實施例的一 種具有邊緣研磨區之研磨墊的製程流程圖。 請參照第9圖，此製作方法係首先提供一模具（步驟 5 0 0 )，此模具中具有一模腔，且此模具例如是具有所要求

]1293twf.ptd 第11頁 1249199 五、發明說明（8) 研磨墊之最終尺寸的模具。 接著，在模具内預置入 此第一高分子材料更可選擇 子材料來作為第一高分子材 較佳實施例中，第 果。在一較 體，且分佈 氧化紹或氧 之後， 此第二南分 (步驟5 0 6 ) 此研磨墊具 主研磨區之 米。 此外， 槽外，在研 (如第3圖與 之深度係小 50 %。 因此， 同時具有主 域之間還具 研磨時，因 (未繪示）不 具（未繪示） 在第一高分子材 化鈽。 在模具内中注入 子材料例如是P U 1以取得類似第2 有主研磨區以及 間具有高度差， 除了在研磨墊之 磨墊之邊緣研磨 第5圖所示）。其 於主研磨區之溝 利用上述之二種 研磨區以及邊緣 有高度差。於是 為位於邊緣研磨 斷轉動研磨墊來 亦不斷轉動且左 第一高分子材料（步驟5 0 2 )。 性使用已包含有研磨料的高分 料，如此可以增加研磨的效 一高分子材料例如是P U發泡 料内之研磨料例如是氧化矽、 第二高分子材料（步驟5 0 4 )， 發泡體。接著，進行脫膜步驟 圖與第4圖之研磨墊。其中， 邊緣研磨區，且邊緣研磨區與 而且此高度差至少大於0 . 1微 主研磨區中係形成有至少一溝 區中亦可形成有至少一溝槽 中，且邊緣研磨區的溝槽圖案 槽圖案之深度，其例如是小於 研磨墊的製造方法皆可製作出 研磨區的研磨墊，而且此二區 ，之後在利用此研磨塾來進行 區之表面較高，所以當研磨台 進行研磨，而且上方之研磨載 右搖擺時，便可以進行晶圓研

11293twf.ptd 第12頁 1249199 五、發明說明（9) 磨，並且同時使晶圓邊緣接觸到研磨墊之邊緣研磨區，而 同時進行晶圓邊緣之研磨。 之後，利用上述之研磨墊進行晶圓研磨之說明如下。 第1 Ο A圖至第1 Ο B圖是繪示依照本發明一較佳實施例的一種 研磨晶圓的流程剖面示意圖。 請參照第1 Ο A圖，此研磨方法係首先提供研磨墊3 〇 〇。 其中，研磨墊300具有主研磨區304以及邊緣研磨區306， 且邊緣研磨區306與主研磨區304之間具有高度差hi ，而且 高度差h 1至少大於〇 · 1微米。此外，在研磨墊3 〇 〇之主研磨 區3 0 4中係形成有至少一溝槽3 0 8。 此外，在另一較佳實施例中，研磨墊3 〇 〇例如是類似 第3圖所示，於邊緣研磨區3 〇 6具有溝槽3丨〇之研磨墊，以 增加研磨晶圓邊緣之效果。在又一較佳實施例中，研磨墊 3 0 0例如是類似第4圖所示，於邊緣研磨區3 〇 β具有研磨料 3 1 2之研磨墊，以增加研磨晶圓邊緣之效果。在再一較佳 實施例中，研磨墊3 〇 〇例如是類似第5圖所示，在邊緣研磨 區3 0 6同時具有溝渠3丨〇與研磨料3丨2之研磨墊，以增加研 磨晶圓邊緣之效果。 然後，請繼續參照第1 0 Α圖，提供晶圓載具3丨4，此晶 圓載具3 1 4上係用以固定晶圓3丨6 。其中，晶圓3丨6上已形 成複數層膜層（未繪示），而且晶圓3丨6邊緣處係為一粗糙 表面（未纟會示）。 接著，請參照第1 〇 B圖，將晶圓載具3丨4移至研磨墊 300上，並且使晶圓316之一表面與研磨墊30〇之主研磨區

11293twf.ptd 1249199 五、發明說明（10) 304接觸。其中，研磨墊300上具有高度差hi ，而且高度差 h 1至少大於0 . 1微米。 之後，請繼續參照第1 0 B圖，進行晶圓研磨步驟以及 晶圓邊緣研磨步驟，以同時對晶圓3 1 6以及晶圓3 1 6的邊緣 進行研磨。由於在進行研磨時，晶圓載具3 1 4會左右搖擺 以增加晶圓的研磨效果，所以晶圓邊緣處可以接觸到表面 較高之邊緣研磨區3 0 6，而使得晶圓邊緣之粗糙表面可以 被平坦化。 由於上述之研磨墊及其製造方法以及晶圚之研磨方法 中，研磨塾上同時具有主研磨區以及邊緣研磨區，且位於 主研磨區以及邊緣研磨區之高分子發泡體之間具有高度 差，所以當利用此研磨墊來進行化學機械研磨法時，可以 同時進行研磨並平坦化晶圓邊緣，以提升晶圚的研磨的效 率〇 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11293twf.ptd 第14頁 1249199 圖式簡單說明 第1圖是繪示經過蝕刻製程後的晶圓剖面示意圖。 第2圖是依照本發明一較佳實施例的一種具有邊緣研 磨區之研磨墊的剖面示意圖。 種具有邊緣 種具有邊緣 第3圖是依照本發明另一較佳實施例的 研磨區之研磨墊的剖面示意圖。 第4圖是依照本發明又一較佳實施例的 研磨區之研磨塾的剖面示意圖。 第5圖是依照本發明再一較佳實施例的一種具有邊緣 研磨區之研磨墊的剖面示意圖。 第6圖是依照本發明一較佳實施例的一種具有環形溝 槽之研磨墊的上視示意圖。 第7圖是依照本發明一較佳實施例的一種具有線型溝 槽之研磨塾的上視示意圖。 第8圖是依照本發明一較佳實施例的一種具有邊緣研 磨區之研磨墊的製程流程圖。 第9圖是依照本發明另一較佳實施例的一種具有邊緣 研磨區之研磨墊的製程流程圖。 第1 Ο A圖至第1 Ο B圖是依照本發明一較佳實施例的一種 研磨晶圓的流程剖面示意圖。 【圖式標示說明】 1 00 、31 6 :晶圓 102 103 200 光阻層 微罩幕 電弧

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Claims (1)

1. 糖91糊修(¾)正本 aiL π ,, 案號92126Μ2 年Γ/月I丨日 修正_ 六、申請專利範圍 1 · 一種研磨墊，其係用以研磨一晶圓並平坦化該晶圓 邊緣，該研磨塾包括： 一高分子發泡體，其具有一主研磨區以及一邊緣研磨 區，其中在該主研磨區中之該高分子發泡體中具有至少一 第一溝槽，且在該邊緣研磨區之該高分子發泡體與該主研 磨區中之該高分子發泡體之間具有一高度差。 2. 如申請專利範圍第l·項所述之研磨墊，其中該高度 差至少大於0. 1微米。 3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中在該邊 緣研磨區之該高分子發泡體中更包括形成有至少一第二溝 槽。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之研磨墊，其中該第二 溝槽之深度係小於該第一溝槽深度5 0 %。 5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨塾，更包括一研 磨料，分散在該邊緣研磨區之該高分子發泡體中。 6. 如申請專利範圍第3項所述之研磨墊，其中當該研 磨墊係為一圓形研磨墊時，該第一溝槽以及該第二溝槽係 為環型溝槽，且具有該第二溝槽的該邊緣研磨區係位於具 有該第一溝槽的該主研磨區的外圍、内圍或是外圍及内 圍。 7. 如申請專利範圍第6項所述之研磨墊，其中具有該 第二溝槽的該邊緣研磨區係位於具有該第一溝槽的該主研 磨區的外圍及内圍，且位於該主研磨區内圍之該第二溝槽 的深度係與位於該主研磨區外圍之該第二溝槽的深度相同

   11293twfl.ptc 第17頁 1249199 _案號92126142_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 或不相同。 8 ·如申請專利範圍第3項所述之研磨墊，其中當該研 磨墊係為一直線式研磨墊時，該第一溝槽以及該第二溝槽 係為線型溝槽，且具有該第二溝槽的該邊緣研磨區係位於 具有該第一溝槽的該主研磨區的其中一側或是兩側。 9.如申請專利範圍第8項所述之研磨墊，其中具有該 第二溝槽的該邊緣研磨區係位於具有該第一溝槽的該主研 磨區的兩側，且位於該主研磨區兩側之該第二溝槽的深度 係為相同或不相同。 1 0. —種研磨墊的製造方法，包括： 提供一模具； 在該模具内預置入一第一高分子材料； 在該模具内中注入一第二高分子材料；以及 進行一脫膜步驟，以取得具有一主研磨區以及一邊緣 研磨區之一研磨墊，其中在該主研磨區中係包括有該第二 高分子材料，在該邊緣研磨區中係包括有該第一高分子材 料，且該邊緣研磨區與該主研磨區之間具有一高度差。 1 1.如申請專利範圍第1 0項所述之研磨墊的製造方 法，其中該高度差至少大於0. 1微米。 1 2.如申請專利範圍第1 0項所述之研磨墊的製造方 法，其中該第一高分子材料中更包括含有一研磨料。 1 3.如申請專利範圍第1 0項所述之研磨墊的製造方 法，其中在該研磨墊之該主研磨區中係形成有至少一第一 溝槽，在該研磨墊之該邊緣研磨區中係形成有至少一第二

   11293twfl.ptc 第18頁 1249199 _案號92126142_年月日 修正___ 六、申請專利範圍 溝槽，且該第二溝槽之深度係小於該第一溝槽之深度。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之研磨墊的製造方 法，其中該第二溝槽之深度係小於該第一溝槽深度5 0 %。 1 5 · —種研磨晶圓的方法，包括： 提供一研磨墊，該研磨墊具有一主研磨區以及一邊緣 研磨區，且該邊緣研磨區與該主研磨區之間具有一高度 差； 提供一晶圓載具，該晶圓載具上係固定有一晶圓； 將該晶圓載具移至該研磨墊上，並且使該晶圓之一表 面與該研磨墊之該主研磨區接觸；以及 進行一晶圓研磨步驟以及一晶圓邊緣研磨步驟，以同 時對該晶圓以及該晶圓的邊緣進行研磨。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之研磨晶圓的方法， 其中該高度差至少大於0 . 1微米。 1 7.如申請專利範圍第1 5項所述之研磨晶圓的方法， 其中在該研磨墊之該主研磨區中係形成有至少一第一溝 槽，在該研磨墊之該邊緣研磨區中係形成有至少一第二溝 槽，且該第二溝槽之深度係小於該第一溝槽之深度。 1 8.如申請專利範圍第1 7項所述之研磨晶圓的方法， 其中該第二溝槽之深度係小於該第一溝槽深度5 0 %。 1 9.如申請專利範圍第1 5項所述之研磨晶圓的方法， 其中在該邊緣研磨區中係包含有一研磨料。

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