TWI270438B - Method and apparatus for improved chemical mechanical planarization - Google Patents

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!27〇438 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於化學機械研磨（CMP)之領域，且詳言之係 關於用於CMP處理中之CMP拋光墊之結構及材料性質。 【先前技術】 在現代積體電路（1C)製造中，將多層材料應用於先前在 半導體晶圓上形成之嵌入結構。化學機械研磨（CMp)為用 φ 於移除此等層且拋光晶圓平面之表面以達成所要結構之研 磨方法。CMP可在氧化物及金屬上進行且一般包括經由相 對於晶圓移動之拋光墊（例如該拋光墊可相對於晶圓循環 旋轉）使用所用化學研磨漿。光滑平整表面需為後續步驟 • 保持光微影術焦深且保證金屬互聯經輪廓步驟不會變形。 鑲嵌處理要求CMP自介電質之上表面移除諸如鎢或銅之金 ’ 屬以界定互聯結構。 組合使用拋光墊/研磨漿之研磨/拋光效能係受拋光墊之 • 機械性質及研磨漿之化學性質與分佈影響。拋光墊通常可 為多孔及/或包括凹槽以分佈研磨漿。然而，此降低拋光 墊之總強度，使其更加具有可撓性且因此降低其研磨特 倣。舉例而吕，圖1A說明作為向晶圓i 〇〇應用可撓性拋光 墊之結果的’，凹陷’’。該可撓性拋光墊雖然可提供光滑表 面，但由於過度拋光較軟之元件（諸如基板1〇2之表面上的 鋼層104)而產生凹陷1〇6。凹陷之後果為金屬厚度之不當 損失，導致不良之器件效能。 凹可藉由使用可提供較強之研磨作用之較硬拋光墊來 105622.doc 1270438 減輕或消除。拋光墊可藉由減少塾上微孔及/或凹槽之數 目而變得較硬然而此可導致不同後果，例如不良之研磨 襞分佈。其淨效應可能為增加基板102及/或鋼層1〇4之表 面缺陷108之數目（例如藉由刮擦及/或點蝕表面/層），例如 圖1B中所示，其說明表面缺陷1G8可能由於向晶圓剛應用 相對硬之拋光墊所致。 可撓性或不可撓性拋光墊通常均係由胺基甲酸酯製造， • 其呈澆鑄形式並經多微孔元件填充或由經聚胺基甲酸酯塗 覆之非編織毛氈製造。拋光過程中，墊表面由於拋光力而 經受變形。墊表面因此需經由調節製程來，，再生，，。該調節 製程包括在與拋光製程中極其類似地旋轉拋光墊的同時將 , 精細、外覆金剛石之圓盤壓在墊表面上。該調節圓盤之 金剛石切入並移除拋光墊之頂層，藉此曝露下層之新鮮拋 光墊表面。

此等概念在圖2A至2C中加以圖示說明。詳言之，圖2A • 說明習知之新拋光墊11〇之側剖面圖。拋光墊11〇含有微型 元件U4及凹槽U6，其與彼等已發現可市購之拋光墊（諸 如Rhom & Haas，Inc之1C 1000)極其類似。圖2B顯示拋光 後之拋光墊11 〇之表面112。該墊之上表面顯示降級作用 11 8 ’特別是在微型元件114周圍，其邊緣由於塊狀胺基甲 酸®旨材料之塑性或黏性流動而降級。圖2C顯示調節製程完 成後之抛光墊之表面112。注意凹槽11 6之深度由於調節過 程中之材料移除而較圖2 A中所示之新墊中之深度低。 經多個拋光及調節循環後，拋光墊之總厚度通常會磨損 105622.doc 1270438 至一定程度以致需更換該拋光墊。墊磨損率隨墊與墊而不 同且亦可隨一批次之墊與另一批次之墊而不同對從事此項 技術者而言是顯而易見的。目前不存在定量方法以測定墊 磨損，進而測定墊使用壽命之終結。實際上，墊使用壽命 之終結通常係基於對墊表面之目視檢測以檢查剩餘凹槽深 度。在使用無凹槽墊之狀況下，對墊使用壽命之終結之確 定通常係基於經拋光晶圓之數目或該墊自初次投入使用起 所經歷之時間。因為該等量度不十分準確，所以需要實施 一致的定量方式以測定”塾使用壽命之終結"。即，基於墊 表面之有限磨損之方法應適用於建立用於墊更換之一致基 礎。 【發明内容】 一根據本發明之一實施例組態之拋光墊包括一導向板， 其一面固定有一多孔研磨漿分佈層且另一面固定有一可壓 縮底層。複數個拋光元件gj定於可壓縮底層上，該等元件 彼此又合穿過研磨漿分佈層及導向板以便相對於彼此及導 向板保持平面疋向，其中各拋光元件突出於與研磨漿分佈 層相鄰之導向板之表面。視情況，可包括—定位在導向板 與研磨漿分佈層之間之薄膜。該薄膜可為傳導或非傳導薄 膜’且可藉由黏合劑而固定於導向板上。在某些狀況下， 該薄膜可為離子交換薄膜。 抛光墊之導向板可由非傳導材料製成，且可包括容納個 別拋光元件之孔。拋光元件中之一些可具有圓形截面，而 另二可具有一角形截面或任何其他形狀。在任何情況 105622.doc 1270438 下，拋光7G件均可由導熱材料、導電材料或非傳導材料中 ^種或其組合製造。舉例而言，拋光元件可由傳導聚 口物聚苯、石炭、石墨或金屬填充之聚合物製造。拋光元 中之或夕個可调節為與晶圓表面進行滑動接觸，而其 他抛光7Ό件可S周郎為與晶圓表面進行滾動接觸（例如，使 用由聚合物、金屬氧化物或導電材料製成之滾動尖端）。

研磨漿分佈材料可包括許多抗研磨聚流動之元件（例如 微孔)且具有10%至9〇%間之孔隙率。較佳地(儘管不是必 需的）’研磨漿分佈材料係藉由黏合劑而固定於導向板 上。在某些狀況下，研磨漿分佈材料可包括多層不同材 料。舉例而言’研磨漿分佈材料可包括—具有相對大微孔 之表層及-具有相對小微孔之下層。可想像研磨製分佈元 件及導向板功能可由單一材料實現。該材料可為具有開口 孔發泡體表面或用以調節研磨漿流經該表面之凹槽或隔板

該拋光墊亦可包括組態成用 命終結之指示之磨損感應器。 【實施方式】 以提供墊磨損及/或使用壽 本文描述改良式c Μ P拋光墊及拋光半導體晶圓及其上之 層狀結構（包括該等晶圓上之金屬鑲嵌結構）之方法。本發 明認識到拋光墊之物理特徵·對CMp處理之品質之影響。^ 言之，已知更具可撓性之拋光墊產生凹陷而具有二二： 磨聚分佈之較硬拋光墊產生更多的表面缺陷。儘管各種抛 光墊組悲（例如幾何範圍、比率及材料 荷疋貫例）及拋光 105622.doc 1270438 方法在本文中舉例說明，還應瞭解本發明可同樣應用於包 八他類型之拋光墊製造材料及沉積物移除技術。換言 之，該等其他材料及技術之使用應被認為屬於如本說明隨 後之專利申請範圍中所陳述之本發明範疇内。 除各種拋光墊組態外，本發明亦包括拋光方法，其包括 2一設計之多層聚合墊之表面上按壓一晶圓並組合使用可 合有亞微米粒子之拋光流M，且在壓力下&晶圓相對於拋 光墊運動，以使該運動、加壓接觸引起該晶圓之表面之平 2移除。根據本發明之一實施例組態之一拋光墊包括以下 j =元件··一拋光流體分佈層、多個拋光接觸點或元件、 一導向板及一可選之彈性可恢復（即可壓縮）底層。在某些 、下各種墊元件為聚合性且拋光元件可由導電材料掣 名〇RMECOMtm購得)、碳、石墨或金屬填充之聚合物。在 二:只她例中’拋光元件可由諸如碳、石墨或金屬填充之 ^物㈣熱材㈣造。研磨浆分佈材料可相放氣室式 =❹可_底層為封閉氣室式發泡體。研磨浆分佈功 :。可猎由在導向板上提供凹槽或創建擋板以調節研磨漿 流量來完成。

當墊在使用中時「gp，A # Λ U f ( p §其相對於晶圓表面運動時），拋 W可與晶圓表面發生滑動接觸或滾動接觸。在後者之 或多個抛光元件可具有一圓柱形主體及一滚動 二物1=尖端可由各種材料製造，例如聚合物、金屬 - W材枓。可採用與滑動接觸拋光元件相同之方 105622.doc 1270438 式，將滾動尖端拋光元件倂入拋光墊材料中。 本文中所述之拋光墊可運用在與CMP處理相關之多種處 理步驟中。此包括用於多步驟方法中，其中具有不同特徵 之多種拋光墊及研磨漿連續使用於一步驟方法中，其中整 個拋光階段中使用一種拋光墊及一或多種研磨漿。 在本發明之一些實施例中，拋光墊可組態為具有定量測 定墊拋光表面之磨損或簡言之為”墊使用壽命之終結”之能 着力。舉例而言，一 ”墊使用壽命之終結”感應器或更一般言 之為一 π偵測感應器”可在距上表面（即，自拋光元件尖端開 始量測）之預定深度處喪入墊中。當墊磨損至感應器被置 放或被啟動之預先設定之厚度時，感應器偵測磨損且提供 輸入至拋光系統。 使用壽命終結感應器可由一上表面覆有反射塗層之光學 透明圓柱开> 插塞組成。該插塞可嵌入塾中，以使插塞之反 射端定位於墊之上表面以下之預定高度處。一光源及偵測 • 器通過一光學透明視窗置於拋光裝置之壓板上。當光線入 射至一新拋光墊之插塞上時，反射表面將該光線反射回 去^曰示5亥墊仍在其使用壽命内。然而，當塾磨損至預定 程度且插塞頂部與現在曝露之墊表面大致平齊時，反射表 面將會磨損且光線將透射過該墊。反射光訊號強度之所得 變化因此提供墊磨損之回饋說明。此變化可用於測定，，墊 使用壽命之終結”（舉例而言，可由等於或低於先前確定之 臨限值之反射訊號強度來指示使用壽命終結）。 债測硬體可位於墊（及壓板）下方或墊上方，且光學插入 1〇5622.doc -10- 1270438 物可經適當調節，以偵測及解譯反射光訊號。可使用一或 多個該等插塞來測定剩餘之墊使用壽命之百分數。例如， 不同插塞可嵌入至不同深度，其對應於墊使用壽命之 25 /〇 /°、75¾及1 00%(或其他增量）。以此方式，可提 供墊磨損資訊。 本發明之另一實施例中，一單一錐形插塞可與墊表面平 齊安裝，以使曝露之插塞開口之尺寸在墊使用中提供有關 墊磨損之百分數且因此提供有關墊使用壽命之資訊。在另 一實施例中，插塞可具有多階表面，其在墊磨損中曝露至 不同程度。可校準各級之高度以提供墊磨損之百分數之相 關資訊。 本發明之另一實施例中，墊使用壽命感應器插塞可含有 按反射率順序佈置之具有不同透射程度之螢幕。舉例而 s，頂層可具有100%之反射率（例如，對彼插塞具有全反 射率）並可與新墊之表面平齊（或幾乎平齊）。在插塞深度 25%處，可嵌入一具有（例如）75%反射率之螢幕，且類似 地，在插塞深度50%處可嵌入一具有5〇%反射率之螢幕， 且在插塞深度75%處可嵌入一具有25%反射率之螢幕。當 然，此等相對深度及反射率百分數可根據設計者之特定需 要進行改變以達成類似功能性。 最初具有該插塞/螢幕佈置時，入射光線將被完全反射 且墊使用壽命經測定為100%(即，一新墊）。隨著墊磨損， 頂層反射層被移除且75%(及更低）反射率之螢幕投入使一 用。隨著各個該螢幕曝露（及隨後藉由進一步磨損被移 105622.doc 11 1270438 除），剩餘之墊使用壽命可根據反射訊號之強度來測定。 因此’可使用一單一元件偵測及監測墊使用壽命。 本發明之各個實施例中，感應器可為電化學感應器，其 含有兩個或兩個以上嵌入墊中並距離新墊之上表面預定深 度之棟針。隨著墊磨損，曝露出該等探針，研磨漿提供探 針間之電連接且藉此形成之電訊號路徑可用於將訊號傳送 或輸送至偵測器以偵測墊磨損且最終偵測墊使用壽命之終 結。 在其他實施例中，感應器可為嵌入新墊之表面以下之預 疋深度之傳導板。一外部電容或渦流感應器可用於偵測距 傳導板之距離，進而偵測墊厚度或墊磨損。本發明之此實 施例及其他實施例在下文中進一步討論。 現參看圖3A，其顯示用於CMP處理中且根據本發明之一 貫施例組態之圓形拋光墊200之側剖面圖。在使用中，拋 光塾200相對於正在拋光之晶圓表面旋轉，拋光墊表面與 晶圓（通常在壓力下）在晶圓接觸表面2〇2處接觸。一研磨漿 刀佈材料204在拋光元件206之間的研磨漿路徑中提供流量 控制。 抛光墊之基礎為導向板2〇8，其為拋光元件2〇6提供側向 支撐且可由諸如聚合物或聚碳酸酯材料之非傳導材料製 成。在本發明之一實施例中，導向板208包括多個製造入 或鑽出導向板208之孔以用於容納各拋光元件206。拋光元 件206可固定於一非導向板2〇8(拋光元件通過其）之表面 上；以諸如雙面膠帶或環氧樹脂之黏合劑保持在適當位 105622.doc -12- 1270438 置。舉例而言，拋光元件206可固定於一可撓性底層（於下 文中討論）或一外殼（亦於下文中討論）上，但其可通過導向 板2 0 8上之孔沿相對於其長軸之垂直方向自由移動。拋光 元件可建構成其底座直徑大於其通過之導向板孔之直徑。 舉例而言，拋光元件之主體可具有直徑”a”，且導向板孔 直徑為”b”，如此”b”略大於”a”，然而決不小於直徑，，c，f， ncn為該拋光元件底座之直徑。則拋光元件實質上將類似 於一平板頂部上之圓柱體。在各個實施例中，穿過導向板 208之孔之深度及間距可根據適應於特定CMp方法之優化 方案而改變。該等拋光元件各自相對於彼此及導向板保持 平面定向。 如圖3A所示，拋光元件206可突出於導向板2〇8之表面。 此可在交叉之拋光元件206與導向板208之間提供用於研磨 水刀佈之體積。3専拋光元件可具有各種幾何形狀（例如 圓形及/或三角形截面）且可由導熱或導電及非傳導材料中 之一種或其組合製造。舉例而言，拋光元件2〇6可由導電 或導熱體材料製造，例如被稱作paniTM之市售傳導聚合物 聚苯胺（商品名為ORMECOMtm)、碳、石墨或金屬填充之 聚合物。拋光元件206可為習知之拋光元件，其與晶圓進 订滑動接觸或某些或各元件可包括滾動接觸。舉例而言， 某些或各拋光元件206可具有一圓柱形主體及一類似於圓 珠筆尖端之滾動尖端。該滾動尖端可為聚合物、金屬氧化 物或導電材料。 在各個實施例中，拋光元件206亦可突出於研磨漿分佈 105622.doc 1270438 材料204之上2.5㈣或更少、。然，應瞭解此值可視抛光 兀件206之材料特徵及表面上之所要研磨聚流量而大於2·5 毫米。 本么明之一貫施例中，又合之拋光元件2〇6之間的體積 可至少部分地由研磨漿分佈材料2〇4填充。研磨漿分佈材 料204可包括諸如擋板或凹槽（未圖示）或微孔之阻流元件， 以在CMP處理中調節研磨漿之流動速率。在各個實施例 中，多孔研磨漿分佈材料204具有介於1〇%與9〇%之間之孔 隙率，且可覆蓋於導向板2〇8上。研磨漿分佈材料可由 諸如雙面膠帶之黏合劑固定於導向板2〇8上。另外，研磨 水刀佈材料204可包含多層不同材料以在研磨漿分佈材料 2〇4之不同深度處（自拋光表面起）達成所要之研磨漿流動速 率。舉例而言，拋光表面之表層可具有較大微孔以增加表 面上的研磨漿流之量及速率，而下層可具有較小微孔以在 接近表層處保持較多之研磨漿來幫助調節研磨漿流。 拋光墊200亦可包括一位於導向板2〇8表面上之薄膜 210，其在導向板208與研磨漿分佈材料2〇4之間且在延伸 入導向板208之拋光元件206之各部分與叉合式體積之間形 成障蔽。在其他狀況下，該薄膜可位於導向板2〇8下方。 薄膜210可為傳導或非傳導薄膜，且可由諸如雙面膠帶或 壤氧樹脂之黏合劑固定於導向板208上。舉例而言，薄膜 210可為允許電荷通過而不允許液體通過之離子交換薄 膜。 拋光墊200亦可包括一外殼212，該外殼經組態以使導向 105622.doc 14 1270438 板208、薄膜210、拋光元件206及研磨漿分佈材料204至少 部分地在周邊包含於外殼212内。除在拋光操作中為旋轉 或操縱拋光墊200之構件提供介面外，外殼212亦可為拋光 墊200提供額外穩定性。外殼212可由諸如聚合物、金屬等 之任何剛性材料製成，且可由諸如雙面膠帶或環氧樹脂之 黏合劑固定於導向板208上。 拋光墊200之厚度214(T)影響該拋光墊在使用中之剛性 及物理特徵。在一實施例中，厚度可為25毫米，然而此值 可根據建構拋光墊200所用之材料及待進行之CMP方法之 類型自3至10毫米變化。 現轉看圖3Β，其顯示一拋光墊200Α。雖然墊200Α在建 構上與參照圖2Α所描述之墊200類似，但其包括一可壓縮 底層216。在其他特徵中，可壓縮底層216當受到壓縮時向 拋光表面提供正壓力。該壓縮在5 psi(每平方吋磅數）下通 常可為約10%，然而應瞭解，該壓縮可視用於建構拋光墊 200之材料及CMP方法之類型而變化。可壓縮底層216可由 RBX Industries，Inc製造之BONDTEXtm發泡體形成。在各 個實施例中，可壓縮底層2 16可包含於外殼2 12内、外殼 212外或代替外殼212使用。 圖4說明根據本發明之一實施例組態之拋光墊300之俯視 圖。多個拋光元件206被叉合在拋光墊300各處。研磨漿分 佈材料204滲透於自導向板（未圖示）突出之拋光元件206所 產生且由外殼212封閉之體積中。儘管該體積提供研磨漿 路徑302，但如上文參見圖3A所討論，研磨漿分佈材料204 105622.doc 15 1270438 提供控制該體積内研磨漿流量之機制。 拋光元件206之分佈可妒姑 j根據特定CMP方法及研磨漿分佈 特徵而不同。在各項竇尬μ & 、κ知例中，拋光元件206可具有佔總 拋光墊表面積30%與80%夕μ ^ /Q之間的密度，其係按各拋光元件 206之直徑304(D)及拋光執+ 丄 — 尤坚300之直徑決定。在一實施例 中，直徑304為至少50料本 ,^ Λ未。在其他實施例中，該直徑可 在5 0微米與3 0毫米之間蠻卟 夂化 抛光元件之典型直徑為3至 10 mm 〇 如上文所述’ 一些根據本發明之實施例組態之拋光墊倂 入感應器，以測定墊使用壽命之部分或完全終結(例如·， 塾磨損導致使用壽命終結）。光學、電化學或練電流之 感應器可用於測定該磨指田车人^ J ί貝/使用奇命終結。該等感應器係 倂入塾中’位於其上表面下方之—或多㈣定深度。當由 於墊磨損而曝露時，感應器㈣光學訊號傳送，或在使用 電化學感應器之狀況下啟用至閉合電路之導電，如此使該 等訊號從該等感應H傳送至_或多個彳貞❹。在渦流或= 容感應器之狀況下，一傳導板可嵌入拋光墊之上表面以 下，幻貞測II係置於㈣上方或下方。平板與感應器之間 之墊厚度因此影響由偵測器探測到之訊號強度且用於測定 墊使用哥命之部分或完全終結。 圖5Α為嵌入墊304中之光學感應器3〇2之側剖面圖。光學 感應恭306之上表面具有反射性，當其位於上表面下方時 可使入射光線308反射回去3 1 0。該等感應器適用於本發明 之某些實施例，其中拋光墊經組態為具有定量測定墊之拋 105622.doc -16- 1270438 光表面之磨損或簡言之為”墊使用壽命之終結，，之能力。舉 例而言，光學感應器302可充當”墊使用壽命之終結，，感應 器，或更一般言之可充當嵌入墊304中且距其上表面預定 深度（即，自拋光元件尖端開始量測）之”偵測感應器，，。當 墊磨損至感應器被置放或被啟動之預先設定之厚度時，感 應器伯測磨損且為拋光系統提供輸入。 感應器302為一上表面覆有反射塗層之光學透明圓柱形 插塞。該插塞可嵌入墊304中，使插塞之反射端定位於墊 之上表面以下之預定高度。一光源及偵測器通過一光學透 明視窗置於拋光裝置之壓板上。當光線入射至一新墊之插 基上時，反射表面將入射光反射回去，指示該墊仍在其使 用哥命内。然而，當墊磨損至預定程度且插塞頂部與現在 曝露之墊表面大致平齊時，反射表面將被磨損且光線將透 射過该墊。反射光訊號強度之所得變化因此提供墊磨損之 回饋說明。此變化可用於測定，，墊使用壽命之終結，，（舉例而 言，使用壽命終結可由等於或低於先前確定之臨限值之反 射訊號強度來指示）。 應瞭解，偵測硬體可位於墊（及壓板）下方或墊上方，且 光學插入物可經適當調節以偵測及解譯反射光訊號。可使 用一或多個該等插塞來測定剩餘之墊使用壽命之百分數。 例如，不同插塞可嵌入至不同深度，其對應於墊使用壽命 之25%、50%、75%及1〇〇%(或其他增量）。可以此方式提 供墊磨損資訊。 本發明之另一實施例中，一單一錐形插塞可與墊表面平 105622.doc 1270438 齊安裝，以使曝露之插塞開口之尺寸在墊使用中提供有關 墊磨損之百分數且因此提供有關墊使用壽命之資訊。在另 貝施例中’插塞可具有多階表面，其在墊磨損中曝露至 不同程度。可校準各級之高度以提供墊磨損之百分數之相 關資訊。 本發明之另一實施例中，墊使用壽命感應器插塞可含有 按反射率順序佈置之具有不同透射程度之螢幕。舉例而 言，頂層可具有100%之反射率（例如，對彼插塞具有全反 射率）並可與新墊之表面平齊（或幾乎平齊）。在插塞深度 25%處，可嵌入一具有（例如）75%反射率之螢幕，且類似 地，在插塞深度50%處可嵌入一具有5〇%反射率之螢幕， 且在插塞深度75 %處可嵌入一具有25%反射率之螢幕。當 然’此等相對深度及反射率百分數可根據設計者之特定需 要進行改變以達成類似功能性。 圖5B至5E顯示如上文所討論之各種光學感應器設計之 貫例’其可與根據本發明之實施例之拋光墊3 〇4聯合使 用。當然，光學感應器之其他組態亦可使用。詳言之，圖 5E顯示一具有反射表面3〇6，之多階式光學感應器312，圖 5C顯示一具有多重反射表面3〇6”之單一感應器314，圖5〇 顯示另一種用於將反射表面倂入單一感應器之構件。在此 狀況下，反射表面306…包含三角形橫截面感應器316之側 面。圖5E顯示一可變面積之光學感應器318，藉此反射表 面3 16之橫截面面積比率指示墊使用壽命之剩餘部分。普 通熟習此項技術者應瞭解感應器312、314、316及318可與 105622.doc • 18 - 1270438 墊之上表面平齊倂入拋光墊中。反射光訊號強度之變化提 供有關塾磨損之資訊以測定墊使用壽命之終結。 s本發明之另一實施例中，使用壽命終結感應器可為電化 予感應益，其含有兩個或兩個以上嵌入墊中並距離新墊之 上表面預定深度之探針。該組態之一實例在圖6A中顯示， f戒明一定位於新墊404之表面下之電化學感應器4〇2。隨 者墊磨損，曝露出電極，研磨漿提供探針間之電連接且藉 _ Λ形成之所得電訊號路徑可用於將訊號傳送或輸送至偵測 器以伯測電磨損且最終搞測墊使用壽命之終結。圖沾顯示 由於墊磨損而曝露之電化學感應器且探針4〇6藉由研磨毅 70件408之存在而連接。電路之連續性指示某種塾磨損已 本發明之其他實施例巾，使用壽命終結感應器可為嵌入 新塾之表面以下之預定深度之傳導板。—外部電容或渦流 感應器可用於偵測距傳導板之距離，$而_墊厚度或墊 磨損。圖Μ示此組態之一實例’其中傳導板502嵌入塾 表面504以下。電容感應器板5〇6固定於墊之上表面以測定 分離度’其指示墊磨損。圖7Β顯示此佈置，其中 器508固定於墊之上表面以測定分離度。 ^ 因此，已討論了改良式CMP拋光墊及拋光半導體晶圓及 /、上之結構(包括該等晶圓上之金屬鑲嵌結構)之方 管本發明之拋光墊及其使用方法已參照—些說明實例進: 了討論’還應瞭解本發明之範田壽不應受該等實例限制。杳 際上’本發明之真實料應根據如下之專财請範圍來: 105622.doc •19· Ϊ270438 定。 【圖式簡單說明】 圖1A說明在CMp操作中使用相對可撓性之習知拋光塾所 導致的凹陷之實例。 圖1B說明在CMP操作中使用相對硬之拋光墊所導致的晶 圓/層之刮擦或點I虫之實例。 圖2 A至2 C說明習知拋光墊所經歷之墊磨損之概念。 _ 圖3 A為根據本發明之一實施例組態之用於CMp操作之圓 形拋光墊的側剖面圖。 圖3B說明類似於圖2A所示之拋光墊，但根據本發明之 另一實施例其包括可壓縮底層。 • 圖4為具有又合之拋光元件之拋光墊之俯視圖，·根據本 發明之另一實施例研磨漿可流經該等拋光元件。 圖5 A為嵌入墊304中之光學感應器3〇2之側剖面圖。 圖5B至5E顯示可與根據本發明之實施例組態之拋光塾 鲁 結合使用的各種光學感應器設計。 圖6 A說明根據本發明之一實施例定位於新墊表面下之電 化學感應器。 圖6B顯示由於墊磨損而曝露之圖6A之電化學感應器。 圖7 Α顯示根據本發明之另一實施例嵌入拋光墊表面下之 傳導板之實例。 圖7B顯示根據本發明之一實施例在圖7A所示之墊之上 表面佈置滿流感應器以幫助測定墊磨損。 【主要元件符號說明】 105622.doc •20- 1270438

100 晶圓 102 基板 104 銅層 106 凹陷 108 表面缺陷 110 拋光墊 112 拋光墊表面 114 微型元件 116 凹槽 200 拋光墊 202 晶圓接觸表面 204 研磨漿分佈材料 206 抛光元件 208 導向板 210 薄膜 212 外殼 214 拋光墊厚度 216 可壓縮底層 300 拋光墊 302 光學感應器 304 拋光元件直徑 306 光學感應器 308 入射光線 306f 反射表面 105622.doc -21 - 306 1270438

306 312 316 318 402 404 408 502 504 506 508 多重反射表面 反射表面 感應器 感應器 感應器 電化學感應器 拋光墊 探針 研磨漿元件 傳導板 墊表面 電容感應器板 潤流感應器 105622.doc

Claims (1)

1270438 十、申請專利範圍· 1. 一種拋光墊，其包含： 一導向板，其一面固定有一多孔研磨漿分佈層且另一 面固定有一可壓縮底層·’及 複數個拋光元件，其彼此叉合穿過該研磨漿分佈層及 該導向板，以便相對於彼此及該導向板保持平面定向， 各拋光元件固定於該可壓縮底層上且突出於與該研磨漿 分佈層相鄰之該導向板之一表面。 2. 如請求項1之拋光墊，其進一步包含一定位於該導向板 與該研磨漿分佈層之間的薄膜。 3 _如請求項2之拋光墊，其中該薄膜包含一傳導薄膜。 4 ·如請求項2之拋光墊，其中該薄膜包含一非傳導薄膜。 5.如請求項2之拋光墊，其中該薄膜係藉由一黏合劑而固 • 定於該導向板上。 6 ·如請求項2之拋光墊，其中該薄膜包含一離子交換薄 ❿ 膜。 7·如請求項1之拋光墊，其中該導向板係由非傳導材料製 成。 8·如請求項1之拋光墊，其中該等拋光元件中之至少一些 具有圓形截面。 9·如請求項1之拋光墊，其中該等拋光元件中之至少一些 具有三角形截面。 1〇·如請求項1之拋光墊，其中該等拋光元件係由導熱材 料、導電材料或非傳導材料中之任一種或其組合製成。 105622.doc 1270438 11.如請求項ίο之拋光墊，其中該等拋光元件係由傳導聚合 物聚苯胺、碳、石磨或金屬填充之聚合物中之一種掣 成。 12·如請求項丨之拋光墊，其中該等拋光元件中之一或多個 抛光元件係經調郎為與一晶圓表面進行滑動接觸。 13·如請求項1之拋光墊，其中該等拋光元件中之一或多個 拋光元件係經調節為與一晶圓表面進行滾動接觸。 14_如請求項13之拋光墊，其中經調節為與一晶圓表面進行 滾動接觸之該等拋光元件中之該一或多個拋光元件具有 一圓柱形主體及一滾動尖端。 〃 15·如請求項14之拋光墊，其中該等拋光元件中之該一或多 個拋光元件之該等滾動尖端係由下列材料中之一種^ 成：聚合物、金屬氧化物或導電材料。 16. 如請求項丨之拋光墊，其中該研磨漿分佈材料包括許多 抗研磨聚流動之元件。 17. 如請求項16之拋光墊，纟中該研磨聚分佈材料具有削 與90%之間之孔隙率。 18. 如請求項1之拋光墊，其中該研磨漿分佈材料係藉由一 黏合劑而固定於該導向板上。 19. 如請求項1之拋光塾’其中該研磨漿分佈材料包括多層 不同材料。 20. 如請求項19之拋光墊，其中該研磨漿分佈材料包含一具 有相對大微孔之表層及一具有相對小微孔之下層。 2 1 ·如請求項1之拋光墊，其進一步包合 ^ ^ ^ 外殼，其經組態 105622.doc 1270438 為至少部分地在周邊容納該導向板、該等拋光元件及該 研磨漿分佈材料。 22·如請求項1之拋光墊，其中該拋光墊具有3與10毫米之間 之厚度。 23. 如請求項1之拋光墊，其中該可壓縮底層係由經組態為 在壓縮時向該拋光墊之一拋光表面提供一正壓力之發泡 體或可恢復聚合物形成。 • 24· 如請求項1之拋光墊，其中該等拋光元件分佈於該拋光 塾之一面，以使該等拋光元件總體具有佔總拋光墊表面 積30%至80%之間的密度。 25. 如請求項1之拋光墊，其進一步包含一嵌入距該墊之一 上表面之一定深度之墊磨損感應器，該深度係自該等拋 光元件中之一或多個拋光元件之一工作端開始量測。 26. 如請求項25之拋光墊，其中該墊磨損感應器包含一上表 面覆有反射塗層之一光學透明插塞。 2?·如請求項25之拋光墊，其中該墊磨損感應器包含許多嵌 入該墊中不同深度之光學透明插塞。 28.如請求項25之拋光墊，其中該墊磨損感應器包含一與該 塾表面之該上表面平齊安裝之光學透明錐形插塞。 29·如請求項25之拋光墊，其中該墊磨損感應器包含一光學 透明插塞，該插塞具有一經組態為隨著該墊磨損而曝露 至不同程度之多階表面。 3 0·如請求項25之拋光墊，其中該墊磨損感應器包含一含有 按反射率順序佈置之具有不同透射程度之螢幕的光學透 105622.doc 1270438 明插塞。 3 1.如請求項2 5之拋光墊，其中該墊磨損感應器包含一含有 兩個或兩個以上嵌入該墊中之探針之電化學感應器。 32.如請求項25之拋光墊，其中該墊磨損感應器包含一嵌入 該墊之該表面下一定深度之傳導板。

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