TWI275447B - Polishing pad comprising hydrophobic region and endpoint detection port - Google Patents

Description

1275447 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種包含終點偵測埠及對其鄰接之疏水區 之化學機械抛光塾。 【先前技術】 化學機械拋光（"CMP”）法用於微電子裝置之製造以在半 導體晶圓、場致發射顯示器及許多其他微電子基材上形成 平坦表面。例如，半導體裝置之製造通常涉及各種加工層 之形成、該等層之部分之選擇性移除或圖案化、及附加加 工層在半導體基材表面上之沉積以形成半導體晶圓。加工 層可包括，例如，絕緣層、柵氧化層、導電層及金屬或玻 璃層等。通常希望在晶圓加工之特定步驟中，加工層之最 上表面為平面，即，平坦，供後續層之沉積。CMp用以平 面化加工層，其中沉積的材料如導電或絕緣材料被拋光以 平面化後續加工步驟用之晶圓。 在典型CMP法中，晶圓倒轉安裝在CMp工具之載體上。 一股力量推動載體而晶圓向下朝向拋光墊。載體與晶圓在 CMP工具拋光台上之疑轉拋光墊上方旋轉。拋光組合物（亦 稱為拋光於漿）通常在拋光過程時導入在旋轉晶圓與旋轉 拋光塾之間。拋光組合物通常包含與最上晶圓層之部分互 相作用或溶解之化學物及以物理方式移除部份層之研磨材 料。晶圓與拋光墊可以相同方向或相反方向旋轉，希望供 特定拋光過程實施。載體亦可跨越拋光台上之拋光墊擺動。 在拋光晶圓之表面時，通常有利的是原位監視拋光過 99598.doc 1275447 程。原位監視拋光過程之一方法涉及使用具有孔口或窗之 拋光墊。孔口或窗提供光線可通過之出入口以便在拋光過 程中檢查晶圓表面。具有孔口及窗之拋光墊為已知並用以 拋光基材，例如，半導體裝置之表面。例如，美國專利 5,605,760號提供一種由不具吸收或輸送淤漿之固有能力之 固悲均勻聚合物形成之具有透明窗之墊。美國專利 5,433,651號揭示一種拋光墊，其中移除一部份墊以提供可 通過光之孔口。美國專利5,893,796號及5,964,643號揭示移 除一部份拋光墊以提供孔口且放置透明聚胺基甲酸酯或石 英栓塞於孔口内以提供透明窗，或移除一部份拋光墊之後 部以提供塾之透明度。美國專利6，171，m號及6,387,3 12號 揭示一種在快速冷卻速率下由固化可流動材料（例如，聚胺 基甲酸酯）形成之具有透明區之拋光墊。 在化學機械拋光時通常遭遇之問題為自拋光組合物之研 磨顆粒容易黏附或刮壞拋光墊窗之表面。刮痕或拋光組合 物在拋光墊上之存在會妨礙光線透射過窗，因而降低光學 終端偵測法之靈敏度。使拋光墊表面之窗凹陷可減少窗2 括痕量。然而，此凹陷提供拋光組合物可流入之空腔並且 變成㈣。美國專利6,254,459號建議❹漿避性材料塗佈 窗：第-表面。同樣’美國專利6,395，130號建議使用疏水 光管及窗以抗拒拋光組合物堆積其上。美國專利公告案 2〇〇3/〇129931 AH虎類似建議以抗污樹脂如含有聚矽i烷 節片之以氟為主聚合物塗佈拋光墊窗。 雖然若干上述拋光墊適於其所欲㈣，惟仍需其他提供 99598.doc 1275447 與有效光學終端偵測結合之有效平面化之拋光塾，特別於 基材之化予機械拋光。此外，亦需要具有令人滿意特性如 拋光效率、游漿流動跨缝光塾並在其内、對錢性蚀刻 物之抗1±及/或拋光均勻性之拋光墊。最後，需要可使用相 田低成本方法製造且其在使用前需要很少調節或不用調節 之抛光墊。 本發明提供該拋光墊。本發明之此等及其他目的以及附 加本發明特性由本文提供之本發明說明當可更加明白。 【發明内容】 本發明提供一種包含拋光層之化學機械拋光墊，其包含 疏水區、親水區及終點偵測埠，其中疏水區實質上鄰接終 點偵測埠，且其中疏水區包含具有表面能量為34 mN/m或以 下之聚合材料及親水區包含具有表面能量為超過34 mN/m 之聚合材料。本發明進一步提供一種拋光基材之方法，其 包括⑴提供欲拋光之工作件，（Π)將工作件接觸包含本發明 拋光墊基材之化學機械拋光系統，及（ni)用拋光系統研磨至 少一部分工作件之表面以拋光工作件。 本發明係關於一種包含拋光層之化學機械拋光墊，其包 含疏水區、親水區及終點彳貞測埠。疏水區實質上鄰接络點 偵測埠。適當的是，疏水區完全環繞終點偵測埠。雖然不 受任何理論所限制’咸信疏水區鄰接或環繞終點彳貞測埠之 存在可降低殘留在終點偵測埠上或之内之拋光組合物之 量。 疏水區可具有任何適當形狀。例如，疏水區可具有選自 99598.doc 1275447 直線、弧形、圓形、環形、正方形、橢圓形、半圓形、三 角形、網形及其結合所組成之群之形狀。疏水區之尺寸可 為任何適當尺寸。通常，疏水區係由拋光層表面之5〇%或 以下（例如，40%或以下或30%或以下）。 圖1說明本發明之拋光墊，其包含拋光層（丨〇)、終點偵測 埠（20)、由環繞拋光層（10)周邊之環所組成之疏水區（30)及 配置在疏水區（30)内之親水區（4〇)。圖2說明本發明之拋光 墊，其包含拋光層（10)、終點偵測埠（2〇)及完全環繞終點偵 測埠（20)之疏水區（30)。 在一具體例中，疏水區及親水區呈現交替同心形狀之形 式。較佳的是’拋光層包含複數個交替疏水與親水同心形 狀。同心形狀可具有任何適當形狀。例如，同心形狀可選 自圓形、橢圓形、正方形、長方形、三角形、弧形、及其 結合所組成之群之形狀。較佳的是，同心形狀可選自圓形、 橢圓形、弧形、及其結合所組成之群之形狀。 圖3說明本發明之拋光墊，其具有拋光層（10)、終點偵測 埠（20)、及交替疏水區（3〇)及親水區（40)同心圓。適當的是， 交替疏水及親水同心形狀完全環繞終點偵測埠。圖4說明本 發明之拋光墊，其具有拋光層（1〇)及由疏水材料（30)及親水 材料（40)之交替弧形環繞之終點偵測埠（20)。 【實施方式】 疏水區包含具有表面能量為34 mN/m或以下之聚合材 料。通常，疏水聚合材料係選自聚對酞酸乙二酯、氟聚合 物、聚苯乙烯、聚丙烯、聚矽氧烷、聚矽氧橡膠、聚碳酸 酯、聚丁二烯、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、氟 99598.doc 1275447 碳、聚四氟乙烯及其結合物所組成之群。 竿乂仏的疋，疏皮 聚a材料係選自聚對酞酸乙二酯、 組成之群。 一或其結合物所 親水區包含具有表面能量超過34 mN/m之聚合材料。通 常，親水聚合材料係選自熱塑性聚合物、熱固性p物及 其結合物所組成之群。較㈣是，親水聚合材料為献塑性 聚合物或熱固性聚合物’其係選自聚胺基甲酸醋、聚乙締 醇、聚乙婦醋酸醋、聚亞乙稀氯、聚碳酸醋、聚丙稀酸、 聚丙稀醢胺、尼龍、聚醋、聚趟、聚酿胺、聚亞胺、聚趟 酮、其共聚物及其混合物所組成之群。更佳的是，親水聚 合材料為聚胺基甲酸g旨。 終點㈣埠之存在可使拋光墊與原位CMp加卫監視技術 結合使用。終則貞測埠可包含孔口、透光材料或其結合物。 較佳的是，終點偵測蟫包含透光材料。通常，透光材料在 -個或多個波長為190毫微来至10，_毫微米之間(例如， 190毫微米至测毫微米，毫微米至刪毫微米或200 毫微米至7 8 0毫微米）下具有透光率為1 〇 %或以上（例如， 20%或以上或30%或以上，或4〇%或以上）。 透光材料可為任何適當材料，其中許多為此技藝已知。 例如，透光材料可由插入抛光塾之孔口之玻璃或聚合物為 主栓塞所組成或可包含用於拋光墊之其餘部分之相同聚合 材料。透光材料可藉任何適當構件固定至拋光塾。例如， 透光材料可透過使用黏著劑固定至拋光層。 透光材料視需要進一步包含染料，其可使拋光材料選擇 99598.doc 1275447 性輸送特定波長之光線。染料用以過濾出不宜光線之波長 (例如，月牙、光線），因而改良檢測之嗓聲比率之信號。透光 材料可包含任何適當染料或可包含染料之結合物。適當染 料包括聚甲川染料、二-及三-芳基甲川染料、二芳基甲川之 鼠雜類似物染料、氮雜（18)環輪稀染料、天然染料、硝基染 料、亞硝基染料、偶氮染料、蒽醌染料、硫染料等。適當 7是，染#之透射譜匹配或用於原位端點檢測之光波長重 豐。例如，當端點檢測（EPD)系統之光源為HeNe雷射器， 其產生具有波長為633毫微米之可見光時，染料較佳為紅色 染料，其可傳送具有波長為633毫微米之光。 終點制埠可具有任何適當面積（即，長度、寬度及厚度） 及任何適當形狀（圓形、橢圓形、正方形、長方形、三角形 等）。終則貞測璋可與排放通道結合使用供減少或消除拋光 表面之過量抛光組合物。光學終點制埠可與拋光墊之拋 光表面對齊或可自抛光墊之拋光表面凹陷。較佳的是，光 學終點彳貞測埠係自拋光墊之表面凹陷。 拋光墊視需要包含併人&土 @ ^ 匕否併入拋先層内之顆粒。較佳的 粒分散整個拋光層。顆4货、3 ^ …" 顆粒通常選自研磨顆粒、聚合物顆粒、 複合顆粒（例如，包^、 有機顆粒、無機顆粒、澄清顆 粒、及其混合物所組成之群。 研磨顆粒可為任何適者 屬^物^ ^ 材科。例如，研磨顆粒可包含金 屬乳化物，如選自氧化 〜此卜 乳化鋁乳化鈽、氧化錯、氣 化鉻、氧化鈦、氧化鍺、 乳 物及其結合物所組成之群，或物、氮化硼 99598.doc -10- 1275447 摘或陶£研磨材料。研磨顆粒可為金屬氧化物與陶究之混 雜物或無機與有機材料之混雜物。顆粒亦可為聚合物顆 粒’許多敘述於美國專利5,314,512號，例如，聚苯乙稀顆 粒、聚甲基丙烯酸甲酉旨顆粒、液晶聚合物（Lcp，例如，vert^ 承合物，Ciba Geigy)、聚醚酮（pEEK，s)、粒狀熱塑性聚合

物（例如，粒狀熱塑性聚胺基甲酸醋）、粒狀交聯聚合物（例 如，粒狀父聯聚胺基甲酸酯或聚環氧化物）或其結合物。適 當的是1合物顆粒具有㈣，纟高於親水及/或疏水區之 聚合物樹脂之溶點。複合顆粒可為任何包含顆粒之核心及 外塗膜之顆粒。例如，複合顆粒可包含固體核心（例如，金 屬氧化物、金屬、陶瓷或聚合物）及聚合殼（例如，聚胺基甲 酸酯、尼龍或聚乙烯）。澄清顆粒可為頁矽酸鹽（例如，雲母 如IL化雲母及黏土如滑石、高嶺土、蒙脫石、鐘蒙脫石）、 玻璃纖維、玻璃珠、鑽石顆粒、碳纖維等。 拋光塾視需要包含併入塾體之可溶性顆粒。當存在時， 可溶性顆粒最好分散整個拋光墊。該可溶性顆粒在化學機 械拋光期間局部或完全溶解於拋光組合物之液態載體内。 通常’可溶性顆粒為水溶性顆粒。例如，可溶性顆粒可為 任何適當水溶性顆粒，例如，選自糊精、環糊精、甘露醇、 乳糖、經基丙基纖維素、甲基纖維素、澱粉、蛋白質、非 晶無交聯聚乙稀醇、非晶無交聯聚乙烯峨σ各烧、聚丙稀酸、 聚環氧乙烷、水溶性感光樹脂、磺化聚異戊二烯共聚物戶斤 組成之群之材料之有機水溶性顆粒。可溶性顆粒亦可為選 自醋酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氣化鉀、漠化神、 99598.doc -11 - 1275447 磷酸鉀、硝酸鎂、碳酸鈣及苯甲酸鈉所組成之群之材料之 無機水溶性顆粒。當可溶性顆粒溶解時，拋光墊可具有對 應可溶性顆粒尺寸之開孔留^。

顆粒較佳在形成發泡拋光基材前與聚合物樹脂摻合。併 入拋光墊内之顆粒可具有任何適當面積（例如，直徑、長度 或寬度）或形狀（例如，球形、橢圓形）並可以任何適當量併 入拋光墊内。例如，顆粒可具有顆粒面積（例如，直徑、長 度或寬度）為1毫微米或以上及/或2毫米或以下（例如，〇 5 μηι至2¾米直徑）。較佳的是，顆粒具有面積為1〇毫微米或 以上及/或500 μιη或以下（例如，1〇〇毫微米至1〇 直徑 顆粒亦可共價地鍵合至聚合材料。 拋光墊視需要包含併入墊體之固體觸媒。當存在時，固 體觸媒最好分散整個聚合材料。_可為金屬、非金屬、 或其結合物。較佳的是，_選自具有多重氧化狀態之金 屬化合物，例如，但不限於包含Ag、co、Ce、Cr、Cu、Fe、

Mo、Μη、Nb、〇s、Pd、Ru、Sn、τ^ν之金屬化合物。 抛光墊可具有任何適當面積。通常，抛光塾為圓形（如用 於旋轉式拋光卫具）或產生為環形線帶（如用於直線式抛光 工具）。 拋光墊包含拋光表面，其視需要進 及/或穿孔，其有利拋光組合物之側 面。該凹槽、通道或穿孔可呈 一步包含凹槽、通道 面輸送過拋光墊之表 現任何適當圖案並可具有任 何適當深度及寬度。拋光塾可具有二種或以上不同凹 案’例如’大型凹槽與小型凹槽之結合，如美國 圖 利 99598.doc -12· 1275447 5，489，233號所述。凹槽可為傾斜凹槽、同心凹槽、螺旋或 圓形凹槽、XY交叉圖案，並可連續或非連續連通。較佳的 是，拋光墊包含由標準墊調節法產生之至少小型凹槽。 拋光墊可單獨使用或視需要可用作多層堆積拋光墊之一 層。例如，拋光墊可與實質上與拋光層共同延伸之副塾層 結合使用。副塾可為任何適當副塾。適當副塾包括聚胺基 甲酸酯發泡體副墊（例如，軟交聯聚胺基甲酸酯副墊）、浸潰 毯副墊、多孔聚胺基甲酸酯副墊或燒結胺基甲酸酯副塾。 副塾通常較本發明之拋光墊更軟，因而更可壓縮並具有較 本發明之拋光墊更低蕭耳硬度值。例如，副墊可具有蕭耳A 硬度為35至50。在特定具體例中，副墊較硬、較低壓縮性 並具有較拋光墊更高蕭耳硬度。副墊視需要包含凹槽、通 道、中空段、®、孔口等。當本發明之拋光墊與副墊結合 使用時，通常有-層中間襯塾層，例如，聚對酉太酸次乙醋 膜，與拋光墊及副墊共同延伸並在其間。或者，拋光墊亦 可用作與傳統拋光墊結合之副墊。 在特定具體例中，副墊層包含光學終點偵測埠，其實質 上與拋光墊之光學終點偵測埠對齊。當有副墊時，拋光層 之光學終點偵測埠最好包含透光材料，而副塾層之光學終 ^貞測埠包含心4者’拋光層之光學終點偵測谭可包 含孔口而副墊層之光學終點偵測埠則包含透光材料。 本發明之拋光塾基材特別適合與化學機械拋光（cMp戌 置結合使用。通常’該裝置包含當使用時呈現熔融狀態並 具有導致執道、直線或圓形移動之速度之平板，當移動時 99598.doc -13 - 1275447 與平板接觸並與平板一起移動之本發明之拋光墊，及保持 欲抛光之基材相對於企圖接觸欲拋光之基材之拋光墊表面 接觸並移動之載體。基材之拋光係藉放置基材接觸拋光 墊’然後拋光墊相對於基材移動，通常拋光組合物於其間， 俾可研磨至少一部分基材以拋光基材而進行。CMP裝置可 為任何適當CMP裝置，其中許多為此技藝已知。拋光墊亦 可與直線抛光工具一起使用。 適當的是’ CMP裝置進一步包含原位拋光終點偵測系 統，其中許多為此技藝已知。藉分析光線或其他自工作件 表面反射之輻射檢查並監視拋光過程之技術為此技藝已 知。該等方法敘述於，例如，美國專利5,196,353號、美國 專利5,433,65 1號、美國專利5,609,511號、美國專利 5,643,046號、美國專利5,658，183號、美國專利5χ730,642 號、美國專利5,838,447號、美國專利5,872,633號、美國專 利5,893,796號、美國專利5,949,927號及美國專利5,964,643 號。適當的是，對欲拋光之工作件之拋光過程之進展之檢 查或監視能完成拋光終點之測定，即，當終止對特定工作 件之拋光過程時之測定。 拋光墊適用於拋光各種類型基材。例如，拋光塾可用以 拋光各種基材，包括記憶儲存裝置、半導體裝置及玻璃基 材。用拋光墊拋光之適當基材包括記憶磁碟、剛性磁碟、 磁頭、MEMS裝置、半導體晶圓、場致發射顯示器及其他 微電子基材，尤其是包含絕緣層（例如，二氧化石夕、氮化石夕 或低介電質材料）及/或含金屬層（例如，銅、叙、鶴、崔呂、 99598.doc -14- 1275447 鎳、鈦、麵、釕、姥、銀或其他貴金屬）之基材。 【圖式簡單說明】 圖1為俯視圖，說明具有拋光層（10)、終點债測埠（20)、 疏水區（30)及親水區（40)之本發明拋光墊。 圖2為俯視圖，說明具有拋光層（1〇)、終點偵測埠（20)、 疏水區（30)及親水區（40)之本發明拋光墊。 圖3為俯視圖，說明具有拋光層（10)、終點偵測埠（20)、 複數個同心疏水區（30)及親水區（40)之本發明拋光墊。 B 圖4為俯視圖，說明具有拋光層（10)、終點偵測埠（20)、 複數個同心疏水區（30)及親水區（40)之本發明拋光墊。 【主要元件符號說明】 1〇 拋光層 20 終點偵測埠 3〇 複數個同心疏水區 40 親水區 99598.doc

Claims (1)

1275447 十、申請專利範圍： κ 一種包含拋光層之化學機械拋光墊，其包含疏水區、親水 區及終點偵測埠，其中該疏水區實質上鄰接終點偵測 蜂’且其中該疏水區包含具有表面能量為34 mN/m或以下 之聚合材料及該親水區包含具有表面能量為超過34 mN/m之聚合材料。 2·如請求項1之拋光墊，其中該疏水區係由環繞拋光墊周邊 之環組成。 3.如請求項1之拋光墊，其中該疏水區與該親水區呈現交替 同心形狀之形式。 4 ·如明求項1之拋光墊，其中該拋光層包含複數個疏水及親 水同心形狀。 5·如請求項4之拋光墊，其中該交替疏水及親水同心形狀完 全環繞終點偵測埠。 6. 如請求項1之拋光墊，其中該疏水區完全環繞終點偵測 蜂。 7. 如請求項1之撤光塾，其中該疏水區包含選自聚對欧酸乙 二酯、氟聚合物、聚苯乙烯、聚丙烯、聚矽氧烷、聚矽 氧橡膠、聚碳酸酯、聚丁二烯、聚乙烯、丙烯腈丁二烯 笨乙稀共聚物、氟碳、聚四氟乙烯及其結合物^組成之 群之聚合材料。 S·如請求項1之拋光墊 物 〜取兮材料 9.如請求項8之拋光塾’其中該熱塑性聚合物或該熱固括 一 b免目熱塑性驾 熱固性聚合物及其結合物所組成之群之P人材料 99598.doc 1275447 合物係選自聚胺基甲酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醋酸酯、 聚亞乙烯氣、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、尼龍、 聚酯、聚醚、聚醯胺、聚亞胺、聚醚酮、其共聚物及其 混合物所組成之群。 ι〇·如請求項8之拋光墊，其中該聚合物為聚胺基甲酸酯。 11 ·如請求項1之拋光墊，其中該終點偵測埠包含孔口。 12·如請求項1之拋光墊，其中該終點偵測埠包含透光材料。 13·如請求項12之拋光墊，其中該透光材料在一個或多個波長 為190宅破米至3500¾微米下具有透光率為至少1 。 14. 如請求項12之拋光墊，其中該透光材料不用任何黏著劑而 固定至拋光層。 15. 如請求項1之拋光墊，其中該拋光層進一步包含研磨顆 粒。 16·如請求項15之拋光墊，其中該研磨顆粒包含選自氧‘化鋁、 氧化矽、氧化鈦、氧化鈽、氧化锆、氧化鍺、氧化鎂、 其共同形成產物及其結合物所組成之群之金屬氧化物。 17.如請求項1之拋光墊，其中該拋光層進一步包含具有凹槽 之拋光表面。 18·如清求項1之拋光塾，其進一步包含副塾層，其實質上與 拋光墊共同延伸，其中該副墊層包含實質上與該拋光層 之光學終點偵測埠對齊之光學終點偵測埠。 19. 如請求項18之拋光墊，其中該拋光層之光學終點偵測埠包 含透光材料，而該副墊層之光學終點偵測埠包含孔口。 20. 如請求項1 8之拋光墊，其中該拋光層之光學終點偵測埠包 99598.doc 1275447 含孔口而該副墊層之光學終點偵測埠則包含透光材料。 21.如請求項20之拋光墊，其中該拋光層之光學終點偵測埠包 含環繞孔口之疏水材料之環。 22_—種拋光基材之方法，其包括 (i) 提供欲拋光之工作件， (11)將該工作件接觸包含如請求項丨之拋光墊之化學機 械抛光糸統，及 (iii)用該拋光系統研磨至少一部分該工作件之表面以拋 響 光該工作件。 23.如請求項22之方法，其中該方法進—步包括原位㈣抛 光終點。

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