TWI291911B - Polishing pad and chemical mechanical polishing apparatus using the same - Google Patents

Description

1291911 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種硏磨襯墊及使用該襯墊用於製造半 導體裝置之化學機械硏磨設備。 【先前技術】 在用於製造半導體裝置之各種製程中，化學機械硏磨 製程是使半導體晶圓平坦化的製程，在此製程期間，將硏 磨液體的化學反應以漿體形式供應且同時使用硏磨襯墊進 ® 行在晶圓上機械硏磨。相較於與習用方法中用於使晶圓平 面化之逆流方法或回飩方法，該化學機械硏磨方法可導致 總體平面化且可在較低溫度下實施。 特別是，雖然該化學機械硏磨製程最初可包括一種平 面化方法，但是它亦可被應用至其他製程，例如用於形成 自動對準接觸（SAC)製程中之位元線接觸焊接區和儲存結 點接觸焊接區之導電膜上之蝕刻製程。用於化學機械硏磨 製程之設備包括具有經提供在其上表面之硏磨襯墊之一壓 ® 板；當硏磨晶圓時，供應漿體至硏磨襯墊之一漿體供應單 元；爲了固持晶圓在相對於該硏磨襯墊，一硏磨頭用以緊 壓晶圓至壓板；及再生硏磨襯墊之表面的硏磨襯墊修整器 。使用如上所述構成之化學機械硏磨設備，將晶圓定位在 壓板上同時經由硏磨頭予以緊壓並固持，將漿體自漿體供 應單元供應至硏磨頭，然後旋轉該硏磨頭同時將晶圓和壓 板旋轉，藉以硏磨晶圓。 其間，在化學機械硏磨過程期間，晶圓係由調整其一 Ι29Λ911 . 特別部位的移除速率可使它變平。其結果是，爲了容許漿 ' 體容易流動，具有預定之寬度、深度和形狀之溝槽式樣被 形成在附著至壓板之硏磨襯墊上。該溝槽式樣作用是決定 在硏磨操作期間所連續供應之漿體的流動和分佈及晶圓的 硏磨程度之主要因素。 第la圖是顯示習用之化學機械硏磨設備的硏磨襯墊 。第lb圖是沿第la圖剖面線Χ-Χ»之局部放大剖面圖。 參照第la圖和第lb圖，一種一般的硏磨襯墊100具 • 有形成在該硏磨襯墊的整個上表面上之圓形溝槽式樣110 。另外，在沿著剖面線X-X'之局部硏磨襯墊100的剖面中 ，該溝槽式樣1 〇〇的每一槽形成垂直形狀，即：相對於該 溝槽襯墊的中央軸線成0度之角。 第2圖顯示以圓形溝槽式樣所實施之傳統化學機械硏 磨製程。 參照第2圖，經形成在硏磨襯墊200上之溝槽式樣210 功能是流暢供應化學機械硏磨製程所需要之硏磨劑和化合 ^ 物，及有效移除漿體和該製程的副產物。其間，使用該圓 形溝槽式樣210，被供應在硏磨襯墊200上之新漿體的分 佈，及副產物的分佈，根據噴嘴的位置及旋轉方向，在硏 磨襯墊的各自區域中不同。另外，漿體的分佈220以與硏 磨襯墊的旋轉方向23 0相同方向提供，以便新漿體和副產 物的分佈在硏磨襯墊的各自區域中不同。其結果是，圓形 溝槽式樣減弱硏磨的均勻度和速度。 雖然一種螺旋形溝槽式樣可被形成在硏磨襯墊上，但 -6- 1291911 . 是漿體之分佈和副產物在硏磨襯墊的各自區域中亦不同， 因此，減弱硏磨的均勻度和速度。 【發明內容】 依照本發明之實施例提供用於化學機械硏磨設備之硏 磨襯墊，其具有形成在硏磨襯墊上之增強溝槽式樣來增強 化學機械硏磨製程的硏磨均勻性和性質。 依照本發明之觀點，上述和其他特徵可經由提供用於 化學機械硏磨半導體晶圓之硏磨襯墊來達成，包括：同心 • 圓狀形成在硏磨襯墊的一面上之第一溝槽式樣；及形成在 硏磨襯墊的該面上之第二溝槽式樣同時自硏磨襯墊的圓形 中心螺旋形延伸至外部以便重疊該第一溝槽式樣。 該硏磨襯墊可另外包括形成在硏磨襯墊之表面上的第 三溝槽式樣同時自該硏磨襯墊之圓形中心徑向延伸至外部 以便重疊第一和第二溝槽式樣。 本發明之觀點，該第一和第三溝槽式樣具有相對於硏 磨襯墊之中央軸線的正角。 ^ 本發明之另外觀點，該正角是大約15度至25度。 本發明之更另外觀點，該第一溝槽式樣具有大約〇 · 〇 1 4 至0.016英寸的深度、大約0.009至0.011英寸的寬度及大 約〇.〇5至0.07英寸的節距。 第二和第三溝槽式樣可具有兩倍或兩倍以上之第一溝 槽式樣的寬度和深度。 該第二和第三溝槽式樣可以與壓板之旋轉方向相反的 一方向延伸 -7- Ί291911 ^ 依照本發明之另外觀點，一種化學機械硏磨設備包括 :一可旋轉之壓板；被定位在該壓板上之根據本發明的一 硏磨襯墊；緊壓晶圓至壓板之一硏磨頭以便固持該晶圓在 相對於硏磨襯墊；及供應漿體至該硏磨襯墊之漿體供應單 元。 【實施方式】 本發明之實施例將參照附圖的圖式予以詳細敘述。應 特別提及：本發明可能以各種形式具體表現但並非限制在 • 本文中所述之實施例。爲了清描述各圖式之目的，各層和 各區域之厚度被增大。以下說明由相同參考數字來指示相 同的元件。 第3圖是顯示依照本發明之一實施例的化學機械硏磨 設備之視圖。 參照第3圖，本發明之化學機械硏磨設備包括：安裝 在旋轉軸305上並具有附著至壓板300之一硏磨襯墊310 之一壓板3 00 ;附著至另外旋轉軸315之一硏磨頭320，其 ® 位置面對壓板3 00以固持欲被硏磨之晶圓3 2 5 ;及一漿體 供應單元330來供應包含硏磨劑之漿體至該硏磨襯墊310 的表面。該壓板3 0 0係可旋轉，並使定位在壓板3 0 0上之 硏磨襯墊310與晶圓3 25接觸來機械硏磨該晶圓3 2 5的表 面。該硏磨頭3 2 0亦可旋轉，並在硏磨製程期間，緊壓晶 圓3 2 5至壓板3 00以便固持該晶圓325在相對的壓板300 上之硏磨襯墊310。將漿體供應單元330定位接近壓板300 之中心以便在硏磨製程期間供應漿體至硏磨襯墊3 1 0，在 J291911 • 此時，經由化學反應，漿體硏磨晶圓325之表 ' 一種使用本發明之化學機械硏磨設備的使 之方法將予敘述如下。 首先，使壓板3 00連同附著在其上之硏磨 轉，且亦使位在面對固持欲被硏磨晶圓3 25之 被安裝在旋轉軸315上之硏磨頭320亦以與壓 方向旋轉。在此時，經由施加一預定之負載至 ，使附著至硏磨頭3 20之晶圓3 25與附著至壓 • 磨襯墊310接觸。在同時，將液態漿體透過漿 3 3 0供應至晶圓3 25與硏磨襯墊310之間，同 3 25和硏磨襯墊310。以此種方式，晶圓3 2 5經 310對於晶圓3 25機械硏磨及經由漿體之化學 3 25平坦化。在此時，化學機械硏磨製程之硏 漿體在硏磨襯墊310的整個表面上之均勻分佈 體之分佈亦受到形成在硏磨襯墊310上的溝槽 及橫剖面之形狀所影響。因此，根據本發明之 •有下列構造。 第4圖和第5圖顯示根據本發明之一實施 械硏磨設備之硏磨襯墊。第6圖顯示形成在根 一實施例，化學機械硏磨設備之硏磨襯墊上的 參照第4圖，根據本發明之一實施例的硏 :同心圓狀形成硏磨襯墊之表面上的第一溝槽 及形成在該硏磨襯墊之表面上的第二溝槽式樣 自硏磨襯墊之圓形中心螺旋形延伸至外部以便 晶圓平坦化 襯墊310旋 壓板3 0 0的 板3 0 0相同 硏磨頭 3 2 0 板3 0 0的硏 體供應單元 時旋轉晶圓 由硏磨襯墊 硏磨使晶圓 磨特性受到 所影響。漿 式樣在平面 硏磨襯墊具 例的化學機 據本發明之 溝槽式樣。 磨襯墊包括 式樣 4 0 0 ; 410，同時 重疊第一溝 .1291911 , 槽式樣400。 參照第5圖，根據本發明之另外實施例的硏磨襯墊包 括：同心圓狀形成在硏磨襯墊之表面上的第一溝槽式樣400 ;形成在該硏磨襯墊之表面上的第二溝槽式樣410，同時 自硏磨襯墊之圓形中心螺旋形延伸至外部以便重疊第一溝 槽式樣400;及形成在該硏磨襯墊之表面上的第三溝槽式 樣420，同時自硏磨襯墊之圓形中心徑向延伸至外部以便 重疊第一和第二溝槽式樣400和410。 ® 參照第6圖，根據本發明之一實施例的化學機械硏磨 設備之硏磨襯墊中，第一和第三溝槽式樣400和420具有 相對於硏磨襯墊之中央軸C的一正角。特別是，根據這個 實施例，第一和第三溝槽式樣400和420形成具有大約15 至25度之正角。其中，術語"正角"意指在相對於硏磨襯墊 之中心軸C的任一邊0至90度之一個角，而術語”負角” 意指相對於硏磨襯墊之中心軸C大於90度的角之絕對値。 當硏磨襯墊之溝槽式樣具有一正角時，漿體之移除效率和 ^ 硏磨製程的副產物經由離心力能增加。 該第一溝槽式樣可具有大約0.014至0.016英寸之深度 D、及大約0·009至0.011英寸之寬度W。另外，該第一溝 槽式樣可具有大約〇·〇5至0.07英寸之節距Ρ。爲了增加硏 磨製程之新供應的漿體及副產物之移除效率，第二和第三 溝槽式樣具有兩倍或兩倍以上的第一溝槽式樣之寬度和深 度。 第7圖和第8圖是顯示依照本發明之一實施例化學機 10 - 1291911 械硏磨設備的硏磨襯墊上漿體之分佈的視圖。 當將漿體供應至旋轉之壓板上時，在漿體被滴在硏磨 襯墊上時，一反作用力以與壓板之旋轉方向相反的方向被 施加至漿體。此情況中，如第7圖中所示，關於硏磨襯墊 ，其上有螺旋形狀之第二溝槽式樣4 1 0和重疊圓形形狀之 第一溝槽式樣400徑向形狀的第三溝槽式樣420，如果第 二和第三溝槽式樣410和420之旋轉方向610與壓板的旋 轉方向600相同，則漿體被集中在硏磨襯墊之中央，以致 漿體不能均勻分佈在硏磨襯墊之整個表面上。 反之，如果第二和第三溝槽式樣410和420之旋轉方 向7 1 0與壓板的旋轉方向720相反，則經由被施加至漿體 之反作用力，使漿體均勻分佈在硏磨襯墊之整個表面上， 因此’更進一步增加硏磨速度。換言之，當螺旋形狀之第 二溝槽式樣410及徑向形狀之第三溝槽式樣420的旋轉方 向與壓板之旋轉方向相反時，漿體之分佈可變成最大値， 且硏磨襯墊可具有最高之硏磨速度。第7圖和第8圖中， 並未記述漿體供應單元620。 使用本發明之化學機械硏磨設備的硏磨襯墊之實驗結 果將在下文中敘述。 第9圖係一圖表，其描繪出依照本發明一實施例之硏 磨襯墊的移除速度與硏磨壓力間之關係。 如自第9圖中可見，相較於僅具有形成在襯墊上之圓 形的第一溝槽式樣之硏磨襯墊800、硏磨襯墊810和820 ’每一者具有形成在其上之螺旋形狀的第二溝槽式樣及重 -11 - J291911 ^ 疊該第一溝槽式樣徑向形狀的第三溝槽式樣，在相同硏磨 * 壓力下具有較高之硏磨速度。另外，如上所述，亦可了解 :當第二溝槽式樣41 0(參照第8圖）和第三溝槽式樣420 (參照第8圖）之旋轉方向與壓板的旋轉方向700(參照第8 圖）相反時，該硏磨襯墊82 0具有最高之硏磨速度。 第10圖係一圖表，其描繪出移除速度與相對於根據本 發明一實施例化學機械硏磨設備之硏磨襯墊中心軸，在硏 磨襯墊剖面中溝槽式樣之角度之間的關係。 • 第11圖係一圖表，根據本發明一實施例化學機械硏磨 設備之硏磨襯墊，依照在硏磨襯墊中溝槽式樣的角度，第 1 1圖描繪出移除速度、硏磨壓力與漿體流量之間的關係。 如自第10圖中之元件編號900可了解到，當形成在硏 磨襯墊上之溝槽式樣的橫剖面具有相對於硏磨襯墊之中央 軸的一正角時，隨著硏磨壓力增加，硏磨襯墊之移除速度 亦會增加。在此時，根據此實施例，形成在硏磨襯墊上之 溝槽式樣可具有大約15至25度的正角。第10圖中之元件 ^ 編號910和920標示當硏磨壓力分別是30g/cm2及120g/cm2 時之移除速度。另外，如自第11圖中之元件編號93 0可了 解到，較高之硏磨壓力更進一步增加根據該溝槽式樣的角 度之移除速度，且隨著更多漿體被供應至硏磨襯墊，更進 一步增加移除率。第1 1圖中之元件編號940和95 0標示根 據形成在硏磨襯墊上的溝槽式樣之角度的移除速度。此外 ，代替先前技藝中之垂直溝槽式樣（參照第lb圖），具有正 角之溝槽式樣（參照第5圖）被形成在硏磨襯墊上以容許在 -12 - J291911 硏磨製程期間，被供應至硏磨襯墊之漿體及在硏磨製程期 * 間所產生的副產物被快速移除，以便在硏磨製程期間，可 順暢供應新之漿體。 如自上述顯然可見，根據本發明，化學機械硏磨設備 之硏磨襯墊已增加形成在硏磨襯墊上的溝槽式樣而提供漿 體之均勻分佈，因此增加硏磨速度及硏磨均勻度。 應了解：已敘述之實施例及附隨的圖式係爲了說明之 目的，而本發明僅由下列申請專利範圍所界定。另外，精 • 於該項技藝人士應了解：只要不脫離根據附隨之申請專利 範圍之本發明的範圍和要旨，容許各種修正、附加和取代 【圖式簡單說明】 第1 a圖顯示傳統之化學機械硏磨設備的硏磨襯墊； 第lb圖是沿第la圖剖面線X-X’之局部放大剖面圖； 第2圖顯示圓形溝槽式樣中所實施之習用化學機械研： 磨製程； 第3圖是顯示依照本發明之一實施例的化學機械硏_ 設備之視圖； 第4圖是顯示依照本發明之一實施例的化學機械硏磨 設備之硏磨襯墊的視圖； 第5圖是顯示依照本發明之另外實施例的化學機械硏 磨設備之硏磨襯墊的視圖； 第6圖是依照本發明之一實施例，形成在該化學機械 硏磨設備之硏磨襯墊上的溝槽式樣之視圖； -13- ,1291911

第7 圖和第 8 圖 是 顯示依照 本 發明 之一 實 施 例 漿 體 在 該 化學 機械硏 磨 設 備 之硏磨襯 墊 上的 分佈 之 視 圖 ， 第9 圖是描 繪 習 用 之硏磨襯 墊 和依 照本 發 明 之 一 實 施 例 的 硏磨 襯墊之 移 除 速 度與硏磨 壓 力間 的關 係 之 圖 表 9 第1C >圖是- -描繪依照本發明之一實施例， 相 對 於 化 學 機 械 硏磨 設備之 硏 磨 襯 墊的中央 軸 ，硏 磨襯 墊 之 剖 面 中 溝 槽 式 樣的 移除速 率 與 溝 槽式樣之 角 間的 關係 之 圖 表 9 及 第11 圖是描繪根據依照本發明之- -實施例， 化 學 機 械 硏 磨 設備 之硏磨 襯 墊 中 溝槽式樣 的 角， 移除 速 率 和 硏 磨 壓 力 與 漿體 流動間 之 關 係 的視圖。 [ 主 要元 件符號 說 明 ] 110 圓 形 槽 式 樣 200 硏 磨 襯 墊 2 10 溝 槽 式 樣 220 漿 體 的 分 佈 230 旋 轉 方 向 300 壓 板 305 旋 轉 軸 3 10 硏 磨 襯 墊 315 旋 轉 軸 320 硏 磨 頭 325 晶 圓 330 漿 體 供 應 單元 400 第 —* 溝 槽 式樣 -14- 1291911 4 10 第 二 溝 槽 式 樣 420 第 二 溝 槽 式 樣 600 旋 轉 方 向 6 10 旋 轉 方 向 620 漿 BM 體 供 應 單 元 7 10 旋 轉 方 向 720 旋 轉 方 向 800 硏 磨 襯 墊 8 10 硏 磨 襯 墊 820 硏 磨 襯 墊 900 元 件 編 號 910 元 件 編 號 920 元 件 編 號 930 元 件 編 號 940 元 件 編 號 950 元 件 編 號 _ -15-

Claims (1)

1291911 - 第94141816號「硏磨襯墊及使用該襯墊之化學機械硏磨 設備」專利案 (2007年6月修正） 十、申請專利範圍： 1.一種用於化學機械硏磨一半導體晶圓之硏磨襯墊， 該襯墊包括： 一第一槽式樣，同心圓狀形成在該硏磨襯墊之 表面上； • 一第二槽式樣，形成在該硏磨襯墊之表面上， 其自該硏磨襯墊之中心螺旋形延伸至該硏磨襯墊的 周圍，該第二槽重疊該第一槽式樣；以及 一第三槽式樣，形成在該硏磨襯墊之表面上， 其自該硏磨襯墊之中心徑向且成弧狀地延伸至該研: 磨襯墊的周圍，該第三槽重疊該等第一和第二槽式 樣。 2 ·如申請專利範圍第1項之硏磨襯墊，其中該等第_ φ 和第三槽式樣具有相對於該硏磨襯墊之中心軸的_ 正角。 3 ·如申請專利範圍第2項之硏磨襯墊，其中該正角胃 大約1 5至2 5度。 4 ·如申請專利範圍第1項之硏磨襯墊，其中該第〜_ 式樣具有大約0.014至0.016英寸之深度。 5 ·如申請專利範圍第1項之硏磨襯墊，其中該第〜胃 式樣具有大約0.009至0.011英寸之寬度。 6 ·如申請專利範圍第1項之硏磨襯墊，其中該第〜_ 1291911 - 式樣具有大約0.05至0.07英寸之節距。 7 .如申請專利範圍第1項之硏磨襯墊，其中該第二槽 式樣具有兩倍或數倍之該第一槽式樣的寬度和深度 之各自寬度和深度。 8 .如申請專利範圍第1項之硏磨襯墊，其中該第三槽 式樣具有兩倍或數倍之該第一槽式樣的寬度和深度 之各自寬度和深度。 9. 一種化學機械硏磨設備，包括： # 一可旋轉之壓板； 一硏磨襯墊，具有同心圓狀形成在該硏磨襯墊 之表面上的一第一槽式樣及形成在該硏磨襯墊之表 面上的一第二槽式樣其自該硏磨襯墊之中心螺旋形 延伸至該硏磨襯墊的周圍，該第二槽重疊該第一槽 式樣； 一硏磨頭接納該硏磨襯墊及緊壓一基板至壓板 並硏磨該基板； φ 一漿體供應單元，來供應漿體至該硏磨襯墊； 以及 一第三槽式樣，形成在該硏磨襯墊之表面上， 其自該硏磨襯墊之中心徑向延伸至硏磨襯墊的周圍 ，該第三槽重疊該等第一和第二槽式樣。 10. 如申請專利範圍第9項之硏磨設備，其中該硏磨襯 墊上之第二和第三槽式樣以與壓板的旋轉方向相反 之一方向延伸。 11·一種用於化學機械硏磨半導體晶圓之硏磨襯墊，該 -2- 1291911 襯墊包括： 一第一槽式樣，同心圓狀形成在該硏磨襯墊之 表面上；及 一第二槽式樣，形成在該硏磨襯墊之表面上， 其重疊該第一槽式樣，其中該第二槽式樣自該硏磨 襯墊之中心徑向且成弧狀地延伸至該硏磨襯墊的周 圍。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之硏磨襯墊’其中該第二 槽式樣自該硏磨襯墊之中心螺旋形延伸至周圍。

-3- 1291911 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第4圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明: 400 第一溝槽式樣 410 第二溝槽式樣 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

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