TWI312715B - Anti-scattering layer for polishing pad windows - Google Patents

Description

1312715 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及用於化學機械平坦化（CMP)之研磨墊片， 尤其涉及其中形成有窗口、用於執行光學終點债測之塾片。 【先前技術】 在積體電路及其他電子裝置之製造過程中，在半導體 晶圓表面上沈積或去除多層導體、半導體、介電材料。可 以透過多種沈積技術來沈積該導體、半導體、介電材料之 薄層。現代製程中常用之沈積技術包括物理氣相沈積 (m>)’也稱作雜’化學氣相沈積（cvd)，電賴助化學 氣相沈積（PECVD)及電化學電鍍(Ecp)。 ^在連續沈積和去除材料層時，基板最上部表面可能變 -付不平坦，從而要求平坦化。使表面平坦化或者”研磨”表 面，係一種從晶圓表面去除材料，以形成大體均勾、平坦 ，面之方法。平坦化可用以去除無用之表面形貌及表面缺 ^如粗趟表面、成塊材料、晶袼損傷、劃痕，以及污染 ί科。平坦化還用於透過去除用於填充特徵師re) 積之材料’在基板上形成特徵，為隨後之金屬化 及製程提供均勻表面。 =機械平坦化，或化學機械研磨卿)係—種用於 ^旦化基板如半導體晶圓之t用技術、M中， 將晶圓載:體或研磨頭安褒於載呈 Ύ 衣、戰具上，並使其與CMP裝置 相接觸。载具為基板提供可控制之塵力，迫 ®緊罪研磨塾片。該塾片可藉由外部驅動力相對基板 93048L修正本 5 1312715 視情況運動（例如旋轉）。同時， 八 或其他流體介質在基板上 子成刀（研磨液(—)”) 從而透過從基板表面研磨塾片之間流動。 面與研磨液之化學機Μ '、；:斗之方式，透過墊片表 予機械作用，將晶圓表面研磨。 已知平坦化晶圓時遇到 盔〇_ 1 J之問喊係瞭解何時終止製程。 為此，已經研究出多種平扭 -涉及晶圓表面之光學原 ：二種。:案之 泸巾古、+、 ^ ^ 〜里在杲國專利第5,964,643 就甲對其有述，該專利以引 併勺用方式併入本文中。該光學技 * ^ ^ ^ ^ ^ 擇先波長之研磨墊片。光 果遗過該_ 口傳輸至晶圓表 衣面在該處反射，並返回穿過 該…到達晶圓偵測器，例如干涉 可以確定晶圓表面之特m〜 很狀口l號 層）厚度。 《特⑨#如可確定其上之膜（例如氧化 :::以使用多種材料作為研磨墊片，不過實際上該 ;丨一般採用與研磨墊片相同之材料製成，如聚氨醋 Γ呈TTane)。例如，美國專利第6,28_號披露了一 I有-聚氨餘形式之窗口之研磨墊片。該墊片具有一 孔徑’且窗口透過點合劑固定到孔徑中。 、此種窗Π當其表面凹凸不平時會引發問題。例如，一 ：!又透過仗聚虱酯塊切出一部分而形成聚氨酯窗口。不過， 切割過華在窗口兩側產生微槽。微槽之深度在大約ι〇至大 2 、〇微米一 |ε圍内。底面上之微槽將用以測量晶圓表面形 之光進仃散射，從而降低原位光學測量系統之信號強 度頂面上之微槽，由於存在液體研磨液且上表面靠近晶 93048L修正本 6 1312715 圓其散射之光少於底面之散射光。 由於底部窗口表面散射光導致之信號強声 =析度受卿，且存在測量不穩定之問題::：：測量 ;研磨過程中其他信號損耗來源增加 時又由 片或墊片窗口。 此有時需更換墊 【發明内容】 本發明思在解決在研磨墊片中採 糸統中所使用之終點❹u統中光散射之問題自。口之⑽ 本發明之一方面係包括一其中 片主_夕驻® 艰^ 孔徑之研磨墊 之裝置。將—窗口固^在該孔徑中， 固口之下表面，其且有妒^私。 具有一 之表面粗链度。在；;或更多入射在其上之光 減小_口之下表面散射=面上形成抗散射層’用以 位光學;二::法方:係一種在CMP系統中執行晶圓原 片= ;方法包括提供具有-窗口之研磨墊 …、該固口具有一粗糙窗口之下表 上形成一抗散射層，並且將第 ^. ，在一 口以導至晶圓。，方Γ先束透過該抗散射層和窗 :圓該方法進一步包括從晶圓反射第， /成返回牙過該窗口和抗散射層之第二光束 括谓谢續箸-亦击 ⑽ 〜方去遊包 並處理該電；，，以推：=之第二光束轉換成電信號， 【實施方= 晶H或複數個特性。 下面將參照構成本發明—部分m細 之貫施例’附圖藉由說明本發明可實行之具體實施 7 9304SL·修正本 1312715 出。詳細描述此等實施例，使熟悉此項技術者能實行本發 明’並且可理解，在不偏離本發明之範圍之條件下，可以 採用其他實施例以及可加以改變。從而，下面之詳細描述 係非限制性的，且本發明範圍僅由所附專利申請範圍限定。 參照該圖式，其表示研磨墊片10之特寫截面圖。研磨 墊片ίο具有一包括一墊片之上表面12及一墊片之下表面 14之墊片之主體區域u。研磨墊片1〇可以係任何已知之 研磨墊片，例如Newark Delaware之Rodel公司出售之商 私名P0LITEX之脲酯注入式毛毯，微孔脲酯墊片，或者 也由Rodel製造之填充式及/或吹製合成脲酯，如ic 及ΜΗ系列。 卜研磨墊片10還包括一處於墊片之主體區域u中之寻 杈18 ’在其中固定有窗口 3〇。在-個實施例中，窗口 3 係永久固定在該孔徑内，名 ^ 〜而在另一實施例中，其可拆卸知 ，孔徑内。窗口 30具有-包括-窗口之上表面 下囱口之表面34之兹〇*^士&&1—、、 自之主體區域31。窗口 30對於今 程中詩進行晶圓w之光學原位測量之紐長卷 月的。貫例波長處於從190至3500奈米範圍内之任㈣ 平— 由在其個或複數個表面上可以具有凹凸 〇之任何材料製成（例如 酸酯、尼龍、笙μ •幂虱酉曰、丙烯酸、聚 卷計居 聚合物)。在本發明之-實施例中 田執仃原位終點測量時， 大量⑼如邮或更多）光凹凸不平40能散射入射在其上 93048L修正本 8 1312715 在一實施例中，凹凸不平40從用於形成窗口之儀哭 (未示出）產生，透過從大塊窗口材料上切除來形成誃办 〇。不過，可以透過多種其他來源產生凹凸二自 有之材料凹凸不平、未研磨窗口材料、不適當研磨窗口 料等。 何 繼續參照該圖，窗口 30包括一形成於窗口之下 34上之抗散射層50。層50具有一處於窗口之下表面 之介面處之層之上表面52,及一與該層之上表面相對之: 之下表面。抗散射層50由任何對於平坦化過程中用於曰_ 晶圓原位光學測量之一個或複數個光波長透明之材料= 成。另外，在-實施例中1 50具有盡可能接近於窗“ 3〇折射率之折射率。在一實施例中，窗口 3〇由在作 ^體雷射波長之㈣奈錢長處折射率為1.55之聚氨_ =在該實施例中，層5〇係在67〇奈米處折射率基本 專；.5之聚氨酉旨。在另一實施例中，層％由口 相同之材料製成。 在-實施例中，層5G包括帶有透明溶劑之漆 丙：酸、聚氨醋、聚苯乙浠、聚氯乙埽(pvc)或其他透： 可冷聚合物製成。在另一實施例中， 4h '涂& , 0：>(；包括一經幅射固 ，塗層’例如經紫外線(UV)固化丙婦酸或聚氨醋。在另一 =中二兩種或複數種成分塗層結合，例如環氧樹脂、 酸。在其他實施例中，在形成層％時 ^ ^分之空氣固化透明塗層，例如濕度固化聚氨 4瑯料可以透過暴露於空氣而固化之塗声。 93048L修正本 9 1312715 =，在另一實施射’可以使用熱溶 .=和粉末塗層一一則言之，任何實；: 起到減小窗口之下表面34凹凸不平 用於層50。 日凸不千作用之透明塗層均適 口 =過任何-種適合於所❹材料之已知技術，在窗之 jrr上形成層50,例如噴塗、浸塗、刷塗、溶解 :覆專。層50較佳與窗口之下表面34上具有之凹凸不平 之下：二/ Μ。在一實施例中，透過研磨使層 Γ在另—實施例中，透過使用形成該層之 ，層之下表面54自然形成相當平坦之表面。例如，在 熔化-部分聚氨醋’並使㈣化之材 充 :==料還流動到相對表…形成一= 注意下表面無需完全平坦’此較重要。例如， ίΓΓ面可Λ具有不散射光、僅以微小角度反射光之賴變 4之表面曲率。此係由於抗散射層％用 光散射係光學原位偵測系統中信號減損之主要原因散射，而 操作方法 繼續參照_式，現在描述料對具有 之晶圓W進行原位光學測量之本發明之操作。在操 中光ί ^)71產生第—光束7〇，並引導至晶圓表面62。第 一先束70具有可穿過窗口 3〇及抗散射層％之 第 第一光束7〇穿過抗散射層50、窗口之下表面窗 93048L修正本 10 1312715 口之主體區域31、窗口之上表面32月处 衣囟32及窗口之上表面與晶 之間之間隙66，到達晶圓表面62。間隙G被研磨 液68(未不出）填充，該研磨〉夜68實際上用作折射率匹配 ，，用以減小光從窗口之下表面34上之粗糙部分4〇散射。 第一光束70 或者更確切地說，其—部分 ^ „ … 從晶圓表 面62反射。此處示意出晶圓表面62。實際上，晶圓表面 ^代表表面形貌，或者—個或複數個由於不同薄膜（例如 乳化物塗層）而存在於晶圓上之介面。 從晶圓表面反射之第一光束7〇，形成一沿第一光束 之入射方向返回傳播之第二光束72。在—實施例中，晶圓 表面62由於存在一個或複數_薄膜而包括多個介面，反射 光束72由於複數次反射而包含干擾資訊\ 在從晶圓表面62反射之後，第二光束72穿過間隙 G(其中包含有殘留之漿體），並穿過窗口之上表面％、窗 口之主體區域31，窗口之下表面34、並最終穿過抗散射層 50。值得注意較，從包括晶圓上之介面之各介面之反射， 具有雙重性，此係因為晶圓表面62之向後反射。換言之， 除實際晶圓表面本身以外，光兩次穿過各介面。結果相對 原始光束而言能量明顯損失，此轉換成信號強度減小。 —在射出抗散射層50後，光束72被偵測器8〇偵測。在 貫把例中，使用一分束為（未示出）分離第一與第二光束 70及72。然後偵測器80將所偵測之光轉換成電信號8 j， 然後被電腦82處理，提取出有關晶圓6〇特性之資訊，例 如膜厚度、表面平坦性、表面平面性等。 93048L修正本 11 1312715 由於窗口 30包括抗散射層5〇，極大削弱了窗口之下 表面34上凹凸不平4〇之散射導致之光損耗。相比無該抗 政射層N況，此導致更高之信號強度。本發明者已經對具 有上述類型之粗糙表面之研磨墊片窗口進行了實驗。本發 明者測量具有及不具有抗散射層5G時第二光束72之作號 強度，發現當採用本發明之抗散射層5〇時，信號強度增^ 3倍。 &此種“號強度增強導致顯著改良晶圓表面之原位光學 測里H ’可靠性及測量精度得到改良。另外，可以 k長墊片’原因係更強信號使其他信號損耗源變得較 不重要換。之，粗趟窗口之下表面34散射之減弱使其他 散射源——如研磨過程中窗π之上表面增大之凹凸不平， 化過程導致之碎片量增多――變大，而無 片或窗口。 ^已經描述和説明本發明之各實施例。不過，該描述和 無—僅# 3例形式。在本發明範圍内可以有其他實施例和 貝订方式，且熟悉技術者可以理解。從而，本發明不限於 本説明中之較細節、代表性實施例及實例。因此，除了 必須遵從所附申請專利範圍及其等同物以外，對本發明不 加以限制。 j 4知乃个 【圖式簡單說明】 該圖式係⑽系統之特寫截面視圖，表示具有一 口之研磨墊片，在該窗口 曰^ 之下表面上形成有抗散射層， 曰a圓罪近研磨塾片之_卜本t 表面，以及原位光學偵測系統之 93048L修正本 12 1312715 本元件。 【主要元件符號說明】 10 研磨墊片 12 墊片之上表面 18 孔徑 31 窗口之主體區域 34 窗口下表面 50 抗散射層 54 層之下表面 70 第一光束 72 第二光束 81 電信號 G 間隙 墊片之主體區域 墊片之下表面 窗口 窗口之上表面 凹凸不平 層之上表面 晶圓表面 光源 偵測器 電腦 晶圓 13 93048L修正本

Claims (1)

1312715 十、申請專利範圍： 1. 一種用於化學機械平坦化之研磨墊片，該墊片包括： 其中形成有孔徑之研磨墊片主體； 固定在該孔徑中之窗口，該窗口具有上表面及與該 上表面相對且有間隔之下表面，該下表面具有表面粗糙 度，該表面粗趟度能將入射在其上之光予以散射，·及 形成在該下表面上方之抗散射層，該抗散射層係： 具有與該下表面相鄰且與該表面粗糙度共形之共 形表面； 係足夠厚以形成與該共形表面相對之大體平坦表 面；以及 具有與該共形表面相對之平坦表面； 其中，該抗散射層減小該粗糙表面對光之散射，且 該光之波長係為190奈米至35〇〇奈米。 2. ”請專利範圍第！項之研磨墊片，其中該表面粗輪度 旎散射10%或更多入射在其上之光。 3. :申請專利範圍第！項之研磨塾片，其中該抗散射層包 括帶有透明溶劑之漆。 4.

包 1 申請專利範圍第1項之研磨塾片，其中該抗散射層 括巾田射固化式透明材料。 利範圍第1項之研磨塾片，其中該窗口由第 "、衣並且該抗散射層也由該第一材料製成。 93048L修正本 14 1312715 柒、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 10 研磨墊片 11 墊片之主體區域 12 墊片之上表面 14 墊片之下表面 18 孔徑 30 窗口 31 窗口之主體區域 32 窗口之上表面 34 窗口之下表面 40 凹凸不平 50 抗散射層 52 層之上表面 54 層之下表面 62 晶圓表面 70 第一光束 71 光源 72 第二光束 80 偵測器 81 電信號 82 電腦 G 間隙 W 晶圓 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 4 93048L修正本