TWI380853B

TWI380853B - 具有重疊之固定面積螺旋狀溝槽的ｃｍｐ墊

Info

Publication number: TWI380853B
Application number: TW096127701A
Authority: TW
Inventors: 凱羅琳娜Ｌ艾爾穆夫迪; 葛列格里Ｐ莫唐尼
Original assignee: 羅門哈斯電子材料Ｃｍｐ控股公司
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2013-01-01
Also published as: FR2907700A1; CN101134292A; US7300340B1; JP5124212B2; DE102007040540A1; JP2008068394A; CN101134292B; KR20080020537A; KR101327626B1; TW200815103A

Description

具有重疊之固定面積螺旋狀溝槽的CMP墊

本發明大體而言係關於化學機械研磨(chemical mechanical polishing，簡稱CMP)之領域。更特定言之，本發明係關於具有重疊之固定面積螺旋狀溝槽的CMP墊。

在半導體晶圓上之積體電路與其他電子裝置的製造中，複數層的導體材料、半導體材料、與介電材料係沈積到該晶圓的表面上並從該晶圓蝕刻。該等材料之薄層可利用多種沈積技術來沈積。目前晶圓製程的一般沈積技術包括物理氣相沈積(physical vapor deposition,PVD)(亦稱濺鍍)、化學氣相沈積(CVD)、電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)與電化學電鍍。一般蝕刻技術包括濕式與乾式等向性與非等向性蝕刻等。

隨著該等材料層的相繼沈積與蝕刻，晶圓表面變得不平坦。因為在後續半導體製程(例如，微影製程(photolithography))需要晶圓具有平坦表面，因此晶圓需要經週期性平坦化。平坦化係用於去除不期望的表面形貌與表面缺陷如粗糙的表面、結塊的材料、結晶晶格的損壞、刮傷及受污染的層或材料。

化學機械平坦化、或化學機械研磨(CMP)為用於平坦化半導體晶圓或其他工件之常見技術。在使用雙軸旋轉研磨機的習知CMP中，晶圓載具或研磨頭係裝設於載具組合件上。該研磨頭固持該晶圓並將晶圓定位成與研磨機中之研磨墊的研磨層接觸。該研磨墊的直徑比欲平坦化之晶圓的直徑大兩倍以上。在研磨的過程中，研磨墊和晶圓係各自沿著的同心圓圓心(concentric center)旋轉，同時晶圓與研磨層囓合。該晶圓的旋轉軸對應於研磨墊的旋轉軸係偏移了大於晶圓半徑的距離，藉此使得該研磨墊的旋轉在研磨墊的研磨層上掃略出環狀的『晶圓軌跡(wafer track)』。當晶圓的移動僅為旋轉時，晶圓軌跡的寬度等於晶圓直徑。然而，在某些雙軸研磨機中，該晶圓在垂直於其旋轉軸之平面震盪。在此種情況下，該晶圓軌跡的寬度會比該晶圓的直徑更寬，而增加之寬度則是因震盪產生之位移所造成。該載具組合件提供了該晶圓與研磨墊之間可控制的壓力。在研磨過程中，研磨液或其他研磨介質係流動於該研磨墊上且流入晶圓與研磨層之間的間隙中。該晶圓表面係藉由研磨層與表面上的研磨介質之化學與機械作用而研磨變得平坦。

為了將研磨墊的設計最適化，係致力於研究CMP期間之研磨層、研磨介質與晶圓表面間的交互作用。過去幾年來，大多數研磨墊之開發在本質上係以經驗為主。多數研磨表面或層之設計已著重在提供具有不同空隙圖案與溝槽配置之層，其主張可增加研磨液之利用與研磨均勻度。經過多年，已有相當數量的不同溝槽和空隙的圖案與配置被實施。先前技術之溝槽圖案包括放射狀、同心圓狀、笛卡兒格網(Cartesian grid)與螺旋狀等。先前技術之溝槽構形包括所有溝槽的寬度與深度皆一致之構形，以及溝槽的寬度與深度彼此各不相同之構形。

更精確地說，在為數不少的先前技術中，用於旋轉研磨墊的溝槽圖案係包含彼此相互橫跨一次或多次之溝槽。例如，於Talieh之美國專利第5,650,039號案中，在第3圖所揭露之圓形研磨墊具有螺旋狀或環狀拱形溝槽片段，該等溝槽片段係配置為使緊鄰的片段以反方向彎曲並彼此橫跨。Doi等人之日本專利公開第2001-138212號揭露了具有兩組螺旋狀溝槽之圓形研磨墊，該等螺旋狀溝槽自研磨墊的同心圓圓心附近向研磨墊的邊緣延伸，並沿其長度彼此相互橫跨數次。雖然此等溝槽圖案為已知，但研磨墊的設計者仍持續尋找可使研磨墊比已知研磨墊更具效率且更有用之溝槽圖案。

在本發明之一態樣中，研磨墊包括：研磨層，其係組構成用以在研磨介質存在下研磨磁性、光學與半導體基材中之至少一者，該研磨層包含具有同心圓圓心(concentric center)與外緣(outer periphery)的圓形研磨表面；至少一個第一溝槽，其係形成於該圓形研磨表面；以及至少一個第二溝槽，其係形成於該圓形研磨表面以橫跨該至少一個第一溝槽至少兩次而界定出至少一個具有四弧形邊的四邊形平台(landing)；其中，該至少一個第一溝槽與該至少一個第二溝槽係各自對該圓形研磨表面提供自同心圓圓心附近的第一位置至外緣附近的第二位置之各別的溝槽化圓周分率(circumference fraction grooved)，該各別的溝槽化圓周分率具有平均值且維持於該平均值的約25%以內。

在本發明之另一態樣中，研磨墊，包括：研磨層，其係組構成用以在研磨介質存在下研磨磁性、光學與半導體基材中之至少一者，該研磨層包含具有同心圓圓心與外緣的圓形研磨表面；第一溝槽組，其具有第一起始半徑且含有複數個形成於該圓形研磨表面中的第一溝槽，該複數個第一溝槽係各自依據以該第一起始半徑為函數之一組固定溝槽化圓周分率方程式(constant circumference fraction grooved equation)來配置，以提供具有第一平均值且維持於該第一平均值的5%以內的第一溝槽化圓周分率(first circumference fraction grooved)；以及第二溝槽組，其具有第二起始半徑且含有複數個形成於該圓形研磨表面中的第二溝槽，以使該複數個第一溝槽中之數個溝槽橫跨該複數個第二溝槽中之數個溝槽至少一次，而界定出各別具有四個弧形邊的複數個四邊形平台(landing)，該複數個第二溝槽係各自依據以該第二起始半徑為函數之一組固定溝槽化圓周分率方程式來配置，以提供具有第二平均值且維持於該第二平均值的約5%以內的第二溝槽化圓周分率。

參照圖式，第1至3圖描述依據本發明所製得之研磨墊100，如下文所詳述，可用於CMP研磨機器。如第2圖所示，研磨墊100包括具有研磨表面108之研磨層104。研磨層104可由背層(backing layer)112所支撐，該背層可與研磨層整體地形成或可與研磨層個別地形成。研磨層 104可由任何適用於研磨該欲研磨物件之材料所製成，該欲研磨物件為例如半導體晶圓(於第1圖中以輪廓114表示)；磁性媒介物件如電腦硬碟之碟片；或光學物件如折射透鏡、反射透鏡、平面反射器或可穿透平面物件等。用於研磨層104之材料實例包含(該等實例係用於說明目的而非用於限制)各種聚合物塑料，如聚胺基甲酸酯、聚丁二烯、聚碳酸酯、與聚甲基丙烯酸酯等。

如第1圖與第3圖所示，研磨墊100典型具有圓形盤狀形狀，以使研磨表面108具有同心圓圓心(或原點O )與環狀外緣120，該環狀外緣係位於與原點O 距離Ro 處(第3圖)。使用期間，當研磨墊100以原點O 旋轉時，欲研磨之物件(在此，係如以輪廓114所表示之晶圓，其主要、但非必要為半導體晶圓)在研磨表面108上掃略出環狀研磨(晶圓)軌跡124。研磨軌跡124為在研磨過程中面向於欲研磨物件之研磨表面部分。研磨軌跡124一般以內側邊界124A及外側邊界124B來界定。熟悉該項技藝者應可輕易了解晶圓軌跡124之內側與外側邊界124A-B主要為圓形，但在對欲研磨之物件或研磨墊100提供軌道移動或震動移動的研磨機之情況下，則可視為波狀。

參照第1至3圖，研磨墊100包含兩組溝槽組128、132，各組含有複數個相對應的個別溝槽128A、132A。重要的是，如下所詳細描述者，各個溝槽128A係經組構且設置為橫跨溝槽132A中之數個溝槽，且各個溝槽128A、132A實質上為『固定面積(constant area)』之溝槽。在實際固定面積的溝槽中，不論該圓環之半徑為何，自溝槽一端橫跨至另一端的圓環片段長度與溝槽外的圓環互補片段長度的比例為相同數值。因此，經由溝槽128A、132A的各溝槽組128、132予以溝槽化的該研磨表面108之分率，當沿著與原點O 同中心且橫跨該等溝槽之任何圓環測量時，為實質上固定的，亦即：在整個溝槽組之平均值的約25%之內。此概念於本文中稱為『溝槽化圓周分率(circumference fraction grooved)』，或簡稱為『CF』。各個溝槽128A、132A可具有視覺上任何所欲的截面形狀與截面尺寸，以適合特定組的設計標準。因此，特別如第2圖所示之溝槽128A、132A的矩形截面形狀以及所示之相關截面尺寸僅為例示說明用。熟知此項技藝者應可充分理解，設計者可提供本發明研磨墊(如研磨墊100)之溝槽128A、132A寬廣範圍的形狀與尺寸。熟知此項技藝者亦可輕易理解溝槽128A、132A的截面形狀與尺寸可隨著各個溝槽的長度、或溝槽與溝槽間的長度、或兩者而變化。溝槽組132之該等溝槽132A係延伸穿過研磨軌跡124，穿越內側邊界124A與外側邊界124B兩者，而溝槽組128之該等溝槽128A則僅穿越外側邊界124B。熟知此項技藝者應可理解，溝槽組128或132的溝槽128A、132A是否延伸穿越邊界124A-B之一者或兩者乃為設計該研磨墊100時所需滿足之研磨函數。

溝槽128A、132A的各溝槽組128、132可藉由以下列方程式為基礎來配置對應之個別溝槽而達到固定的CF，該等溝槽係定義為螺旋狀：X=R cos φ(R) ；及方程式{1}

Y=R sin φ(R) 方程式{2}其中，R 為自研磨墊中心起算之距離，ψ為固定於此中心之極座標系統(polar coordinate system)之角度，且其中 Rs為該螺旋之起始半徑。方程式{1}至{3}在下文中與專利申請範圍中係稱為『一組固定溝槽化圓周分率方程式組(a set of constant circumference fraction grooved equation)』，或簡稱為『CF方程式』。

如上述CF方程式所示，定義該等溝槽128A、132A之曲度的變數為Rs ，其為該相對應溝槽組之內側半徑或起始半徑。如第3圖所示，R1 為各個溝槽132A之起始半徑，以及R2 為各個溝槽128A之起始半徑，起始半徑愈小，則個別溝槽圍繞原點O 的環繞轉折數就愈多。由於起始半徑R1 相對較小，因此各個溝槽132A繞著原點O 形成超過三個環繞轉折(winding turn)；而具有相對較大的起始半徑R2 的各個溝槽128A則繞著原點掃略出約十二分之一個環繞轉折。雖然各個溝槽組128、132(第1圖)之起始半徑可為自零起始的任何數值，其中該溝槽可能起始於原點O 至剛好少於研磨墊100的外側半徑Ro ，但實際來說，該起始半徑之一(第3圖的R1 )係典型地但非必要地小於晶圓軌跡124的內側邊界124A(第1圖)之半徑，而另一起始半徑(第3圖的R2 )則係典型地但非必要地小於晶圓軌跡124的外側邊界124B(第1圖)之半徑。為調整晶圓均勻度，該較小起始半徑R1 較佳係在晶圓軌跡外，而相對較大之起始半徑R2 則在晶圓軌跡中。此可允許研磨的調整與精密校正以改善晶圓均勻度。

在依據本發明所製備的一組例示性研磨墊具體例中，可預期該至少一個溝槽組之溝槽係繞著原點O 環繞至少兩個完整轉折。對此，使用上述CF方程式，係需要使該等溝槽的起始半徑小於該研磨墊半徑Ro的約十二分之一(1/12)。就300－mm晶圓研磨機而言，該研磨墊半徑可為將近15”(381 mm)，因此該起始半徑必須為約1.25英吋(31.7 mm)以使該螺旋狀溝槽有兩個完整轉折。在另一組例示性具體例中，可預期至少一個組溝槽組之溝槽係繞著原點O 環繞不超過一個轉折。對此，係需要使該CF方程式中之起始半徑不少於該研磨墊半徑Ro的三分之一(1/3)，或就上述300－mm晶圓研磨機而言，該起始半徑為5英吋(127 mm)。在又其他之具體例中，可預期於一個組溝槽組之溝槽係環繞至少兩個完整轉折，同時於另一個溝槽組之溝槽係環繞不超過一個轉折。當然，熟知此項技藝者可輕易瞭解，仍有其他具體例可如所欲滿足其他環繞需求。

實質上符合CF方程式所形成的該等溝槽會產生固定的CF螺旋狀溝槽128A、132A，其表示在研磨表面108提供了實質上固定的面積(以各個溝槽組128、132(第1圖)的半徑R作為函數)，其依序可表示相較於具有含非固定的、或實質上非固定的CF之溝槽組的研磨墊，係具更均勻的研磨特性。固定CF的主要優點為在晶圓與研磨墊之間建構具有點到點之實質均勻厚度的研磨液薄膜，致使晶圓上的力量達到平衡而使晶圓精確平行於研磨墊的中央平臺。相反的，非固定的CF造成晶圓與研磨墊之間的流體動力學狀態之點對點的變化，導致晶圓傾斜及相應地不均勻材料的移除。各個溝槽組128、132的CF之實際比例係取決於具任何給定半徑之溝槽128A、132A的數目、具該半徑之溝槽的寬度、以及具該半徑之溝槽的曲度。應注意，雖然CF實際上可為任何比例，但迄今之經驗顯示相加之CF，意即溝槽組128之CF與溝槽組132之CF的總和，在約10%至約45%之範圍中可對半導體晶圓研磨提供良好效能。此外，如所述，本發明所揭露之內容係允許溝槽具有寬廣範圍的曲度。在研磨墊100中，各個溝槽128A圍繞原點O 僅掃略出約十二分之一(1/12)個環繞轉折，而各個溝槽132A則掃略出超過三個環繞轉折。當然，可視特定設計之需要而使用較小與較大的掃略(sweep)。

組構與配置相對應各溝槽組128、132之溝槽128A、132A的其他變數包含溝槽數目、溝槽的曲度方向、以及各溝槽組中之溝槽的起始點與終點。就溝槽128A、132A之數目而言，設計者可於各個溝槽組128、132提供少至僅含一個的溝槽，或多至含有所欲數量之溝槽。當然，該等溝槽128A、132A的最大數量有實際的限制，方能完全適合於研磨表面108。關於溝槽曲度方向，在此實施例中為兩溝槽組128、132的溝槽128A、132A之間的曲度方向，係由設計者決定。依其設計，一組溝槽組可繞原點O 以同方向環繞，而其他溝槽組係或可彼此以反方向環繞。若兩溝槽組以相同方向環繞，彼等可依順時針或逆時針方向環繞。

就此點而言須注意的是，緣於上述CF方程式之特性，若兩溝槽組以相同方向環繞時(如第6圖與第7圖中的溝槽組304、308)，個別溝槽組中的溝槽必須起始於不同起始半徑。若該起始半徑相同，則以相同方向環繞之溝槽就會具有相同曲度，而因將無法彼此橫越交錯。當然，只要個別溝槽組之溝槽化區域(grooved region)的放射狀延伸有充分地重疊，則以相反方向環繞的溝槽之橫越交錯即為固有特徵。

雖然在第1至3圖的例示性研磨墊100中，是基於使用CF方程式來配置溝槽128A、132A而使各溝槽組128、132的CF值為固定值，但其它具體例之CF仍可為稍微不固定。在此等具體例中，較佳地各溝槽組的CF係維持於其平均值的約25%以內(以研磨墊半徑作為函數)，較佳地，維持於其平均值的約10%內。更佳地，CF係維持於其平均值的5%以內(以研磨墊半徑作為函數)；且最理想地，CF係維持於其平均值的固定值(以研磨墊半徑作為函數)。最重要的是，在其預定的研磨區域中維持CF的穩定。例如，當研磨晶圓時，CF較佳於晶圓軌跡之內維持穩定。此等CF的限制容許了形成理想溝槽的變化(例如，放寬溝槽設計容忍度以使溝槽形成製程較不昂貴並減少時間消耗)，並容許了任何研磨作用(以研磨墊半徑作為函數)的補償(例如，以材料之移除作為研磨液分佈之函數)。

如第1圖可輕易看出，交錯的溝槽組128、132界定出複數個四邊形平台136，各個四邊形平台係以相對應的個別溝槽128A、132A之四個片段作為邊界。如具體例所示，其中溝槽128A、132A為螺旋狀，每一個四邊形平台136的四個邊各自為弧形。亦可輕易看出四邊形平台136之面積會隨著平台與研磨墊100中心點O 間之放射狀距離的增加而增加。

第4至11圖說明一些根據本發明之例示性替代研磨墊200、300、400、450。第4與5圖說明具有溝槽204A、208A的兩溝槽組204、208之研磨墊200，其中該等溝槽係彼此以反方向環繞。為了闡明，第5圖特別顯示各一個溝槽204A、208A。如同溝槽128A、132A，各溝槽204A、208A可具有適合於特定應用之橫截面構形。亦如同第1至3圖所示之溝槽128A、132A，溝槽204A、208A為螺旋狀溝槽，係依據上述CF方程式配置以對各溝槽組204、208提供固定CF。如第1圖之研磨墊100所示，第4圖的交錯溝槽204A、208A界定出複數個平台212，各個平台具有四個弧形邊，該四個弧形邊係藉由相對應之個別溝槽204A、208A的弧形片段所界定。亦如同第1圖之研磨墊100，第4圖的平台312之面積係隨著自研磨墊200中心點O 算起之放射狀距離的增加而增加。

第6與7圖顯示具有與第1圖的相對應個別溝槽128A、132A及第4圖的相對應個別溝槽204A、208A大致相同之溝槽304A、308A的兩溝槽組304、308之研磨墊300。然而，在研磨墊300的例子中，上述溝槽304A與308A係各自以相同方向環繞研磨墊的原點O 。為了闡明，第7圖顯示各溝槽組304、308的一個溝槽304A、308A。為使各溝槽組304、308完整，所顯示之各溝槽304A、308A係以固定角度槽距(angular pitch)依圓周方向環繞研磨墊作簡單重複。溝槽304A、308A可依據如上述CF方程式提供，以對各溝槽組304、308提供固定CF。於第6圖可看出，交錯之溝槽304A、308A界定出複數個平台312，各個平台具有四個弧形邊，該四個弧形邊係由相對應之個別溝槽304A、308A的弧形片段所界定。再者，平台312之面積係隨著自研磨墊300中心點O 算起之放射狀距離的增加而增加。

第8與9圖說明研磨墊400。研磨墊400的溝槽圖案實質上係基於單一螺旋溝槽形狀以固定角度槽距作重複而提供溝槽404A的第一溝槽組404，接著再以鏡像提供呈相反方向環繞並依固定角度槽距作重複之溝槽408A而提供第二溝槽組408。研磨墊400特別說明下述事實：不同的溝槽組(此處為溝槽組404、408)，無須如第1至7圖之研磨墊100、200、300具有不同的內側與外側邊界。反而兩溝槽組404、408可共享相同的內側與外側邊界412、416。在各溝槽組404、408中的各溝槽404A、408A係依據上述之CF方程式配置，藉以對各溝槽組404、408提供實質上固定的CF。溝槽404A、408A的其他方面，如深度、橫截面形狀與寬度，可同於上述第1至3圖關於溝槽128A、132A之描述。於第8圖可看出，交錯之溝槽404A、408A界定出複數個平台412，各個平台具有四個弧形邊，該四個弧形邊係由相對應之個別溝槽404A、408A的弧形片段所界定。平台412之面積係隨著自研磨墊400的同心圓圓心算起之放射狀距離的增加而增加。

雖然研磨墊400說明了以反方向環繞的溝槽之溝槽組404、408確實可具有相同的內側起始半徑，但在許多具體例中，為達到研磨介質流動之目的，仍期望一個溝槽組中的溝槽係自小於晶圓軌跡內側邊界的內側半徑延伸至大於晶圓軌跡外側邊界的外側半徑，同時另一個溝槽組中的溝槽則自位於晶圓軌跡中的內側半徑延伸至位於晶圓軌跡外的外側半徑。在此方法中，一組溝槽完全延伸穿過晶圓軌跡，而另一組溝槽則自晶圓軌跡內側向研磨墊的外緣延伸。此情況係顯示於第1至7、10與11圖之研磨墊100、200、300、450。

第10與11圖顯示研磨墊450，其具有分別交錯的固定CF溝槽454A、458A之兩個溝槽組454、458。溝槽組454、458分別與第4與5圖的研磨墊200的溝槽組208、204非常近似，惟第4和5圖的溝槽204A、208A在研磨墊200的個別溝槽組204、208中係以固定角度槽距環繞該研磨墊而配置，而第10與11圖的溝槽454A、458A則是以不同角度槽距環繞研磨墊450而配置。在例示性的研磨墊200中，於溝槽組208中具有20個溝槽208A(且因此，在緊鄰的溝槽208A之間具有20個平台)，產生的固定角度槽距為360°/20°＝18°。同樣地，於溝槽組204中有127個溝槽204A(且因此，在緊鄰的溝槽204A之間具有127個平台)，產生的固定角度槽距為360°/127≒2.84°。當然，在替代性具體實施例中，各溝槽組454、458的溝槽454A、458A之數量可與所顯示之數量不同，且可依特殊設計需求來選擇多寡。

另一方面，參照第10與11圖，在研磨墊450的溝槽組454中，溝槽454A具有在α＝9°與β＝27°之間交替變化之不同的角度槽距。由於α係相對遠小於β，因此人類視覺感知會傾向於將緊密間隔的溝槽視為同一組，於本例中係使溝槽組454顯示成包含10組，各組有兩個溝槽454A。同樣地，於溝槽組458中的溝槽458A具有不同槽距，為一系列重複的三個角度α’、β’與γ，其中α’＝β’＝2°以及γ＝4°。在此，同樣地，人類視覺感知會傾向於將較緊密間隔的溝槽458A視為同一組，因此使溝槽組458顯示成包含45組，各組有三個溝槽458A。當然，熟知此項技藝者應可輕易理解，上述兩種不同的角度槽距僅為例示用，且任何熟知此項技藝者皆可藉由在各溝槽組454、458中使用二個或多個不同的槽距角度來設計許多不同槽距的溝槽圖案。當然，在其他具體例中，可提供僅溝槽組454、458之一者具有不同的槽距角度，而另一者提供為具有固定槽距。

如同第1至3圖之研磨墊100所具有的溝槽128A、132A，個別溝槽組454、458中的溝槽454A、458A係依據上述之CF方程式(亦即方程式{1}－{3})來配置，藉此對各溝槽組454、458提供實質上固定之CF。特別參照第11圖，點462表示研磨墊450的同心圓圓心，圓環466表示溝槽組454之溝槽454A的起始點，以及圓環470表示溝槽組458之溝槽458A的起始點。圓環466、470係與中心點462為同心圓，其中圓環466具有半徑R1 以及圓環470具有半徑R2 。須注意的是，雖然半徑R1 顯示小於半徑R2 ，但熟知此項技藝者應可理解，在其他具體例中，半徑R1 可大於半徑R2 ，且由於溝槽454A與溝槽458A以相反方向環繞，因此在另外的具體例中，半徑R1 可等於半徑R2 。關於後者，應可理解由於溝槽454A、458A係以相同方程式來界定，因此若彼等以相同方向環繞且具有相同起始半徑，則彼等將具有相同螺旋形狀且不會彼此交錯。溝槽454A、458A之其他方面，如深度、橫截面形狀與寬度，可如同上述第1至3圖關於溝槽128A、132A之描述。此外，於第10圖可看出，交錯的溝槽454A、458A界定出複數個平台474，各個平台具有四個弧形邊，該四個弧形邊係由相對應的個別溝槽454A、458A之弧形片段所界定。於第1、4、6與8圖中分別描述了研磨墊100、200、300、400，平台474之面積係隨著自同心圓圓心462算起之放射狀距離的增加而增加。

應注意的是，雖然上述具體例具有特徵化之溝槽組，其中個別溝槽係以有角度之方向均勻地間隔，但此並非必須的。一般所欲者為在固定面積螺旋狀溝槽之第一與第二溝槽組的個別溝槽間隔中存在有某些規律，但此可理解為在各溝槽組以兩個、三個或多個溝槽為一組，而不是以單一溝槽距環繞整個研磨墊。

第12圖說明適合與研磨墊504併用而用以研磨物件例如晶圓508之研磨機500，該研磨墊可為第1至11圖的研磨墊100、200、300、400、450中之一者，或為本發明所製得之其他研磨墊。研磨機500可包含平臺512，其上固定有研磨墊504。利用平臺驅動器(未圖示)使平臺512繞轉軸A1旋轉。研磨機500可進一步包含晶圓載具520，其係繞著轉軸A2旋轉並在研磨過程中支撐晶圓508，其中該轉軸A2係平行於平臺512的轉軸A1且與平臺512的轉軸A1間隔開。晶圓載具520可以懸掛式連結件(gimbaled linkage)(未圖示)為其特徵，該懸掛式連結件呈現使晶圓508對研磨墊504的研磨表面524呈非常輕微的不平行之態樣，在此實例中，轉軸A1、A2可相對於彼此呈非常輕微的歪斜。晶圓508包含面向於研磨表面524且在研磨過程中被平坦化之欲研磨表面528。晶圓載具520可由載具支撐組合件(未圖示)支撐以轉動晶圓508，並提供向下力量F以使欲研磨表面528抵壓研磨墊504而在研磨過程中使欲研磨表面與研磨墊之間存在所欲壓力。研磨機500亦可包含研磨介質注入口532以提供研磨介質536至研磨表面524。

熟悉該項技藝者應可領會，研磨機500可包含其他組件(未圖示)，例如系統控制器、研磨介質儲存與分配系統、加熱系統、沖洗系統以及用來控制研磨製程之各方面的各種控制組，如：(1)用於控制晶圓508與研磨墊504之單方或雙方轉速的速度控制器與選擇器；(2)用於改變研磨介質536輸送至研磨墊的速度與位置的控制器與選擇器；(3)用於控制施用在晶圓與研磨墊之間的力量F之強度的控制器與選擇器；(4)用於控制晶圓轉軸A2相對於研磨墊轉軸A1之位置的控制器、促動器與選擇器等。熟悉該項技藝者應可理解如何建構與裝置此等組件，因此無須詳加解釋，熟悉該項技藝者即可瞭解並實施本發明。

在研磨過程中，研磨墊504與晶圓508依各自的轉軸A1、A2旋轉，且研磨介質536自研磨介質注入口532分散至旋轉中的研磨墊上。研磨介質536噴灑遍佈於研磨表面524，包含於晶圓508與研磨墊504之間的間隙中。研磨墊504與晶圓508係典型地、但非必須地以選定的速度0.1 rpm至150 rpm旋轉。力量F係典型地、但非必須地以選定之強度於晶圓508與研磨墊504之間引發0.1 psi至15 psi(6.9至103 kPa)之所欲壓力。

本發明的互補圓周分率螺旋狀溝槽設計可促進晶圓均勻度。尤其，起始於晶圓軌跡外的第一圓周分率溝槽與起始於晶圓軌跡中的第二圓周分率螺旋狀溝槽可進一步改善晶圓均勻度。再者，增加溝槽密度可改善研磨墊的研磨液分佈。最後，溝槽之第二組可能會依該研磨液的研磨行為而增加或減少移除速率。例如，研磨液行為會隨研磨條件而廣泛變化；以及某些研磨液的移除速率會隨流動速率的增加而增加，而某些研磨液的移除速率則會隨流動速率的增加而降低。

100、200、300、400、450、504．．．研磨墊

104．．．研磨層

108．．．研磨表面

112．．．背層

114．．．半導體晶圓

120．．．外緣

124．．．晶圓軌跡

124A、412．．．內側邊界

124B、416．．．外側邊界

128、132、204、208、304、308、404、408、454、458．．．溝槽組

128A、132A、204A、208A、304A、308A、404A、408A、454A、458A．．．溝槽

136、212、312、412、474．．．四邊形平台

462、O．．．同心圓圓心

466、470．．．圓環

500．．．研磨機

512．．．平臺

508．．．晶圓

520．．．晶圓載具

524．．．研磨表面

528．．．欲研磨之表面

532．．．研磨介質注入口

536．．．研磨介質

A1．．．平台轉軸

A2．．．晶圓載具之轉軸

R1．．．溝槽132A之起始半徑

R2．．．溝槽128A之起始半徑

Ro．．．研磨墊半徑

α、α’、β、β’、γ．．．槽距角度

第1圖為依據本發明所製得之具有兩組橫跨溝槽之研磨墊的平面圖。

第2圖為沿第1圖研磨墊之線2－2所得的放大截面圖。

第3圖為第1圖研磨墊之概略圖，顯示兩組橫跨溝槽的各組的一個溝槽。

第4圖為依據本發明所製得之具有兩組橫跨溝槽之另一研磨墊的平面圖。

第5圖為第4圖研磨墊之概略圖，顯示兩組橫跨溝槽的各組的一個溝槽。

第6圖為依據本發明所製得之具有兩組橫跨溝槽之另一研磨墊的平面圖。

第7圖為第6圖研磨墊之概略圖，顯示兩組橫跨溝槽的各組的一個溝槽。

第8圖依據本發明所製得之具有兩組橫跨溝槽之另一研磨墊的平面圖。

第9圖為第8圖研磨墊之概略圖，顯示兩組橫跨溝槽的各組的一個溝槽。

第10圖為依據本發明所製得之具有兩組橫跨溝槽之研磨墊的平面圖，其中各組的溝槽具有不同的角度槽距。

第11圖為第10圖研磨墊之部分放大概略圖，顯示兩組橫跨溝槽的各組的數個溝槽。

第12圖為依據本發明之研磨系統的示意圖。

100．．．研磨墊

108．．．研磨表面

120．．．外緣

128A、132A．．．溝槽

O．．．同心圓圓心

Ro．．．研磨墊半徑

R1．．．溝槽132A之起始半徑

R2．．．溝槽128A之起始半徑

Claims

一種研磨墊，包括：研磨層，其係組構成用以在研磨介質存在下研磨磁性、光學與半導體基材中之至少一者，該研磨層包含具有同心圓圓心與外緣之圓形研磨表面；至少一個第一溝槽，其係形成於該圓形研磨表面；以及溝槽組，其係形成於該圓形研磨表面以橫跨該至少一個第一溝槽至少兩次而界定出至少一個具有四個弧形邊的四邊形平台(landing)；其中，該至少一個第一溝槽與該溝槽組係各自對該圓形研磨表面提供自該同心圓圓心附近的第一位置至該外緣附近的第二位置之各別溝槽化圓周分率(circumference fraction grooved)，該各別溝槽化圓周分率具有平均值且係維持於該平均值的約25%以內。
如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中，該至少一個第一溝槽具有第一起始半徑以及藉由以該第一起始半徑為函數之一組固定溝槽化圓周分率方程式所定義之第一螺旋形狀，並且該溝槽組具有第二起始半徑以及藉由以該第二起始半徑作為函數之一組固定溝槽化圓周分率方程式所定義之第二螺旋形狀。
如申請專利範圍第2項之研磨墊，其中，當該研磨墊用於研磨時，該研磨表面具有環形晶圓軌跡，該第一起始半徑係位於該研磨表面的同心圓圓心與該晶圓軌跡之間，以及該第二起始半徑係位於該晶圓軌跡內。
如申請專利範圍第2項之研磨墊，其中，該至少一個第一溝槽係以第一方向環繞該圓形研磨表面的該同心圓圓心，且該溝槽組係以相反於該第一方向之第二方向環繞該同心圓圓心。
如申請專利範圍第1項之研磨墊，進一步包括複數個提供該各別固定圓周分率溝槽的第一溝槽，該複數個第一溝槽彼此具有不同的角度槽距。
如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中，該至少一個第一溝槽與該溝槽組之各者的溝槽化圓周分率具有平均值且係維持於該平均值的約10%以內。
一種研磨墊，包括：研磨層，其係組構成用以在研磨介質存在下研磨磁性、光學與半導體基材中之至少一者，該研磨層包含具有同心圓圓心與外緣之圓形研磨表面；第一溝槽組，其具有第一起始半徑且含有複數個形成於該圓形研磨表面中的第一溝槽，該複數個第一溝槽係各自依據以該第一起始半徑為函數之一組固定溝槽化圓周分率方程式(constant circumference fraction grooved equation)來配置，以提供具有第一平均值且維持於該第一平均值的約5%以內的第一溝槽化圓周分率(first circumference fraction grooved)；以及第二溝槽組，其具有第二起始半徑且含有複數個形成於該圓形研磨表面中的第二溝槽，以使該複數個第一溝槽中之數個溝槽橫跨該複數個第二溝槽中之數個溝槽至少一次，而界定出各具有四個弧形邊的複數個四邊形平台，該複數個第二溝槽係各自依據以該第二起始半徑為函數之一組固定溝槽化圓周分率方程式來配置，以提供具有第二平均值且維持於該第二平均值的約5%以內的第二溝槽化圓周分率。
如申請專利範圍第7項之研磨墊，其中，該第一起始半徑係小於該研磨墊外側半徑的約十二分之一(1/12)以提供該第一溝槽組中的每個螺旋形溝槽具有至少兩個完整轉折。
如申請專利範圍第8項之研磨墊，其中，該第二起始半徑係大於該研磨墊外側半徑的約三分之一(1/3)以提供該第二溝槽組中的每個螺旋形溝槽具有不超過一個完整轉折。
如申請專利範圍第8項之研磨墊，其中，該第二起始半徑係小於該研磨墊外側半徑的約十二分之一(1/12)以提供該第二溝槽組中的每個螺旋形溝槽具有至少兩個完整轉折。