TWI387508B - 具有終點窗孔之拋光墊及使用其之系統及方法 - Google Patents

Description

具有終點窗孔之拋光墊及使用其之系統及方法

本揭示內容係關於拋光墊，其具有突出之拋光元件及貫穿該墊之厚度之一路徑，該路徑使得可透射一監控信號以用於原位決定一拋光程序之一終點。

在半導體積體電路之製造過程中，矽晶圓係經由一系列沈積與蝕刻循環而被反覆地加工以形成覆蓋材料層與結構。一種被稱作化學機械拋光(CMP)之拋光技術被用於除去在該等沈積與蝕刻步驟之後餘留下來的表面不平整，例如突塊、高度不等之區域、槽、溝。在一化學機械拋光程序中，在存在具有研磨劑及/或蝕刻化學劑(通常為一漿液)之一拋光組合物的情況下，一基板被壓頂一拋光墊並相對其旋轉。

在該拋光程序中，較理想的係偵測當該理想的表面平坦度或層厚度已被達到的時間及/或一下層已被暴露的時間以決定何時停止拋光。舉例而言，一沈積材料可從該基板上被除去至一預定水準及隨後該拋光程序經由終點偵測、一定時程序或某些其他的物理或化學技術而被停止。在一終點偵測技術中，一光學監控系統可被用於在原位測量一基板上之一層之均勻性。該光學監控系統可包含一輻射源，其在拋光過程中將一能量束引向該基板；一偵測器，其測量被該基板反射之輻射；及一電腦，其分析來自該偵測器之一信號及計算該終點是否已被偵測到。

在某些化學機械拋光系統中，一光束被指引朝向該基板而通過該拋光墊之一拋光表面中的一開放孔穴，或通過位於該拋光表面中的該開放孔穴之一透明窗孔構件。

一般而言，本發明係指一種拋光墊，其包含一貫穿全程之路徑以透射一信號用於在原位監控一拋光操作之一終點。

在某些實施例中，該路徑對該拋光墊之拋光區域具有一最小影響(該拋光墊之表面與該基板之表面接觸及/或對於基板表面之磨耗負責)。該拋光區域沒有大型孔穴、透明窗孔，或其他會引發不諧調拋光、拋光組合物之鬱積，或拋光組合物之結垢之區域。對該拋光區域產生最小影響之監控信號之透射可提供該監控信號之一貫精確的透射而不需危害拋光性能。

在某些實施例中，由於該路徑不需從該拋光區域去除材料，因此，與習知設計相比，該路徑之透射功能與該墊之拋光功能被更有效地分離。如此的分離可提供改良的拋光與信號監控性能。

在某些實施例中，本發明所描述之拋光墊可提供以下優點之部分或全部。舉例而言，在某些實施例中，一孔穴及/或一透明構件被提供於該墊之一支撐層中，其遠離該拋光區域。將該孔穴/透明構件置於遠離該拋光區域可防止一拋光組合物進入該孔穴，其減輕該孔穴之污濁及該透明構件之磨耗。將該孔穴/透明構件置於遠離該拋光區域可維持該拋光組合物遠離該拋光墊之下側及遠離黏合劑(其用於將該透明構件保持於適當的位置)，從而可延長該墊與該黏合劑之服務壽命。

由於該透明構件不接觸到該拋光組合物，用於製成該透明構件之材料可被選定以更有效地透射該監控信號而不必實質上考慮其對反覆暴露於該拋光組合物所產生的磨損之抵抗。由於該透明構件並未由於反覆暴露於該拋光組合物而被過早地磨損，在該拋光墊之服務壽命中該透明構件可維持更一致的信號透射性能。

在一實施例中，本發明係指一拋光墊，其包含一拋光組合物分佈層，其位於一導向板之一第一側面；及一支撐層，其位於一導向板之一相對的第二側面。該導向板夾持複數個拋光元件，其沿大體垂直於一包含該拋光墊之平面之一第一方向並貫穿該拋光組合物分佈層而延伸。該拋光墊包含沿該第一方向並貫穿該墊之一厚度之一光學路徑，其用於透射一信號以在原位監控一拋光操作之一終點。

在另一實施例中，本發明係指一拋光墊，其包含一拋光組合物分佈層，其位於一透明導向板之一第一主表面。該導向板夾持複數個拋光元件，其沿大體垂直於一包含該拋光墊之平面之一第一方向並貫穿該拋光組合物分佈層而延伸。於該拋光組合物分佈層之一第一區域沒有拋光元件。一支撐層位於該導向板之第二主表面，且該支撐層包含在該第一區域之下之一透明區域。

在另一實施例中，本發明係指一拋光墊，其包含具有複數個拋光元件之一拋光組合物分佈層。該等拋光元件向上延伸通過該拋光組合物分佈層。該拋光組合物分佈層包含一第一區域，其具有至少一個透明拋光元件。具有一透明區域之一支撐層位於該第一區域之下。

在另一實施例中，本發明係指一化學機械拋光系統，其包含一平臺及在該平臺上之一拋光墊。該拋光墊包含一拋光組合物分佈層於一導向板之一第一主表面，其中該導向板夾持複數個拋光元件，其延伸通過該拋光組合物分佈層；及一支撐層於該導向板之一第二主表面。該系統進一步包含一構件，其用於將一監控信號透射通過該拋光墊；及一監控系統，用於監控一拋光操作，其中該監控系統將一監控信號發出通過該構件透射至一偵測器。

在另一實施例中，本發明係指一種方法，其包含提供具有一監控系統之一化學機械拋光裝置。該監控系統發出一監控信號用於監控一拋光操作，且一偵測器用於偵測該監控信號。該方法進一步包含提供一拋光墊，其包含具有複數個拋光元件之一拋光組合物分佈層，該複數個拋光元件延伸通過該拋光組合物分佈層，及一支撐層，其位於該拋光組合物分佈層之下。該方法進一步包含通過在該拋光墊中的一路徑將該監控信號從該光源透射到該偵測器，其中該路徑包含一透明區域於該支撐層，且一第一區域於該拋光組合物分佈層(其至少部分對準該透明區域)。該第一區域包含一沒有拋光元件之區域或一具有至少一個透明拋光元件之區域之一者。

本發明之一個或多個實施例之細節將被闡明於該等附圖及以下描述。本發明之其他特徵、目的、及優點將可明顯見於該等描述及圖式，以及申請專利範圍。

在圖式中，相同的參考數字指示相同的元件。本文中之圖式並非按比例畫成，且在該等圖式中，該等拋光墊之元件被規定大小以強調選定的特徵。

如圖1所示，一化學機械拋光裝置10包含一拋光墊15，其被置於一平臺11上。該平臺11包含一終點監控系統12。該終點監控系統12可依據預期的應用而於甚大的範圍內變化，且可包含一利用許多不同監控信號的系統。實例包含單或多波長監控信號、利用反射測量法或干涉測量法之系統。舉例而言，該監控系統12可包含一光學感測器、一渦流感測器、一電容感測器等。

在圖1所示之實施例中，該終點監控系統12為一光學系統，其包含一光源22(例如，一雷射器，如一紅光雷射器、一藍光雷射器，或一紅外線雷射器，或一發光二極體，例如一紅發光二極體、一藍發光二極體，或一紅外線發光二極體)及一光偵測器24(例如，一光電偵測器)。在此實施例中，該光學監控系統12係容納於平臺11之一凹槽26中，雖然此一配置並非必需的。

該裝置10也包含一拋光頭13，其固定一基板14(例如一半導體晶圓，其視情況被塗布有一或多個介電的、導電的或半導電層)。該終點監控系統12經由橫貫該拋光墊15之厚度之一光學路徑19，亦即沿大致垂直於包含該墊之一平面之一方向A，來監控基板14之拋光。該墊15包含一拋光組合物分佈層30，其位於一導向板32之一第一側面31。該導向板32保持長型拋光元件35之一配置，其向上突出通過該拋光組合物分佈層30。該拋光元件35可具有許多不同的形狀，但是通常該元件35為具有大致沿方向A之一縱向軸之長型的本體。該拋光墊15進一步於該導向板32之一第二側面33上包含一支撐層40。

下文將更詳細地描述示意性地顯示於圖1之光學路徑19，該光學路徑19可包含一個或多個孔穴、材料層，及/或拋光元件35，其全體對被該終點監控系統12利用之目標波長範圍內的能量或場係大體透明。在此應用中，該術語透明意為進入該光學路徑19之目標波長之能量之至少約25%(例如，至少約35%、至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約90%、至少約95%)沿該路徑19被透射通過該拋光墊15。

大體而言，在一CMP程序中之裝置10的使用期間，一化學拋光組合物(例如，一漿液，其含有一種或多種化學劑及視情況含有研磨顆粒)被塗敷於該拋光組合物分佈層30之一表面16上。當平臺11、拋光墊15及終點監控系統12繞一軸線52旋轉時，該化學拋光組合物被塗敷於該拋光墊15上。該拋光頭13被降低，使得基板14之一表面42接觸到該等拋光元件35之前端37。在該拋光組合物分佈層30將該拋光組合物分佈於該基板與該等拋光元件35的同時，該拋光頭13與該基板14繞一軸線50旋轉，使得該等拋光前端37橫向轉移跨越該拋光墊15並自基板14除去材料。該光源22將一光束23引向該表面42，且該光偵測器24測量反射自基板42之光束25(例如，來自表面42及/或表面42之一個或多個下層之表面)。

在圖1所示之實施例中，光束23及/或25之波長可依據被偵測到的特性而變化。舉一實例，該(等)目標波長可橫跨可見光譜(例如，從約400nm至約800nm)。舉另一實例，該(等)目標波長可在可見光譜之一部分內(例如，從約400nm至約450nm、從約650nm至約800nm)。舉一進一步的實例，該(等)目標波長可在光譜之可見部分之外(例如，紫外線(如，從約300nm至約400nm)、紅外線(如，從約800nm至約1550nm))。

藉由該偵測器24收集到的資訊被處理以決定是否已達到該拋光終點。舉例而言，一電腦(未顯示於圖1)可接收來自該偵測器24之測量到的光強度並評估由此產生的信號以決定該拋光終點(例如，偵測基板42之指示一新層之暴露之反射率之突然變化，利用干涉測量原理計算從基板42之外層(如一透明氧化層)去除的厚度，及/或監控該用於預定終點標準之信號)。

圖2顯示在一拋光墊115中的一獨立的長型拋光元件135之一截面視圖。在圖2所示之實施例中，該拋光元件135由一導向板132而被夾持及向上突出通過一拋光組合物分佈層130。該拋光元件135包含一拋光前端137，其可與一待被拋光之基板進行滑動或滾動接觸。舉例而言，該拋光前端137可為一大體平面或一滾動前端。在一拋光操作之拋光墊之第一次使用之前，該拋光前端137高於該拋光組合物分佈層130之上表面160之上之高度h至少為約0.25mm至3.0mm，且在某些實施例中h可為0.5mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm或更多，其取決於使用的拋光組合物及選定用於該拋光元件135之材料。

該拋光元件135包含一長型本體170，其具有大致沿方向A之一縱向軸線。該長型本體170位於一主孔172之內，其延伸通過該拋光組合物分佈層130及該導向板132。該拋光元件135進一步包含至少一個從該本體170向外延伸之凸緣174，其與藉由該導向板132之主孔172內的一底切區域178所形成的一凸肩176接合。在圖2所示之實施例中，該拋光元件135包含一核心區域180，雖然此一配置並非必需的。

在某些實施例中，該拋光元件135位於一支撐層140之一第二主表面133上，且可視情況藉由一層諸如雙面膠帶或環氧樹脂之較佳為透明之黏合劑(未顯示於圖2)而附接於該表面133上。如此，該等拋光元件135可自由的在沿其縱向軸線A之一垂直方向上獨立地移動，其通過該導向板132之主孔172及該拋光組合物分佈層130。

該拋光元件135之長型本體170之截面形狀可視該預期的應用而在甚大的範圍內變化。舉例而言，圓形、三角形、及梯形截面形狀已被發現有用。舉例而言，圖3之拋光墊215包含具有一圓形截面形狀之拋光元件235，其提供具有一大體圓柱形主體之一拋光元件。在此實施例中該拋光前端237也為大體圓形，且具有至少約50μm之一直徑D。在某些實施例中，該拋光前端237之直徑D為約50μm至約20mm，在某些實施例中該直徑D為約5mm至約15mm，且在其他的實施例中該直徑D為約12mm至約15mm。

取決於預期的應用，該等拋光元件235可以許多不同的式樣(該等式樣可為規則的或不規則的)被配置於該拋光組合物分佈層230之一表面260上。該等拋光元件235大體可覆蓋該整個表面260，或存在不包含拋光元件235之表面260之區域292。在某些實施例中，該等拋光元件具有一平均密度，其在該表面260之總面積之約30%與約80%之間，此乃藉由每一個拋光元件235之直徑D與該拋光墊215之直徑d而被決定。

再次參照圖2，整個該導向板132之各孔172之深度與間距可視乎一特定的CMP程序的需要而變化。該等拋光元件135之每一者被夾持於互相齊平及與該導向板132齊平的方向，且突出於該拋光組合物分佈層130之表面之上。藉由該等拋光元件135所創造的處於該導向板132及該拋光組合物分佈層130之上的體積提供用於一拋光組合物在該拋光組合物分佈層130之表面160上的分佈空間。該等拋光元件135突出一定的量於該拋光組合物分佈層130之上，該量至少部分取決於該等拋光元件135之材料特性及該拋光組合物(較佳地為一漿液)在該表面160上所需的流動。

該等拋光元件135可由許多不同的材料製成，舉例而言，其包含金屬、陶瓷、聚合物材料及其組合。合適的聚合物材料包含聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯，及美國德拉瓦州Wilmington市E.I. DuPont de Nemours,Inc.出品之可用商標名稱DELRIN購得的縮醛。此等材料之任一種可對於該終點監控系統12(圖1)之目標波長透明。在其他的實施例中，此等材料之任一種(無論透明與否)可藉由將諸如碳、石墨、金屬或其組合之填料包含於此而被製成可導電的及/或可導熱的。在其他的實施例中，導電聚合物(舉例而言，如德國Ammersbek自治區Ormecon Chemie所生產之商品名稱為ORMECOM的苯胺(PANI))可被運用，其可與上述導電或導熱填料併用或單獨使用。

雖然該拋光元件135之該長型本體170、該拋光前端137及該核心180可由相同材料製成，但是此一配置並非必需，且該拋光元件135之此等部分可隨一特定應用之需要而為相同或不同的材料。舉例而言，在某些實施例中該核心180及/或該本體170可由傳導材料製成及被一絕緣材料隔開。在某些實施例中，如WO/2006/055720(以引用的方式併入本文)所描述，該拋光元件135之核心180可包含感測器以偵測壓力、傳導率、電容、渦流等。在另一實施例中，該拋光元件135之該本體170(其由第一材料製成)可被包入一第二且不同材料中，舉例而言，以將信號透射通過該光學元件135。在此配置中，該第二材料不參與拋光操作。

再次參照圖2，在某些實施例中該導向板132可為該等拋光元件135提供橫向支撐及允許該元件135沿方向A獨立移動。該導向板132包含該拋光組合物分佈層130於其第一側面，較佳地於其第一主表面131；及一支撐層140於其第二側面，較佳地於其第二主表面133。該導向板可進一步包含一選擇性的不透水膜層145於其第二主表面133以控制液體拋光組合物之滲漏。

該導向板132可由許多不同的材料製成，但是一非傳導及不透水聚合物材料係較佳的，且已發現聚碳酸酯特別有用。該聚合物材料較佳地透明於該終點監控系統12(圖1)之目標波長。

該拋光組合物分佈層130也可由許多不同的聚合物材料製成，且聚氨酯、聚乙烯及其組合係特別有用的。較佳地使聚氨酯與聚乙烯呈泡沫狀以在該層130在拋光作業中被壓縮時提供一集中於基板之正面壓力。具有開放式微孔的發泡材料係較佳的。在某些實施例中，該層130具有在10%與90%之間的多孔性，及可視需要被藉由一層較佳係透明的黏合劑、或一雙面膠帶(未顯示於圖2)而被固定於該導向板132。在一替代實施例中，該拋光組合物層130由一水凝膠材料製成，舉例而言，如一親水性胺基甲酸乙脂，其可吸收約5%至約60%(按重量計算)範圍內的水分以在拋光操作中提供一油滑的表面。

該拋光組合物分佈層130大體將一拋光組合物均勻地分佈於該基板表面，其可提供更均勻的拋光操作。該拋光組合物分佈層130可視需要包含抗流動元件，如擋板、溝槽(未顯示於圖2)，或孔隙，以在拋光操作中調節該拋光組合物之流速。在某些實施例中，該層130可包含不同材料之不同層以在該表面160之不同深度得到理想的拋光組合物流速。舉例而言，一位於該拋光表面160之表面層可具有較大的孔隙以增加一漿液在該表面160上的流動量與速率，同時一鄰近該導向板132之較低層具有較小的孔隙以保持更多的漿液接近該表面160層並更精確地調節漿液之流動。

該支撐層140可由許多不同的材料製成，且較佳地為不透水(雖然透水材料可結合一選擇性的膜層145而被運用)。該支撐層140可以係不可壓縮的，如一剛性框架或外殼，但是較佳地為可壓縮的以提供集中於該拋光表面160之一正面壓力。該支撐層140較佳地由一聚合物材料製成，其較佳的為發泡聚合物，且更佳的為具有封閉微孔之發泡材料。已發現聚氨酯係特別有用的。舉例而言，合適的聚氨酯包含該等美國康乃狄克州Rogers社區的Rogers Corp.所生產之商品名稱為PORON者，以及該等美國密西根州Midland市Dow Chemical所生產之商品名稱為PELLETHANE者，特別係PELLETHANE 2102-65D。其他的合適的材料包含聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，舉例而言，如以商品名稱MYLAR廣泛可取得的二軸定向PET，以及黏合橡膠板，其可購自美國加州Santa Ana市Rubberite Cypress Sponge Rubber Products,Inc.所生產之商品名稱為BONDTEX者。藉由一層黏合劑，較佳地為一透明黏合劑或一雙面膠帶，該支撐層140可視需要被固定於該導向板上。

再次參照圖3，該拋光墊215包含一區域292，其提供貫穿該墊215之厚度之一路徑290(例如，大致垂直於該拋光墊之表面260)。如以下詳細討論，該區域292可免除拋光元件235，或可包含透明拋光元件235。

在圖4所闡釋之一實施例中，一拋光墊315包含一拋光組合物分佈層330、一導向板332、及一支撐層340。該拋光組合物分佈層330及該導向板332集合地大體透明於被該終點監控系統12(圖1)利用之目標波長範圍內的能量或場。在某些實施例中，該拋光組合物分佈層330及/或該導向板332係由一透明聚合物材料製成。

該導向板332包含複數個孔穴372，其每一者夾持一拋光元件335。每一個拋光元件335包含一長型本體370、一夾持凸緣374、及一拋光前端337。

在此實施例中，該拋光墊315之一區域392沒有拋光元件335。在該區域392中，貫穿該拋光墊315之厚度之一路徑390(其大體垂直於該拋光墊315之一主表面之一平面並沿方向A)包含一孔穴391於該支撐層340。

在此申請案之任一實施例中，該拋光組合物分佈層330可視需要包含一孔穴(如參見圖4之孔穴393)，其覆蓋及/或大體對準該支撐層340中之一孔穴(如圖4之391)。

在圖5所闡釋之一實施例中，一拋光墊415包含一拋光組合物分佈層430、一導向板432、及一支撐層440。該拋光組合物分佈層430及該導向板432集合地大體透明於被該終點監控系統12(圖1)利用之目標波長範圍內的能量或場。在某些實施例中，該拋光組合物分佈層430及/或該導向板432係由一透明聚合物材料製成。

該導向板432包含複數個孔穴472，其每一者夾持一拋光元件435。每一個拋光元件435包含一長型本體470、一夾持凸緣474、及一拋光前端437。

在此實施例中，該拋光墊415之一區域492沒有拋光元件435。在該區域492中，貫穿該拋光墊415之厚度之一光學路徑490(其大體垂直於該拋光墊415之一主表面之一平面並沿方向A)包含一孔穴491於該支撐層440。在此實施例中，該孔穴491包含一透明構件(例如，一塞子)487。藉由一合適的透明黏合劑或膠帶，該透明構件487可被固定於該導向板432之第二側面，較佳地固定於該導向板432之一第二主表面434。在某些實施例中，一原位固化(cure in place)黏合劑可被運用。

舉例而言，該透明構件487可由一種或多種聚合物材料形成，如一聚氨酯或一鹵化聚合物(例如，聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、或聚四氟乙烯(PTFE))。

該透明構件487大體透明於被該終點偵測裝置12(圖1)利用之目標波長範圍內的能量。在某些實施例中，撞擊到該透明構件487之一目標波長之能量之至少約25%(例如，至少約35%、至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約90%、至少約95%)被透射通過。

舉例而言，該透明構件487可由具有一約為或小於1.48(例如，約為或小於1.45、約為或小於1.4、約為或小於1.35、約等於水之折射率)之折射率之一材料製成，其可降低沿一光學路徑490之介面反射及改進該終點偵測裝置之信號雜訊比。在某些實施例中，該透明構件487可由一高光學性各向同性聚合物形成，其可幫助維持來自該終點偵測裝置之詢問能量束之偏振。

在某些實施例中，該透明構件487之表面也可視需要被粗糙化以改進對該導向板432之黏附，或改變傳播通過它們的光束之干涉。

在某些實施例中，該拋光組合物分佈層430可包含一孔穴(未顯示於圖4)，其覆蓋該支撐層440之孔穴491。

在圖6所闡釋之一實施例中，一拋光墊515包含一拋光組合物分佈層530、一導向板532、及一支撐層540。該拋光組合物分佈層530及該導向板532集合地大體透明於被該終點監控系統12(圖1)利用之目標波長範圍內的能量或場。在某些實施例中，該拋光組合物分佈層530及/或該導向板532係由一透明聚合物材料製成。

該導向板532包含複數個孔穴572，其每一者夾持一拋光元件535。每一個拋光元件535包含一長型本體570、一夾持凸緣574、及一拋光前端537。

在此實施例中，該拋光墊515之一區域592沒有拋光元件535。在該區域592中，貫穿該拋光墊515之厚度之一光學路徑590(其大體垂直於該拋光墊515之一主表面之一平面並沿方向A)包含一孔穴591於該支撐層540。特別是當該支撐層540由一發泡或其他多孔材料製成時，該孔穴係有用的以藉由一黏合劑588至少部分將該泡沫圍封於該孔穴591之圍壁內。該黏合劑588較佳地在該孔穴591內圍封於該導向板532與該支撐層540之間的介面，以及在該孔穴591內沿該支撐層540之暴露圍壁。黏合劑588之一大體連續珠粒可大體消除液態拋光組合物之遷移(其可干擾該終點裝置之操作)。任一合適的黏合劑588可被運用及快速固化，抗濕黏合劑係較佳的，且此等類型之透明黏合劑特別較佳。

在某些實施例中，該拋光組合物分佈層530可包含一孔穴(未顯示於圖5)，其覆蓋該支撐層540之孔穴591。

在圖7所闡釋之另一實施例中，一拋光墊615包含一拋光組合物分佈層630、一導向板632、及一支撐層640。該拋光組合物分佈層630及該導向板632集合地大體透明於被該終點監控系統12(圖1)利用之目標波長範圍內的能量或場。在某些實施例中，該拋光組合物分佈層630及/或該導向板632係由一透明聚合物材料製成。

該導向板632包含複數個孔穴672，其每一者夾持一拋光元件635。每一個拋光元件635包含一長型本體670、一夾持凸緣674、及一拋光前端637。

在此實施例中，該拋光墊615之一區域692沒有拋光元件635。該區域692覆蓋及至少部分對準該支撐層640之一區域695。該區域695(其可由一相同或不同於該支撐層640之其餘部分之材料製成)大體透明於被該終點偵測裝置12(圖1)利用之目標波長範圍內的能量。在某些實施例中，撞擊到該區域695之一目標波長之能量之至少約25%(例如，至少約35%、至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約90%、至少約95%、)被透射通過。

舉例而言，該區域695可為透明的，或可藉由對該材料施加熱及/或壓力而被製成透明的，或一透明材料可被澆鑄在一孔穴中的位置內，該孔穴被合適地置於該支撐層640(亦即，在該區域692之下)。在一替代實施例中，診整個支撐層640可由一材料製成，其為或可被製成透明於被該終點偵測裝置利用之目標波長範圍內的能量。舉例而言，用於該層640及該區域695之較佳的透明材料包含聚氨酯。

在某些實施例中，該拋光組合物分佈層630可包含一孔穴(未顯示於圖6)，其覆蓋該支撐層640之區域695。

在圖8所闡釋之另一實施例中，一拋光墊715包含一拋光組合物分佈層730及一導向板732(其每一者可視需要由透明材料製成)，以及一支撐層740。在該拋光墊715之一第一區域799中，該導向板732包含複數個孔穴772，其每一者夾持一拋光元件735。每一個拋光元件735包含一長型本體770、一夾持凸緣774、及一拋光前端737。

不同於該第一區域799，該拋光墊715之一第二區域792包含至少一個透明拋光元件735A。在該區域792中，貫穿該拋光墊715之厚度之一光學路徑790(大體垂直於該拋光墊715之主表面之一平面並沿方向A)橫貫至少一個透明拋光元件735A，其覆蓋及至少部分對準該支撐層740之一區域795。該區域795(其可由一相同或不同於該支撐層740之其餘部分之材料製成)大體透明於被該終點偵測裝置12(圖1)利用之目標波長範圍內的能量。在某些實施例中，撞擊到該區域695之一目標波長之能量之至少約25%(例如，至少約35%、至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約90%、至少約95%、)被透射通過。

舉例而言，可藉由對該材料施加熱及/或壓力，或可將一透明材料澆鑄在該支撐層740之一孔穴中的位置內，而將該區域795製成為透明。在一替代實施例中，該整個支撐層740可由一材料製成，其為或可被製成對於被該終點偵測裝置利用之目標波長範圍內的能量是透明的。舉例而言，用於該層740及該區域795之較佳的透明材料包含聚氨酯。

在圖8所示之實施例中，包含該透明拋光元件735A之該區域792的尺寸可依據預期的應用而在甚大的範圍內變化。該拋光墊715可包含一單一透明拋光元件735A、一相對較小數目的透明拋光元件735A，或僅透明拋光元件735A。僅具有透明拋光元件之拋光墊715的製造成本通常較低，且至少出於此目的，其優於包含透明與不透明拋光元件之混合的墊。

再次參照圖2，描述於此之拋光墊115的製造成本相對較低。合適的製造程序係描述於美國專利申請案第60/926,144號，其全文以引用的方式併入本文中。本文描述一例示性之製造程序之一簡要討論，其並非意欲做出限制。舉例而言，可藉由利用一黏合劑層壓一合適之相對剛性聚合物材料(例如，聚碳酸酯)之一薄板的雙側而製成該導向板132。該等黏合劑層可被用於黏結一合適的拋光組合物分佈層130，及隨後一孔穴陣列可被形成(例如，藉由鑽孔)於該薄板，以形成該等鑽孔170及該等底切區域174。

該等拋光元件135宜係射出成形，且隨後被應用於該鑽孔薄板。由於該等拋光元件135包含凸緣174，重力將該等元件135拉入該導向板132之鑽孔170中的位置內。

一支撐層140隨後可被層壓入由此產生的構造之上，以形成一完整的拋光墊。

本發明進一步指向一種方法，其中由一化學機械拋光裝置之一監控系統發出的監控信號，被透射通過一拋光墊之一厚度至一偵測器，以監控一拋光操作中之一終點。以上描述於圖2-8之該等拋光墊包含一透明區域(於該支撐層)及一第一區域(於該拋光組合物分佈層)，其至少部分對準該透明區域。於該拋光組合物分佈層之第一區域包含沒有拋光元件之一區域或具有至少一個透明拋光元件之一區域其中之一。該監控信號可經由該第一區域(於該拋光組合物分佈層)及該透明區域(於該支撐層)而被透射通過該拋光墊之厚度。

現在將參照以下非限制的實例來闡釋描述於本發明之該等拋光墊。

實例

光學終點信號檢測可利用描述於此的該等拋光墊而被執行，且將該等結果與商業可取得的拋光墊(其可購自美國加州Santa Clara之Applied Materials,Inc.之商品名稱為Mirra者)進行比較。

將200mm矽晶圓沈積以5000二氧化矽，接著沈積以250氮化鉭(TaN)，及沈積一薄銅層，接著為15,000電鍍銅膜。

在該程序中，將2磅每平方英寸(Psi)(約13,800N/m² )的拋光壓力施加於該等晶圓且將該墊台以100rpm旋轉。以150ml/min的速度提供來自臺灣臺北市Paulmark International,Inc.的商業可取得之去銅漿液。

由於銅表面的反射率較高，最初的信號強度較高，但是隨著該銅表面被去除以暴露出阻隔材料(在此情況下為TaN)，表面反射率被減小且可觀察到信號強度之降低。反射率之降低被用於判定該銅拋光程序之結束。

將該等拋光墊就信號完整性及信號大小而予檢測，在位置1之工具觀察到的該信號強度變化在習知墊而言約為10-12單位。在圖4與8中描述於此的該等拋光墊之每一者出現一約8-12單位之等級之信號強度變化於位置1處之工具上。此等結果表示該等目前描述的拋光墊之光學路徑之信號透射特性相似於商業可取得拋光墊之透射特性。

本發明之各種實施例已被描述。此等及其他實施例包含在以下之申請專利範圍內。

10．．．化學機械拋光裝置

11．．．平臺

12．．．終點監控系統

13．．．拋光頭

14．．．基板

15．．．拋光墊

16．．．表面

19．．．光學路徑

22．．．光源

23．．．光束

24．．．光偵測器

25．．．光束

26．．．凹槽

30．．．拋光組合物分佈層

31．．．第一側面

32．．．導向板

33．．．第二側面

35．．．長型拋光元件

37．．．拋光前端

40．．．支撐層

42．．．表面/基板

50．．．軸

52．．．軸

115．．．拋光墊

130．．．拋光組合物分佈層

131．．．第一主表面

132．．．導向板

133．．．第二主表面

135．．．長型拋光元件

137．．．拋光前端

140．．．支撐層

145．．．選擇性不透水膜層

160．．．表面

170．．．長型本體

172．．．主鑽孔

174．．．底切區域

176．．．凸肩

178．．．底切區域

180．．．核心區域

215．．．拋光墊

230．．．拋光組合物分佈層

235．．．拋光元件

237．．．拋光前端

260．．．表面

290．．．路徑

292．．．區域

315．．．拋光墊

330．．．拋光組合物分佈層

332．．．導向板

335．．．拋光元件

337．．．拋光前端

340．．．支撐層

370．．．長型本體

372．．．孔穴

374．．．凸緣

390．．．路徑

391．．．孔穴

392．．．區域

393．．．孔穴

415．．．拋光墊

430．．．拋光組合物分佈層

432．．．導向板

434．．．第二主表面

435．．．拋光元件

437．．．拋光前端

440．．．支撐層

470．．．長型本體

472．．．孔穴

474．．．凸緣

487．．．透明構件

490．．．光學路徑

491．．．孔穴

492．．．區域

515．．．拋光墊

530．．．拋光組合物分佈層

532．．．導向板

535．．．拋光元件

537．．．拋光前端

540．．．支撐層

570．．．長型本體

572．．．孔穴

574．．．凸緣

588．．．黏合劑

590．．．光學路徑

591．．．孔穴

592．．．區域

615．．．拋光墊

630．．．拋光組合物分佈層

632．．．導向板

635．．．拋光元件

637．．．拋光前端

640．．．支撐層

670．．．長型本體

672．．．孔穴

674．．．凸緣

692．．．區域

695．．．區域

715．．．拋光墊

730．．．拋光組合物分佈層

732．．．導向板

735．．．拋光元件

735A．．．拋光元件

737．．．拋光前端

740．．．支撐層

770．．．長型本體

772．．．孔穴

774．．．凸緣

790．．．光學路徑

792．．．區域

795．．．區域

799．．．第一區域

圖1為一化學機械拋光(CMP)裝置之一示意性的截面視圖，該裝置利用描述於此之拋光墊。

圖2為包含一拋光元件之一拋光墊之一部分之一示意性的截面視圖。

圖3為一拋光墊之一示意性的俯視圖，該拋光墊具有包含一光學路徑之一區域。

圖4為一拋光墊之一實施例之一截面視圖，該拋光墊具有一光學路徑，其包含一第一孔穴於一拋光組合物分佈層，其至少部分覆蓋於一支撐層之一第二孔穴。

圖5為圖4之拋光墊之一截面視圖，其中該光學路徑包含於該第二孔穴之一透明塞。

圖6為圖4之拋光墊之一截面視圖，其中該支撐層中之孔穴藉由一層黏合劑而至少被部分密封。

圖7為一拋光墊之一實施例之一截面視圖，該拋光墊具有一光學路徑，其包含一第一孔穴於一拋光組合物分佈層，其至少部分覆蓋一支撐層之一透明區域。

圖8為一拋光墊之一實施例之一截面視圖，該拋光墊具有一光學路徑，其包含一透明拋光元件，其至少部分覆蓋一支撐層之一透明區域。

215．．．拋光墊

230．．．拋光組合物分佈層

235．．．拋光元件

237．．．拋光前端

260．．．表面

290．．．路徑

292．．．區域

Claims (22)

1. 一種拋光墊，其包括：一拋光組合物分佈層，其位於一導向板之一第一側面；及一支撐層，其位於一導向板之一相對的第二側面；其中該導向板夾持複數個拋光元件，其沿大體垂直於一包含該拋光墊之平面之一第一方向並貫穿該拋光組合物分佈層而延伸；其中該拋光墊包括一沿該第一方向並貫穿該墊之一厚度之光學路徑，其用於透射一信號以在原位監控一拋光操作之一終點。
2. 如請求項1之拋光墊，其中該光學路徑包括在該拋光組合物分佈層之一第一區域，其沒有拋光元件，及在該支撐層之一透明區域，其中該透明區域大體沿該第一方向對準該第一區域。
3. 如請求項2之拋光墊，其中該透明區域包括在該支撐層內之一孔穴。
4. 如請求項3之拋光墊，其中該拋光組合物分佈層包括一孔穴，其位於該支撐層內孔穴之上方。
5. 如請求項3之拋光墊，進一步於該支撐層內孔穴之中包括一透明構件，其中該透明構件接近該導向板之第二側面。
6. 如請求項5之拋光墊，在該透明構件與該導向板之一主表面之間進一步包括一層黏合劑。
7. 如請求項3之拋光墊，於該支撐層內孔穴之一暴露圍壁之至少一部分上進一步包括一黏合劑。
8. 如請求項5之拋光墊，於該支撐層與該導向板之間之一介面處進一步包括一黏合劑。
9. 如請求項1之拋光墊，其中該導向板係透明的。
10. 如請求項2之拋光墊，其中該支撐層內之透明區域包括一透明聚合物。
11. 如請求項2之拋光墊，其中該整個支撐層包括一透明聚合物。
12. 如請求項1之拋光墊，其中該導向板包括一透明聚合物。
13. 如請求項1之拋光墊，其中該等拋光元件包括長型之圓柱體，且其中該等圓柱體之一縱向軸線係沿該第一方向。
14. 如請求項13之拋光墊，其中該等拋光元件包括一凸緣，且其中該凸緣接合該導向板。
15. 如請求項1之拋光墊，其中該等拋光元件具有一中空本體。
16. 如請求項1之拋光墊，其中該導向板包括一孔穴陣列，且其中至少該等孔穴之一部分包括一主鑽孔與一底切區域，且其中該底切區域形成一凸肩，其夾持一拋光元件之一凸緣。
17. 一種拋光墊，其包括一拋光組合物分佈層，其包括複數個拋光元件，其中該等拋光元件向上延伸通過該拋光組合物分佈層，且其中該拋光組合物分佈層包括一第一區域，其包括至少一透明拋光元件；及一支撐層，其包括一位於該第一區域之下的透明區域。
18. 如請求項17之拋光墊，其中該導向板係透明的。
19. 如請求項17之拋光墊，其中該支撐層內之透明區域包括一透明聚合物。
20. 如請求項17之拋光墊，其中整個該支撐層包括一透明聚合物。
21. 一種化學機械拋光系統，其包括：一平臺；如請求項17之拋光墊；及一監控系統用於監控一拋光操作，其中該監控系統發出一監控信號通過該第一區域與該透明區域至一偵測器。
22. 一種方法，其包括使用如請求項1或17之拋光墊拋光一工件。