TWI449598B - 高速研磨方法 - Google Patents
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Description
本發明大體上係關於化學機械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)之領域。尤其是，本發明係關於改善研磨效能之CMP方法。
於製造積體電路和其他的電子裝置於半導體晶圓上方面，導電、半導電、和介電材料之多層係沉積在晶圓上並且從該晶圓上蝕刻掉。可以藉由許多的沉積技術沉積這些材料之薄層。現代晶圓製程中常見的沉積技術包含物理氣相沉積(PVD)(亦稱為濺鍍)、化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、和電化學電鍍。常見的蝕刻技術除了別的以外尚包含濕式和乾式等向性(isotropic)和非等向性(anisotropic)蝕刻。
當材料層接續地沉積並蝕刻，晶圓之表面變成不平坦。因為後續的半導體製程(例如，光學微影術)要求晶圓具有平坦之表面，因此晶圓須要被週期性地平坦化。平坦化用來去除不需要的表面形貌(topography)以及表面缺陷，譬如粗糙表面、結塊材料、晶格損壞、刮痕、和受汙染之層或材料。
化學機械平坦化，或者化學機械研磨(CMP)為用來平坦化半導體晶圓和其他的工件的常見技術。於習知使用雙軸旋轉研磨機之CMP中，晶圓載體，或者研磨頭係安裝在載體組合件上。研磨頭固持晶圓和定位晶圓使之與研磨機內的研磨墊之研磨層接觸。研磨墊具有大於被平坦化之晶圓直徑二倍之直徑。於研磨過程中，當晶圓與研磨層接合時，研磨墊和晶圓繞著其各自的同心圓之中心旋轉。晶圓之旋轉軸相對於研磨墊之旋轉軸偏移大於晶圓半徑之距離，而使得研磨墊之旋轉在墊的研磨層上掃出一個環狀的(annular)「晶圓軌跡」。當晶圓唯一之運動為旋轉時，晶圓軌跡之寬度等於晶圓之直徑。然而，於一些雙軸研磨機中，晶圓會於垂直於其旋轉軸之平面上振盪。於此種情況下，晶圓軌跡之寬度比晶圓直徑寬了因振盪所產生之位移之量。載體組合件於晶圓與研磨墊之間提供可控制的壓力。於研磨過程中，漿料或其他的研磨媒介流至研磨墊並且進入晶圓與研磨層間之間隙中。藉由研磨層和晶圓表面上之研磨媒介的化學和機械動作而研磨晶圓表面並使其平坦。
於CMP過程中，研磨層、研磨媒介和晶圓表面間之互動已經由愈來愈多之研究努力，以最佳化研磨墊之設計。多數的研磨墊經過若干年發展後在本質上已經成為經驗。許多研磨表面或者層之設計已經將焦點放在為這些層提供各種的空隙(voids)圖案和溝槽的配置，而據稱因而提升了漿料之利用性或者調整了研磨的均勻度。經過這些年，已很少再有不同的溝槽和空隙圖案和配置被實施出來。先前技術中構槽圖案除了其他之外尚包括徑向式(radial)、同心圓式、直角格狀式(Cartesian grid)及螺旋式。先前技術中溝槽組構包含其中所有的溝槽之寬度和深度在所有的溝槽之間均為不變的組構，和其中溝槽之寬度和深度於各溝槽彼此之間有變化之組構。然而這些溝槽圖案和組構忽略了與具有主動晶圓載體環之CMP研磨機相關之漿料使用。
最近，G. P. Muldowney於美國專利公開第2008/0182493號中揭示了一種淺漿料槽，該淺漿料槽藉由於複數個位置之上將研磨墊溝槽對準載體環中通道以增加漿料使用而作用。此專利案教示研磨墊和載體環組合，該組合減少了於晶圓前緣之刮漿板效應(squeegee effect)，其中於墊紋理上之許多的液體膜(例如漿料)被載體環所掃離(swept off)。該專利案進一步敘述「此種潛在性可使用漿料的損失也許會降低研磨製程之效率和可預測性，同時導致明顯增加的製程成本」。
雖然Muldowney之淺漿料槽樣式增加漿料使用並且減少具有通道之載體環的刮漿板效應，但是對CMP研磨製程而言，當使用不具通道之載體環時仍有需要提供具有改善研磨效能之有效的移除率。研磨墊的設計者正持續地尋求提升移除率以增加工具產率(throughput)，和增進改良研磨效能以增進晶圓產量(yields)之溝槽圖案和研磨方法。
本發明之一個態樣提供一種於研磨媒介存在下以研磨墊研磨磁性、光學、和半導體基板至少其中之一的方法，該基板係固定在具有無通道(channel-free)表面之載體夾具內，該方法包括：a)固定該基板於該具有無通道表面之載體夾具中，該無通道表面係鄰接並且平行於該研磨墊之研磨表面，該研磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少50%之高速率路徑是在極座標之溝槽軌跡(r
)之20%內，該極座標係相對於(referenced to)研磨墊之同心圓的中心並且依據：(1)該研磨墊之同心圓的中心與待研磨之基板之旋轉中心間之距離R，(2)載體夾具之半徑Rc
，以及(3)於載體夾具中假想的溝槽之局部角(local angle)θc0
，而如下定義：
其中
γ值為從(R-Rc
)至(R+Rc
)b)施加研磨媒介至該鄰接於載體夾具之研磨墊；以及c)旋轉該研磨墊和載體夾具而以該研磨墊和研磨媒介研磨該基板，其中該載體夾具之無通道表面壓靠該研磨墊以阻止研磨媒介流入基板中並且該高速率溝槽路徑橫越載體夾具以促進研磨媒介流至該基板。
本發明之另一個態樣提供一種於研磨媒介存在下以研磨墊研磨磁性、光學、和半導體基板至少其中之一的方法，該基板係固定在具有無通道表面之載體夾具內，該方法包括：a)固定該基板於該具有無通道表面之載體夾具中，該無通道表面係鄰接並且平行於該研磨墊之研磨表面，該研
磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少50%之高速率路徑是在極座標之溝槽軌跡(r
)之20%內，該極座標係相對於該研磨墊之同心圓的中心並且依據：(1)研磨墊之同心圓的中心與待研磨之基板之旋轉中心之間距離R，(2)載體夾具之半徑Rc
，以及(3)於載體夾具中假想的溝槽之局部角θc0
，而如下定義：
其中
γ值為從(R-Rc
)至(R+Rc
)
b)施加研磨媒介至該鄰接於載體夾具之研磨墊；以及c)以相同的方向旋轉該研磨墊和載體夾具而以該研磨墊和研磨媒介研磨該基板，其中該載體夾具之無通道表面壓靠該研磨墊以阻止研磨媒介流入基板中並且該高速率溝槽路徑橫越載體夾具以促進研磨媒介流至該基板。
本發明發現以具有複數個彎曲徑向(curved-radial)溝槽之研磨墊結合無通道載體環的CMP研磨提供改善之研磨效能。尤其是，無通道載體環以類刮漿板方式(squeegee-like manner)壓靠研磨墊，而將漿料導向穿過彎曲徑向溝槽和載體環之下方至基板。相較於其他的墊-載體環組合，此種對漿料流至基板之限制能夠提供預想不到的好處。
現在參照各圖式，第1圖顯示製造用於依照本發明之方法的研磨墊100之一個實施例。如下列之說明，研磨墊100依照具有無通道載體環或者夾具108之各對應載體104(例如，晶圓載體)而特別協同設計。為了此說明書之目的，無通道載體環表示支撐基板120，但是不包含當環停靠在平坦表面上時能夠將研磨媒介(譬如研磨漿料(未顯示))從載體環外側輸送至載體環內部之通路(passageways)結構。典型上，載體環108將具有低於100μm之表面粗糙度Ra
。更有利的情況是，載體環將具有低於50μm之表面粗糙度。研磨墊100包含複數個組構成與無通道載體環108協作之墊溝槽116，以便當研磨墊100掃過載體104下方時控制研磨媒介流至被研磨之基板120(譬如半導體晶圓)。明確而言，無通道載體環108係以類刮漿板方式壓靠研磨墊100以阻止於無通道載體環108與研磨墊100之間的流體流動，而將之導向為流至墊溝槽116。因為墊溝槽116橫越無通道載體環108，因此他們促使漿料於前緣124流至基板120。確切言之，當研磨墊100與載體104分別沿預定的方向DPAD
、DCARRIER
旋轉時，此無通道載體環108與墊溝槽116之間發生交互作用。
參照第1和2圖，研磨墊100包含具有研磨表面132之研磨層128。於一實例中，可以藉由背層(backing layer)或者下墊(subpad)136而支持研磨層128，該背層或者下墊136可以與研磨層128整體形成，或者可以與研磨層128分離形成。研磨墊100典型上具有圓盤形狀，而使得研磨表面132具有同心圓的中心O
和圓形的外周緣140。外周緣140位於離O
一段徑向距離處，如由特定長度之半徑RPAD
所示。至少部分之載體可相容(carrier-compatible)溝槽116具有徑向或者彎曲徑向形狀。為了詳述本說明書之目的，徑向或者彎曲徑向形狀在沿著半徑RPAD
長度上之至少一個位置與研磨墊100之半徑RPAD
相切。可以用適合研磨被研磨之物件之任何的材料製造研磨層128，該被研磨之物件除了別的以外尚譬如半導體晶圓、磁性媒體物件(例如，電腦硬碟機之磁碟)、或者光學元件(例如，折射透鏡、反射透鏡、平面反射器或者透明平面物)。為了說明而非限制之目的，用於研磨層128之材料的例子包含各種的聚合物塑膠，除了許多其他的之外尚有聚胺甲酸脂、聚丁二烯、聚碳酸脂、和聚丙烯酸甲脂。此外，這些材料可以包含或不包含孔洞(porosity)。
墊溝槽116可以用數種適當的方式中任一種配置於研磨表面132上。於一個實例中，墊溝槽116可為周邊圍地圍繞著同心圓的中心O
，例如使用固定的角度間距(angular pitch)重複單一溝槽形狀。於第1圖顯示之另一個實例中，墊溝槽116可配置於至少一個溝槽組144，該溝槽組144重複地周邊圍繞著(例如以固定的角度間距)同心圓的中心O
。於一個實例中，溝槽組144包括複數個墊溝槽116，彼等共用相似形狀，但是延長之量不同。有利的情況是，個別墊溝槽116之區別在於其與鄰接溝槽間的間距。這些溝槽有可能與另一個溝槽(譬如圓形、螺旋形、或X-Y溝槽)相交。然而有利的情況是，這些鄰接的溝槽不與晶圓軌跡中之其他溝槽相交。如將會瞭解到的，由於研磨墊100其圓形之本質，從鄰近墊之同心圓的中心O
延伸接近或至該墊之外周緣140並具有固定的角度間距之多個溝槽間之間距會自然地朝向墊之外周緣140方向增加。因此，為了提供更均勻(uniform)的溝槽，於一些設計中，當間距超過某一量時會希望所提供之研磨墊100具有更多、但是較短之墊溝槽116。可容易瞭解的是，可依需要形成數個溝槽組144圍繞著同心圓的中心O
。
再者，配合第1圖再參照第2圖，複數個溝槽116之各者可以用任何適當的方式在研磨層132中形成，如藉由銑削(milling)、模鑄、雷射切割等。複數個墊溝槽116之各者可依需要形成具有剖面形狀148，以適配一組特定之設計準則。舉例而言，複數個溝槽116之各者可以具有三角形、正方形、長方形148a(第2圖)、或者U形剖面形狀。典型上，方形、長方形和U形剖面提供了最佳研磨性能。於另一個實例中，各墊溝槽116之剖面形狀148可以沿著溝槽之長度變化。又於另一個實例中，剖面形狀148可於一個墊溝槽116與另一個墊溝槽116之間變化。又於另一個實例中，若設有多個溝槽組144，則剖面形狀148可於一個溝槽組與另一個溝槽組間變化。所屬技術領域具有通常知識者將了解到於實行墊溝槽116之剖面形狀148時設計者具有廣泛之剖面形狀適用範圍。
現在參照第1至3圖，各墊溝槽116(第1圖)均設置有載體可相容溝槽之形狀152。於高水平位置上，載體可相容溝槽之形狀152可以藉由描述各對應之溝槽116之方向、位置、和輪廓之複數個點156加以定義。各點156可藉由於軸(譬如，像是水平軸160)間形成之角度Φ
，和從研磨墊100之同心圓的中心O
伸出的半徑γ加以定位。於一個實例中，載體可相容溝槽之形狀152可以整個，或者實質上整個研磨表面132之半徑距離(亦即，RPAD
)加以定義。於另一個實例中，載體可相容溝槽之形狀152可以與被研磨之物件(例如，晶圓120)之位置間的關係加以定義。又於另一個實例中，載體可相容溝槽之形狀152可以定義於研磨表面132(第2圖)上之研磨軌跡164之一部分內(亦即，於研磨過程中面對晶圓120或者其他被研磨之物件之研磨表面的區域)。典型的情況是，當從中心O
之徑向方向測量時載體可相容溝槽佔據至少50%之晶圓軌跡。有利的情況是，當從中心O
之徑向方向測量時載體可相容溝槽佔據至少三分之二之晶圓軌跡。最有利的情況是，載體可相容溝槽佔據整個晶圓軌跡。研磨軌跡164可以藉由內邊界164a和外邊界164b界定。所屬技術領域具有通常知識者將很快了解到，雖然內和外邊界164a、164b基本上為圓形，但是這些邊界於研磨器施予軌道的或者振動的運動至研磨之物件或研磨墊100之情況時會發生起伏(undulated)。
載體可相容溝槽之形狀152定義為三個幾何學參數之函數。第一個參數是研磨墊100之同心圓的中心O
與待研磨之基板120之旋轉中心O’
之間之距離R。於下列情況，載體104於垂直於其旋轉軸之平面上振盪，距離R為時間之週期函數，而用來決定載體可相容溝槽之形狀152的R值可以是最小值、最大值、或者中間值；較佳是使用R的時間平均值(time-average value)。第二個參數是載體104之半徑Rc
。典型的情況是，當從旋轉中心O’
測量時，載體半徑Rc
將表示載體環108之外徑。然而，所屬技術領域具有通常知識者將瞭解到，載體半徑Rc
可以另外表示從旋轉中心O’
至載體環108上另一個位置(譬如，像是載體環108之中間寬度(mid-width)或者載體環108之內徑)之徑向距離，如第3圖中所示。第三個參數是假想的載體溝槽112之角度θc0
。假想的載體溝槽112為僅用來定義研磨墊100中載體可相容溝槽之形狀152的幾何構形(geometric construct)，但是當依照本發明使用時實際上並不存在於載體環108中。可以考慮虛構的載體溝槽112以形成相對於一軸(譬如，像是水平軸160)之局部角θc
之方式定向於載體環108上。於下列情況，其中假想的載體溝槽112被如所示定向，假想的載體溝槽112a之局部角θc
為0°，假想的載體溝槽112b之局部角θc
為45°，及假想的載體溝槽112c之局部角θc
為-45°。所屬技術領域具有通常知識者將容易了解到如何對於所示之其餘可能的假想之載體溝槽112決定其局部角θc
。具有其他假想之載體溝槽方位的其他載體環之假想的載體溝槽之局部角θc
可以相同的方式輕易決定。用來決定載體可相容溝槽之形狀152的底局部角(base local angle)θc0
為形成於交叉點114之角，於該交叉點114處假想的載體溝槽112在對應於載體半徑Rc
之距離處橫越水平軸160。依定義，底局部角θc0
可為正、負、或0。當載體環108和研磨墊100旋轉時，各假想的載體溝槽112較佳在多個鄰接晶圓120之前緣的位置處對準不同之多個墊溝槽116。舉例而言，假想的載體溝槽112可以於不同的時間點下於數個晶圓內軌跡164之不同位置處，對準鄰接晶圓120之前緣的墊溝槽116。當研磨墊100與載體環108二者於反時鐘方向旋轉時，給定其中一個墊溝槽116與隨之的假想的載體溝槽112間之即時對準點(instantaneous point of alignment)將有利地於接近同心圓的中心O
處起始，向外遷移橫過晶圓軌跡164然後趨近周緣140。相似情況，當研磨墊100與載體環108二者於順時鐘方向旋轉時，給定其中一個墊溝槽116與隨之的假想的載體溝槽112間之即時對準點將有利地於接近同心圓的中心O
處起始，向外遷移橫過晶圓軌跡164然後趨近周緣140。
載體可相容溝槽之形狀152在各處均完善界定於研磨軌跡164之寬度內，也就是說，在等於或者大於內邊界164a之半徑和小於或等於外邊界164b之半徑之任何半徑處。內邊界164a可以由從同心圓的中心O
繪出之半徑r=R-Rc
定義，此處若載體104振盪的話，γ和R為時間平均值，否則為固定值。外邊界164b可以由從同心圓的中心O
繪出之半徑γ=R+Rc
定義，此處若載體104振盪的話，γ和R為時間平均值，否則為固定值。用於定義載體可相容溝槽形狀152之從同心圓的中心O
繪出之γ值因此取值從(R-Rc
)開始和至(R+Rc
)結束之半徑之間距。於此半徑區間之外(亦即於小於(R-Rc
)或者大於(R+Rc
)值)處，墊溝槽116較理想情況是依循下述軌跡於斜率等於或者相似於在研磨軌跡164之對應較接近邊界斜率處，由外插(extrapolating)載體可相容溝槽之形狀152所獲得的軌道。
再者，沿著載體可相容溝槽形狀152之一部分、或者全部之每一點156，亦可以藉由關於位在水平軸160晶圓載體104之旋轉中心O’
所測量並且由載體半徑Rc
所包夾之載體角Φ c
加以描述。因此就整體極座標(γ，Φ
)而言相對於(referenced to)同心圓的中心O
，或者就局部極座標(θc
，Φ c
)而言相對於旋轉的中心O’
，可以定位給定的點156。從此幾何上的均等，可推演出下列用於提供改善研磨效能之載體可相容溝槽之軌道的方程式。
γ值為從(R-Rc
)至(R+Rc
)
較佳的情況是研磨之進行係以載體夾具或者環108及研磨墊100於相同的方向旋轉。例如於Φ c
(γ)為負時，當從研磨表面132上方觀看時研磨墊100和載體環108於逆時鐘方向旋轉。例如於Φ c
(γ)為正時，當從研磨表面132上方觀看時研磨墊100和載體環108於順時鐘方向旋轉。有利的情況是，研磨係以高速率溝槽路徑在具有-90度至90度之θc0
角上述溝槽方程式之20%以內進行。為了此說明書之目的，所謂20%以內意指於一相對於同心圓的中心O
之給定半徑γ下該溝槽路徑之全域角(global angle)Φ
的值介於使用上述方程式於相同的半徑γ下計算之全域角Φ
之值的0.8至1.2倍之間，而所謂10%以內意指於一相對於同心圓的中心O
之給定半徑r下該溝槽路徑之全域角Φ
之值介於使用上述方程式於相同的半徑r下計算之全域角Φ
之值的0.9至1.1倍之間。
最有利的情況是，研磨係以高速率溝槽路徑在具有-30度至90度之θc0
角之上述溝槽方程式的10%以內進行。再者，有利的情況是至少50%之各高速率溝槽路徑維持在高速率溝槽方程式之20%以內。為了此說明書之目的，維持在方程式內之高速率溝槽路徑之百分比係指從同心圓的中心O
至外周緣140所測量之徑向百分比。再者，最有利的情況是，至少50%之各高速率溝槽路徑維持在10%之高速率溝槽方程式之內。更有利的情況是，研磨係以高速率溝槽路徑在具有0度至90度的θc0
角之溝槽方程式之20%以內進行。最有利的情況是，研磨係以高速率溝槽路徑在具有30度至60度的θc0
角之溝槽方程式之20%以內進行，譬如40度、45度或者47.5度。尤其是，以高速率路徑在具有40度至50度之θc0
角之溝槽方程式之20%以內進行研磨，已經證明具有優越的結果。
第4至6圖顯示各種範例墊溝槽116的細部，該等墊溝槽116與無通道載體環408作用將研磨媒介導引至晶圓420。參照第4圖，研磨墊400包含組構成重複性溝槽組444之彎曲徑向溝槽426、428、430和432。各溝槽組444包含一個426、一個428、二個430、和四個432彎曲徑向溝槽，該等溝槽當從研磨墊之中心O
測量具有不均等的(uneven)開始位置(第3圖)。共同而言，這些溝槽作用係平衡遍及晶圓軌跡之研磨墊的溝槽對表面積比(groove to surface area ratio)。溝槽426從研磨墊400之外周緣延伸至晶圓軌跡之內邊界內位置(未顯示)。溝槽428從研磨墊400之外周緣延伸至鄰接晶圓軌跡之內邊界內位置。溝槽430從研磨墊400之外周緣延伸至晶圓軌跡之中心區域內位置。溝槽432從研磨墊400之外周緣延伸至晶圓軌跡之外邊界內位置。
第5圖之研磨墊500包含組構成重複的溝槽組544之彎曲徑向溝槽526至532。各溝槽組544包含一個526、一個527、一個528、二個529、一個530、一個531、和一個532彎曲徑向溝槽。這些溝槽共同地與載體環508互動以增加晶圓520之研磨移除率。研磨墊500具有中心O
，而研磨之發生係以多個具有始自中心O
之交錯的半徑之高速率路徑的溝槽進行。整體來說，這些溝槽作用係平衡遍及晶圓軌跡之研磨墊的溝槽對表面積比率。此外，在溝槽組內之各溝槽具有交錯的轉換點(transition point)用來起始溝槽。舉例而言，這些溝槽從晶圓軌跡內側之開始點(未顯示)延伸至在晶圓軌跡之外邊界內上的位置。
第6圖之研磨墊600包含組構成重複性溝槽644之彎曲徑向溝槽616。這些溝槽組共同地與載體環608交互作用以增加晶圓620之研磨移除率。各溝槽644包含具有不均等(uneven)角間距之彎曲徑向溝槽；以及研磨發生以具有高速率溝槽路徑之多個溝槽616其中之間不均等的角間距。舉例而言，溝槽組64所包含之角溝槽間距其範圍從緊密的角間距650至寬鬆的角間距652。尤其是，各溝槽組可以包含僅不均等的角間隔開之溝槽，或者均等的角間隔開和不均等的角間隔開之溝槽之組合。此外，各溝槽組644包含具有不均等徑向間隔開之溝槽，該溝槽具有變化的轉變或者開始點。舉例而言，這些溝槽從晶圓軌跡內側之開始點(未顯示)延伸至晶圓軌跡之外邊界內位置。整體而言，這些溝槽之作用係平衡遍及晶圓軌跡研磨墊之溝槽對表面積的比率，並且能夠減少晶圓內不均勻性(within-wafer-non-uniformity；WITNU)和改善CMP製程之移除率。
第7圖顯示適合使用研磨墊704之研磨器700，該研磨墊704可以是第1至6圖之研磨墊100、400、500、和600之其中任何一種，或者是用於本發明所揭示之其他研磨墊，用來研磨如晶圓708之物件。研磨器700可以包含其上安裝有研磨墊704之壓板712。壓板712可以藉由壓板驅動器(未顯示)而繞旋轉軸A1旋轉。研磨器700尚可以包含晶圓載體720，該晶圓載體720可繞著平行於壓板712之旋轉軸A1且與之間隔開的旋轉軸A2旋轉，並且於研磨過程中支撐晶圓708。晶圓載體720可特載有平衡環結合結構(未顯示)，該結構可以使晶圓708可採取(assume)極些微不平行於研磨墊704之研磨表面724的態樣，於該情況下旋轉軸A1、A2可以極些微彼此相對歪斜(askew)。晶圓708包含面對研磨表面724之研磨表面728，該研磨表面728於研磨過程中被平坦化。晶圓載體720可藉由調適以旋轉晶圓708之載體支撐組合件(未顯示)加以支撐，並且提供向下之力F以壓靠研磨表面728至研磨墊704，而使得於研磨過程中所希望之壓力存在於研磨表面與墊之間。研磨器700亦可以包含研磨媒介入口732用來供應研磨媒介736至研磨表面。
所屬技術領域具有通常知識者將了解到，研磨器700可以包含其他的組件(未顯示)，譬如系統控制器、研磨媒介儲存器和分配系統、加熱系統、沖洗系統、和用來控制研磨製程各種方面之各種控制，除了其他的以外尚有譬如：(1)用於晶圓708和研磨墊704之一個或者二者之旋轉速率之速度控制器和選擇器；(2)用於變化速率和輸送研磨媒介736至研磨墊之速率和位置控制器和選擇器；(3)用來控制施加於晶圓和研磨墊間之力F大小之控制器和選擇器；以及(4)用來控制晶圓之旋轉軸A2相對於研磨墊之旋轉軸A1位置之控制器、制動器和選擇器。所屬技術領域具有通常知識者將了解到這些組件是如何結構和執行，而使得不需對所屬技術領域具有通常知識者詳細說明這些組件來了解和實作本發明。
於研磨期間，研磨墊704和晶圓708繞各自的旋轉軸A1、A2旋轉，而研磨媒介736從研磨媒介入口732分配至旋轉之研磨墊。研磨媒介736散佈於整個研磨表面724，包含晶圓708與研磨墊704間之間隙。研磨墊704和晶圓708典型上(但非必須)於0.1rpm至750rpm之選擇的速度旋轉。力F之大小典型上(但非必須)選擇引起晶圓708與研磨墊704間所希望之0.1psi至15psi(6.9至103kPa)壓力。具有載體環之墊溝槽間之交互作用能夠導至實質的增加基板移除率和改善晶圓對晶圓之非均勻性。
於此實例中，由位在美國德拉瓦州紐阿克市之羅門哈斯電子材料CMP技術公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies)所製造之直徑77.5公分IC 1000硬聚胺甲酸脂研磨墊其具有習知的同心圓的溝槽或者依照本發明之高速率溝槽其中一者，以顯明當與沒有通道之載體環一起使用時，高速率溝槽提升移除率之功效。同心圓的溝槽加工至深度0.76mm和寬度0.51mm於固定的間距3.1mm；高速率溝槽加工至深度0.76mm和寬度0.76mm，具有圖案和曲率如由用於高速率路徑應用遍及全部晶圓軌跡之方程式所表示。使用各溝槽類型連同不具通道之載體環於26.6kPa之向下力、120rpm之墊旋轉率、113rpm之載體旋轉率、和200及120毫升/分鐘(ml/min)之漿料流率下研磨鎢300-mm毯覆晶圓(blanket wafer)，產生表1之結果。平均值係係指自各組中四個各別晶圓所獲得結果之算術平均。
當使用具有無通道之載體環之二種溝槽類型時，相對於習知的同心圓的溝槽，於鎢毯覆晶圓上高速率溝槽於200ml/min之漿料流率增加平均60%之移除率，而於120ml/min之漿料流率增加平均84%之移除率。此外，移除率之晶圓對晶圓之不均勻性(wafer-to-wafer non-uniformity；WTWNU)於200ml/min之漿料流率減少從2.9%至1.7%，而於120ml/min之漿料流率減少從1.1%至0.7%。
100．．．研磨墊
104．．．載體
108．．．無通道載體環或者夾具
112、112a、112b、112c．．．假想的載體溝槽
114．．．交叉點
116．．．墊溝槽
120．．．基板(晶圓)
124．．．前緣
128．．．研磨層
132．．．研磨表面(研磨層)
136．．．背層或者下墊
140．．．外周緣
144．．．溝槽組
148．．．剖面形狀
148a．．．長方形
152．．．載體可相容溝槽形狀
156．．．點
160．．．水平軸
164．．．研磨軌跡(晶圓軌跡)
164a．．．內邊界
164b．．．外邊界
400．．．研磨墊
408．．．無通道載體環
420．．．晶圓
426、428、430、432．．．彎曲徑向溝槽
444．．．溝槽組
500．．．研磨墊
508．．．載體環
520．．．晶圓
526至532．．．彎曲徑向溝槽
544．．．溝槽組
600．．．研磨墊
608．．．載體環
616．．．彎曲徑向溝槽
620．．．晶圓
644．．．溝槽組
650．．．緊的角間距
652．．．寬的角間距
700．．．研磨器
704．．．研磨墊
708．．．晶圓
712．．．壓板
720．．．晶圓載體
724、728．．．研磨表面
732．．．研磨媒介入口
736．．．研磨媒介
A1、A2．．．旋轉軸
DPAD
、DCARRIER
．．．預定的方向F力
O
．．．研磨墊中心
O’
．．．基板中心
γ．．．定義溝槽形狀之從研磨墊中心繪出之距離
R．．．研磨墊中心與基板中心間之距離
Rc
．．．載體夾具之半徑
RPAD
．．．研磨墊半徑
θc0
．．．假想的溝槽之局部角
Φ
．．．各點156與軸間之角度
Φ c
．．．載體溝槽之局部角
(γ，Φ
)．．．極座標
第1圖為依照本發明之方法製造未適用於無通道載體環之研磨墊之示意上視圖；
第2圖為顯示沿著第1圖之線2-2，第1圖之研磨墊之誇大橫剖面圖，然而例示了依照本發明之方法決定溝槽路徑之載體溝槽；
第3圖為例示具有載體之研磨墊之溝槽之構形之示意上視圖，該載體具有假想的溝槽用來產生用於本發明之方法之溝槽路徑；
第4圖為製造來適用於本發明之方法之具有具變化長度之溝槽之替代之研磨墊之示意上視圖；
第5圖為製造來適用於本發明之方法之具有具變化和交錯長度之溝槽的另一研磨墊之示意上視圖；
第6圖為製造來適用於本發明之方法之具有具變化和交錯長度結合不均等間距之溝槽的另一研磨墊之示意上視圖；以及
第7圖為依照本發明之研磨系統之示意圖示。
100．．．研磨墊
104．．．載體
108．．．無通道載體環或者夾具
116．．．墊溝槽
120．．．基板(晶圓)
124．．．前緣
140．．．外周緣
144．．．溝槽組
DPAD
、DCARRIER
．．．預定的方向
O
．．．研磨墊中心
RPAD
．．．研磨墊半徑
Claims (10)
- 一種於研磨媒介存在下以研磨墊研磨磁性、光學、和半導體基板至少其中之一的方法，該基板係固定在具有無通道表面之載體夾具內，該方法包括：a)固定該基板於該具有無通道表面之載體夾具中，該無通道表面係鄰接並且平行於該研磨墊之研磨表面，該研磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少50%之該高速率路徑是在極座標之溝槽軌跡(γ)之20%以內，該極座標係相對於該研磨墊之同心圓的中心並且依據：(1)該研磨墊之同心圓的中心與待研磨之該基板之該旋轉中心間之距離R，(2)該載體夾具之半徑Rc ，以及(3)於該載體夾具中假想的溝槽之局部角θc0 ，而如下定義：
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該研磨墊具有中心且該研磨之發生係以具有起始於該中心之交錯半徑的多個溝槽進行。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該旋轉之發生係於(γ)為負時該研磨墊以逆時鐘方向旋轉，或於(γ)為正時該研磨墊以順時鐘方向旋轉。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該研磨之發生係以該高速率路徑進行，該高速率路徑在具有0度至90度θc0 角的該溝槽軌道之20%以內。
- 一種於研磨媒介存在下以研磨墊研磨磁性、光學、和半導體基板至少其中之一的方法，該基板係固定在具有無通道表面之載體夾具內，該方法包括：a)固定該基板於該具有無通道表面之載體夾具中，該無通道表面係鄰接並且平行於該研磨墊之研磨表面，該研磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少50%之該高速率路徑是在極座標之溝槽軌跡(γ)之20%以內，該極座標係相對於該研磨墊之同心圓的中心並且依據：(1)該研磨墊之同心圓的中心與待研磨之該基板之該旋轉中心間之距離R，(2)該載體夾具之半徑Rc ，以及(3)於該載體夾具中假想的溝槽之局部角θc0 ，而如下定義：
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中，該研磨墊具有中心且該研磨之發生係以具有起始於該中心之交錯半徑的多個溝槽進行。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中，該旋轉之發生係於(r)為負時該研磨墊以逆時鐘方向旋轉，或對於(r)為正時該研磨墊以順時鐘方向旋轉。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中，該研磨之發生係以具有高速率路徑之該多個溝槽其間不均等之角度間距進行。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中，該研磨之發生係以該高速率路徑進行，該高速率路徑在具有30度至60度θc0 角的該溝槽軌道之20%以內。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中，該研磨之發生係以該高速率路徑進行，該高速率路徑在具有40度至50度θc0 角的該溝槽軌道之10%以內。
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