TWI558505B - 研磨墊之修整方法及修整裝置 - Google Patents

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Description

研磨墊之修整方法及修整裝置
本發明係有關於研磨墊之修整方法及修整裝置，且更特別的是，有關於研磨墊中用以研磨基板(例如，半導體晶圓)之表面的修整方法及裝置。
近年來，高整合度及高密度的半導體元件要求愈來愈小的佈線圖案或互連，以及愈來愈多的互連層。在較小的電路中有多層互連會造成較大的階差(step)而在互連下層會以表面不規則性反映出來。互連層數增加使得有階差組構之薄膜的塗膜效能(film coating performance)(階差覆蓋率)會很差。因此，較佳之多層互連需要改善階差覆蓋率以及適當的表面平坦化。此外，由於光蝕刻光學系統的焦點深度會隨著光蝕刻製程的微型化而變小，因此需要平坦化半導體元件的表面使得半導體元件表面上的不規則階差將落在焦點深度內。
因此，在半導體元件的製造製程中，半導體元件表面的平坦化變成愈來愈重要。最重要的平坦化技術之一為化學機械研磨法(CMP)。因此，已有人使用化學機械研磨裝置來平坦化半導體晶圓的表面。在該化學機械研磨裝置中，是在供給內含磨粒(例如，氧化鈰(CeO2))的研磨液至研磨墊時，使基板(例如，半導體晶圓)與研磨墊滑動接觸，藉此可研磨該基板。
用於完成上述CMP製程的研磨裝置包括有研磨墊之研 磨平台，以及稱作頂環或研磨頭的基板固持裝置，其係用於固持基板，例如半導體晶圓。使用此一研磨裝置，以基板固持裝置保持基板以及使其以預定的壓力貼著研磨墊，藉此研磨基板上的絕緣膜或金屬膜。
在研磨一個或多個基板後，研磨液中的磨粒或基板的磨除粒子會附著至研磨墊表面，而導致研磨墊的性質改變以及研磨效能劣化。因此，在重覆地用同一個研磨墊研磨基板時，研磨速率會降低以及造成研磨作用不均勻。因此，進行研磨墊的修整(也被稱作打磨(dressing))以重建已劣化的研磨墊表面。
用於執行研磨墊之修整(打磨)的修整裝置(打磨裝置)一般有可搖擺臂部以及固定至該臂之前端的打磨器，如日本早期公開專利案第2002-200552號所揭示者。在由修整裝置執行的修整製程中，在打磨器藉由該臂部沿著研磨墊的徑向擺盪以及繞著自己的軸線旋轉時，打磨器貼著在旋轉研磨平台上的研磨墊以去除附著至研磨墊的磨粒及磨除粒子以及弄平及打磨該研磨墊。通常使用與墊表面接觸之表面(打磨表面)有鑽石顆粒電沉積於其上的打磨器。
在習知修整裝置(打磨裝置)中，在打磨器沿著研磨墊之徑向擺盪的情形下，為了最大化研磨墊的壽命而將打磨器的擺盪速度調整成可均勻地打磨整個墊表面以及使研磨墊平坦地磨除。
本案發明人已重覆實施利用研磨墊來研磨基板的實 驗，該研磨墊係已用擺盪速度已被調整成使得每個研磨墊可平坦地磨除的打磨器修整(打磨)。結果，本案發明人得知研磨液(漿液)供給至基板之中央部份的數量由於以下因素之間的關係而變稀少：研磨壓力、研磨平台及頂環的個別轉速、研磨墊表面中之溝槽或孔的形狀，從而整個基板表面無法得到均勻的研磨速率。
特別是，在氧化鈰CMP製程中，使用研磨墊表面中有許多小孔而被稱作帶孔墊(perforated pad)的研磨墊，以及在含有作為磨粒之氧化鈰(CeO2)的研磨液供給至研磨墊時研磨基板，就用於使基板以400 hPa或更高之高壓貼著研磨墊來研磨基板的高壓研磨法而言，研磨液(漿液)難以進入基板之被研磨表面的中央部份。因此，研磨液(漿液)的數量變稀少使得在基板被研磨表面之中央部份的研磨速率降低，導致整個基板有不均勻的研磨速率。
此外，與去除基板上有厚度相對大之絕緣膜或金屬膜的情形一樣，在需要長時間研磨時，氧化鈰磨粒的研磨效能會由於研磨墊表面的溫度上升而降低，以及研磨液(漿液)的供給能力會由於研磨墊的表面狀態改變而隨著時間降低。
鑑於上述情況已做出本發明。因此，本發明的目標是要提供研磨墊的修整方法及裝置，這可防止基板(例如，半導體晶圓)被研磨表面之中央部份的研磨速率降低，以及對於整個基板表面可均勻地平坦化基板的被研磨表面。
為了達成上述目標，根據本發明的第一態樣，提供一 種用於修整研磨平台上之研磨墊的方法，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含下列步驟：使打磨器與該研磨墊接觸；以及藉由使該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動來修整該研磨墊；其中該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度。
在本發明之較佳態樣，該打磨器之該標準移動速度為可均勻地磨除該研磨墊之整個表面的移動速度。
根據本發明提供一種用於修整研磨平台上之研磨墊的方法，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含下列步驟：使打磨器與該研磨墊接觸；以及藉由使該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動來修整該研磨墊；其中該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於該打磨器在該研磨墊之該預定區域根據標準移動配方(standard moving recipe)的移動速度以增加藉由與該研磨墊之該預定區域接觸來研磨在該基板上之該薄膜的研磨速率。
根據本發明，藉由使得用於打磨研磨墊之該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於該打磨器在該研磨墊之該預定區域根據標準移動配方的移動速度以修整該研磨墊，墊被打磨器刮擦的距離(pad scratching distance by the dresser)在該打磨器之移動速度高的該預定區域中為小距離，而墊被打磨器刮擦的距離在該打磨器之移動速度 低的其他區域中為大距離。因此，留在該研磨墊之預定區域中的漿液量變大，而留在該研磨墊之其他區域中的漿液量變小。因此，可增強基板上之薄膜的研磨速率，其中，該薄膜係與在研磨墊上之剩餘漿液量大的預定區域滑動接觸而被研磨。以往，由於打磨器的移動速度已經是經調整成可均勻地磨除研磨墊之整個表面的移動速度，因此基板上某一區域(例如，基板的中心區)的研磨會不足。不過，根據本發明，可防止此一基板區域的研磨速率降低以改善研磨速率在整個基板表面上的面內均勻性(in-plane uniformity)。墊刮擦距離的定義為在打磨器與研磨墊表面接觸時在打磨器表面上之磨粒於預定時間內在研磨墊表面上行進的行進距離。
標準移動配方並非意指打磨器的移動速度在研磨墊的所有區域上是均勻的。由於打磨器的工作範圍有限，因此打磨器需要折返操作(turn-back operation)，以及打磨器主體有一定的大小，即使打磨器在研磨墊的所有區域上以均勻的速度移動，仍無法均勻地磨除該研磨墊。以實驗產生之該標準移動配方係藉由基於考慮到上述幾點的模擬來進行實驗以及重覆實驗結果的反饋而得到。在此，使得該打磨器有高移動速度或使得該打磨器有低移動速度係意指使得該打磨器的移動速度大於或小於在標準移動配方在相同區域的移動速度。
根據本發明的第二態樣，提供一種用於修整研磨平台上之研磨墊的方法，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面 上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含下列步驟：使打磨器與該研磨墊接觸；以及藉由使該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動來修整該研磨墊；其中該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度。
在本發明之較佳態樣，該打磨器之該標準移動速度為可均勻地磨除該研磨墊之整個表面的移動速度。
根據本發明，提供一種用於修整研磨平台上之研磨墊的方法，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含下列步驟：使打磨器與該研磨墊接觸；以及藉由使該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動來修整該研磨墊；其中該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域根據標準移動配方的移動速度以減少藉由與該研磨墊之該預定區域接觸來研磨在該基板上之該薄膜的研磨速率。
根據本發明，藉由使得用於打磨研磨墊之該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域根據標準移動配方的移動速度以修整該研磨墊，墊被打磨器刮擦的距離在該打磨器之移動速度低的該預定區域中為大距離，而墊被打磨器刮擦的距離在該打磨器之移動速度高的其他區域中為小距離。因此，留在該研磨墊之預定區域中的漿液量變小，而留在該研磨墊之其他區域中的漿液量變大。因此，可降低基板上之薄膜的研磨 速率，其中，該薄膜係與在研磨墊上之剩餘漿液量小的預定區域滑動接觸而被研磨。以往，由於打磨器的移動速度已經是經調整成可均勻地磨除研磨墊之整個表面的移動速度，因此基板上某一區域(例如，基板的外周區)的研磨會過大。不過，根據本發明，可降低此一基板區域的研磨速率以改善研磨速率在整個基板表面上的面內均勻性。
在本發明之較佳態樣，該打磨器之該移動速度為該打磨器以位於該研磨平台外之搖擺軸桿為中心擺盪時的擺盪速度。該打磨器之該移動速度包括在該打磨器沿著該研磨墊之徑向或實質徑向線性移動情形下的打磨器之移動速度，以及在打磨器擺盪(搖擺)時的打磨器之擺盪速度。
在本發明之較佳態樣，該研磨墊包含表面有許多孔洞的研磨墊。
根據本發明，在該研磨墊包含有許多細孔形成於其表面之帶孔墊的情形下，在打磨器擺盪速度高的預定區域之中的剩餘漿液量傾向大於在打磨器擺盪速度低的其他區域之中的剩餘漿液量。
在本發明之較佳態樣，在研磨該基板上之該薄膜時，使用含有氧化鈰顆粒的研磨液。取決於待研磨物件的薄膜品質，亦可使用含有二氧化矽顆粒(SiO2顆粒)的研磨液為有效的研磨液，而不是含有氧化鈰磨粒的研磨液。
在本發明之較佳態樣，在研磨該基板上之該薄膜時，藉由吹出冷卻氣體至該研磨墊上來冷卻該研磨墊。
根據本發明，藉由向該研磨墊之表面吹出冷卻氣體， 可控制該研磨墊的溫度。因此，與去除基板上有厚度相對大之絕緣膜或金屬膜的情形一樣，在需要長時間研磨時，可解決氧化鈰磨粒的研磨效能會由於研磨墊表面的溫度上升而降低的問題，以及研磨液(漿液)的供給能力會由於研磨墊的表面狀態改變而隨著時間降低的問題。
在本發明之較佳態樣，該研磨墊之該預定區域為在該基板之研磨期間與該基板之中心區接觸的區域。
根據本發明的第三態樣，提供一種用於修整研磨平台上之研磨墊的裝置，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含：打磨器，其係組構成可與該研磨墊接觸，該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動用以修整該研磨墊；以及控制器，其係組構成可控制該打磨器使得該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度。
在本發明之較佳態樣，該打磨器之該標準移動速度為可均勻地磨除該研磨墊之整個表面的移動速度。
根據本發明，提供一種用於修整研磨平台上之研磨墊的裝置，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含：打磨器，其係組構成可與該研磨墊接觸，該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動用以修整該研磨墊；以及控制器，其係組構成可控制該打磨器使得該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於該打磨器在該研磨墊之該預定區域根 據標準移動配方的移動速度以增加藉由與該研磨墊之該預定區域接觸來研磨在該基板上之該薄膜的研磨速率。
根據本發明的第四態樣，提供一種用於修整研磨平台上之研磨墊的裝置，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含：打磨器，其係組構成可與該研磨墊接觸，該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動用以修整該研磨墊；以及控制器，其係組構成可控制該打磨器使得該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度。
在本發明之較佳態樣，該打磨器之該標準移動速度為可均勻地磨除該研磨墊之整個表面的移動速度。
根據本發明，提供一種用於修整研磨平台上之研磨墊的裝置，，該研磨墊係藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含：打磨器，其係組構成可與該研磨墊接觸，該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動用以修整該研磨墊；以及控制器，其係組構成可控制該打磨器使得該打磨器在該研磨墊之一定區域的移動速度小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域根據標準移動配方的移動速度以減少藉由與該研磨墊之該預定區域接觸來研磨在該基板上之該薄膜的研磨速率。
在本發明之較佳態樣，該打磨器之該移動速度為該打磨器以位於該研磨平台外之搖擺軸桿為中心擺盪時的擺盪速度。
在本發明之較佳態樣，該研磨墊包含表面有許多孔洞的研磨墊。
在本發明之較佳態樣，在研磨該基板上之該薄膜時，使用含有氧化鈰顆粒的研磨液。
在本發明之較佳態樣，在研磨該基板上之該薄膜時，藉由吹出冷卻氣體至該研磨墊上來冷卻該研磨墊。
在本發明之較佳態樣，該研磨墊之該預定區域為在該基板之研磨期間與該基板之中心區接觸的區域。
根據本發明，提供一種用於研磨形成於基板表面上之薄膜的研磨方法，其係包含下列步驟：用上述修整方法修整研磨墊；以及藉由使該基板與已予修整之該研磨墊接觸來研磨形成於基板之表面上的薄膜。
根據本發明，提供一種用於研磨形成於基板表面上之薄膜的研磨裝置，其係包含：研磨平台，其係有研磨墊；基板固持裝置，其係組構成可固持基板以及將該基板施壓頂抗於該研磨墊；以及上述修整裝置。
根據本發明，可防止在基板(例如，半導體晶圓)之被研磨表面之中央部份的研磨速率降低，從而對於整個基板表面可均勻地平坦化基板的被研磨表面。
此外，根據本發明，使得用於打磨該研磨墊之該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於或小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域根據標準移動配方的移動速度以增加或減少藉由與該研磨墊之該預定區域接觸來研磨在該基板上之該薄膜的研磨速率。因此，本發明可滿足刻意增 減基板預定區域中之切削量(stock removal)的要求。
以下參考第1圖至第4圖，根據本發明具體實施例描述研磨墊的修整方法及裝置。第1圖至第4圖中類似或對應的部份用類似或對應的元件符號表示而且不重覆描述。
第1圖的示意圖根據本發明之具體實施例圖示有研磨墊之修整裝置的研磨裝置之整個結構。如第1圖所示，該研磨裝置包含研磨平台1，及用於固持作為待研磨物件之基板W(例如，半導體晶圓)以及使該基板貼著研磨平台1上之研磨墊的頂環10。研磨平台1經由平台軸桿1a耦合至配置於研磨平台1之下的研磨平台旋轉用馬達(未圖示)。因此，研磨平台1可以平台軸桿1a為中心旋轉。研磨墊2附著至研磨平台1的上表面。研磨墊2的上表面構成用於研磨基板W的研磨表面2a。使用包含由陶氏化學公司製造之IC-1000/SUBA400(兩層布料)的研磨墊2。該IC-1000包含有大量細孔形成於其表面的墊而且也被稱作帶孔墊。在研磨平台1上方裝設研磨液供給噴嘴3以供給研磨液(漿液)至在研磨平台1上的研磨墊2。
頂環10連接至頂環軸桿11，以及頂環軸桿11對於頂環頭12可垂直移動。當頂環軸桿11垂直移動時，頂環10會整個升降用以調整相對於頂環頭12的位置。頂環軸桿11係組構成可藉由操作頂環旋轉用馬達(未圖示)來旋轉它。頂環軸桿11的旋轉使頂環10繞著頂環軸桿11旋轉。
頂環10係組構成可固持基板W(例如，半導體晶圓)於 其下表面上。頂環頭12係組構成可以頂環頭軸桿13為中心樞轉。因此，固持基板W於其下表面上的頂環10藉由頂環頭12的樞轉移動可由頂環10接受基板的位置移到在研磨平台1上方的位置。然後，頂環10放低以使基板W貼著研磨墊2的表面(研磨表面)。此時，在研磨平台1與頂環10各自旋轉時，由設於研磨平台1上方的研磨液供給噴嘴3供給研磨液至研磨墊2上。使用含有作為磨粒之氧化鈰(CeO2)的研磨液。以此方式，在研磨液供給至研磨墊2時，基板W貼著研磨墊2以及對於研磨墊2移動以研磨基板上的絕緣膜、金屬膜或其類似物。絕緣膜的實施例包括SiO2，以及金屬膜的實施例包括銅膜、鎢膜、鉭膜及鈦膜。
如第1圖所示，該研磨裝置有用於修整(打磨)研磨墊2的修整裝置20。修整裝置20包含打磨器臂部21、可旋轉地附著至打磨器臂部21前端的打磨器22、耦合至打磨器臂部21之另一端的搖擺軸桿23、以及用作驅動機構使打磨器臂部21以搖擺軸桿23為中心擺盪(搖擺)的馬達24。打磨器22的下半部包含打磨構件22a，而打磨構件22a有圓形打磨表面。硬顆粒用電沉積或其類似者固定於打磨表面。硬顆粒的實施例包括鑽石顆粒、陶瓷顆粒及其類似者。馬達(未圖示)設於打磨器臂部21中，並且用該馬達旋轉打磨器22。搖擺軸桿23耦合至升降機構(未圖示)，以及打磨器臂部23用該升降機構放低以允許打磨構件22a貼著研磨墊2的研磨表面2a。包括研磨平台1、頂環10、修整裝置20及其類似者的設備連接至控制器40，而研磨平 台1的轉速、頂環10的轉速及研磨壓力、修整裝置20之打磨器22的擺盪速度及其類似者都用控制器40控制。
第2圖的平面圖圖示位在研磨平台1上的頂環10以及打磨器22在打磨器22打磨研磨墊2之表面(研磨表面)時的移動軌跡。如第2圖所示，打磨器臂部21比研磨墊2的半徑長，以及搖擺軸桿23的位置在研磨墊2的徑向外。在打磨研磨墊2的研磨表面時，用馬達旋轉研磨墊2及打磨器22，然後用升降機構放低打磨器臂部21以使設於打磨器22下表面的打磨構件22a與轉動研磨墊2的研磨表面滑動接觸。在此狀態下，打磨器臂部21藉由馬達24而以搖擺軸桿23為中心擺盪(搖擺)。在研磨墊2的打磨期間，由研磨液供給噴嘴3(參考第1圖)供給作為打磨液的純水(deionized water)至研磨墊2的研磨表面。藉由打磨器臂部21的搖擺移動，位於打磨器臂部21前端的打磨器22可由研磨墊2之研磨表面的外周端橫向移到中央部份。包含中央部份的整個表面藉由此搖擺移動，打磨構件22a可打磨研磨墊2的研磨表面。
此外，如第2圖所示，該研磨裝置有用作氣體噴射單元的冷卻噴嘴30，其係經安裝成與研磨墊2的研磨表面平行並沿著研磨墊2的實質徑向延伸。與冷卻噴嘴30內部相通的氣體噴射端口30a設在冷卻噴嘴30的下半部以向研磨墊2噴射冷卻氣體(例如，壓縮空氣)。可根據加工條件或其類似者任意地設定冷卻噴嘴30的位置以及設於冷卻噴嘴30的氣體噴射端口30a的數目。
第3圖的平面圖圖示研磨平台1上之研磨墊2、固持基板W之頂環10及打磨器22的關係。在第3圖中，符號CT表示研磨平台1的旋轉中心，而符號CW表示固持於頂環10下表面上之基板W的中心。此外，符號CD表示打磨器22的中心。在研磨期間，研磨平台1繞著旋轉中心CT順時鐘旋轉，而頂環10繞著中心CW順時鐘旋轉。在研磨期間，頂環10在水平方向不移動，因而被頂環10固持的基板W仍在圖示於第3圖的位置。在研磨墊2藉由研磨平台1之旋轉而通過在基板W表面上被研磨之數個預定位置的情形下，以研磨墊2上之中心CT為中心點描繪的同心圓C1、C2、C3、C4及C5係代表軌跡。具體言之，研磨墊2上的同心圓C3通過基板W的中心CW，以及研磨墊2上的同心圓C2通過基板W中由基板W之中心CW至基板之徑向內側有隔開距離L的中心區，以及研磨墊2上的同心圓C4通過基板W中由基板W之中心CW至基板之徑向外側有隔開距離L的中心區。此外，研磨墊2上的同心圓C1通過基板W之外周邊緣在研磨平台1之旋轉中心CT附近的鄰域，以及研磨墊2上的同心圓C5通過基板W之外周邊緣在研磨平台1之外周邊緣附近的鄰域。如果基板W的直徑等於300毫米，則距離L約等於20至140毫米。
另一方面，打磨器22在研磨墊2上以搖擺軸桿23為中心搖擺，從而打磨器22在研磨墊2的中央部份與研磨墊2的外周邊緣之間徑向往復移動。打磨器22的外徑經設定成小於待研磨基板W的直徑。具體言之，在打磨器22的直 徑等於d以及待研磨基板W的直徑等於D的情形下，d設定在(1/15)D至1D的範圍內，亦即，d=(1/15)D至1D。然後，在打磨器22在研磨墊2的外周邊緣與研磨墊2的中央部份之間擺盪時，可調整打磨器22在研磨墊2上之各個區域的擺盪速度(搖擺速度)。具體言之，當打磨器22由研磨墊2之中心向研磨墊2之外周邊緣搖擺時，打磨器22的擺盪速度經設定成：在由同心圓C1至同心圓C2的區域A1有低擺盪速度，在由同心圓C2至同心圓C4的區域A2有高擺盪速度，以及在由同心圓C4至同心圓C5的區域A3有低擺盪速度。反之，當打磨器22由研磨墊2之外周邊緣向研磨墊2之中心搖擺時，打磨器22的擺盪速度經設定成：在由同心圓C5至同心圓C4的區域A3有低擺盪速度，在由同心圓C4至同心圓C2的區域A2有高擺盪速度，以及在由同心圓C2至同心圓C1的區域A1有低擺盪速度。以此方式，改變打磨器22在各個區域的擺盪速度，以及這是藉由設定控制器40的擺盪配方(oscillating recipe)來執行擺盪速度的改變，以及由控制器40基於該擺盪配方來控制修整裝置20。控制器40可裝入修整裝置20。就以下兩個情形而言：打磨器22由研磨墊2之中心向研磨墊2之外周邊緣移動一次，打磨器22由研磨墊2之外周邊緣向研磨墊2之中心移動一次，打磨器22在研磨墊2的中心與研磨墊2的圓周邊緣之間擺盪一次，以及打磨器22在研磨墊2的中心與研磨墊2的外周邊緣之間擺盪數次，打磨器22在各個區域之移動速度或擺盪速度的控制方式與上述相同。
如第3圖所示，使研磨墊2中由同心圓C1至同心圓C2的區域A1與基板W的外周區(邊緣區)接觸，使研磨墊2中由同心圓C2至同心圓C4的區域A2與基板W的中心區(中心區)接觸，以及使研磨墊2中由同心圓C4至同心圓C5的區域A3與基板W的外周區(邊緣區)接觸。墊被打磨器刮擦的距離在打磨器擺盪速度高的區域A2中為小距離，而墊被打磨器刮擦的距離在打磨器擺盪速度低的區域A1及A3中為大距離。因此，研磨墊2上留在區域A2中的漿液量變大，而留在區域A1及A3中的漿液量變小。因此，在研磨期間，使基板W的中心區與研磨墊2上有大剩餘漿液量的區域A2滑動接觸，以及使基板W的外周區與研磨墊2上有小剩餘漿液量的區域A1及A3滑動接觸。以此方式，在基板W用在各個區域有不同剩餘漿液量之研磨墊2研磨的情形下，可防止研磨速率在有大剩餘漿液量的中心區降低，從而可改善研磨速率的面內(in-plane)均勻性。就此情形而言，提高打磨器22的擺盪速度或降低打磨器22之擺盪速度的意思是：在把習知打磨器在各個區域的擺盪速度設定成可均勻地磨除研磨墊之整個表面的標準擺盪配方時，使打磨器22的擺盪速度大於或小於在相同區域(相同區段)的習用擺盪速度。
儘管已描述研磨墊2分成3個打磨區以及改變打磨器22在各個區域之擺盪速度的情形，但研磨墊2也可分成6個打磨區、12個打磨區或其類似者，以及可改變打磨器22在各個區域的擺盪速度。
接下來，參考第4A圖與第4B圖，描述用以下方式修整研磨墊所得到的實驗結果：改變打磨器22在各個區域的擺盪速度，以及使用已用改變後之擺盪速度修整的研磨墊來研磨基板。第4A圖的曲線圖圖示以下各項的關係：研磨墊上的徑向位置，以及打磨器的擺盪速度比。第4B圖的曲線圖圖示以下各項的關係：基板上的徑向位置，以及在基板用已使用第4A圖打磨器之擺盪速度修整之研磨墊研磨時的研磨速率。使用有300毫米直徑的基板。此外，在使用已予修整的研磨墊來研磨基板期間，冷卻氣體由冷卻噴嘴30吹到研磨墊冷卻研磨墊2的研磨表面。
在第4A圖，用黑色菱形表示的直線(std)表示打磨器在各個區域的擺盪速度經調整成研磨墊的整個表面可得到相同的切削率(磨耗率)的配方(標準移動配方)，而此情形被稱作標準擺盪。在第4A圖，橫軸為研磨墊上的徑向位置，而縱軸為此配方在各個區域相對於標準擺盪速度的速度比(speed ratio)。因此，標準擺盪的速度比在研磨墊的整個區域變成1。用“X”標記表示的曲線(tune 24)表示以下情形：速度比從離研磨墊之中心沿著研磨墊之徑向由約有80毫米的位置遞增到約有180毫米的位置，從離研磨墊之中心沿著研磨墊之徑向由約有220毫米的位置遞減到約有350毫米的位置。相對於標準擺盪的速度比逐漸由0.6(約80毫米的位置)增加到3.1(約180毫米的位置)以及逐漸由3.1(約220毫米的位置)減少到0.4(約350毫米的位置)。
在此，在徑向位置約80毫米的標準擺盪速度為11毫米/秒，在徑向位置約180毫米的標準擺盪速度為21毫米/秒，在徑向位置約220毫米的標準擺盪速度為21毫米/秒，以及在徑向位置約350毫米的標準擺盪速度為13毫米/秒。
在第4A圖，用“std”圖示的擺盪速度圖形表示打磨器在各個區域的擺盪速度經調整成在研磨墊整個表面上可得到一致切削率(磨耗率)的標準擺盪。此修整方法與習知修整方法相同。在用“tune 24”圖示的擺盪速度圖形中，打磨器在中央部份(第3圖之區域A1)及外周部份(第3圖之區域A3)有低擺盪速度，而在研磨墊中央部份與研磨墊外周部份之間的中間部份(第3圖之區域A2)，打磨器有高擺盪速度。此修整方法與圖示於第3圖的修整方法相同。其他打磨條件，例如打磨器的轉速，與“std”及“tune 24”的相同。
在第4B圖，用黑色菱形表示的研磨速率(std)在基板中心區為低速率以及在基板外周區為高速率。因此，應瞭解，在研磨墊用標準擺盪配方修整的情形下，基板中心區的研磨會不足。用“X”標記表示的研磨速率(tune 24)在整個基板表面上呈實質均勻使基板的中心區及外周區沒有差別。因此，應瞭解，在研磨墊的修整用打磨器在研磨墊區域A2之擺盪速度比標準擺盪配方高的配方時，在整個基板表面上可均勻地研磨基板。其他研磨條件，例如研磨平台的轉速、頂環的轉速、研磨壓力及其類似者與“std”及“tune 24”的相同。
由以上實驗結果已確認以下各項：在研磨墊的修整用打磨器在研磨墊區域A2之擺盪速度比標準擺盪配方高的配方時，在基板中心區有大量的漿液留在研磨墊2上以及在基板的外周區有少量的漿液。因此，當基板用在各個區域有不同剩餘漿液量的研磨墊研磨時，可防止研磨速率在有大剩餘漿液量的中心區降低，從而可改善研磨速率的面內均勻性。
雖然在圖示於第1圖至第4圖的具體實施例中已描述使打磨器22搖擺的情形，然而可使打磨器22沿著研磨墊2的徑向線性移動。此外，已描述打磨器22在研磨墊2的各個區域改變擺盪速度的情形，不過，藉由改變打磨負載、打磨器的轉速、打磨時間、研磨平台的轉速及其類似者，可使剩餘漿液在研磨墊2的各個區域有不同的數量。此外，儘管已描述帶孔墊用作研磨墊的情形，然而可使用有數條溝槽形成於墊表面的帶溝槽墊。
利用上述研磨墊的修整方法及裝置，研磨裝置對於基板的整個表面可平坦化基板(例如，半導體晶圓)中被研磨的表面。
儘管在此已描述本發明的具體實施例，然而不希望本發明受限於旋風具體實施例。因此，應注意，本發明可應用於在本發明技術概念之範疇內的其他不同具體實施例。
1‧‧‧研磨平台
1a‧‧‧平台軸桿
2‧‧‧研磨墊
2a‧‧‧研磨表面
3‧‧‧研磨液供給噴嘴
10‧‧‧頂環
11‧‧‧頂環軸桿
12‧‧‧頂環頭
13‧‧‧頂環頭軸桿
20‧‧‧修整裝置
21‧‧‧打磨器臂部
22‧‧‧打磨器
22a‧‧‧打磨構件
23‧‧‧搖擺軸桿
24‧‧‧馬達
30‧‧‧冷卻噴嘴
30a‧‧‧氣體噴射端口
40‧‧‧控制器
A1-A3‧‧‧區域
C1-C5‧‧‧同心圓
L‧‧‧距離
W‧‧‧基板
CD‧‧‧打磨器22的中心
CW‧‧‧基板W的中心
CT‧‧‧研磨平台1的旋轉中心
d‧‧‧打磨器22的直徑
D‧‧‧待研磨基板W的直徑
第1圖的示意圖根據本發明之具體實施例圖示有研磨墊之修整裝置的研磨裝置之整個結構； 第2圖的平面圖圖示位在研磨平台上的頂環以及打磨器在該打磨器打磨研磨墊之表面(研磨表面)時的移動軌跡(moving locus)；第3圖的平面圖圖示研磨平台上之研磨墊、固持基板之頂環以及打磨器之間的關係，以及圖示研磨墊上的數個區域；以及第4A圖及第4B圖的曲線圖圖示用以下方式修整研磨墊所得到的實驗結果：改變打磨器在各個區域的擺盪速度，以及使用已用改變後之擺盪速度修整的研磨墊來研磨基板。
1‧‧‧研磨平台
1a‧‧‧平台軸桿
2‧‧‧研磨墊
2a‧‧‧研磨表面
3‧‧‧研磨液供給噴嘴
10‧‧‧頂環
11‧‧‧頂環軸桿
12‧‧‧頂環頭
13‧‧‧頂環頭軸桿
20‧‧‧修整裝置
21‧‧‧打磨器臂部
22‧‧‧打磨器
22a‧‧‧打磨構件
23‧‧‧搖擺軸桿
24‧‧‧馬達
40‧‧‧控制器
W‧‧‧基板

Claims (24)

  1. 一種用於修整研磨墊的方法，該研磨墊係位於研磨平台上，藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含下列步驟：使打磨器與該研磨墊接觸；以及藉由使該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動來修整該研磨墊；其中該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度，其中，該標準移動速度係定義為：以遍及該研磨墊的整個表面獲得相同的磨耗率的方式，在該研磨墊的徑向方向所指定之複數個區域之各者所預設之該打磨器的移動速度，其中，該研磨墊的該預定區域係定義為：要與該基板之表面之一部份接觸的該研磨墊的區域，且若以該標準移動速度移動該打磨器從而修整過該研磨墊的該預定區域，則於該部分，研磨率將會小於該基板之表面的任何其他部分之研磨率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，該打磨器之該移動速度為該打磨器以位於該研磨平台外側之搖擺軸桿為中心擺盪時的擺盪速度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，該研磨墊包含表面有許多孔洞的研磨墊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於修整研磨墊之方 法，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，使用含有氧化鈰顆粒的研磨液。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，藉由吹出冷卻氣體至該研磨墊上來冷卻該研磨墊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，該研磨墊之該預定區域為在該基板之研磨期間與該基板之中心區接觸的區域。
  7. 一種用於修整研磨墊的方法，該研磨墊係位於研磨平台上，藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含下列步驟：使打磨器與該研磨墊接觸；以及藉由使該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動來修整該研磨墊；其中該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度，其中，該標準移動速度係定義為：以遍及該研磨墊的整個表面獲得相同的磨耗率的方式，在該研磨墊的徑向方向所指定之複數個區域之各者所預設之該打磨器的移動速度，其中，該研磨墊的該預定區域係定義為：要與該基板之表面之一部份接觸的該研磨墊的區域，且若以該標準移動速度移動該打磨器從而修整過該研磨墊的該預定區域，則於該部分，研磨率將會大於該基板之表面的 任何其他部分之研磨率。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，該打磨器之該移動速度為該打磨器以位於該研磨平台外側之搖擺軸桿為中心擺盪時的擺盪速度。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，該研磨墊包含表面有許多孔洞的研磨墊。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，使用含有氧化鈰顆粒的研磨液。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之用於修整研磨墊之方法，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，藉由吹出冷卻氣體至該研磨墊上來冷卻該研磨墊。
  12. 一種用於修整研磨墊的裝置，該研磨墊係位於研磨平台上，藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含：打磨器，係組構成可與該研磨墊接觸，該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移動以修整該研磨墊；以及控制器，其係組構成控制該打磨器使得該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度大於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度，其中，該標準移動速度係定義為：以遍及該研磨墊的整個表面獲得相同的磨耗率的方式，在該研磨墊的徑向方向所指定之複數個區域之各者所預設之該打磨器的移動速度， 其中，該研磨墊的該預定區域係定義為：要與該基板之表面之一部份接觸的該研磨墊的區域，且若以該標準移動速度移動該打磨器從而修整過該研磨墊的該預定區域，則於該部分，研磨率將會小於該基板之表面的任何其他部分之研磨率。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，該打磨器之該移動速度為該打磨器以位於該研磨平台外側之搖擺軸桿為中心擺盪時的擺盪速度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，該研磨墊包含表面有許多孔洞的研磨墊。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，使用含有氧化鈰顆粒的研磨液。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，藉由吹出冷卻氣體至該研磨墊上來冷卻該研磨墊。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，該研磨墊之該預定區域為在該基板之研磨期間與該基板之中心區接觸的區域。
  18. 一種用於修整研磨墊的裝置，該研磨墊係位於研磨平台上，藉由與形成於基板之表面上的薄膜接觸來研磨該薄膜，其係包含：打磨器，其係組構成可與該研磨墊接觸，該打磨器在該研磨墊的中央部份與該研磨墊的外周部份之間移 動以修整該研磨墊；以及控制器，其係組構成可控制該打磨器使得該打磨器在該研磨墊之預定區域的移動速度小於該打磨器在該研磨墊之該預定區域的標準移動速度，其中，該標準移動速度係定義為：以遍及該研磨墊的整個表面獲得相同的磨耗率的方式，在該研磨墊的徑向方向所指定之複數個區域之各者所預設之該打磨器的移動速度，其中，該研磨墊的該預定區域係定義為：要與該基板之表面之一部份接觸的該研磨墊的區域，且若以該標準移動速度移動該打磨器從而修整過該研磨墊的該預定區域，則於該部分，研磨率將會大於該基板之表面的任何其他部分之研磨率。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，該打磨器之該移動速度為該打磨器以位於該研磨平台外側之搖擺軸桿為中心擺盪時的擺盪速度。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，該研磨墊包含表面有許多孔洞的研磨墊。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，使用含有氧化鈰顆粒的研磨液。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之用於修整研磨墊之裝置，其中，在研磨該基板上之該薄膜時，藉由吹出冷卻氣體至該研磨墊上來冷卻該研磨墊。
  23. 一種研磨形成於基板表面上之薄膜的研磨方法，其係包 含下列步驟：藉由申請專利範圍第1至11項中任一項所述之用於修整研磨墊之方法，修整研磨墊；以及藉由使該基板與已被修整之該研磨墊接觸來研磨形成於基板之表面上的薄膜。
  24. 一種用於研磨形成於基板表面上之薄膜的研磨裝置，其係包含：研磨平台，其係有研磨墊；基板固持裝置，其係組構成可固持基板以及將該基板施壓頂抗於該研磨墊；以及申請專利範圍第12至22項中任一項所述之用於修整研磨墊的裝置。
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