TWI595969B - 拋光墊及其製造方法 - Google Patents

Description

拋光墊及其製造方法

本發明係關於一種拋光墊及其製造方法，並且特別地，關於具有高晶圓移除率均勻度、與檢視窗元件一體成型之拋光層的拋光墊及其製造方法。

在製造半導體積體電路期間，矽等材料製成的晶圓反覆經過一系列沉積和蝕刻週期，形成重疊的材料層和結構。可以使用稱為化學機械平坦化(Chemical Mechanical Polishing,CMP)的拋光技術，以移除在沉積和蝕刻步驟之後殘存的表面不規則性，諸如凸起、非平等隆起區域、溝或槽。在化學機械平坦化處理中，在存在具有研磨劑和/或蝕刻化學物質的情況下，將晶圓施壓靠在拋光墊上，並且相對於該拋光墊旋轉。

請參閱圖1。圖1係一傳統的拋光墊1的局部剖面視圖。如圖1所示，傳統的拋光墊1包含拋光層10以及支撐層12。拋光層10具有多個溝槽106，多個溝槽106形成在拋光層10的拋光表面102上。拋光層10的底表面104直接與支撐層12的頂表面122貼合在一起。特別地，為提升傳統的拋光墊1對晶圓移除率的均勻度，拋光層10的硬度較低，支撐層12的硬度較高。然而，傳統的拋光墊1對晶圓移除率的均勻度仍有很大的提升空間。

此外，在傳統的拋光墊1的製造過程中，拋光層10與支撐層12利用中間膠做貼合時會於中間膠內會產生氣 泡，致使貼合後拋光墊1可能不是相當平整，導致研磨過程在移除率的表現上靠近拋光墊1的中心區域會較其他區域高的現象。此更需改善傳統的拋光墊1的結構，來提升對晶圓移除率的均勻度。

此外，在平坦化處理期間，需要檢測何時已經實現所需的表面平坦度或層厚及/或何時已經暴露下層以確定何時停止拋光。例如，可以從晶圓上移除已沉積的材料至預定厚度，並且隨後經由終點檢測、定時處理或一些其他物理或化學技術而停止拋光處理。在一個終點檢測技術，可以使用光學監視系統，用於現場測量晶圓上的層的均勻性。光學監視系統可以包括在拋光期間將能量束引導朝向晶圓的輻射源，測量從晶圓反射的輻射的檢測器，以及分析來自檢測器的信號以及計算是否已經到達終點的處理裝置。

請再參閱圖1。傳統的拋光墊1還包含檢測窗元件14。檢測窗元件14係透明的。拋光層10還具有相對於檢測窗元件14的第一通孔108。支撐層12還具有相對於檢測窗元件14的第二通孔124。如圖1所示，檢測窗元件14係貼合在第一通孔108內。第二通孔124位在檢測窗元件14的下方。一般第二通孔124的孔徑較第一通孔108的孔徑小，藉此第二通孔124的周邊可以支撐檢測窗元件14。一般檢測窗元件14、第一通孔108與第二通孔124的投影大體上成矩形。與傳統的拋光墊1配合的化學機械拋光系統，通過拋光墊1的檢測窗元件14，將光束引導朝向晶圓。然而，貼合在第一通孔108內的檢測窗元件14，剝落的可能性很高，並且穩定性不佳。此外，檢測窗元件14的透光率佳能確保晶圓表面光學偵測的精準。

因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一 種拋光墊及其製造方法。特別地，本發明之拋光墊係具有高晶圓移除率均勻度以及與檢視窗元件一體成型的拋光層。

本發明之一較佳具體實施例之拋光墊包含拋光層、支撐層以及膠合層。拋光層係由聚氨酯材料所形成，並且具有拋光表面、底表面以及多個溝槽。多個溝槽大體上成多個同心圓，並且形成在拋光表面上。支撐層係由聚氨酯材料所形成，並且具有形成在其中心處的圓形凹槽。膠合層係膠合在拋光層底表面與支撐層的頂表面之間。

進一步，本發明之拋光墊還包含檢測窗元件。檢測窗元件係由聚氨乙烯材料所形成，並且具有上表面以及下表面。拋光層係與檢測窗元件一起射出成型而成。檢測窗元件的上表面係與拋光層的拋光表面共平面。檢測窗元件的下表面係與拋光層的底表面共平面。支撐層具有第一通孔。膠合層具有第二通孔。第一通孔與第二通孔位在檢測窗元件的下方。

本發明之一較佳具體實施例之製造拋光墊的方法，首先，係聚合聚氨酯材料，以形成拋光層，其中拋光層具有拋光表面以及底表面。接著，本發明之方法係於拋光層的拋光表面上形成多個溝槽，其中多個溝槽大體上成多個同心圓。接著，本發明之方法係聚合聚氨酯材料，以形成支撐層，其中支撐層具有形成在其中心處的圓形凹槽。最後，本發明之方法係將膠合層膠合在拋光層的底表面與支撐層的頂表面之間，以完成拋光墊。

於一具體實施例中，本發明之拋光層具有硬度範圍約從50至52蕭氏硬度D(Shore D)。本發明之支撐層係由聚氨酯材料所形成。支撐層具有硬度範圍約從50至52蕭氏硬度D。

與先前技術不同，本發明之拋光墊具有高晶圓移 除率均勻度以及與檢視窗元件一體成型的拋光層。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧拋光墊

10‧‧‧拋光層

102‧‧‧拋光表面

104‧‧‧底表面

106‧‧‧溝槽

108‧‧‧第一通孔

12‧‧‧支撐層

122‧‧‧頂表面

124‧‧‧第二通孔

14‧‧‧檢測窗元件

2‧‧‧拋光墊

20‧‧‧拋光層

202‧‧‧拋光表面

204‧‧‧底表面

206‧‧‧溝槽

22‧‧‧支撐層

222‧‧‧頂表面

224‧‧‧第一通孔

226‧‧‧圓形凹槽

24‧‧‧檢測窗元件

242‧‧‧上表面

244‧‧‧下表面

26‧‧‧膠合層

262‧‧‧第二通孔

圖1係傳統的拋光墊的局部剖面視圖。

圖2係本發明之第一較佳具體實施例之拋光墊的頂視圖。

圖3係圖2之拋光墊沿A-A剖面線的局部剖面視圖。

圖4係圖2之拋光墊沿B-B剖面線的局部剖面視圖。

圖5係利用本發明之拋光墊的移除率量測結果圖。

圖6係利用做為對照之拋光墊的移除率量測結果圖。

請參閱圖2、圖3及圖4。圖2係本發明之一較佳具體實施例之拋光墊2的頂視圖。圖3係圖2之拋光墊2沿A-A剖面線的剖面視圖。圖4係圖2之拋光墊2沿B-B剖面線的局部剖面視圖。

如圖2及圖3所示，本發明之較佳具體實施例的拋光墊2包含拋光層20、支撐層22以及膠合層26。拋光層20係由聚氨酯材料所形成，並且具有拋光表面202、底表面204以及多個溝槽206。多個溝槽206大體上成多個同心圓，並且形成在拋光表面202上。

同樣地，支撐層22係由聚氨酯材料所形成，並且具有形成在其中心處的圓形凹槽226。膠合層26係膠合在拋光層20底表面204與支撐層22的頂表面222之間。藉此，本發明之拋光墊2可以具有高晶圓移除率均勻度，相關證據 將於下文中詳述。

於一具體實施例中，拋光層20具有硬度範圍約從50至52蕭氏硬度D(Shore D)。支撐層22具有硬度範圍約從50至52蕭氏硬度D。

同樣示於圖2及圖4，進一步，本發明之拋光墊2還包含檢測窗元件24。檢測窗元件24係由聚氨乙烯材料所形成，並且具有上表面242以及下表面244。特別地，拋光層20係與檢測窗元件24一起射出成型而成。檢測窗元件24的上表面242係與拋光層20的拋光表面202共平面。檢測窗元件24的下表面244係與拋光層20的底表面204共平面。支撐層22具有第一通孔224。膠合層26具有第二通孔262。第一通孔224與第二通孔262位在檢測窗元件24的下方。與本發明之拋光墊2配合的化學機械拋光系統，通過拋光墊2的第一通孔224、第二通孔262與檢測窗元件14，將光束引導朝向晶圓。

本發明之一較佳具體實施例之製造拋光墊2的方法，首先，係聚合聚氨乙烯材料(PVC)，以形成檢測窗元件24，其中檢測窗元件24具有上表面242以及下表面244。

接著，本發明之方法係聚合聚氨酯材料，以形成拋光層20。特別地，拋光層20係與檢測窗元件24一起射出成型而成。聚氨酯材料聚合的主要原料包含異氰酸酯以及多元醇。於一範例中，兩原料按照估計發泡比例1.35：1調整，依程序調配所需用量均勻攪拌，即倒入灌注機攪拌桶槽內。灌注機在運作時，模具需經加熱循環系統將模具加熱25°C~100℃所需1hr，隨後將透明的檢測窗元件24放置於模具內，透過灌注機促使原料混合經壓力循環(70~200Bar)持續1hr，灌注於模具內產生聚合反應(溫度範圍：40℃~120℃)達到PVC軟化點(Tg)射出成型待1hr後打開模具，取出拋光層 20。經由射出成型的方式，而使透明檢視窗元件24與拋光層20一體成型為化學機械拋光墊的上層，因而可以不用後製加工來製作透明檢視窗元件24，並且透明的檢視窗元件24和拋光層20之間將不會產生縫隙、針孔，在研磨製程中不易導致剝離，穩定性則隨之提高。與傳統的拋光墊不同，本發明之拋光層20不具有通孔。

於一具體實施例中，檢測窗元件24的上表面242成一梭子形狀，且具有兩尖端。因為灌注原料時圓狀的檢測窗元件24容易出現氣泡，尖狀梭子形狀可避免氣泡產生，又與拋光層20之聚氨酯結合強度好，於一範例中，成尖狀梭子形狀之檢測窗元件24的長度為62mm，寬度為20mm，且沒有縫隙和針孔而呈現極高的穩定性。

從模具中取出與檢視窗元件24一體成型的拋光層20經铣去上、下表面以及研磨後直至預定厚度。於一範例中，拋光層20的厚度為2.2mm。

拋光層20具有拋光表面202以及底表面204，拋光層20具有硬度範圍約從50至52蕭氏硬度D。檢測窗元件24的上表面242係與拋光層20的拋光表面202共平面，檢測窗元件24的下表面244係與拋光層20的底表面204共平面。與傳統的拋光墊的軟質拋光層相比較，本發明之拋光墊2的硬質拋光層20較容易控制移除率的微量變化。

接著，本發明之方法係於拋光層20的拋光表面202上形成多個溝槽206，其中多個溝槽206大體上成多個同心圓。

接著，本發明之方法係聚合聚氨酯材料，以形成支撐層22，其中支撐層22具有形成在其中心處的圓形凹槽226。支撐層22具有硬度範圍約從50至52蕭氏硬度D。同樣地，支撐層22經铣去上、下表面以及研磨後直至預定厚度。 於一範例中，支撐層22的厚度為1.3mm。

最後，本發明之方法係將膠合層26膠合在拋光層20的底表面204與支撐層22的頂表面之間，以完成拋光墊2。支撐層22具有第一通孔224。膠合層26具有第二通孔262。第一通孔224與第二通孔262位在檢測窗元件24的下方。

膠合層26可以包含壓敏膠。於一範例中，膠合層26的厚度為0.095mm。膠合層26能緊密地將硬質的拋光層20與硬質的支撐層22貼合，增加拋光墊2的形變量，使得拋光表面202都能均勻地拋光，做為拋光下壓力的介質。

於一具體實施例中，拋光表面202之表面粗糙度(Ra)的範圍為約3~5μm。具此表面粗糙度的拋光表面202能讓拋光漿料與晶圓的表面作用效率較高。

於一具體實施例中，檢測窗元件24對波長620nm的光之透光率為約高於90%。檢測窗元件24的表面粗糙度(Ra)的範圍為約1~2μm，藉此排除雜訊，可精準偵測晶圓上薄膜厚度。

請參閱圖5及圖6。利用本發明其支撐層22具有圓形凹槽226的拋光墊2進行多次拋光移除率量測的結果係示於圖5。做為對照，利用結構與本發明之拋光墊2大致相同但沒有圓形凹槽226的拋光墊進行多次拋光移除率量測的結果係示於圖6。圖5的移除率量測的結果證實利用本發明之拋光墊2進行拋光，其晶圓移除率均勻度相當高，也就是說，中心區域的移除率與其他區域的移除率相當。圖6的移除率量測的結果證實拋光墊的中心區域之移除率較其他區域的移除率高。圖6量測所採用的拋光墊，其拋光層、支撐層與膠合層做膠合時膠合層內會產生氣泡，導致膠合完成的拋光墊不是相當平整。圖5量測所採用的拋光墊2，其凹槽226可以 使拋光層20、支撐層22膠合過程產生的氣泡排出，進而達成均勻膠合，採用凹槽226此特殊結構反映在CMP移除率有達到晶圓製造商的期望。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本發明所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

2‧‧‧拋光墊

20‧‧‧拋光層

202‧‧‧拋光表面

204‧‧‧底表面

206‧‧‧溝槽

22‧‧‧支撐層

222‧‧‧頂表面

226‧‧‧圓形凹槽

26‧‧‧膠合層

Claims (9)

1. 一種拋光墊，包含：一拋光層，係由一聚氨酯材料所形成，且具有一拋光表面、一底表面以及多個溝槽，該多個溝槽大體上成多個同心圓且形成在該拋光表面上，該拋光層具有一硬度範圍從50至52蕭氏硬度D；一支撐層，係由該聚氨酯材料所形成，且具有形成在其之一中心處之一圓形凹槽，該支撐層具有一硬度範圍從50至52蕭氏硬度D；以及一膠合層，係膠合在該拋光層之該底表面與該支撐層之一頂表面之間。
2. 如請求項1所述之拋光墊，其中該拋光表面之表面粗糙度的範圍為3~5μm。
3. 一種製造一拋光墊之方法，包含下列步驟：聚合一聚氨酯材料，以形成一拋光層，其中該拋光層具有一拋光表面以及一底表面，其中該拋光層具有一硬度範圍從50至52蕭氏硬度D；於該拋光層之該拋光表面上形成多個溝槽，其中該多個溝槽大體上成多個同心圓；聚合該聚氨酯材料，以形成一支撐層，其中該支撐層具有形成在其之一中心處之一圓形凹槽，其中該支撐層具有一硬度範圍從50至52蕭氏硬度D；以及將一膠合層膠合在該拋光層之該底表面與該支撐層之一頂表面之間，以完成該拋光墊。
4. 如請求項3所述之方法，其中該拋光表面之表面粗糙度的範圍為3~5μm。
5. 如請求項3所述之方法，進一步包含：聚合一聚氨乙烯材料，以形成一檢測窗元件，其中該檢測窗元件具有一上表面以及一下表面，該拋光層係與該檢測窗一起射出成型而成，該檢測窗元件之該上表面係與該拋光表面共平面，該檢測窗之該下表面係與該底表面共平面，該支撐層具有一第一通孔，該膠合層具有一第二通孔，該第一通孔與該第二通孔位在該檢測窗元件的下方。
6. 如請求項5所述之方法，其中該檢測窗元件之該上表面成一梭子形狀，且具有兩尖端。
7. 一種拋光墊，包含：一拋光層，係由一聚氨酯材料所形成，且具有一拋光表面、一底表面以及多個溝槽，該多個溝槽大體上成多個同心圓且形成在該拋光表面上；一支撐層，係由該聚氨酯材料所形成；一膠合層，係膠合在該拋光層之該底表面與該支撐層之一頂表面之間；以及一檢測窗元件，係由一聚氨乙烯材料所形成，且具有一上表面以及一下表面；其中該拋光層係與該檢測窗一起射出成型而成，該檢測窗元件之該上表面係與該拋光表面共平面，該檢測窗元件之該下表面係與該底表面共平面，該支撐層具有一第一通孔，該膠合層具有一第二通孔，該第一通孔與該第二通孔位在該檢測窗元件的下方。
8. 如請求項7所述之拋光墊，其中該檢測窗元件之該上表面成一梭子形狀，且具有兩尖端。
9. 如請求項8所述之拋光墊，其中該拋光層具有一硬度範圍從50至52蕭氏硬度D，該支撐層具有一硬度範圍從50至52蕭氏硬度D。