TWI625197B - 雷射墊調節處理控制 - Google Patents

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TWI625197B
TWI625197B TW103108421A TW103108421A TWI625197B TW I625197 B TWI625197 B TW I625197B TW 103108421 A TW103108421 A TW 103108421A TW 103108421 A TW103108421 A TW 103108421A TW I625197 B TWI625197 B TW I625197B
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歐斯特赫德湯瑪士Ｈ
巴札拉吉菲
彭立欣
寇爾內喬瑪利歐
伯瑞羅斯基湯瑪斯
瑞德可佛瑞德
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應用材料股份有限公司
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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Abstract

在基板拋光處理中使用用於調節拋光墊之方法及裝置。在一個實施例中，提供了用於調節拋光墊之方法，該方法係經利用以拋光基板。方法包括：在光學裝置及拋光墊之間提供相對運動，該拋光墊具有佈置於其上之拋光媒質；以及以雷射光束掃描拋光墊之處理表面以調節處理表面，其中雷射光束具有波長，該波長實質透明於拋光媒質，但對於拋光墊之材料是反應性的。

Description

雷射墊調節處理控制
本發明之實施例一般關於用於使用光學調節裝置(例如雷射調節裝置)來調節基板拋光墊之控制方法及裝置。
在基板上之集成電路及其他電子裝置的製造中，導電的、半導電的以及介電材料的多個層係經沉積於基板之特徵側(也就是沉積接收表面)上或自基板之特徵側移除。隨著材料層依序沉積及移除，基板之特徵側可能變得非平面且需要平面化及/或拋光。平面化及拋光係先前沉積的材料係自基板之特徵側移除以形成大致均勻、平面或平整的表面的程序。該等程序在移除不要的表面構形及表面缺陷(例如粗糙的表面、附聚的材料、晶格損傷及刮傷)中是有用的。藉由移除用以填充特徵之多餘的沉積材料，此等程序亦對在基板上形成特徵為實用的，且對後續的沉積及處理提供均勻或平整的表面。
在拋光處理期間，與基板特徵側接觸之墊子的拋光表面經歷變形。變形包括拋光表面之平滑化及/或拋光表面之平面中的不均勻的平滑化以及拋光表面中孔隙的堵塞或阻 止，該等變形可能會降低墊子適當且有效率地自基板移除材料的能力。需要拋光表面之週期性的調節以跨拋光表面維持一致的粗糙度、孔隙率及/或大致扁平的外形。
一個用以調節拋光表面的方法利用研磨調節盤，該研磨調節盤在跨拋光表面的大部分旋轉及/或橫掃時，抵著(urge against)該拋光表面。調節盤的研磨部分(這可為鑽石粒子或其他堅硬材料)一般切進墊子表面，這在拋光表面中形成了溝槽且要不然就粗糙化拋光表面。然而，當控制了向調節盤所施加之旋轉及/或下壓力時，研磨部分可能不均勻地切進拋光表面，這在跨拋光表面的粗糙度上產生了差異。此外，隨著切割動作不容易控制，墊子的壽命可能被縮短。進一步地，這些調節裝置及系統之切割動作有時候在拋光表面中產生大的凹凸體(asperity)。儘管凹凸體在拋光處理中是有益，該等凹凸體可能在拋光期間掙脫(break loose)，這產生了可能在基板中造成缺陷的殘材。
因此，對於改良的墊子調節處理及相關的控制方法存在需求。
提供了用於調節拋光墊之方法及裝置，該方法及裝置係經利用於拋光處理中。在一個實施例中，提供了用於調節拋光墊之方法，該方法係經利用以拋光基板。方法包括：在光學裝置及拋光墊之間提供相對運動，該拋光墊具有佈置於其上之拋光媒質；以及以雷射光束掃描拋光墊之處理表面以調節處理表面，其中雷射光束具有波長，該波長係實質透 明於拋光媒質，但對於拋光墊是反應性的。
在另一實施例中，提供了用於拋光基板的方法。方法包括：將基板抵著拋光墊的處理表面，同時在基板及拋光墊之間提供相對移動；向處理表面提供拋光媒質；在相對移動期間，監測處理表面之狀態；以及以光學裝置調節處理表面，該光學裝置包括雷射發射器，該雷射發射器係經調適以發射光束，該光束具有波長範圍，該波長範圍對於拋光媒質是非反應性的，但對於拋光墊是反應性的。
在另一實施例中，提供了用於調節拋光墊的方法。方法包括：相對於拋光墊之處理表面，掃描光束，該拋光墊具有佈置於其上的水，該光束具有波長範圍，該波長範圍對於水是非反應性的，但對於拋光墊是反應性的，光束具有波長範圍，該波長對於水係實質非反應性的，但對於拋光墊是反應性的；以及調節拋光墊之拋光表面。
100‧‧‧處理站
102‧‧‧平台
104‧‧‧基座
106‧‧‧驅動馬達
108‧‧‧拋光墊
110‧‧‧主體
112‧‧‧處理表面
114‧‧‧托架頭
116‧‧‧基板
118‧‧‧支持構件
120‧‧‧驅動系統
122‧‧‧流體施用器
124A‧‧‧第一調節器裝置
124B‧‧‧第二調節器裝置
126‧‧‧調節器頭
128‧‧‧光學裝置
129‧‧‧雷射發射器
130‧‧‧支持構件
132‧‧‧支持臂
134‧‧‧致動器
136‧‧‧訊號構件
138‧‧‧訊號產生器
140‧‧‧光束
142‧‧‧頂板
144‧‧‧包殼
146‧‧‧開口
148‧‧‧窗口
150‧‧‧反射元件
152‧‧‧致動器
154‧‧‧光束
200‧‧‧經圖形化的處理表面
205‧‧‧痕跡
208A‧‧‧痕跡
208B‧‧‧非經調節的區域
210‧‧‧刮掃圖形
215‧‧‧拋光刮掃圖形
300A‧‧‧第一溝槽
300B‧‧‧第二溝槽
400‧‧‧圖表
500‧‧‧監測/反饋系統
505‧‧‧第一感應器
510‧‧‧光束
515A‧‧‧傳送器
515B‧‧‧接收器
520A‧‧‧第二感應器
520B‧‧‧第二感應器
525‧‧‧第三感應器
530‧‧‧墊子耦合構件
535‧‧‧感應器裝置
540‧‧‧第四感應器
545‧‧‧窗口
600‧‧‧拋光墊
605‧‧‧經圖形化的處理表面
610‧‧‧痕跡
615A‧‧‧弧線
615B‧‧‧弧線
700A‧‧‧痕跡陣列
700B‧‧‧痕跡陣列
700C‧‧‧痕跡陣列
705‧‧‧痕跡
710A‧‧‧間隔
710B‧‧‧間隔
715‧‧‧鏈
800A‧‧‧痕跡陣列
800B‧‧‧痕跡陣列
800C‧‧‧痕跡陣列
805‧‧‧痕跡
810A‧‧‧間隔
810B‧‧‧間隔
810C‧‧‧間隔
905A‧‧‧痕跡
905B‧‧‧痕跡
905C‧‧‧痕跡
905D‧‧‧痕跡
910‧‧‧溝槽
1000‧‧‧拋光墊
1005A‧‧‧經圖形化的處理表面
1005B‧‧‧經圖形化的處理表面
1010A‧‧‧痕跡
1010B‧‧‧痕跡
1100‧‧‧拋光墊
使得藉由參照實施例(其中之某些係繪示於隨附的圖示中)，可具有可詳細了解本發明以上記載特徵的方式、本發明更特定的描述(以上所簡要概述的)。應注意的是，然而，所附圖示僅繪示此發明之一般實施例且因此並不視為限制此發明之範圍，因為該發明可接納其他等效實施例。
圖1為處理站的一個實施例之局部剖視圖，該處理站係經配置以執行拋光處理。
圖2為圖1之處理站的俯視圖。
圖3為拋光墊的部分之剖視圖。
圖4為圖示對於光的各種波長之吸收係數的圖表。
圖5為圖1處理站之局部剖視圖，圖示監控/反饋系統。
圖6為拋光墊的俯視圖，圖示經圖形化的處理表面之另一實施例。
圖7A-7C為可形成於拋光墊上之標記陣列的示意俯視圖。
圖8A-8C為可形成於拋光墊上之標記陣列之示意剖視圖。
圖9A-9D為可形成於拋光墊中或拋光墊上標記的各種實施例之示意俯視圖。
圖10A及10B為拋光墊的示意俯視圖，圖示經圖形化的處理表面之部分之實施例。
為了促進了解，(於可能處)已使用了一致的參考標號以指定普遍用於該等圖式之一致的構件。可以預期的是，於一個實施例中所揭露的構件可有益地利用在其他實施例上而不用特別記載。
圖1為處理站100的一個實施例之局部剖視圖，該處理站100係經配置以執行拋光處理(例如化學機械拋光(CMP)處理或電化學機械拋光(ECMP)處理)。處理站100可為獨立式單元或較大處理系統之部分。雖然可利用其他的拋光系統(包括來自其他製造商的那些拋光系統)，可同處理站100利用的較大處理系統的示例包括可從應用材料公司 (Applied Materials,Inc.)(位於加州聖塔克拉拉)取得之REFLEXION®、REFLEXION® GT、REFLEXION® LK、REFLEXION® LK ECMPTM、MIRRA MESA®拋光系統。其他拋光模組(包括使用其他類型處理墊、帶、可轉位網型墊(indexable web-type pad)或其組合的那些拋光模組，且包括相對於拋光表面以旋轉、直線的或其他平面運動移動基板的那些拋光模組)亦可經調適以自本文中所述之實施例受益。
處理站100包括平台102，該平台102係可旋轉地支持於基座104上。平台102係可操作地耦合至驅動馬達106，該驅動馬達106係經調適以在旋轉軸A周圍旋轉平台102。平台102支持拋光墊108，該拋光墊108具有主體110。拋光墊108的主體110可為市售墊材(例如一般在CMP處理中利用的基於聚合物的墊材)或其他適於實施本發明的拋光製品。聚合物材料可為聚氨酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、PTFE、PTFA、聚苯硫醚(PPS)或其組合。主體110可進一步包括開孔或閉孔的發泡聚合物、彈性體、毛氈、浸漬毛氈、塑料及與處理化學相容的類似材料。在主體110可為電介質的同時，可預期的是，具有至少部分地導電的拋光表面的拋光墊亦可自本發明受益。
拋光墊108包括處理表面112，該處理表面112包括可包括微觀孔隙結構的絨毛。絨毛及/或孔隙結構自基板特徵側導致材料移除。處理表面112的屬性(例如拋光化合物滯留、拋光或移除活性及材料與流體輸送)影響移除率。為了促進自基板最佳的材料移除，處理表面112必須週期性地 調節以粗糙化及/或完全地及均勻地開啟絨毛或孔隙結構。當以此方式調節處理表面112時，處理表面112提供均勻及穩定的移除率。經粗糙化的處理表面112藉由強化墊子表面濕潤性及散佈拋光化合物來促進移除(例如自拋光化合物供應的研磨粒子)。
托架頭114係佈置(dispose)於拋光墊108之處理表面112之上。托架頭114固定(retain)基板116且在處理期間可控制地將基板116(沿著Z軸)抵著拋光墊108的處理表面112。托架頭114係安裝至支持構件118，該支持構件118支持托架頭114且相對於拋光墊108促進托架頭114的移動。支持構件118可以將托架頭114懸吊在拋光墊108之上的方式耦合至基座104或安裝於處理站100之上。在一個實施例中，支持構件118為安裝於處理站100之上的圓形軌道。在另一實施例中，支持構件118為耦合至中央支持構件(未圖示)的支持臂，該中央支持構件可相對於處理站100旋轉支持構件118。
托架頭114係耦合至驅動系統120，該驅動系統120至少提供托架頭114在旋轉軸B周圍的旋轉移動。驅動系統120可另外經配置以相對於拋光墊108橫向地(X及/或Y軸)沿支持構件118移動托架頭114。在一個實施例中，除了橫向移動，驅動系統120相對於拋光墊108垂直地(Z軸)移動托架頭114。例如，除了相對於拋光墊108提供基板116旋轉及/或橫向移動，驅動系統120可經利用以將基板116抵著拋光墊108。托架頭114的橫向移動可為直線的，或為弧線(arcing) 的或刮掃(sweeping)的運動(在圖2中圖示為215)。
流體施用器122係圖示安置於拋光墊108之處理表面112之上。流體施用器122係經調適以向拋光墊108範圍的至少一部分提供拋光媒質(例如拋光流體或拋光化合物)。拋光流體或拋光化合物可為化學溶液、研磨液(slurry)、清洗溶液或其組合，主要包含水(例如約70%至99%(或更多)去離子水(de-ionized water,DIW)的成分)。例如，媒質可為含研磨料或不含研磨料的拋光化合物，該拋光化合物係經調適以助於自基板116的特徵側移除材料。還原劑及氧化劑(例如過氧化氫)亦可加至媒質。或者，媒質可為清洗劑(例如DIW)，該清洗劑係用以自拋光墊108的拋光材料清洗或沖洗掉拋光副產物。
圖1亦圖示調節裝置的兩個不同的實施例(圖示為第一調節器裝置124A及第二調節器裝置124B)。可同處理站100利用第一調節器裝置124A及第二調節器裝置124B中之一者或兩者。
第一調節器裝置124A一般包括調節氣頭126，該調節氣頭126耦合至處理站100的基座104。調節器頭126可包括光學裝置128。光學裝置128可為雷射發射器、透鏡、反射鏡或其他適合用於朝拋光墊108的處理表面112發射、傳送或引導光束140的裝置。在一個實施例中，光學裝置128包括雷射發射器129。雷射發射器129可替代性地自第一調節器裝置124A遠端地安置。利用此架構，光學裝置128包括光學器件(optics)，該光學器件對於向拋光墊108的處理表面112 供應光束140是必要的。調節器頭126係藉由支持臂132來耦合至支持構件130。支持構件130被佈置為通過處理站100的基座104。在基座104及支持構件130之間提供軸承(未圖示)以促進支持構件130相對於基座104在旋轉軸C周圍的旋轉。致動器134係耦合於基座104及支持構件130之間以控制支持構件130在旋轉軸C周圍的旋轉方向以允許調節器頭120以弧線或刮掃的運動在拋光墊108的處理表面112之上移動。
在一個實施例中，係利用雷射發射器129發射光束140，該光束140衝擊拋光墊108以調節處理表面112。例如，可利用光束140以在拋光墊108的處理表面112中或在拋光墊108的處理表面112上形成溝槽圖形。光束140可為主光束或者光束140可為自反射元件(未圖示)發射的次光束，該反射元件可為光學裝置128的部分。在拋光墊108的處理表面112中或在拋光墊108的處理表面112上所提供的溝槽圖形可在具有相對扁平或平面的處理表面的拋光墊上形成，且亦可在具有非平面處理表面的拋光墊上形成。例如，可利用光束140及/或154以調節具有非平面處理表面的拋光墊而不用扁平化該處理表面。
支持構件130可收容驅動元件以相對於拋光墊108之處理表面112的平面選擇性地控制調節器頭126及光學裝置128的其中一者的垂直位置(以Z軸)及/或角度α。支持構件130及/或支持臂132亦可包含訊號構件136，該訊號構件136係耦合於訊號產生器138及光學裝置128之間。訊號 產生器138可為可控制的電源且訊號構件136可為電線或光纖。致動器134亦可(以Z方向)提供支持構件130的垂直安置以相對於拋光墊108提供調節器頭126的高度控制。
在某些實施例中，致動器134亦可用以提供拋光墊108及調節器頭126之間的接觸以及將調節器頭126用可控制的下壓力抵著拋光墊108的處理表面112。在一個實施例(未圖示)中，調節器頭126可包括殼體，該殼體在調節期間接觸拋光墊108。殼體可耦合至真空裝置(未圖示)及/或流體源(未圖示)以促進材料的移除，該材料係在調節期間自拋光墊108的處理表面112釋放。
第二調節器裝置124B係安置於拋光墊108的處理表面112之上，並且，在一個實施例中，該第二調節器裝置124B係由包殼144的頂板(ceiling)142所支持，該包殼144至少部分地自周圍環境隔離處理站100。第二調節器裝置124B包括光學裝置128，該光學裝置128可包括雷射發射器129及/或光學器件，該雷射發射器129及/或光學器件對於向佈置於平台102上之拋光墊108的處理表面112供應由雷射發射器129所產生的次光束154是必要的。在一個實施例中，光學裝置128係經安置以引導次光束154通過開口146，該開口146係形成為通過頂板142。開口146可包括窗口148，該窗口148對於次光束154是透明的。可利用窗口148以防止任何拋光殘材或氣體離開包殼144。在此實施例中，光學裝置128包括雷射發射器129且可可選地包括反射元件150以相對於拋光墊108之處理表面112掃描次光束154以調節拋光墊108的 處理表面112。反射元件150可為反射鏡，例如掃描反射鏡或掃描振鏡反射鏡(galvo-mirror)，該掃描反射鏡或掃描振鏡反射鏡係耦合至致動器152以在軸D周圍(X軸周圍)移動反射元件150。在另一實施例中，反射元件150可經配置以在Y軸周圍旋轉(以改變相對於拋光墊108的處理表面112的角度α)而作為在軸D周圍移動的替代方案(或者除了在軸D周圍移動之外，反射元件150可經配置以在Y軸周圍旋轉)。
在一個實施例中，雷射發射器129係經調適以將光束140發射為主光束，該主光束係引導為通過窗口148而朝向拋光墊108的處理表面112以(例如，藉由在拋光墊108的處理表面112中形成溝槽圖形或在拋光墊108的處理表面112上形成溝槽圖形)調節拋光墊108的處理表面112。在另一實施例中，雷射發射器129朝反射元件150發射光束140以提供次光束154，該次光束154衝擊拋光墊108以(例如，藉由在拋光墊108的處理表面112中形成溝槽圖形或在拋光墊108的處理表面112上形成溝槽圖形)調節拋光墊108的處理表面112。
圖2為圖1之處理站100的俯視圖，圖示在拋光墊108上經圖形化的處理表面200的一個實施例。經圖形化的處理表面200在處理期間促進自基板116移除材料及/或流體運輸。經圖形化的處理表面200可使用圖1之第一調節器裝置124A及/或第二調節器裝置124B來形成。經圖形化的處理表面200可包括溝槽或通道(以下稱為痕跡205，係形成於主體110中而至所需的深度)。
痕跡205之各者可包括流體留存結構，該流體留存結構係藉由圖1之第一調節器裝置124A及/或第二調節器裝置124B的光學裝置128形成於拋光墊108的主體110中。痕跡205在拋光墊108上可為直線的或曲線的、之字形(zig-zagged)以及可具有徑向、網格、螺旋形或圓形的方向。痕跡205可為相交的或非相交的。替代性地或附加地，拋光墊108的處理表面112可經壓花(emboss)。
在此實施例中，經圖形化的處理表面200包括複數個痕跡205，該等痕跡205可為實質同心的。在某些實施例中，痕跡205可為間歇的以形成離散的痕跡208A，該離散的痕跡208A係藉由拋光墊108的處理表面112之非經調節的區域208B來分隔(例如不藉由(圖1中所圖示的)光學裝置128來調節的拋光墊108的處理表面112的區域)。痕跡208A之各者可為可包括流體留存結構的溝槽、通道或孔洞，該流體留存結構係藉由第一調節器裝置124A及/或第二調節器裝置124B來形成於拋光墊108的主體110中。痕跡208A在拋光墊108上亦可為直線的或曲線的、之字形的以即可具有徑向、網格、螺旋形或圓形的方向。圖2亦圖示基板116，該基板116係在拋光期間(部分地以假想物(phantom))佈置於拋光墊108的處理表面112上以在經圖形化的處理表面200上指示基板116之拋光刮掃圖形215的一個實施例實施例。
為了提供自(圖1中所圖示的)光學裝置128朝拋光墊108的處理表面112引導的連續的或間歇的光束(也就是圖1中所圖示的140及/或154)，痕跡205及/或痕跡208A 之各者可藉由(在圖1中所圖示的)訊號產生器138之連續的或間歇的脈衝來形成。如圖2中所示，痕跡208A可在拋光墊108的處理表面112中定義孔洞陣列或短的、直線的或曲線的通道。
在調節期間(可在拋光的同時執行調節，或在拋光處理之間執行調節)，拋光墊108可以約0.5的每分鐘轉數(revolution per minute,rpm)至約122rpm旋轉，同時在拋光墊108的處理表面112上形成痕跡及/或溝槽圖形。在拋光墊108的處理表面112上之痕跡205及/或痕跡208A的圖形可包括約50微米(μm)至約1000μm的間距。在一個實施例中，在拋光墊的處理表面112中所形成的痕跡205及/或痕跡208A的至少一部份可包括約50μm至約500μm的寬度。在拋光墊108的處理表面112中所形成的痕跡205及/或痕跡208A可包括約5μm至約250μm的深度(例如約25μm至約112μm)。在拋光墊108的處理表面112中所形成的痕跡205及/或痕跡208A的寬度及/或深度度可在拋光墊108的整個壽命時間(lifetime)期間使用光學裝置128來維持。例如，可使用光學裝置128以在拋光處理期間(或在拋光處理之間)再生痕跡205及/或痕跡208A的寬度及/或深度。在一個實施例中，光學裝置128係用以在拋光墊108上拋光的各基板116間(例如在拋光第一基板之後及在拋光第二基板之前)再生痕跡205及/或痕跡208A的寬度及/或深度。在另一實施例中，光學裝置128係用以再生痕跡205及/或208A的寬度及/或深度，根據需要，其可隨後於在多於一個基板116(例如兩個或更多個 基板)上所執行的拋光處理。
在第一調節器裝置124A之操作的一個實施例中，為了橫跨拋光墊108的處理表面112以刮掃圖形210在支持臂132上(同佈置在調節器頭126中之光學裝置128)移動調節器頭126，支持構件130可為可旋轉的。在一個方面中，係同來自第一調節器裝置124光學裝置128的光能之應用及/或刮掃圖形210結合來利用拋光墊108在處理期間的旋轉移動以在拋光墊108的處理表面112上形成痕跡205及/或痕跡208A的圖形。在另一方面中，係同來自第二調節器裝置124B之光學裝置128之光能應用結合來利用拋光墊108在處理期間的旋轉移動。
圖3為拋光墊108之部分的剖視圖，圖示了在處理表面112中經分級(graded)的溝槽圖形，該經分級的溝槽圖形係由第一調節器裝置124A及第二調節器裝置124B中之一者或兩者(皆示於圖1中)所提供。經分級的溝槽圖形包括第一溝槽300A及第二溝槽300B，該第一溝槽300A及第二溝槽300B係藉由光學裝置128在主體100中以非均勻的深度來形成。例如，當光學裝置128為雷射裝置時，功率可在低功率設定及高功率設定之間脈衝化，該低功率設定係用來以第一、較淺的深度形成第一溝槽300A，該高功率設定係用來以第二、較深的深度形成第二溝槽300B。第一溝槽300A及第二溝槽300B在處理表面112中可形成為連續的溝槽(例如圖2中所示之痕跡205)。雖未圖示，第一溝槽300A及第二溝槽300B可以陣列來形成(例如圖2中所示之痕跡208A)。
在拋光墊上使用雷射裝置形成溝槽圖形已用於新的拋光墊的製造中。在此功能中，墊子材料一般為不含水分的，且使用具有相對高之吸收係數的雷射。可對於在此無水分的媒質中之溝槽圖形利用具有約10.6μm之波長(例如遠紅外線光譜)的二氧化碳(CO2)雷射裝置。然而，在基板拋光期間的調節拋光墊的期間，拋光墊係以拋光流體或拋光化合物(水是其主要成分)來濕潤。具有容易由拋光媒質(例如水)所吸收之波長(例如10.6μm)之雷射裝置的使用帶來了挑戰。當光能由墊子材料中的水所吸收時，水的加熱就隨之而來。水的加熱可能造成水沸騰。隨著墊子材料一般為多孔的，孔隙(或局部區域的孔隙)中水的沸騰可能在墊子表面中造成破裂。橫跨墊子表面的不同區域地，此破裂一般是不可控制的，且可能產生大的凹凸體以及跨拋光表面產生不均勻的溝槽圖形，且，最後，產生不適合的基板拋光結果。
如本文中所述之利用光學裝置128之拋光墊108的調節可利用具有不容易由拋光媒質(例如拋光流體或拋光化合物)所吸收但有效率地由墊子材料所吸收之波長的光束140及/或154。因為拋光媒質對於光束140及/或154係實質透明的，可實現墊子材料的直接削磨而沒有從墊子材料中的水分所遭遇到的問題，且可如本文中所述地在拋光墊108的處理表面112中形成可控制的溝槽圖形。
圖4為圖表400，對於各種波長圖示吸收係數(1/公分(cm)或cm-1)。係將「水窗(water window)」放入圖表400上。在約200奈米(nm)及約1200奈米之間中的波 長顯示低吸收係數(低於約1.0/cm)，同時1200nm之上的波長具有高吸收係數(大於約100/cm)。因此，如圖1、2及3中所示，係同第一調節器裝置124A及第二調節器裝置124B利用具有在「水窗」內之波長範圍的雷射裝置(例如圖1中所述之雷射發射器129)。
對於雷射發射器129之合適波長的示例包括紫外線波長範圍(例如約355nm)、可見波長範圍(例如約532nm)、近紅外線波長範圍(例如約1064nm)及其組合。在一個實施例中，拋光墊108材料的吸收係數係大於約1.0/cm(例如約5.0/cm)或更大，同時拋光媒質的吸收係數係小於約1.0/cm(例如約0.5/cm)。在一個方面中，雷射發射器129的波長係實質透明(非反應性的)於基於水的拋光媒質且所發射的光束並不顯著地由拋光媒質作用。例如，拋光墊108的處理表面112上的拋光媒質層相對地薄，且所發射的光束通過該拋光媒質層且至處理表面112上而不與拋光媒質交互作用。在一個實施例中，來自雷射發射器129所發射的光束通過拋光墊108之處理表面112上空間中的空氣且不由拋光媒質所作用，使得光束特性(例如光點尺寸及/或入射角度)並不顯著地由拋光媒質所改變。在一個方面中，為了形成圖2及3中所圖示及描述的溝槽圖形，由雷射發射器129所提供的波長範圍對於在拋光處理中所利用的拋光媒質係實質非反應性的，但是對於拋光墊材料是反應性的。在另一方面中，為了形成圖2及3中所圖示及描述的痕跡及/或溝槽圖形，優先於拋光處理中所利用的拋光媒質，由雷射放射器129所提供之 波長範圍係由拋光墊材料所吸收。
在另一方面中，為了形成圖2及3中所圖示及描述的溝槽圖形，主光束140係以對於拋光處理中所利用的拋光媒質係實質非反應性的(但對於拋光墊材料是反應性的)波長範圍來提供。
「實質透明」可定義為光束在正常操作條件(也就是光束之波長範圍、光束之輸出功率、光束之光點尺寸、在拋光墊材料上之光束靜止時間及其組合)下，沒有能力造成拋光媒質的相位改變。「實質透明」亦可定義為光束在如本文中所述之調節處理中之正常使用下，沒有能力造成拋光媒質加熱及/或沸騰。例如，如本文中所述之雷射發射器129的波長在使用經脈衝化的光束及/或短暫靜止時間的正常操作條件下，在拋光媒質的溫度上不會造成實質升高。「實質透明」亦可定義為拋光媒質在如本文中所述之調節處理中之正常使用下，沒有能力影響自雷射發射器129所發射之光束的性質。「實質非反應性」可定義為光束在正常操作條件(也就是光束之波長範圍、光束之輸出功率、光束之光點尺寸、在拋光墊材料上之光束靜止時間及其組合)下，沒有能力造成拋光媒質的相位改變。「實質非反應性」亦可定義為光束在如本文中所述之調節處理中之正常使用下，沒有能力造成拋光媒質加熱及/或沸騰。例如，如本文中所述之雷射發射器129之波長在使用經脈衝化之光束及/或短暫靜止時間之正常操作條件下，在拋光媒質的溫度上不會造成實質上升。
如上所述，為了維持最佳移除率，需要拋光墊108 的週期性調節以再生拋光墊之表面。為了保證拋光墊108之處理表面112有效率的調節(這提供了最佳移除率)，必須監測拋光墊108的狀態，且可基於拋光墊108的狀態來改變調節及/或拋光處理。在一個實施例中，可基於來自與處理站100相關聯之一個或更多個監測裝置之輸入，基於拋光墊108的處理表面112的狀態來調整調節參數。亦可利用在所處理的基板上執行之輪廓量測(profilometry)(接觸或非接觸)及干涉測量術(interferometry)技術以調整調節參數。
調節參數包括墊子調節的頻率及/或持續時間、雷射功率輸出、雷射脈衝時間、波長及/或頻率、雷射脈衝長度、光點尺寸(光束直徑)、光束之入射角度及其組合。可將調節參數中的某些利用為控制把手(control knob)以維持拋光墊108的處理表面112的一致或所需的構形。例如，時間上的脈衝形狀(光束強度輪廓)及/或空間上的光束強度輪廓(每區域單位之光束強度)可提供構形控制的即時調整。調節參數的調整可提供粗糙度計算的最佳控制以及在拋光墊108的處理表面112上之凹凸體之尺度及/或形狀的最佳控制。在一個實施例中，當在鑽孔模式中使用雷射發射器129形成凹凸體時(其中雷射發射器129係經脈衝化以在拋光墊108的處理表面112上以預定的間隔及深度來形成孔洞)，間隔及/或脈衝可以使得在墊子的邊緣及中心處形成較少的凹凸體，同時在墊子的中間範圍處形成較密且較深的凹凸體。在凹凸體之高度及密度上的這樣的變化可賦能(enable)更均勻的拋光且改善了基板的平面化。
圖5為圖1處理站100之局部剖視圖，圖示監測及控制系統的各種實施例，該監測及控制系統賦能在其上所執行的調節處理及拋光處理的閉迴路控制。監測/反饋系統500係圖示於處理站100內。為了處理站100上之處理的閉迴路控制，監測/反饋系統500的元件可與控制器通訊。
監測/反饋系統500可包括第一監測裝置，該第一監測裝置包括一個或更多個第一感應器505，該等第一感應器505係佈置在處理站100的部分上。第一感應器505之各者可為經利用以觀察拋光墊108之處理表面112的光學裝置。例如，第一感應器505可耦合至包殼144的頂板142、支持臂132上、支持構件118上、及其組合以及可觀察拋光墊108之處理表面112的其他位置。第一感應器505中之一個或更多個可為攝影機或光學裝置(例如雷射感應器)，該光學裝置發射朝拋光墊108之處理表面112引導的光束510。在一個示例中，第一感應器505(位於包殼144上)可包括發射光束510的傳送器515A及接收所反射之光束的接收器515B(未圖示)。可利用所反射光束之強度以提供拋光墊108之處理表面112之粗糙度及/或孔隙率(也就是構形)的即時測度。可使用粗糙度及/或孔隙率測度來判定可被調整的調節參數。亦可使用包括光學裝置的第一感應器505來判定拋光墊108之處理表面112的平均高度，以及判定第一溝槽300A的深度及第二溝槽300B的深度(兩者圖示於圖3中)。
在一個實施例中，第一感應器505中之一個或更多個可為攝影機(例如CCD攝影機)或雷射表面掃描器，該攝 影機或雷射表面掃描器在調節及/或拋光期間監測拋光墊108的處理表面112。來自第一感應器505的影像可發送至控制器且可獲得拋光墊108之處理表面112的構形測度。可使用構形測度以判定可被調整的調節參數。構形測度可包括拋光墊108之處理表面112之平均高度以及可用以調整調節參數之第一溝槽300A之深度及第二溝槽300B之深度(兩者圖示於圖3中)。
替代性地，第一感應器505中之一個或更多個可為電容性感應器以提供表示拋光墊108之處理表面112狀態的構形資訊。利用電容性耦合的第一感應器505亦可經利用以偵測及測量接近性(proximity)及/或位移。亦可使用包括電容性感應裝置的第一感應器505以監測拋光墊108的輪廓，例如判定拋光墊108之處理表面112的平均高度及/或監測拋光墊108的厚度，以及判定第一溝槽300A的深度及第二溝槽300B的深度(兩者圖示於圖3中)。在一個實施例中，可使用厚度資訊以實施校正調節，使得在拋光墊108厚的地方作用較多調節且在拋光墊108薄的地方作用較少調節，以獲得具有最小厚度變化的平坦拋光墊108處理表面112。在另一實施例中，可使用輪廓資訊來判定拋光墊108之處理表面112的磨耗(wear)且可調整調節參數以跨拋光墊108的處理表面112提供均勻的磨耗。
監測/反饋系統500可包括第二監測裝置，該第二監測裝置包括一個或更多個第二感應器520A及520B。第二感應器520A及520B可為旋轉感應器，該等旋轉感應器係經利 用以感應扭矩且向控制器提供扭矩值。第二感應器520A可為平台旋轉感應器，該平台旋轉感應器係經利用以獲得表示用以在調節及/或拋光期間旋轉平台102及拋光墊108所需之力量的度測。第二感應器520A可為扭矩或其他旋轉力量感應器，該扭矩或其他旋轉力量感應器係耦合至驅動馬達106或耦合至驅動馬達106的輸出軸。同樣地，第二感應器520B可耦合至托架頭114。第二感應器520B可為對於托架頭114的旋轉感應器，該旋轉感應器係經利用以獲得用以將托架頭114以拋光刮掃圖形215(圖示於圖2中)刮掃所需之力量的度測。第二感應器520B可為耦合至驅動系統120或驅動系統120之輸出軸的扭矩感應器、剪力感應器或其他旋轉力量感應器。第二感應器520A及520B可向控制器提供扭矩值，該扭矩值係經利用以判定可被調整的調節參數。
監測/反饋系統500可包括第三監測裝置，例如第三感應器525。第三感應器525可包括墊子表面感應器，該墊子表面感應器基於墊子構形上的改變來反應。第三感應器525可為摩擦感應器，該摩擦感應器包括墊子耦合構件530及感應器裝置535。墊子耦合構件530可為一材料的圓盤或平板，該材料係經利用以騎乘於拋光墊108之處理表面112上且隨著拋光墊108旋轉而與處理表面112交互作用。墊子耦合構件530可基於處理表面中的不均勻度來移動且可由感應器裝置535來感應位移。係向控制器提供位移值且可判定及實施對於調節參數的調整。替代性地或附加地，可將墊子耦合構件530以特定負載抵著處理表面112，且可藉由感應器裝置 535感應基於摩擦的位移值、扭矩值或其他值。係向控制器提供位移值、扭矩值或其他值且可判定及實施對於調節參數的調整。雖然第三感應器525係圖示為耦合至基座104且係安置為相鄰於拋光墊108的邊緣，第三感應器525(或多個第三感應器525)可耦合至處理站100的其他部分以在不同的/多個位置處獲得拋光墊108狀態的反饋。
監測/反饋系統500可包括第四監測裝置，例如第四感應器540。第四感應器540可包括感應裝置，該感應裝置在拋光處理期間提供殘留在基板116上之材料的度測。第四感應器540可為佈置於平台102內窗口545下之渦流(eddy current)感應器或光學裝置(例如雷射發射器或偵測器)、或光發射裝置(例如白光源)及偵測器，該窗口545係形成於拋光墊108中。可利用第四感應器540以在拋光處理期間判定基板116的構形，其為處理表面112構形之調節程度的指示。可使用第四感應器540以判定凹陷及/或侵蝕，該凹陷及/或侵蝕表示拋光墊108的過度調節。因此，可基於基板116構形的觀察來提供調節參數的即時調整。
在一個實施例中，可使用來自感應器505、520A、520B、525及540中之一個或更多個指示粗糙度之度測及/或剪力量測的訊號以增加或減少脈衝的數量以恢復表面粗糙度，使得維持了拋光墊108之處理表面112的最佳構形。在另一實施例中，可單獨增加或減少痕跡208A(圖示於圖2中)的間隔，或者為了更穩定的拋光效能而與來自雷射發射器129的脈衝數量結合來增加或減少痕跡208A的間隔。
圖6為拋光墊600的俯視圖，圖示藉由本文中所述之方法所提供之經圖形化之處理表面605的另一實施例。在此實施例中，係藉由光學裝置128(圖示於圖1及5中)的直線掃描來提供經圖形化的處理表面605，該直線掃描係自接近拋光墊600的幾何中心至拋光墊600的邊緣，反之亦然。例如，光學裝置128提供光束(也就是圖1及5中所圖示的光束140及/或光束154)，在拋光墊600正在旋轉的同時，該光束掃描拋光墊600的半徑。由於拋光墊600的移動，相對於在中心處拋光墊600的旋轉速度(例如在該處，旋轉速度為零)，旋轉速度在拋光墊600的邊緣處較高。如圖6中所示，結果為在經圖形化的處理表面605上之一萬花尺型(spirograph-type)的圖形。
經圖形化的處理表面605包括複數個痕跡610。痕跡610的深度及/或痕跡610的間隔係藉由光束(140及/或154)掃描速度、光束脈衝率以及拋光墊600旋轉速度中之一個或組合來判定。例如，經圖形化之處理表面605的萬花尺型圖形包括由痕跡610所形成的複數個弧線(僅圖示弧線615A及615B)。弧線615A可於拋光墊600中心處開始且在拋光墊600的圓周附近過渡至弧線615B，同時弧線615B在拋光墊600的中心處結束。弧線615A及615B的圓形形狀可基於拋光墊600的旋轉速度。例如，當拋光墊600的旋轉速度緩慢時，弧線615A及615B可更加橢圓。隨著光束(140及/或154)徑向地橫穿墊子，可藉由變化光束的掃描速度來提供類似的效應。可變化掃描速度以補償拋光墊600的變化 徑向速度，以維持光束及拋光墊600之間固定的相對速度以作用均勻的標線(marking)深度。
圖7A-7C為痕跡陣列700A-700C的示意俯視圖，該等痕跡陣列700A-700C可使用如本文中所述之方法來形成於拋光墊(圖示於圖1、2、5及6中)上。圖7A圖示具有複數個痕跡705的痕跡陣列700A，該等痕跡705具有實質一致的外尺度d以及在X方向上實質相似的間隔710A。Y方向上的間隔可實質相同於間隔710A。圖7B圖示具有複數個痕跡705的痕跡陣列700B，該等痕跡705具有實質一致的外尺寸d以及在X方向上實質相似的間隔710B，該間隔710B大於間隔710A。Y方向上的間隔可實質相等於間隔710B。圖7C圖示具有複數個痕跡705的痕跡陣列700C，該等痕跡705具有實質一致的外尺度d。然而，係設定痕跡705的間隔使得痕跡705至少部分地重疊且形成痕跡705的線或鏈715。雖然圖7A-7C中的痕跡705圖示為圓形，痕跡705可為一個形狀或形狀的任何組合，例如如所示的圓形、矩形、三角形、直線圖形及其類似物。尺度d在圓形痕跡的情況中可為直徑，或為其他多邊形形狀的外尺度。可在調節期間，藉由設定光束的光點尺寸來提供尺度d。光點尺寸可約為20μm至約200μm。此外，可根據需要提供痕跡陣列700A-700C中所示的一個尺度d或尺度d的組合，以提供包含相似尺寸的痕跡705(例如相同尺度d及/或相同間隔)或不同尺寸及間隔的痕跡705之痕跡陣列。
圖8A-8C為痕跡陣列800A-800C的示意剖視圖，該 等痕跡陣列800A-800C可使用如本文中所述之方法來形成於拋光墊(圖示於圖1、2、5及6中)之主體110上。圖8A圖示具有複數個痕跡805的痕跡陣列800A，該等痕跡805具有實質一致的間隔810A以及實質一致的高度h。圖8B圖示具有複數個痕跡805的痕跡陣列800B，該等痕跡805具有實質一致的間隔810B以及實質相似的高度h，該高度h小於圖8A中所示之痕跡805的高度h。圖8C圖示具有複數個痕跡805的痕跡陣列800C，該等痕跡805具有實質一致的間隔810C及高度h。可根據所需提供痕跡陣列800A-800C中所圖示的一個高度h或高度h的組合，以提供包含相似尺寸之痕跡805(例如相同高度h及/或相同間隔)或不同高度h及間隔的痕跡805的痕跡陣列。在調節期間，可藉由設定合適數量的光束之不連續脈衝來提供高度h。增加脈衝的數量可促進較大的痕跡深度(也就是高度h)。
圖9A-9D為痕跡之各種實施例的示意俯視圖，該等痕跡可使用本文中所述之方法來形成於拋光墊中或拋光墊(圖示於圖1、2、5及6中)上。圖9A以三角形的形式描繪痕跡905A；圖9B以矩形的形式描繪痕跡905B；圖9C以圓形的形式描繪痕跡905C；以及圖9D描繪具有複數個直線溝槽910的痕跡905D。雖然圖示四個交叉的溝槽910，可使用多於四個或少於四個的溝槽910。此外，溝槽910可不交叉。可使用一個痕跡905A-905D或痕跡905A-905D的組合以如本文中所述的在拋光墊上形成經圖形化的處理表面。此外，任何的痕跡905A-905D可經尺寸化以具有自幾釐米至接近拋光 墊直徑的主要尺度。例如，痕跡905A(或痕跡905B)可經尺寸化，使得角隅相鄰於拋光墊的周緣。額外的痕跡(905A、905B或痕跡905A-905D的組合)可形成於痕跡905A(或痕跡905B)內或巢套(nested)於痕跡905A(或痕跡905B)外或痕跡905A(或痕跡905B)內。在另一示例中，痕跡905D可經形成，使得溝槽910的長度實質相等於拋光墊的直徑。
圖10A及10B為拋光墊1000的示意俯視圖，分別圖示其上之經圖形化處理表面1005A、1005B之部分的實施例。在圖10A中，拋光墊1000包括形成為圓形的複數個痕跡1010A。在圖10B中，拋光墊1000包括複數個矩形形式的痕跡1010B。經圖形化之處理表面1005A及1005B之各者可形成於拋光墊1000的整個表面中或整個表面上，或可使用各者之組合。
某些或所有的痕跡1010A及1010B可與其他痕跡1010A及1010B部分地重疊。在一個示例中，經圖形化的處理表面1005A可包含重疊的複數個痕跡1010A。痕跡1010A的至少一部分可沿半徑方向以約50%(或更多)重疊另一相鄰的痕跡1010A。痕跡1010A的深度可約為50μm(或更少)。可在經圖形化的處理表面1005B上使用類似的處理以在經圖形化的處理表面1005A中形成如上所述之痕跡1010B的重疊。
另一調節方法包括相對於拋光墊1000以徑向的或圓周的(circumferential)方向掃描光束(140及/或154)，以在光束及拋光墊1000之間達成不同的相對速度。例如，可以拋光墊1000旋轉的方向來掃描光束以產生直線或弧線的痕 跡。
提供了用於在拋光墊108(圖2)、600(圖6)及1000(圖10A及10B)上提供經圖形化之處理表面200(圖2)、605(圖6)、1005A(圖10A)及1005B(圖10B)之裝置及方法。經圖形化的處理表面可藉由光束來形成且以不連續圖形、重複圖形、重疊圖形或痕跡及其類似物來包括多個圖形，該等圖形包括直線、弧線或形狀、痕跡、物體及其類似物。此外，提供了用於監測/反饋系統500之裝置及方法，該監測/反饋系統500係用於利用光學調節的CMP系統之閉迴路控制。監測/反饋系統500提供調節參數的控制以獲得最佳移除率。調節參數的控制提供拋光墊處理表面的精確構形控制，這造成較低的缺陷率、較長的墊子壽命以及改良的產量(throughput)。
雖然以上所述係針對本發明之實施例，可設計出該發明之其他且進一步的實施例而不脫離該發明之基礎範圍。

Claims (23)

  1. 一種用於調節一拋光墊的方法，該拋光墊係經利用以拋光一基板，該方法包括以下步驟：提供一光學裝置及一拋光墊之間的相對運動，該拋光墊於其上具有一拋光媒質，其中該拋光媒質含有水；提供一雷射光束，該雷射光束具有對該拋光媒質為實質上透明但對該拋光墊之材料是反應性的一波長；以及以該雷射光束掃描該拋光墊的一處理表面，其中該雷射光束穿過該拋光媒質且在該處理表面上形成一溝槽圖形。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包括下列步驟：在一基板的拋光期間，監測該處理表面之一狀態。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該處理表面之該狀態係藉由至少一個感應器來監測。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該至少一個感應器包括一光學感應器、一電容性感應器、一旋轉感應器、一剪力感應器、一渦流感應器及其組合。
  5. 如請求項3所述之方法，進一步包括以下步驟：回應於由該至少一個感應器所提供之一測度，調整調節參數。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該光束之一光點尺寸。
  7. 如請求項5所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該光束之一脈衝頻率、一脈衝數量及/或一脈衝長度。
  8. 如請求項5所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：相對於該處理表面，調整該光束入射之一角度。
  9. 如請求項5所述之方法，其中該調整調節參數之方法包括以下步驟：調整該雷射裝置之一輸出功率。
  10. 一種用於拋光一基板之方法，包括以下步驟：將一基板抵著一拋光墊之一處理表面，同時在該基板及該拋光墊之間提供相對移動；向該處理表面提供一拋光媒質，該拋光媒質含有水；在該相對移動期間，監測該處理表面之一狀態；提供一雷射光束，該雷射光束具有對該拋光媒質為實質上透明但對該拋光墊之材料是反應性的一波長；以及以該雷射光束調節該處理表面，其中該雷射光束穿過該拋光媒質且在該處理表面上形成一溝槽圖形。
  11. 如請求項10所述之方法，進一步包括下列步驟： 基於由一或更多個感應器所提供之一測度，調整調節參數。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該光束之一光點尺寸。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該光束之一脈衝頻率、一脈衝數量及/或一脈衝長度。
  14. 如請求項11所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：相對於該處理表面，調整該光束入射之一角度。
  15. 如請求項11所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該雷射裝置之一輸出功率。
  16. 一種用於調節一拋光墊之方法，包括以下步驟：相對於該拋光墊之一處理表面，掃描一光束，該拋光墊具有佈置於其上的水，該光束具有一波長範圍，該波長範圍對於該水是非反應性的，但對拋光墊是反應性的；以及調節該拋光墊之該處理表面。
  17. 如請求項16所述之方法，進一步包括以下步驟：監測該處理表面之一構型。
  18. 如請求項17所述之方法，進一步包括以下步驟：回應於由一或更多個感應器所提供之一測度，調整調節參數。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該光束之一光點尺寸。
  20. 如請求項18所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該光束之一脈衝頻率、一脈衝數量及/或一脈衝長度。
  21. 如請求項18所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：相對於該處理表面，調整該光束入射之一角度。
  22. 如請求項18所述之方法，其中該調整調節參數之步驟包括以下步驟：調整該雷射裝置之一輸出功率。
  23. 如請求項16所述之方法，其中該掃描步驟包括以下步驟：以該拋光墊之一旋轉方向掃描該光束。
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