TWI718537B - 用於化學機械研磨之裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例提供一種用於CMP之研磨墊。該研磨墊包含：一材料層，其具有一表面；複數個槽，其等凹入至該材料層中之該表面中；及一螢光指示器，其在該材料層中。該複數個槽之各者具有一第一深度，該螢光指示器具有一第二深度，且該第二深度等於或小於該第一深度。

Description

用於化學機械研磨之裝置及方法
本發明實施例係有關用於化學機械研磨之裝置及方法。
化學機械研磨(CMP)廣泛用於積體電路之製造中。在於一半導體晶圓之一表面上逐層建立一積體電路時，使用CMP來平坦化最頂部層或諸層以為後續製造操作提供一水平表面。藉由將半導體晶圓放置於一晶圓載體中而實行CMP，該晶圓載體將待研磨之晶圓表面壓抵於附接至一壓盤(platen)之一研磨墊。使壓盤及晶圓載體反向旋轉，同時將含有磨蝕顆粒及反應性化學品兩者之一磨蝕漿料施覆至研磨墊。漿料經由研磨墊之旋轉輸送至晶圓表面。研磨墊與晶圓表面之相對移動外加磨蝕漿料中之反應性化學品容許CMP藉由物理及化學力兩者整平晶圓表面。
可在製造一積體電路期間之若干時間點使用CMP。例如，可使用CMP來平坦化分離一積體電路中之各種電路層的層間(inter-level)介電層。CMP亦常用於形成一積體電路中之互連組件之導電線。藉由磨蝕性地研磨半導體晶圓之表面，可移除層中之過量材料及表面粗糙度。
本發明的一實施例係關於一種用於化學機械研磨(CMP)之 研磨墊，其包括：一層，其具有經組態以研磨之一表面；複數個槽，其等凹入至該層之該表面中；及一螢光指示器，其嵌入於該層中，其中該複數個槽之各者具有一第一深度，該螢光指示器定位於一第二深度處，且該第二深度等於或小於該第一深度。
本發明的一實施例係關於一種用於形成一研磨墊中之一螢光指示器之方法，其包括：接納一研磨墊，該研磨墊具有一表面及凹入至該表面中之複數個槽；將一螢光材料施覆於該研磨墊上方；及固化該螢光材料以形成嵌入於該研磨墊中之該螢光指示器。
本發明的一實施例係關於一種用於監測一研磨墊之方法，其包括：接納一研磨墊，該研磨墊具有一表面、凹入至該表面中之複數個槽，及透過該表面暴露之一螢光指示器；提供一UV光源及一螢光偵測器；執行一研磨操作且藉由該螢光偵測器監測一螢光訊號；及在該螢光訊號不存在時停止該研磨操作且移除該研磨墊。
10:方法
12:方法
50:方法
100:操作
102:操作
104:操作
120:操作
122:操作
124:操作
126:操作
200:研磨墊
202:研磨墊
204:研磨墊
210:層
212:表面/研磨表面
220:槽
222:凹槽
224:凹槽/凹槽區域
230:螢光材料
240:螢光指示器
241:螢光表層
242:螢光指示器
244:螢光指示器
300:用於化學機械研磨(CMP)之裝置
302:壓盤
304:晶圓載體/研磨頭
306:漿料施配器
308:調節器
310:磨蝕漿料
320:UV光源
322:螢光偵測器/螢光訊號
330:UV光
332:螢光
400:半導體晶圓
500:操作
502:操作
504:操作
506:操作
D1:槽之深度
D2:螢光指示器之深度/凹槽之深度
D3:槽之深度
S1:槽之間之間隔距離
W1:槽之寬度
W2:螢光指示器之寬度
在結合附圖閱讀時，自以下[實施方式]最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據行業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為清楚論述，各種構件之尺寸可任意增大或減小。
圖1係表示根據本揭露之態樣之用於形成一研磨墊上之一螢光指示器的一方法之一流程圖。
圖2係表示根據本揭露之態樣之用於形成一研磨墊上之一螢光指示器的一方法之一流程圖。
圖3A、圖4A及圖5A係繪示在一或多項實施例中根據本揭露之態樣建構的各個製造階段之一研磨墊之示意圖。
圖3B、圖4B及圖5B分別為沿3A、圖4A及圖5A之線I-I'取得之剖面圖。
圖6A係繪示一或多項實施例中根據本揭露之態樣之一研磨墊之示意圖。
圖6B係沿圖6A之線II-II'取得之一剖面圖。
圖7A、圖8A及圖9A係繪示在一或多項實施例中根據本揭露之態樣建構的各個製造階段之一研磨墊之示意圖。
圖7B、圖8B及圖9B分別為沿7A、圖8A及圖9A之線III-III'取得之剖面圖。
圖10A及圖11A係繪示在一或多項實施例中根據本揭露之態樣建構的各個製造階段之一研磨墊之示意圖。
圖10B及圖11B分別為沿圖10A及圖11A之線IV-IV'取得之剖面圖。
圖12係根據一些實施例之用於CMP之一裝置之一透視圖。
圖13係表示用於監測一研磨墊之一方法之一流程圖。
圖14及圖15係繪示在一或多項實施例中根據本揭露之態樣之一研磨操作中的各個階段之一研磨墊之示意圖。
以下揭露提供用於實施所提供標的之不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且並不意欲為限制性的。例如，在以下描述中，一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中第一構件及第二構件經形成而直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成於第一構件與第二構件之 間，使得第一構件及第二構件可未直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複元件符號及/或字母。此重複用於簡單及清楚之目的且本身並不指示所論述之各種實施例及/或組態之間的一關係。
此外，為便於描述，本文中可使用空間相關術語(諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」、「在…上」及類似者)來描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中繪示。除圖中描繪之定向之外，空間相關術語亦意欲涵蓋器件在使用或操作中之不同定向。裝置可以其他方式定向(例如，旋轉100度或成其他定向)，且因此可同樣解釋本文中所使用之空間相關描述詞。
如本文中使用，諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語描述各種元件、組件、區、層及/或區段，但此等元件、組件、區、層及/或區段不應受限於此等術語。此等術語僅可用以區分一個元件、組件、區、層或區段與另一元件、組件、區、層或區段。諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語當在本文中使用時，並不意指一序列或順序，除非上下文清楚指示。
如本文中使用，術語「近似」、「實質上」、「實質」及「約」用以描述且說明小變動。當結合一事件或境況使用時，該等術語可指代其中確切地發生該事件或境況之例項以及其中緊密近似發生該事件或境況之例項。例如，當結合一數值使用時，該等術語可指代小於或等於該數值之±10%(諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%)之一變動範圍。例如，若兩個數值之間的一差小於或等於該等值之一平均值之±10%(諸如小於或等於±5%、小於或等 於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%)，則該等值可被認為「實質上」相同或相等。例如，「實質上」平行可指代相對於0°小於或等於±10°(諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°或小於或等於±0.05°)之一角度變動範圍。例如，「實質上」垂直可指代相對於90°小於或等於±10°(諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°或小於或等於±0.05°)之一角度變動範圍。
如本文中所使用，「槽(groove)」係自另一結構之一周邊或一邊緣凹陷之一結構。此外，「槽」、「凹槽」或「溝槽」可在本揭露中之一些實施例中互換地使用。
一研磨墊係在一半導體晶圓製造操作中使用之一昂貴的消耗品。其可為一硬的不可壓縮墊或一軟墊。例如，可使用一硬的且剛勁的墊以達成氧化物研磨操作之平坦性，且可在其他研磨操作中使用一較軟墊以達成改良均勻性及平滑性表面。硬墊及軟墊可甚至組合為一堆疊墊配置以用於客製化應用。研磨墊通常在其研磨表面上具備槽以用於漿料分佈且改良墊-晶圓接觸，因此改良研磨效率。例如，槽增加研磨墊之漿料載送容量。因此，已開發出不同槽設計。
在一研磨操作期間，研磨墊被消耗且槽之深度減小。因此，在槽變淺時，不利地影響漿料分佈及研磨效率。此外，當不再觀察到槽時，研磨墊必須由一新研磨墊替換。
然而，習知CMP技術缺乏充分說明或報告研磨墊之表面狀 況之變化的即時回饋。在一研磨墊之使用壽命結束之前替換研磨墊增加製造成本及浪費。但一過度磨損的研磨墊(諸如具有過淺而無法分佈漿料之槽或不具有槽來分佈漿料的一研磨墊)可造成晶圓更緩慢地且較不均勻地平坦化。因此，當務之急是監測研磨墊之表面狀況，因此可於在最大化使用壽命、最大化晶圓處理量與最大化晶圓表面均勻性之間取得一良好平衡之一最佳時間改變或替換研磨墊。
因此，本揭露提供一種研磨墊，其包含一指示器，使得可容易監測研磨墊之表面狀況且可容易偵測研磨墊之一使用壽命之結束。本揭露亦提供一種用於藉由偵測指示器而監測研磨墊之表面狀況的方法。因此，可在指示器在研磨期間被研磨或被消耗時及時偵測到研磨墊之使用壽命之結束。因此，在不影響晶圓處理量及晶圓表面均勻性之情況下最大化研磨墊之使用壽命。
圖1係表示根據本揭露之態樣之用於形成一研磨墊上之一螢光指示器的一方法10之一流程圖。方法10包含一操作100，其中接納一研磨墊。研磨墊包含一表面及凹入至(indented into)表面中之複數個槽。方法10進一步包含一操作102，其中施覆一螢光材料以填充槽之部分。方法10進一步包含一操作104，其中固化螢光材料以形成一螢光指示器。將根據一或多項實施例進一步描述方法10。應注意，可在各種態樣之範疇內重新配置或以其他方式修改方法10之操作。進一步應注意，可在方法10之前、期間及之後提供額外製程，且本文中可能僅簡要描述一些其他製程。因此，在本文中描述之各種態樣之範疇內，其他實施方案係可行的。
圖2係表示根據本揭露之態樣之用於形成一研磨墊上之一螢光指示器的一方法12之一流程圖。方法12包含一操作120，其中接納一 研磨墊。研磨墊包含一表面及凹入至表面中之複數個槽。方法12進一步包含一操作122，其中在研磨墊中形成至少一凹槽。方法12進一步包含一操作124，其中施覆一螢光材料以填充凹槽。方法12進一步包含一操作126，其中固化螢光材料以形成一螢光指示器。將根據一或多項實施例進一步描述方法12。應注意，可在各種態樣之範疇內重新配置或以其他方式修改方法12之操作。進一步應注意，可在方法12之前、期間及之後提供額外製程，且本文中可能僅簡要描述一些其他製程。因此，在本文中描述之各種態樣之範疇內，其他實施方案係可行的。
請參考圖3A、圖4A及圖5A，其等係繪示在一或多項實施例中根據本揭露之態樣建構的各個製造階段之一研磨墊之示意圖。另外，請參考圖3B、圖4B及圖5B，其等分別為沿3A、圖4A及圖5A之線I-I'取得之剖面圖。在一些實施例中，在方法10之操作100中接納一研磨墊200。研磨墊200包含一層210。在一些實施例中，層210可包含適合聚合材料，諸如(舉例而言)但不限於聚醯胺、聚醯亞胺、尼龍聚合物、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、含二烯之聚合物(諸如丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物(polyacrylonitrile ethylene styrene，AES))、丙烯酸聚合物，或其等之組合。應注意，本揭露之實施例亦預期使用有機或無機材料，或可如在例示性研磨墊中般使用之有機-無機混合材料。在一些實施例中，研磨墊200可為一多孔結構。在一些實施例中，研磨墊200可為一單層結構。在其他實施例中，研磨墊200可為一多層結構。層210之一表面212經組態以在一研磨操作期間研磨一目標基板或晶圓，因此表面212可稱為一研磨表面212。
參考圖3A及圖3B，在一些實施例中，根據操作100，研磨 墊200包含複數個槽220。槽220凹入至研磨墊200之表面212中以改良漿料分佈且保持漿料，以確保在研磨操作期間將足夠量之漿料提供於研磨墊200與目標基板或晶圓之間。在一些實施例中，槽220經配置以形成複數個同心圓之一圖案，如圖3A中展示，但本揭露不限於此。在一些實施例中，槽220可經配置以形成自研磨墊200之一中心發出的複數個徑向線之一圖案。在一些實施例中，槽220可經配置以形成一網格圖案。應注意，槽220可經配置以形成任何對稱或非對稱圖案或組合，且可在任何圖案或圖案組合中包含任何數目個槽。
參考圖3A及圖3B，各槽220包含一深度D1。在一些實施例中，槽220之深度D1介於大約0.1mm與大約3.0mm之間，但本揭露不限於此。槽220之各者包含一寬度W1，且槽之寬度W1介於大約0.1mm與大約30mm之間，但本揭露不限於此。此外，槽220彼此分離達一間隔距離S1，且間隔距離S1介於大約0.1mm與大約30mm之間，但本揭露不限於此。應注意，槽220之深度D1、槽220之寬度W1及槽220之間之間隔距離S1的大小可視不同研磨操作之需要而變化。可在本揭露之實施例中採用任何適合槽組態、寬度、深度、剖面形狀或間隔距離以提供研磨表面212上方之適當漿料分佈。
參考圖4A及圖4B，根據方法10之操作102，施覆一螢光材料230以填充槽220之部分。在一些實施例中，螢光材料230係一膠狀材料，且槽220之部分由螢光材料230填充，而槽220之其他部分無螢光材料230，如圖4A及圖4B中展示。應注意，儘管如圖4A及圖4B中展示，施覆螢光材料230以填充各槽220之一部分，然實施例不限於此。在一些實施例中，施覆螢光材料230以填充數個槽220之一部分，而其他槽220無螢光 材料230，但未展示。將在以下描述中論述螢光材料230。
參考圖5A及圖5B，根據方法10之操作104，固化螢光材料230以形成槽220之部分中的一螢光指示器240。在一些實施例中，藉由一UV固化操作固化螢光材料230。在一些實施例中，藉由一熱固化操作固化螢光材料230。因此，複數個螢光指示器240形成於槽220之部分內，如圖5A及圖5B中展示。換言之，將螢光指示器240嵌入於研磨墊200之層210中。在一些實施例中，螢光指示器240之各者包含一深度D2，且深度D2等於槽220之深度D1。在其他實施例中，螢光指示器240之深度D2可小於槽220之深度D1。應瞭解，螢光指示器240之深度D2不應大於槽220之深度D1，此係因為螢光指示器240甚至在不再觀察到槽220時仍將保留在研磨墊200上，且因此表面狀況監測將失敗。在一些實施例中，螢光指示器240之一寬度W2等於槽220之寬度W1。在一些實施例中，螢光指示器240安置於數個槽220之一部分內，而其他槽220無螢光指示器240，但未展示。在一些實施例中，螢光指示器240之上表面與研磨表面212共面或齊平，如圖5B中展示。在其他實施例中，螢光指示器240之上表面可低於研磨表面212，但未展示。
參考圖6A及圖6B，在一些實施例中，螢光材料230可覆蓋研磨表面212之一部分，且可在固化之後形成一螢光表層(skin layer)241以覆蓋研磨表面212之部分，如圖6A及圖6B中展示。在一些實施例中，螢光表層241如此薄使得螢光表層241之一上表面與研磨表面212齊平。例如但不限於此，螢光表層241之一厚度介於大約1μm與大約20μm之間。在一些實施例中，當層210包含較軟材料時，由螢光表層241覆蓋之研磨表面212之部分可被向下擠壓，且因此螢光表層241之上表面仍與研磨表面 212之其餘部分齊平，如圖6B中展示。
因此，獲得一研磨墊200。研磨墊200包含具有一研磨表面212之層210、凹入至層210中之研磨表面212中的複數個槽220，及透過研磨表面212暴露且嵌入於層210中之螢光指示器240。複數個槽220之各者具有深度D1，螢光指示器240之各者具有深度D2，且螢光指示器240之深度D2等於或小於槽220之深度D1。在一些實施例中，螢光指示器240之上表面與研磨表面212實質上齊平，如圖5B中展示。在一些實施例中，螢光表層241經形成以覆蓋研磨表面212之部分，如圖6B中展示。
研磨墊200之層210具有一肖氏D硬度(shore D hardness)。在一些實施例中，層210之肖氏D硬度在20至90之範圍內，本揭露不限於此。在一些實施例中，大於90之肖氏D硬度造成對晶圓之刮擦，而小於20之肖氏D硬度造成低移除速率。在一些實施例中，螢光指示器240具有一肖氏D硬度，且螢光指示器240之肖氏D硬度等於或小於層210之肖氏D硬度，使得螢光指示器240在研磨操作期間造成較小影響或無影響。在一些實施例中，螢光指示器可任選地含有因一發泡製程引入之孔隙率，在此情形中，螢光指示器240之體積孔隙率小於80%且更佳小於50%。
在一些實施例中，螢光指示器240(及在一些實施例中，螢光表層241)包含小分子螢光材料。在一些實施例中，小分子螢光材料之一分子量小於1000，但本揭露不限於此。在一些實施例中，螢光指示器240包含螢光素、蒽、香豆素、吖啶、硫菫、若丹明、芘、苝及其等衍生物，但本揭露不限於此。在一些實施例中，螢光指示器240包含小分子螢光材料及非螢光聚合物之一螢光聚合物基質。例如，小分子螢光材料可與非螢光聚合物摻合而形成螢光聚合物基質，但本揭露不限於此。在一些實施例 中，非螢光聚合物可包含聚醯胺、聚醯亞胺、尼龍聚合物、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、含二烯之聚合物(諸如AES)、丙烯酸聚合物，或其等之組合，但本揭露不限於此。應注意，螢光聚合物基質中之非螢光聚合物可與用於形成層210之非螢光聚合物相同。例如，當層210包含聚氨酯時，螢光聚合物基質可包含小分子螢光材料及聚氨酯。此外，螢光聚合物基質中之非螢光聚合物(諸如聚氨酯)之一濃度大於30重量%。在一些實施例中，螢光聚合物基質中之聚氨酯之濃度可大於60重量%。在一些實施例中，螢光聚合物基質中之聚氨酯之濃度可大於90重量%。應注意，在聚氨酯之濃度較高之情況下，螢光指示器240之特性更像層210之特性。因此，螢光指示器240對研磨操作呈現最小影響或無影響。
在一些實施例中，螢光指示器240可包含具有共價附接至聚合物主鏈或聚合物側鏈之螢光官能基的一螢光聚合物基質。在一些實施例中，螢光官能基經由例如但不限於乙醚、經由酯或C-C鍵共價附接至聚合物主鏈或聚合物側鏈，如化學式(1)、化學式(2)或化學式(3)：
Figure 108117384-A0305-02-0013-1
Figure 108117384-A0305-02-0014-2
Figure 108117384-A0305-02-0014-3
在一些實施例中，螢光指示器240在UV光下產生螢光，且螢光可容易在UV光下觀察到且由一螢光偵測器偵測。
請參考圖7A、圖8A及圖9A，其等係繪示在一或多項實施例中根據本揭露之態樣建構的各個製造階段之一研磨墊之示意圖。另外，請參考圖7B、圖8B及圖9B，其等分別為沿7A、圖8A及圖9A之線III-III'取得之剖面圖。應注意，藉由相同元件符號標示圖4A至圖6B及圖7A至圖9B中之類似元件。此外，圖3A至圖6B及圖7A至圖9B中之類似元件可包含相同材料；因此為簡潔起見省略此等細節。在一些實施例中，在方法12之操作120中接納一研磨墊202。研磨墊202包含一材料層210。此外，根據操作120，研磨墊202包含複數個槽220。槽220用於改良漿料分佈且保持漿料，以確保在一研磨操作期間將足夠量之漿料提供於研磨墊202與一目標基板或晶圓之間。如上文提及，槽220可經配置以形成任何對稱或非對稱圖案或組合，且可在任何圖案或組合圖案中包含任何數目個槽。亦如上文提及，各槽220包含一深度D1及一寬度W1。可在本揭露之實施例中 採用任何適合槽組態、寬度、深度、剖面形狀或間隔距離以提供研磨表面212上方之適當漿料分佈。
仍參考圖7A及圖7B，在一些實施例中，根據方法12之操作122，在研磨墊202之層210中形成一凹槽222。在一些實施例中，可藉由一蝕刻操作形成凹槽222。在一些實施例中，可使用諸如鋸、研磨機及車床之加工裝置形成凹槽222，但本揭露不限於此。凹槽222包含一深度D2。在一些實施例中，凹槽222之深度D2可等於槽220之深度D1。在其他實施例中，凹槽222之深度D2可小於槽220之深度D1，但未展示。在一些實施例中，凹槽222耦合至如圖6A中展示之複數個槽220之至少一者，但本揭露不限於此。
參考圖8A及圖8B，根據方法12之操作124，施覆一螢光材料230以填充凹槽222。參考圖9A及圖9B，根據方法12之操作126，固化螢光材料230以形成一螢光指示器242。如上文提及，固化操作可為一UV固化操作或一熱固化操作，但本揭露不限於此。在一些實施例中，螢光指示器242包含一深度D2，且深度D2等於或小於槽220之深度D1。此外，在一些實施例中，螢光指示器242之一上表面與研磨表面212齊平，如圖9B中展示。在一些實施例中，螢光指示器242之上表面可低於研磨表面212，但未展示。
因此，獲得一研磨墊202。研磨墊200與研磨墊202之間之差異在於研磨墊200中之螢光指示器240安置於槽220之部分中，而研磨墊202中之螢光指示器242安置於層210中之凹槽222中。螢光指示器242可被視為耦合至一或多個槽220之一貼片，如圖9B中展示。如上文提及，螢光指示器242在UV光下產生螢光，且螢光可容易在UV光下觀察到且由一螢 光偵測器偵測。由於指示器242之一表面積大於指示器240之一表面積，故可偵測到更強螢光訊號。在一些實施例中，螢光指示器242可任選地含有由一發泡製程引入之孔隙率，在此情形中，螢光指示器242之體積孔隙率小於80%且更佳小於50%。
請參考圖10A及圖11A，其等係繪示在一或多項實施例中根據本揭露之態樣建構的各個製造階段之一研磨墊之示意圖。另外，請參考圖10B及圖11B，其等分別為沿圖10A及圖11A之線IV-IV'取得之剖面圖。應注意，藉由相同元件符號標示圖3A至圖6B及圖10A至圖11B中之類似元件。此外，圖3A至圖6B及圖10A至圖11B中之類似元件可包含相同材料；因此為簡潔起見省略該等細節。在一些實施例中，在方法12之操作120中接納一研磨墊204。研磨墊204包含一層210。此外，根據操作120，研磨墊204包含複數個槽220。在一些實施例中，根據方法12之操作122，在研磨墊204之層210中形成一凹槽224或複數個凹槽224。在一些實施例中，可藉由一蝕刻操作形成凹槽224。在一些實施例中，可使用諸如鋸、研磨機、車床或針穿孔器之加工裝置形成凹槽224，但本揭露不限於此。凹槽224包含一深度D2。在一些實施例中，凹槽224之深度D2可等於槽220之深度D1。在其他實施例中，凹槽224之深度D2可小於槽220之深度D1。在一些實施例中，凹槽224與槽220分離，如圖10A及圖10B中展示，但本揭露不限於此。另外，凹槽區域224可為任何幾何形狀(諸如方形或圓形)或為不規則的，且總凹槽面積-總墊表面積比在0.0001%至約50%之範圍內。
接著，根據方法12之操作124，施覆一螢光材料以填充凹槽224。參考圖11A及圖11B，根據方法12之操作126，固化螢光材料以形 成一螢光指示器244。如上文提及，固化操作可為一UV固化操作或一熱固化操作，但本揭露不限於此。因此，至少一螢光指示器244形成於研磨墊204中，如圖11A及圖11B中展示。在一些實施例中，螢光指示器244包含一深度D2，且深度D2等於或小於槽220之深度D1。在一些實施例中，螢光指示器244之一上表面與研磨表面212齊平，如圖11B中展示。在一些實施例中，螢光指示器244之上表面低於研磨表面212，但未展示。此外，螢光指示器244之各者與複數個槽220分離。
因此，獲得一研磨墊204。研磨墊200與研磨墊204之間之差異在於研磨墊200中之螢光指示器240安置於槽220之部分中，而研磨墊204中之螢光指示器244與槽220分離。如上文提及，螢光指示器244在UV光下產生螢光，且螢光可容易在UV光下觀察到且由一螢光偵測器相機偵測。由於螢光指示器244與槽220分離，故指示器244對漿料分佈不造成影響。此外，藉由安置複數個螢光指示器244，可偵測到更多螢光訊號。在一些實施例中，螢光指示器244可隨機地或週期性地安置於研磨墊204之層210中，且可監測整個研磨表面212之表面狀況。
參考圖12，其係用於CMP之一裝置300之一透視圖。根據一些實施例，用於CMP之裝置300包含一壓盤302、提供於壓盤302之一頂部上之研磨墊200、202或204、一晶圓載體(有時稱為一研磨頭)304、漿料施配器306，及一調節器308。
在一些實施例中，壓盤302經組態以在一或多個方向上旋轉。在一些實施例中，壓盤302經組態以保持靜止。在一些實施例中，壓盤302經組態以具有一恆定旋轉速度。在替代實施例中，壓盤302經組態以具有一可變旋轉速度。壓盤302可藉由一馬達(未展示)旋轉。在一些實 施例中，馬達可為一交流電(AC)馬達、一直流電(DC)馬達、一通用馬達或另一適合馬達。壓盤302經組態以支撐研磨墊200、202或204，如圖12中展示。
晶圓載體304經組態以在一研磨操作期間將一半導體晶圓400支撐且保持為靠近研磨墊200、202或204之研磨表面212。在一些實施例中，晶圓載體304包含一扣環以固定半導體晶圓400。在一些實施例中，晶圓載體304包含一真空以固定半導體晶圓400。晶圓載體304經組態以在與壓盤302之旋轉方向相同或不同之一方向上旋轉。在一些實施例中，晶圓載體304在與壓盤302之旋轉方向相反之一方向上旋轉。在一些實施例中，晶圓載體304經組態以具有一恆定旋轉速度。在替代實施例中，晶圓載體304經組態以具有一可變旋轉速度。晶圓載體304可藉由一馬達(未展示)旋轉。在一些實施例中，馬達可為一AC馬達、一DC馬達、一通用馬達或另一適合馬達。晶圓304可在垂直於研磨墊200、202或204之研磨表面212之一方向上移動，使得將一壓力施加於半導體晶圓400上。
漿料施配器306經組態以將一磨蝕漿料310施配或傳送至研磨墊200、202或204之研磨表面212上，以促成自半導體晶圓400移除材料。漿料施配器306可包含經組態以施配磨蝕漿料310之至少一個噴嘴(未展示)。磨蝕漿料310可包含特殊大小及形狀之磨蝕顆粒，且可懸浮於一水溶液中。磨蝕顆粒可大致與待研磨之半導體晶圓400一樣硬。取決於待研磨之材料，可將酸或鹼添加至水溶液。磨蝕漿料310可包含其他添加劑，諸如表面活性劑及/或緩衝劑，但本揭露不限於此。
調節器308經組態以執行一調節，其用於刮擦研磨表面212 或移除在研磨製程之後已累積過多研磨碎屑的研磨表面212之部分。在一些實施例中，調節器308旋轉以在研磨期間在原位調節研磨表面212。換言之，藉由調節器308恢復研磨表面212且因此確保一穩定研磨操作。
用於CMP之裝置300進一步包含一UV光源320及一螢光偵測器322。UV光源320經組態以產生UV光，且研磨墊200、202或204中之指示器240、242或244在UV光下產生螢光。螢光偵測器322經組態以偵測螢光。在一些實施例中，由螢光偵測器322偵測之螢光可被視為一螢光訊號。
在一些實施例中，半導體晶圓400因施加至晶圓背側之向上吸力而保持在晶圓載體304內部。壓盤302旋轉，且研磨墊200、202或204對應地旋轉。接著，將磨蝕漿料310施配至研磨表面212上。接著，晶圓載體304旋轉且降低朝向研磨墊200、202或204。當晶圓載體304之旋轉達到一晶圓研磨速度時，壓下半導體晶圓400以接觸研磨表面212。在存在施加至半導體晶圓400及磨蝕漿料310之向下力的情況下，此雙重旋轉引起逐漸平坦化半導體晶圓400。
圖13係表示用於監測一研磨墊之一方法50之一流程圖。方法50包含一操作500，其中接納一研磨墊。方法50進一步包含一操作502，其中提供一UV光源及一螢光偵測器。方法50進一步包含一操作504，其中執行一研磨操作且藉由螢光偵測器監測一螢光訊號。方法50進一步包含一操作506，其中在螢光訊號不存在時，停止研磨操作且移除研磨墊。
參考圖14，在一些實施例中，在操作500中提供一研磨墊。研磨墊可為上文提及之研磨墊200、202或204。因此，為簡潔起見， 省略對研磨墊200、202或204中之重複元件之描述。根據操作502，提供UV光源320及螢光偵測器322。在一些實施例中，螢光偵測器322係選自光電二極體、相機及光電倍增管，但本揭露不限於此。如圖14中展示，UV光源320產生UV光330，且研磨墊200、202或204中之指示器240、242或244在UV光330下產生螢光332。此外，螢光332可容易藉由螢光偵測器322偵測且被視為一螢光訊號322。根據操作504，可執行一研磨操作。在一些實施例中，可同時執行操作502及操作504，但本揭露不限於此。因此，可在執行研磨期間藉由螢光偵測器322持續監測螢光訊號322。
如上文提及，藉由調節器308調節研磨墊200、202或204以復原研磨表面212之紋理。因此，在執行研磨操作期間消耗研磨墊200、202或204之層210。隨著研磨墊200、202或204之厚度減小，槽220之深度D1及螢光指示器240、242或244之深度D2亦減小。因此，當研磨墊200、202或204之層210被充分消耗時，槽220可能無法保持足夠量之磨蝕漿料310。在此情況中，可不利地影響研磨操作。
應注意，螢光指示器240之深度D2減小與槽220之深度D1之減小一樣多，如圖15中展示。因此，自螢光指示器240產生之螢光訊號可變弱或減少。在操作506中，當螢光訊號過弱而無法被觀察到或當螢光訊號不存在時，停止研磨操作且自壓盤302移除研磨墊200、202或204。在執行研磨操作之前，槽220具有深度D1。在自壓盤302移除研磨墊200、202或204之後，可能夠量測槽220之一深度D3。在一些實施例中，槽220之深度D3可為槽220之深度D1之大約0%至大約75%，但本揭露不限於此。在一些實施例中，槽220之深度D3可為槽220之深度D1之大約0%至大 約25%，但本揭露不限於此。比較圖14及圖15中展示之研磨墊200、202或204，可觀察到深度D3小於深度D1。在一些實施例中，深度D1與深度D3之間之一差等於指示槽220過淺而無法保持足夠量之磨蝕漿料的一值。在一些實施例中，深度D1與深度D3之間之差等於深度D1。即，不再從研磨墊200、202或204觀察到槽220。在一些實施例中，歸因於螢光訊號之不存在而自壓盤302移除的研磨墊被稱為一磨損墊，且磨損墊可由一新研磨墊替換。
因此，持續監測研磨墊200、202及204之表面狀況，且可及時停止研磨操作，使得可在淺槽不利地影響研磨操作之前用一新墊替換磨損墊。換言之，可準確地偵測研磨墊200、202及204之使用壽命之結束，且確保研磨操作之研磨效率。
本揭露提供一種研磨墊，其包含一指示器，使得可容易監測研磨墊之表面狀況且可容易地且準確地偵測研磨墊之使用壽命之結束。本揭露亦提供一種用於藉由偵測指示器而監測研磨墊之表面狀況的方法。因此，可在指示器在研磨期間被研磨或被消耗時及時偵測到研磨墊之使用壽命之結束。因此，在不影響晶圓處理量及晶圓表面均勻性之情況下最大化研磨墊之使用壽命。
在一些實施例中，提供一種用於CMP之研磨墊。研磨墊包含：一層，其具有經組態以研磨之一表面；複數個槽，其等凹入至材料層中之研磨表面中；及一螢光指示器，其在材料層中。在一些實施例中，複數個槽之各者具有一第一深度，螢光指示器定位於一第二深度處，且第二深度等於或小於第一深度。
在一些實施例中，提供一種用於形成一研磨墊中之一螢光 指示器之方法。方法包含以下操作。接納一研磨墊。研磨墊具有一表面及凹入至表面中之複數個槽。將一螢光材料施覆於研磨墊上方。固化螢光材料以形成嵌入於研磨墊中之螢光指示器。
在一些實施例中，提供一種用於監測一研磨墊之方法。方法包含以下操作。接納一研磨墊。研磨墊具有：一表面；複數個槽，其等凹入至表面中；及一螢光指示器，其透過表面暴露。提供一UV光源及一螢光偵測器。執行一研磨操作，且藉由螢光偵測器監測一螢光訊號。在螢光訊號不存在時，停止研磨操作且移除研磨墊。
前文概述若干實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應明白，其等可容易將本揭露用作用於設計或修改其他製程及結構的一基礎以實行本文中所介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點。熟習此項技術者亦應認知，此等等效構造不脫離本揭露之精神及範疇，且其等可在不脫離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中進行各種改變、置換及更改。
50‧‧‧方法
500‧‧‧操作
502‧‧‧操作
504‧‧‧操作
506‧‧‧操作

Claims (10)

  1. 一種用於化學機械研磨(CMP)之研磨墊，其包括：一層，其具有一表面；複數個槽，其等凹入至該層之該表面中；及一螢光指示器，其嵌入於該層中，其中該複數個槽之各者具有一第一深度，該螢光指示器定位於一第二深度處，且該第二深度等於或小於該第一深度。
  2. 如請求項1之研磨墊，其中該螢光指示器之一部分安置於該複數個槽之一部分內。
  3. 如請求項1之研磨墊，其中該螢光指示器與該複數個槽分離。
  4. 如請求項1之研磨墊，其中該螢光指示器覆蓋該表面之一部分。
  5. 如請求項1之研磨墊，其中該螢光指示器之一上表面與該表面實質上齊平。
  6. 如請求項1之研磨墊，其中該層具有一第一肖氏D硬度，該螢光指示器具有一第二肖氏D硬度，且該第二肖氏D硬度等於或小於該第一肖氏D硬度。
  7. 一種用於形成一研磨墊中之一螢光指示器之方法，其包括：接納一研磨墊，該研磨墊具有一表面及凹入至該表面中之複數個槽；將一螢光材料施覆於該研磨墊上方；及固化該螢光材料以形成嵌入於該研磨墊中之該螢光指示器。
  8. 如請求項7之方法，其中該複數個槽之各者具有一第一深度，該凹槽具有一第二深度，且該第二深度等於或小於該第一深度。
  9. 一種用於監測一研磨墊之方法，其包括：接納一研磨墊，該研磨墊具有：一表面；複數個槽，其等凹入至該表面中；及一螢光指示器，其透過該表面暴露；提供一UV光源及一螢光偵測器；執行一研磨操作且藉由該螢光偵測器監測一螢光訊號；及在該螢光訊號不存在時停止該研磨操作且移除該研磨墊。
  10. 如請求項9之方法，其中該複數個槽在該研磨操作之該執行之前具有一第一深度、在該螢光訊號不存在時具有一第二深度，且該第二深度小於該第一深度。
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