TWI798222B - 均勻cmp拋光方法 - Google Patents

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東尼寬 崔恩
傑弗瑞詹姆士 漢卓恩
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美商羅門哈斯電子材料Ｃｍｐ控股公司
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Abstract

本發明提供一種用於拋光或平坦化半導體、光學及磁性基板中之至少一者之晶圓的方法。所述方法包括旋轉拋光墊，所述拋光墊在拋光層中具有徑向進料槽，所述徑向進料槽將所述拋光層分成拋光區域。所述徑向進料槽自鄰近於所述中心的位置至少延伸至鄰近於所述外邊緣的位置。各拋光區域包括連接一對相鄰徑向進料槽的一系列偏置溝槽。所述系列偏置溝槽分隔著落區域且具有更接近所述中心的內壁及更接近所述外邊緣的外壁。在多次旋轉的情況下，使所述晶圓抵壓在所述旋轉拋光墊上旋轉，從而利用所述溢流拋光液所濕潤的著落區域拋光或平坦化所述晶圓。

Description

均勻CMP拋光方法
本發明係關於化學機械拋光墊的溝槽。更特定言之，本發明係關於用於在化學機械拋光期間提高移除速率、提高整體均勻性及減少缺陷的溝槽設計。
製造積體電路及其他電子器件時，可以在半導體晶圓上的表面上沈積及移除導體、半導體及介電材料的多個層。可以使用多種沈積技術沈積導體、半導體及介電材料的薄層。現代晶圓加工中的常見沈積技術包括物理氣相沈積(PVD)，也稱為濺射；化學氣相沈積(CVD)；電漿增強化學氣相沈積(PECVD)及電化學電鍍等。常見的移除技術包括濕法及乾法各向同性及各向異性刻蝕等等。
隨著材料層依次沈積及移除，晶圓的最上表面變得不平坦。由於隨後的半導體加工(例如金屬化)需要晶圓具有平坦的表面，因此晶圓需要加以平坦化。平坦化適用於移除非所期望的表面形貌及表面缺陷，諸如粗糙表面、聚結材料、晶格損壞、刮痕及被污染的層或材料。
化學機械平坦化或化學機械拋光(CMP)為用於平坦化或拋光如半導體晶圓之工件的常見技術。在習知CMP中，晶圓載體或拋光頭安裝在載體 總成上。拋光頭固持晶圓且將晶圓定位成與安裝在CMP裝置內部之台板或壓板上之拋光墊的拋光層接觸。載體總成提供晶圓及拋光墊之間的可控壓力。同時，將拋光介質(例如漿液)分配到拋光墊上且吸入晶圓與拋光層之間的間隙中。拋光墊及晶圓典型地相對於彼此旋轉以拋光基板。隨著拋光墊在晶圓下方旋轉，晶圓掃出典型的環形拋光軌道或拋光區域，其中晶圓表面直接面對拋光層。藉由拋光層及拋光介質對所述表面的化學及機械作用，晶圓表面被拋光且平坦化。
Reinhardt等人，美國專利第5,578,362號揭示了使用溝槽向襯墊提供宏觀紋理。特定而言，其揭示了各種圖案、輪廓、溝槽、螺旋形、放射狀、點或其他形狀。Reinhardt中所包括的具體實例為同心圓及與X-Y溝槽疊置的同心圓。由於同心圓形溝槽圖案未提供通向襯墊邊緣的直接流徑，因此同心圓形溝槽已證明為最流行的溝槽圖案。
Lin等人，在美國專利第6,120,366號圖2中揭示了圓形與徑向進料槽的組合。此實例說明了將24個徑向進料槽添加到同心圓形溝槽圖案。此溝槽圖案的缺點在於，由於拋光墊上的著落區域較小，因此其提供的拋光改良有限，漿液使用量大幅增加並且襯墊壽命縮短。
儘管如此，仍然繼續需要具有拋光效能及漿液用量之更好組合的化學機械拋光墊。此外，需要在化學機械拋光期間使移除速率增加、降低漿液用量、改良整體均勻性且減少缺陷的溝槽。
本發明之一個態樣提供一種用於拋光或平坦化半導體、光學及磁性基板中之至少一者之晶圓的方法，所述方法包含以下：旋轉拋光墊，所述拋光 墊具有：具有聚合物基質及厚度的拋光層，所述拋光層包括所述拋光墊的中心、外邊緣及自所述中心至所述外邊緣的半徑；位於所述拋光層中的徑向進料槽，所述徑向進料槽將所述拋光層分成拋光區域，所述拋光區域為由兩個相鄰徑向進料槽界定的圓扇區，所述徑向進料槽自鄰近於所述中心的位置至少延伸至鄰近於所述外邊緣的位置；及各拋光區域，其包括連接一對相鄰徑向進料槽的一系列偏置溝槽，所述系列偏置溝槽分隔著落區域且具有更接近所述中心的內壁及更接近所述外邊緣的外壁；將拋光液分配至所述旋轉拋光墊上並且進入所述徑向進料槽及所述系列偏置溝槽中，離心力使拋光液通過所述徑向進料槽、所述系列偏置溝槽向所述拋光墊的所述外邊緣移動並且溢流出所述外壁以濕潤著落區域，接著流入後續偏置溝槽的內壁，大多數的所述偏置溝槽向內偏向所述拋光墊的所述中心或向外偏向所述拋光墊的所述外邊緣；及在多次旋轉的情況下，使所述晶圓抵壓在所述旋轉拋光墊上旋轉，從而利用溢流拋光液所濕潤的著落區域移除所述晶圓的至少一種組件。
本發明之另一個態樣提供一種用於拋光或平坦化半導體、光學及磁性基板中之至少一者之晶圓的方法，所述方法包含以下：旋轉拋光墊，所述拋光墊具有：具有聚合物基質及厚度的拋光層，所述拋光層包括所述拋光墊的中心、外邊緣及自所述中心延伸至所述外邊緣的半徑；位於所述拋光層中的徑向進料槽，所述徑向進料槽將所述拋光層分成拋光區域，所述拋光區域為由兩個相鄰徑向進料槽、平分所述拋光區域的平分線所界定的圓扇區，所述徑向進料槽自鄰近於所述中心的位置至少延伸至鄰近於所述外邊緣的位置；及各拋光區域，其包括連接一對相鄰徑向進料槽的一系列偏置溝槽，所述系列偏置溝槽分隔著落區域且具有更接近所述中心的內壁及更接近所述外邊緣的外壁；將拋光液分配至 所述旋轉拋光墊上並且進入所述徑向進料槽及所述系列偏置溝槽中，離心力使拋光液通過所述徑向進料槽、所述系列偏置溝槽向所述拋光墊的所述外邊緣移動並且溢流出所述外壁以濕潤著落區域，接著流入後續偏置溝槽的內壁，大多數的所述偏置溝槽以與所述平分線呈20°至85°的角度向內偏向所述拋光墊的所述中心或以與所述平分線呈95°至160°的角度向外偏向所述拋光墊的所述外邊緣；及在多次旋轉的情況下，使所述晶圓抵壓在所述旋轉拋光墊上旋轉，從而利用溢流拋光液所濕潤的著落區域移除所述晶圓的至少一種組件。
8-8:假想線
8a-8a:假想線
10:本發明的拋光墊
12:拋光層
16:中心
18:外邊緣
19:周邊圓弧
20:徑向進料槽
20a:徑向進料槽區段
20b:徑向進料槽區段
20c:徑向進料槽區段
20d:徑向進料槽區段
20e:徑向進料槽區段
22:徑向進料槽
22a:徑向進料槽區段
22b:徑向進料槽區段
22c:徑向進料槽區段
22d:徑向進料槽區段
22e:徑向進料槽區段
24:徑向進料槽
26:徑向進料槽
28:徑向進料槽
30:徑向進料槽
32:徑向進料槽
34:徑向進料槽
36:圓形溝槽
40:拋光區域
42:拋光區域
44:拋光區域
46:拋光區域
48:拋光區域
50:拋光區域
52:拋光區域
54:拋光區域
60:梯形溝槽區域
60a:著落區域
61a:著落區域
62:梯形溝槽區域
62a:著落區域
63a:著落區域
64:梯形溝槽區域
66:梯形溝槽區域
68:梯形溝槽區域
70:梯形區域
80:梯形溝槽區域
82:梯形溝槽區域
84:梯形溝槽區域
86:梯形溝槽區域
88:梯形溝槽區域
90:梯形溝槽區域
92:梯形溝槽區域
94:梯形溝槽區域
96:梯形溝槽區域
98:梯形溝槽區域
160:偏置溝槽
160a:外壁
160b:內壁
161:偏置溝槽
161a:外壁
161b:內壁
162:偏置溝槽
162a:外壁
163:偏置溝槽
163a:外壁
164:偏置溝槽/基段
166:偏置溝槽/基段
168:偏置溝槽/基段
170:偏置溝槽/基段
210:本發明的拋光墊
212:拋光層
214:厚度
216:中心
218:外邊緣
219:周邊圓弧
220:徑向進料槽
220a:徑向進料槽區段/邊段
220b:徑向進料槽區段/邊段
220c:徑向進料槽區段/邊段
220d:徑向進料槽區段/邊段
220e:徑向進料槽區段/邊段
222:徑向進料槽
222a:徑向進料槽區段/邊段
222b:徑向進料槽區段/邊段
222c:徑向進料槽區段/邊段
222d:徑向進料槽區段/邊段
222e:徑向進料槽區段/邊段
224:徑向進料槽
226:徑向進料槽
228:徑向進料槽
230:徑向進料槽
232:徑向進料槽
234:徑向進料槽
236:圓形溝槽
240:拋光區域
242:拋光區域
244:拋光區域
246:拋光區域
248:拋光區域
250:拋光區域
252:拋光區域
254:拋光區域
260:梯形溝槽區域
260a:著落區域
261a:著落區域
262:梯形溝槽區域
262a:著落區域
263a:著落區域
264:梯形溝槽區域
266:梯形溝槽區域
268:梯形溝槽區域
270:梯形區域
280:梯形溝槽區域
282:梯形溝槽區域
284:梯形溝槽區域
286:梯形溝槽區域
288:梯形溝槽區域
290:梯形溝槽區域
292:梯形溝槽區域
294:梯形溝槽區域
296:梯形溝槽區域
360:偏置溝槽/基段
360a:外壁
360b:內壁
361:偏置溝槽
361a:外壁
361b:內壁
362:偏置溝槽/基段
362a:外壁
364:偏置溝槽/基段
366:偏置溝槽/基段
368:偏置溝槽/基段
370:偏置溝槽/基段
400:向內偏置拋光墊
402:拋光區域
404:拋光區域
406:拋光區域
408:徑向進料槽
410:徑向進料槽
412:徑向進料槽
450:向外偏置拋光墊
452:拋光區域
454:拋光區域
456:拋光區域
458:徑向進料槽
460:徑向進料槽
462:徑向進料槽
500:向內偏置拋光墊
502:拋光區域
504:拋光區域
506:拋光區域
508:拋光區域
510:徑向進料槽
512:徑向進料槽
514:徑向進料槽
516:徑向進料槽
550:向外偏置拋光墊
552:拋光區域
554:拋光區域
556:拋光區域
558:拋光區域
560:徑向進料槽
562:徑向進料槽
564:徑向進料槽
566:徑向進料槽
600:向內偏置拋光墊
602:拋光區域
604:拋光區域
606:拋光區域
608:拋光區域
610:拋光區域
612:徑向進料槽
614:徑向進料槽
616:徑向進料槽
618:徑向進料槽
620:徑向進料槽
650:向外偏置拋光墊
652:拋光區域
654:拋光區域
656:拋光區域
658:拋光區域
660:拋光區域
662:徑向進料槽
664:徑向進料槽
666:徑向進料槽
668:徑向進料槽
670:徑向進料槽
700:向內偏置拋光墊
702:拋光區域
704:拋光區域
706:拋光區域
708:拋光區域
710:拋光區域
712:拋光區域
714:徑向進料槽
716:徑向進料槽
718:徑向進料槽
720:徑向進料槽
722:徑向進料槽
724:徑向進料槽
750:向外偏置拋光墊
752:拋光區域
754:拋光區域
756:拋光區域
758:拋光區域
760:拋光區域
762:拋光區域
764:徑向進料槽
766:徑向進料槽
768:徑向進料槽
770:徑向進料槽
772:徑向進料槽
774:徑向進料槽
800:拋光墊
810:偏置溝槽
820:徑向進料槽
830:徑向進料槽
850:拋光墊
860:偏置溝槽
862:外邊緣
870:徑向進料槽
872:徑向進料槽
900:拋光墊
910:徑向進料槽
912:徑向進料槽
914:徑向進料槽
916:徑向進料槽
920:外部偏置溝槽
930:偏置溝槽
1000:拋光墊
1010:徑向進料槽
1012:徑向進料槽
1014:徑向進料槽
1016:徑向進料槽
1020:向外偏置彎曲溝槽
1022:外邊緣
1030:拋光區域
1032:拋光區域
1034:拋光區域
1040:向外偏置溝槽
1100:拋光墊
1110:梯狀徑向進料槽
1112:梯狀徑向進料槽
1114:梯狀徑向進料槽
1116:梯狀徑向進料槽
1120:外部偏置溝槽
1122:外部偏置溝槽
1124:外部偏置溝槽
1130:偏置溝槽
1200:拋光墊
1202:梯狀偏置溝槽
1202a:區段
1202b:區段
1204:梯狀偏置溝槽
1204a:區段
1204b:區段
1210:徑向進料槽
1220:徑向進料槽
1230:徑向進料槽
1240:徑向進料槽
1300:拋光墊
1302:向外偏置梯狀溝槽
1302a:區段
1310:梯狀徑向進料槽
1320:梯狀徑向進料槽
1330:梯狀徑向進料槽
1340:梯狀徑向進料槽
r1:半徑
r2:半徑
w:點
AA:虛線
B8:平分線
B8a:平分線
B9:平分線
B10:平分線
B11-1:平分線
B11-2:平分線
DP:漿液滴落點
Ra:徑向虛線
Ra1:弦
Ra1-Rb1:虛線
Rb:徑向虛線
Rb1:弦
Vib:向外速度
Vob:向外速度
VN:漿液流速
VT:漿液流速
α1:角
β1:角
α2:角
β2:角
θ:偏向角
θ1:偏向角
θ2:偏向角
圖1為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向內偏置溝槽。
圖1A為圖1之向內偏置拋光墊的局部截斷示意性頂視圖。
圖1B為圖1A之一系列非等腰梯形溝槽的局部截斷示意性頂視圖，其經旋轉以使梯形邊與圖底部平行。
圖1C為圖1之徑向進料槽與互連之向內偏置溝槽的局部截斷示意圖。
圖2為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向外偏置溝槽。
圖2A為圖2之向外偏置拋光墊的局部截斷示意性頂視圖。
圖2B為圖2A之一系列非等腰梯形溝槽的局部截斷示意性頂視圖，其經旋轉以使梯形邊與圖底部平行。
圖2C為圖2之徑向進料槽與互連之向外偏置溝槽的局部截斷示意圖。
圖3示意性描繪內向偏置溝槽如何將拋光液引向拋光墊的外邊緣，以延長拋光液在壓板逆時針旋轉下在晶圓下的滯留時間。
圖3A示意性描繪向外偏置溝槽如何將拋光液引向拋光墊的外邊緣，以縮短拋光液在壓板逆時針旋轉下在晶圓下的滯留時間。
圖4為具有三個拋光區域之向內偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向內偏置溝槽。
圖4A為具有三個拋光區域之向外偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向外偏置溝槽。
圖5為具有四個拋光區域之向內偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向內偏置溝槽。
圖5A為具有四個拋光區域之向外偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向外偏置溝槽。
圖6為具有五個拋光區域之向內偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向內偏置溝槽。
圖6A為具有五個拋光區域之向外偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向外偏置溝槽。
圖7為具有六個拋光區域之向內偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向內偏置溝槽。
圖7A為具有六個拋光區域之向外偏置拋光墊的示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向外偏置溝槽。
圖8為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向外偏置彎曲溝槽。
圖8A為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向內偏置彎曲溝槽。
圖9為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰彎曲徑向進料槽的一系列向外偏置溝槽。
圖10為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰彎曲徑向進料槽的一系列向外偏置彎曲溝槽。
圖11為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰梯狀徑向進料槽的一系列向外偏置彎曲溝槽。
圖11A為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰梯狀徑向進料槽的一系列向內偏置彎曲溝槽。
圖11B為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰梯狀徑向進料槽的一系列向內偏置彎曲溝槽。
圖12為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向內偏置梯狀溝槽。
圖12A為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰徑向進料槽的一系列向外偏置梯狀溝槽。
圖13為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有連接相鄰梯狀徑向進料槽的一系列向外偏置梯狀溝槽。
圖14為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有間距增加的一系列向內偏置梯狀溝槽，所述梯狀溝槽位於標準間距的兩個系列向內偏置梯狀溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
圖14A為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖， 所述拋光區域各具有間距增加的一系列向外偏置彎曲溝槽，所述彎曲溝槽位於標準間距的兩個系列向外偏置彎曲溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
圖14B為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有間距增加的一系列向內偏置彎曲溝槽，所述彎曲溝槽位於標準間距的兩個系列向內偏置彎曲溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
圖14C為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有間距增加的一系列向內偏置溝槽，所述彎曲溝槽位於標準間距的兩個系列向內偏置溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
圖15為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有標準間距的一系列向內偏置梯狀溝槽，所述梯狀溝槽位於間距增加的兩個系列向內偏置梯狀溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
圖15A為具有八個拋光區域之向外偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有標準間距的一系列向外偏置彎曲溝槽，所述彎曲溝槽位於間距增加的兩個系列向外偏置彎曲溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
圖15B為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有標準間距的一系列向內偏置彎曲溝槽，所述彎曲溝槽位於間距增加的兩個系列向內偏置彎曲溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
圖15C為具有八個拋光區域之向內偏置拋光墊的一半截斷示意性頂視圖，所述拋光區域各具有標準間距的一系列向內偏置溝槽，所述向內偏置溝槽位於間距增加的兩個系列向內偏置溝槽之間，所有溝槽均連接相鄰徑向進料槽。
本發明的溝槽圖案及方法提供了拋光液(諸如含磨料的漿液及無磨料拋光溶液)的可控及均勻分佈。與習知溝槽相比，有效的分佈允許用戶減少漿液流量。此外，互連的溝槽路徑允許拋光碎屑以有效的方式離開襯墊以降低拋光缺陷。最後，溝槽圖案改良了拋光均勻性、晶圓輪廓、模具尺寸均勻性並且能改良邊緣效應。
如本文及申請專利範圍中使用的術語「梯形」係指形成僅具有一對平行邊的四角形或四邊形的互連溝槽。梯形具有兩個平行的底邊及連接底邊的兩條邊。梯形的所有角度合計為360°。
如本文及申請專利範圍中使用的術語「非等腰梯形」係指形成具有兩個不等邊或不同長度的邊的梯形的互連溝槽。距襯墊中心更近的邊長度小於距周邊更近的邊。
如本文及申請專利範圍中使用的術語「圓扇區」係指由兩個徑向進料槽及沿著拋光墊的外邊緣延伸的周邊弧界定之拋光墊的一部分。徑向進料槽可以具有直的徑向、彎曲的徑向、階梯形的徑向或其他形狀。
如本文及申請專利範圍中使用的術語「拋光液」係指含磨料的拋光漿液或無磨料的拋光溶液。
如本文使用的術語「偏向角θ」係指平分拋光區域的平分線與連接相鄰徑向進料槽的斜偏置溝槽之間的角度。平分線隨著徑向供料器槽的方向變化而移動，並表示每個偏置溝槽的端到端的平均值。
如本文及申請專利範圍中使用的術語「向內偏向角θ」係指向內向拋光墊的中心傾斜的偏向角，其當向下向溝槽頂檢視時，從左到右所測量。
如本文及申請專利範圍中使用的術語「向外偏向角θ」係指向外 向拋光墊的周邊傾斜的偏向角，其當向下向溝槽頂檢視時，從左到右所測量。
術語「晶圓」包含磁性、光學及半導體基板。本說明書中所包含的慣例，諸如晶圓滯留時間，假設拋光液滴落點在逆時針旋轉的情況下位於晶圓的左側且在順時針旋轉的情況下位於晶圓的右側，如頂視圖中所見。
如本文及所附申請專利範圍中使用的術語「聚(胺基甲酸酯)」為由異氰酸酯及含有活性氫基團的化合物之間的反應形成的聚合物，具體包括以下：(a)由(i)異氰酸酯及(ii)多元醇(包括二醇)反應形成的聚胺基甲酸酯；及(b)由(i)異氰酸酯與(ii)多元醇(包括二醇)及(iii)水、胺或水與胺組合的反應所形成的聚(胺基甲酸酯)。本發明的拋光墊有利地為聚合物，但最有利的為聚胺基甲酸酯聚合物。
本發明的溝槽圖案提供了多種益處。第一個益處是，大部分偏置溝槽在相同的方向上掃過晶圓。所有偏置溝槽在相同方向上掃過進一步增加益處。在相同的方向上掃過晶圓使溝槽有節律地掃過晶圓且對拋光移除速率提供有益的累積影響。此外，因為偏置溝槽沿相同的方向對準，所以拋光晶圓可以在不振盪載體頭的情況下進行或以小得多的振幅或更慢的振盪速率使其振盪。這允許晶圓在更遠離墊中心、更靠近拋光墊邊緣的固定位置拋光。襯墊在鄰近外邊緣之此等位置處的旋轉速度比中心更快，從而進一步提高移除速率。此外，在使用拋光墊及扣環的情況下，在非振盪模式下進行拋光可以向多個晶圓提供一致的邊緣輪廓且減少缺陷，因磨損減少而提高拋光墊壽命及扣環壽命。關閉振盪也允許使用壓板尺寸減小的製造工具。此對於雙壓板及450mm尺寸的CMP工具而言特別重要。另外，徑向槽數量、壓板速度與偏向角θ可以組合使用，以調整快速與慢速之間的中心輪廓且提供一致的平坦輪廓。
另外，進料槽與偏置溝槽的組合可促進漿液均勻分佈於整個拋光墊上，且提供漿液在整個晶圓表面上的更佳分佈。由此允許調整整個晶圓上的拋光速率分佈，藉由改變壓板速度或偏向角θ或兩者來改良整體均勻性。此外，亦能夠藉由優化偏向角θ或載體速度或兩者來調整晶圓邊緣輪廓。在高級邏輯及3D NAND中，此對於邊緣排除極低的晶圓邊緣良率而言更為重要。典型地，拋光墊具有至少三個進料槽，並且可以為3到32個溝槽不等。典型地，晶圓交替越過一個徑向進料槽與多個偏置溝槽之間並且越過兩個或多個徑向進料槽及多個偏置溝槽。此均勻的分佈消除了載體環處的積聚並且允許拋光墊以更有效的方式或在漿液流量減少的情況下操作。
本發明的另一個意想不到的特徵為其允許在比常規溝槽更高的下壓力下進行拋光，原因為晶圓表面上的漿液分佈更佳並且減少了晶圓與襯墊之間的過熱及拋光溫度。對於CMP金屬拋光(諸如銅、鉭及鎢拋光)而言，此尤其重要。此等金屬層、介電層、絕緣層及其他材料層皆代表了晶圓組件。本發明的溝槽圖案結合多孔及無孔拋光墊操作。本發明的溝槽圖案特別適用於無孔拋光墊進行精密拋光，例如用於一次性移除單個單原子層的原子級拋光。
由於向內及向外偏置溝槽引導拋光液離開拋光墊，因此其碎屑拋光移除效率高且缺陷更少。
參看圖1及1A，本發明的拋光墊10適用於拋光或平坦化半導體、光學及磁性基板中之至少一者。拋光層12具有聚合物基質及厚度14。拋光層12包括中心16、外邊緣18及自中心16延伸到外邊緣18的半徑(r)。有利的是，晶圓的位置沿著半徑r定位，從拋光墊10之中心16接近拋光墊之外邊緣18，接著接近拋光墊10的中心16，以提高晶圓之至少一個組件的移除速率。徑向進 料槽20、22、24、26、28、30、32及34自中心16或自可選的圓形溝槽36開始。徑向進料槽20、22、24、26、28、30、32及34將拋光層12分成拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54。特定而言，兩個相鄰的徑向進料槽(諸如20及22)與外邊緣18的周邊圓弧19組合而界定拋光區域40。拋光區域40與拋光區域42、44、46、48、50、52及54一起形成圓扇形狀，其中在中心16處的小圓扇區截斷。徑向進料槽20、22、24、26、28、30、32及34有利地自鄰近中心16的圓形溝槽36至少延伸到或鄰近外邊緣18。
參看圖1A及1B，拋光區域40包括一系列堆疊的梯形溝槽區域60、62、64、66及68。拋光區域40代表拋光墊10(圖1)的圓扇區，其中心區域無溝槽。平行的線性溝槽或平行的偏置溝槽160、162、164、166、168及170界定了梯形溝槽區域60、62、64、66及68的頂部及底部。徑向進料槽20的徑向進料槽區段20a、20b、20c、20d及20e分別界定了梯形溝槽區域60、62、64、66及68的左側。徑向進料槽22的徑向進料槽區段22a、22b、22c、22d及22e分別界定梯形溝槽區域60、62、64、66及68的右側。拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54(圖1)皆包括與平行偏置溝槽隔開的一系列梯形溝槽區域。為了適應圓形拋光墊10的形狀或拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54的圓扇形狀，通常切割梯形溝槽區域以適應外邊緣18或圓形溝槽36。
梯形溝槽區域60、62、64、66及68皆代表非等腰梯形區域，其中徑向側區段具有不同的長度。由於此溝槽圖案具有朝向中心的向內偏置，因此徑向進料槽區段20a、20b、20c、20d及20e分別長於徑向22a、22b、22c、22d及22e。除了代表非等腰梯形的每個梯形溝槽區域之外，堆疊的梯形區域的周邊，諸如梯形區域60及62的周邊及梯形區域60、62及64的周邊，也界定了非等腰 梯形。鄰近圓形溝槽36的梯形區域70中有一部分被截斷以適應圓形溝槽36。類似地，與外邊緣18鄰近的梯形溝槽區域80、82、84、86、88、90、92、94、96及98中皆有一部分被截斷以適應拋光墊10的外邊緣18的圓形狀。旋轉拋光墊使所用拋光液通過與梯形溝槽區域80、82、84、86、88、90、92、94、96及98相鄰的一系列偏置溝槽的一部分送到拋光墊10的外邊緣18上，從而允許新拋光液在晶圓下流動。
參看圖1A，虛線AA藉由將中心16與外邊緣18之周邊弧19的中點連接來平分拋光區域40。間隔的梯形溝槽區域80、82、84、86、88、90、92、94及96的底邊與線AA以角θ相交。為了說明書的目的，角θ為中心位於頂部並且外邊緣位於底部時的右上角，如圖1A及2A所示。對於向內偏置的溝槽而言，角θ宜為20至85°。對於向內偏置的溝槽而言，角θ更宜為30至80°。徑向進料槽20與梯形溝槽區域60、62、64、66及68以角α1相交。徑向進料槽22與梯形溝槽區域60、62、64、66及68以角β1相交。對於向內偏置的梯形槽區域60、62、64、66及68而言，α1角小於β1角。
參看圖1B，拋光區域60、62、64、66及68為一系列間隔開的非等腰梯形溝槽結構。梯形溝槽結構具有平行的基段160、162、164、166、168及170，其連接兩個相鄰徑向進料槽20及22而分別形成邊段20a、20b、20c、20d及20e與22a、22b、22c、22d及22e。基段160、162、164、166、168及170與邊段(20a、20b、20c、20d及20e)及(22a、22b、22c、22d及22e)中的每一者以不同的角度相交。一系列非等腰梯形溝槽結構自鄰近外邊緣向拋光墊的中心延伸。一系列梯形結構60、62、64、66及68的周邊亦為梯形。
旋轉拋光墊使拋光液通過基段160、162、164、166、168及170 以及邊段(20a、20b、20c、20d及20e)及(22a、22b、22c、22d及22e)移向拋光墊的外邊緣。除了向外移動之外，拋光液在拋光墊順時針旋轉的情況下向晶圓移動並且亦在拋光墊逆時針旋轉的情況下遠離晶圓。拋光液向晶圓移動減少了漿液在晶圓下的滯留時間，並且遠離晶圓延長了漿液在晶圓下的滯留時間。舉例而言，向內偏置能夠在壓板逆時針旋轉的情況下延長滯留時間。所有拋光區域宜具有相同的偏置。
參看圖1C，在旋轉期間，拋光液分佈到旋轉的拋光墊上並進入徑向進料槽22(22a、22b及22c)及一系列偏置溝槽160、161、162及163。離心力使拋光液通過徑向進料槽22(22a、22b及22c)以及一系列偏置溝槽160、161、162及163沿箭頭方向移向拋光墊的外邊緣。另外，拋光液藉由溢流出外壁160a、161a、162a及163a而向外溢出，以分別濕潤著落區域60a、61a、62a及63a。接著，拋光液分別流入後續偏置溝槽160及162的內壁161b及160b(其他偏置溝槽看不見，且內壁對於沿著落區域60a及61a的流動而言看不見)。內壁160b及外壁160a處的流向箭頭說明了拋光液流入及流出內向偏置溝槽160的流動。典型地，偏置溝槽160及162與偏置溝槽161及163不對齊。相鄰拋光區域之間的偏置溝槽的此不對齊促成了沿徑向進料槽22流動以改良漿液分佈。在替代實施例中，可以使相鄰拋光區域的偏置溝槽對齊。將晶圓抵壓在旋轉的拋光墊上旋轉以便旋轉多次以移除晶圓的至少一個組件，其中著落區域60a、61a、62a及63a皆被溢出的拋光液濕潤。
參看圖1至圖1C，拋光墊10較佳地在每個拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54中包含至少20個向內偏置溝槽，諸如160、162、164、166、168及170。此等向內偏置溝槽代表連接在相鄰徑向進料槽之間的溝槽段並 且其組合在壓板逆時針旋轉的情況下可延長漿液在晶圓基板下的滯留時間。更佳地，拋光墊10在每個拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54中包含20至1,000個向內偏置溝槽。最佳地，拋光墊10在每個拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54中包含20至500個向內偏置溝槽。
典型地，拋光墊10的向內偏置溝槽(諸如160、162、164、166、168及170)總數為徑向進料槽20、22、24、26、28、30、32及34(8)總數的至少15倍。舉例而言，拋光墊10上的向內偏置溝槽總數可以為徑向進料槽20、22、24、26、28、30、32及34(8)總數的20至1,000倍。較佳地，拋光墊10上的向內偏置溝槽總數可以為徑向進料槽20、22、24、26、28、30、32及34(8)總數的20至500倍。
參看圖2及圖2A，本發明的拋光墊210適用於拋光或平坦化半導體、光學及磁性基板中之至少一者。拋光層212具有聚合物基質及厚度214。拋光層212包括中心216、外邊緣218及自中心216延伸到外邊緣218的半徑(r)。有利地，晶圓的的位置沿著半徑r定位，從拋光墊210的中心216接近拋光墊的外邊緣218，接著接近拋光墊210的中心216，以提高晶圓的至少一個組件的移除速率。徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234自中心216或自可選的圓形溝槽236開始。徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234將拋光層212分離成拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254。特定而言，兩個相鄰的徑向進料槽(諸如220及222)與外邊緣218的周邊圓弧219組合而界定拋光區域240。拋光區域240連同拋光區域242、244、246、248、250、252及254一起具有圓扇形形狀，其中在中心216處的小圓扇區被截斷。徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234有利地自鄰 近於中心216的圓形溝槽236至少延伸到或鄰近於外邊緣18。
參看圖2A及2B，拋光區域240包括一系列堆疊的梯形溝槽區域260、262、264、266及268。拋光區域240代表拋光墊210(圖2)的圓扇區，其中心區域無溝槽。平行的線性溝槽或平行的偏置溝槽360、362、364、366、368及370界定了梯形溝槽區域260、262、264、266及268的頂部及底部。徑向進料槽220的徑向進料槽區段220a、220b、220c、220d及220e分別界定梯形溝槽區域260、262、264、266及268的左側。徑向進料槽222的徑向進料槽區段222a、222b、222c、222d及222e分別界定梯形溝槽區域260、262、264、266及268的右側。拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254(圖2)皆包括一系列與平行偏置溝槽隔開的梯形溝槽區域。為了適應圓形拋光墊210的形狀或拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254的圓扇形形狀，通常切割梯形溝槽區域以適應外邊緣218或圓形溝槽236。
梯形溝槽區域260、262、264、266及268皆代表非等腰梯形區域，其中徑向側區段具有不同的長度。由於此溝槽圖案具有向外邊緣218的向外偏置，因此徑向進料槽區段220a、220b、220c、220d及220e分別長於徑向222a、222b、222c、222d及222e。除了代表非等腰梯形的每個梯形溝槽區域之外，堆疊的梯形區域的周邊，諸如梯形區域260及262的周邊；以及梯形區域260、262及264的周邊，也界定了非等腰梯形。鄰近圓形溝槽236的梯形區域270中有一部分被截斷以適應圓形溝槽236。類似地，與外邊緣218相鄰的梯形溝槽區域280、282、284、286、288、290、292、294及296中皆有一部分被截斷以適應拋光墊210的外邊緣218的圓形形狀。旋轉拋光墊使所用拋光液通過與梯形溝槽區域280、282、284、286、288、290、292、294及296鄰近的一系列偏置溝槽 的一部分送往拋光墊210的外邊緣218，以允許新拋光液在晶圓下流動。
參看圖2A，虛線AA藉由將中心216與外邊緣218的周邊弧線219的中點連接來平分拋光區域240。間隔的梯形溝槽區域280、282、284、286、288、290及292的基邊與線AA以角θ相交。為了說明書之目的，角θ為當中心位於頂部並且外部邊緣位於底部時的右上角，如圖1A及2A所示。對於向外偏置溝槽而言，角θ宜為95至160°。對於向外偏置溝槽而言，角θ更宜為100至150°。徑向進料槽220與梯形溝槽區域260、262、264、266及268以角α2相交。徑向進料槽222與梯形溝槽區域260、262、264、266及268以角β2相交。對於向外偏置的梯形溝槽區域260、262、264、266及268而言，α2角大於β2角。
參看圖2B，拋光區域260、262、264、266及268為一系列間隔開的非等腰梯形溝槽結構。梯形溝槽結構具有平行基段360、362、364、366、368及370，其連接兩個相鄰徑向進料槽220及222以分別形成邊段220a、220b、220c、220d及220e以及222a、222b、222c、222d及222e。基段360、362、364、366、368及370與邊段(220a、220b、220c、220d及220e)及(222a、222b、222c、222d及222e)中的每一者以不同的角度相交。一系列非等腰梯形溝槽結構自鄰近外邊緣向拋光墊的中心延伸。一系列梯形結構260、262、264、266及268的周邊亦為梯形。
旋轉拋光墊使拋光液通過基段360、362、364、366、368及370以及邊段(220a、220b、220c、220d及220e)及(222a、222b、222c、222d及222e)移向拋光墊的外邊緣。除了向外移動之外，拋光液在拋光墊順時針旋轉的情況下移向晶圓並且亦在拋光墊逆時針旋轉的情況下遠離晶圓。拋光液向晶圓移動減少了漿液在晶圓下的滯留時間，並且遠離晶圓移動延長了漿液在晶圓下 的滯留時間。舉例而言，向外偏置能夠在壓板逆時針旋轉的情況下減少滯留時間。所有的拋光區域宜具有相同的偏置。
參看圖2C，在旋轉期間，拋光液分佈到旋轉的拋光墊上並進入徑向進料槽222(222a、222b及222c)與一系列偏置溝槽360、361、362及163。離心力使拋光液通過徑向進料槽222(222a、222b及222c)以及一系列偏置溝槽360、361、362及363沿箭頭方向移向拋光墊的外邊緣。另外，拋光液藉由溢流出外壁360a、361a、362a及363a而向外移動，從而分別濕潤著落區域260a、261a、262a及263a。接著，拋光液分別流入後續偏置溝槽360及362的內壁361b及360b(其他偏置溝槽看不見並且對於沿著著落區域60a及61a的流動而言，內壁看不見)。內壁360b及外壁360a處的流向箭頭說明了拋光液流入及流出向外偏置溝槽360的流動。典型地，偏置溝槽360及362不與偏置溝槽361及363對齊。相鄰拋光區域之間的偏置溝槽的此不對齊促成了沿徑向進料槽222向下流動以改良漿液分佈。在替代實施例中，可以使相鄰拋光區域的偏置溝槽對齊。將晶圓抵壓到旋轉的拋光墊上旋轉以便進行多次旋轉可移除晶圓的至少一個組件，其中著落區域260a、261a、262a及263a皆被溢出的拋光液濕潤。
參看圖2至圖2C，拋光墊210較佳在每個拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254中包含至少20個向外偏置溝槽，諸如260、262、264、266、268及270。此等向外偏置溝槽代表了連接在相鄰徑向進料槽之間的溝槽區段；並且其組合在壓板逆時針旋轉的情況下減少漿液在晶圓基板下的滯留時間。更佳地，拋光墊210在每個拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254中包含20至1,000個向外偏置溝槽。最佳地，拋光墊210在每個拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254中包含20至500個向 外偏置溝槽。
典型地，拋光墊210的向外偏置溝槽(諸如360、362、364、166、368及370)總數為徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234(8)總數的至少15倍。舉例而言，拋光墊210上的向外偏置溝槽總數為徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234(8)總數的20至1,000倍。較佳地，拋光墊210上的向外偏置溝槽總數為徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234(8)總數的20至500倍。
參看圖3及3A，漿液流動向量說明拋光墊的離心運動如何引起拋光液通過偏置溝槽3-3及3a-3a向外運動。箭頭說明逆時針壓板旋轉方向，DP表示典型的漿液滴落點。漿液向量在點W處相交，此點表示晶圓下方的漿液流動點。在向內偏置溝槽(圖3)的情況下，Vib表示拋光液通過向內偏置溝槽3-3的向外速度，且VN表示垂直於向內偏置溝槽3-3的漿液流速。所得漿液流速VT或總速度相對於晶圓變慢，從而延長拋光液在晶圓下的滯留時間。在向外偏置溝槽(圖3A)的情況下，Vob表示拋光液通過向外偏置溝槽3a-3a的向外速度，且VN表示垂直於向內偏置溝槽3a-3a的漿液流速。所得漿液流速VT或總速度相對於晶圓變快，從而減少拋光液在晶圓下的滯留時間。在採用此溝槽配置的情況下，壓板速度及偏向角度組合可控制拋光液滯留時間。
參看圖4，向內偏置拋光墊400具有三個拋光區域402、404及406。徑向進料槽408、410及412將拋光墊400分成相隔120度之相同尺寸的拋光區域402、404及406。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如100度、100度及160度。在另一個替代實施例中，可以將拋光區域分成三種不同的尺寸，例如100度、120度及140度。隨著拋光墊400旋轉， 長偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率。在所述實施例中，徑向進料槽408、410及412的橫截面宜大於偏置溝槽，從而改良拋光液的分佈。
參看圖4A，向外偏置拋光墊450具有三個拋光區域452、454及456。徑向進料槽458、460及462將拋光墊450分成相隔120度之相同尺寸的拋光區域452、454及456。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如100度、100度及160度。在另一個替代實施例中，可以將拋光區域分成三種不同的尺寸，例如100度、120度及140度。隨著拋光墊450旋轉，長偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率。在所述實施例中，徑向進料槽458、460及462的橫截面宜大於偏置溝槽以改良拋光液的分佈。
參看圖5，向內偏置拋光墊500具有四個拋光區域502、504、506及508。徑向進料槽510、512、514及516將拋光墊500分成相隔90度之相同尺寸的拋光區域502、504、506及508。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如80度、100度、80度及100度。在另一替代實施例中，可以將拋光區域分成四種不同的尺寸，例如70度、110度、80度及100度。此外，可以改變拋光區域的順序。隨著拋光墊500旋轉，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率。在所述實施例中，徑向進料槽510、512、514及516的橫截面宜大於偏置溝槽以改良拋光液的分佈。
參看圖5A，向外偏置拋光墊550具有四個拋光區域552、554、556及558。徑向進料槽560、562、564及566將拋光墊550分成相隔90度之相同尺寸的拋光區域552、554、556及558。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如80度、100度、80度及100度。在另一替代實施例中，可以將拋光區域分成四種不同的尺寸，例如70度、80度、100度及110 度。此外，可以改變拋光區域的順序。隨著拋光墊550旋轉，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率。在所述實施例中，徑向進料槽560、562、564及566的橫截面宜大於偏置溝槽以改良拋光液的分佈。
參看圖6，向內偏置拋光墊600具有五個拋光區域602、604、606、608及610。徑向進料槽612、614、616、618及620將拋光墊600分成相隔72度之相同尺寸的拋光區域602、604、606、608及610。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如60度、90度、60度、90度及60度。在另一替代實施例中，可以將拋光區域分成五種不同尺寸，例如52度、62度、72度、82度及92度。此外，可以改變拋光區域的順序。隨著拋光墊600旋轉，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率，並且額外的徑向進料槽有助於拋光液分佈。在所述實施例中，徑向進料槽612、614、616、618及620的橫截面宜大於偏置溝槽以改良拋光液的分佈。
參看圖6A，向外偏置拋光墊650具有五個拋光區域652、654、656、658及660。徑向進料槽662、664、666、668及670將拋光墊650分成相隔72度之相同尺寸的拋光區域652、654、656、658及660。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如60度、90度、60度、90度及60度。在另一替代實施例中，可以將拋光區域分成五種不同尺寸，例如52度、62度、72度、82度及92度。此外，可以改變拋光區域的順序。隨著拋光墊650旋轉，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率，並且額外的徑向進料槽有助於拋光液分佈。在所述實施例中，徑向進料槽662、664、666、668及670的橫截面宜大於偏置溝槽，以改良拋光液的分佈。
參看圖7，向內偏置拋光墊700具有六個拋光區域702、704、706、 708、710及712。徑向進料槽714、716、718、720、722及724將拋光墊700分成相隔60度之相同尺寸的拋光區域702、704、706、708、710及712。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如50度、70度、50度、70度、50度及70度。在另一替代實施例中，可以將拋光區域分成六種不同的尺寸，例如30度、40度、50度、70度、80度及90度。此外，可以改變拋光區域的順序。隨著拋光墊700旋轉，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率，並且額外的徑向進料槽有助於拋光液分佈。在所述實施例中，徑向進料槽714、716、718、720、722及724的橫截面大於偏置溝槽以改良拋光液的分佈。
參看圖7A，向外偏置拋光墊750具有六個拋光區域752、754、756、758、760及762。徑向進料槽764、766、768、770、772及774將拋光墊750分成相隔60度之相同尺寸的拋光區域752、754、756、758、760及762。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如50度、70度、50度、70度、50度及70度。在另一替代實施例中，可以將拋光區域分成六種不同的尺寸，例如30度、40度、50度、70度、80度及90度。此外，可以改變拋光區域的順序。隨著拋光墊750旋轉，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率，並且額外的徑向進料槽有助於拋光液分佈。在所述實施例中，徑向進料槽764、766、768、770、772及774的橫截面宜大於偏置溝槽，以改良拋光液的分佈。
參看圖1，向內偏置拋光墊10具有八個拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54。徑向進料槽20、22、24、26、28、30、32及34將拋光墊10分成相隔45度之相同尺寸的拋光區域40、42、44、46、48、50、52及54。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如35度、55度、35度、55度、35度、55度、35度及55度。在另一替代實施例中，可以將 拋光區域分成八種不同的尺寸，例如25度、30度、35度、40度、50度、55度、60度及65度。此外，可以改變拋光區域的順序。隨著拋光墊10旋轉，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率，並且額外的徑向進料槽有助於拋光液分佈。在所述實施例中，徑向進料槽20、22、24、26、28、30、32及34的橫截面宜大於偏置溝槽以改良拋光液的分佈。旋轉拋光墊使晶圓交替越過一個徑向進料槽與兩個徑向進料槽上。
參看圖2，向外偏置拋光墊210具有八個拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254。徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234將拋光墊210分成相隔45度的拋光區域240、242、244、246、248、250、252及254。在未示出的一個替代實施例中，可以將拋光區域分成兩種尺寸，例如35度、55度、35度、55度、35度、55度、35度及55度。在另一替代實施例中，可以將拋光區域分成八種不同的尺寸，例如25度、30度、35度、40度、50度、55度、60度及65度。此外，可以改變拋光區域的順序。當拋光墊210旋轉時，偏置溝槽掃過晶圓以提高移除速率，並且額外的徑向進料槽有助於拋光液分佈。在所述實施例中，徑向進料槽220、222、224、226、228、230、232及234的橫截面大於偏置溝槽以改良拋光液的分佈。
參看圖8及8A，將拋光墊800及850的偏置溝槽810及860彎曲分別可以促進拋光液在溝槽著落區域上的均勻流動。拋光墊800及850具有向外偏置溝槽810及860。隨著拋光墊800及850旋轉，拋光液流出溝槽810及860而向外邊緣812及862流動。在溝槽810及860中，溝槽的向外傾斜隨著其向外行進而減小，這減慢了向外的速度，並有助於拋光液在順時針及逆時針旋轉期間濕潤溝槽810及860之靠近端部的著落區域。
為了此等配置及為了說明之目的，偏向角θ等於彎曲偏置溝槽相對於由虛線表示之平分線的平均角度。如圖8所示之測量偏向角的一種方法為繪製假想線8-8，該假想線8-8沿著單個彎曲偏置溝槽連接相鄰的徑向進料槽820及830，接著測量與虛線平分線B8相交的角度(θ)或偏向角。類似地，在圖8A中，假想線8a-8a沿著單個彎曲偏置溝槽連接相鄰的徑向進料槽870及872，接著測量與虛線平分線B8a相交的角度，其等於偏向角θ。重要的是每個彎曲偏置區段的至少大部分具有向內或向外的角度。大部分的偏置溝槽宜具有相同的偏置。此係因為具有向內偏置的溝槽部分與向外偏置的溝槽部分就移除速率而言傾向於彼此抵消。有利的是，所有的偏置段皆具有向內或向外的偏置。
參看圖9，拋光墊900具有彎曲的徑向進料槽910、912、914及916。進料槽910、912、914及916逆時針彎曲以便在拋光墊900順時針旋轉的情況下改良流體流動。此形狀加快拋光液的向外流動，以在順時針旋轉期間改良拋光液向外部偏置溝槽920的分佈，並且減慢向外流動，以在逆時針旋轉期間減少拋光液向外部偏置溝槽920的分佈。或者，徑向進料槽可以順時針方向(未示出)彎曲以獲得相反的影響。此形狀減慢拋光液的向外流動，以在逆時針旋轉期間改良拋光液向外部偏置溝槽920的分佈，並且加快向外流動，以在順時針旋轉期間減少拋光液向外部偏置溝槽920的分佈。
測量具有彎曲徑向進料槽914及916的圖9的偏向角需要繪製徑向虛線Ra及Rb與平分徑向虛線Ra及Rb的假想平分線B9。此說明與平分線B9相交的向外偏置溝槽930的偏向角θ。弦Ra1及Rb1具有相等的長度並且分別為平行的徑向線Ra及Rb。虛線Ra1-Rb1連接弦Ra1及Rb1的末端，並且在偏置溝槽930處與平分線B9相交。溝槽930的偏向角為平分線B9與溝槽930之間的角 度或θ。此實施例在整個拋光區域中沿著每個偏置溝槽具有恆定的θ。
參看圖10，拋光墊1000包括彎曲之徑向進料槽1010、1012、1014及1016與向外偏置之彎曲溝槽1020的組合。特定而言，此溝槽圖案包括彎曲的徑向進料槽1010、1012、1014及1016，以微調或調整拋光墊1000之外邊緣1022附近的拋光液。此外，向外偏置的彎曲溝槽1020用於平衡流至拋光區域1030、1032及1034內之著落區域上的拋光液流動。
測量具有彎曲徑向進料槽1014及1016之圖10的偏向角需要繪製徑向虛線Ra及Rb與平分徑向虛線Ra及Rb的假想平分線B10。此說明了與平分線B10相交之向外偏置溝槽1040的偏向角θ。弦Ra1及Rb1具有相等的長度並且分別為平行的徑向線Ra及Rb。虛線Ra1-Rb1連接弦Ra1及Rb1的末端並且在偏置溝槽104處與平分線B9相交。槽1040的偏向角為平分線B10與連接溝槽1040末端之線之間的角度或θ。此實施例的θ隨著每個偏置溝槽與拋光墊1000的間距增大而增大。
參看圖11、11A及11B，拋光墊1100包括梯狀徑向進料槽1110、1112、1114及1116。此形狀減慢拋光液的向外流動，以在順時針旋轉期間改良拋光液向外部偏置溝槽1120、1122及1124的分佈，且加快向外流動，以在逆時針旋轉期間減少拋光液到外部偏置溝槽1120、1122及1124的分佈。或者，徑向進料槽可以順時針方向(未示出)彎曲以獲得相反的影響。此形狀減慢拋光液的向外流動，以在逆時針旋轉期間改良拋光液向外部偏置溝槽1120、1122及1124的分佈，並且減慢向外流動，以在順時針旋轉期間減少拋光液向外部偏置溝槽1120、1122及1124的分佈。向外彎曲徑向偏置溝槽1120、向內徑向偏置溝槽1122及向內平行徑向偏置溝槽1124皆用於調整拋光液在晶圓下的滯留時間且微 調拋光輪廓。另外，可以藉由調節壓板或晶圓旋轉速度來調整邊緣輪廓。舉例而言，增加壓板或晶圓速度能將中心快速拋光變成扁平輪廓。當晶圓在拋光墊的中心與邊緣之間不振盪時，此效應變得明顯得多。
參看圖11，假想線11-11連接單個偏置溝槽。假想線11-11與徑向進料槽1114及1116之平分線B11-1之間的角度表示θ1或拋光區域之第一部分的偏向角。拋光區域的此部分具有隨每個偏置溝槽與拋光墊中心的間距而減小的偏向角。
第二個區域需要繪製徑向線Ra及Rb以及平分徑向線Ra及Rb的B11-2。徑向弦Ra1及Rb1具有相等的長度並且分別為平行的徑向線Ra及Rb。虛線B11-2表示此等徑向弦的二等分。假想線Ra1-Rb1連接Ra1及Rb1並且通過偏置溝槽1130與平分線B11-2的交點。連接偏置溝槽1130末端的線與平分線B11-2的交點表示偏向角或θ2。拋光區域的此部分也具有隨每個偏置溝槽與拋光墊中心的間距而減小的偏向角。
參看圖12及12A，拋光墊1200可以分別含有連接徑向進料槽1210、1220、1230及1240的一系列梯狀偏置溝槽1202及1204。梯狀偏置溝槽1202及1204具有區段1202a及1202b，且1204具有區段1204a及1204b，各被虛線分開，以用於說明的目的。圖12具有向內偏置梯式溝槽1202，其被分成相等的部分：溝槽區段1202a及1202b。在此配置中，漿液首先通過較淺偏置的溝槽區段1202a，接著以增加的速率通過具有較陡斜率的溝槽區段1202b。圖12A具有梯狀偏置溝槽1204，其被分成不相等的部分：溝槽區段1204a及1204b。在此配置中，漿液首先通過較陡偏置的溝槽區段1204a，接著以降低的速率通過具有較淺斜率的溝槽區段1204b。可以使用區段間距及斜率來調整晶圓輪廓及邊緣 輪廓。
參看圖13，拋光墊1300包括使相鄰梯狀徑向進料槽1310、1320、1330及1340互連的向外偏置梯狀溝槽1302。梯狀偏置溝槽1302具有區段1302a及1202b，各被虛線分開，以用於說明的目的。徑向進料槽與梯狀偏置溝槽的階梯位置及階梯斜率均影響拋光移除速率、晶圓輪廓及邊緣輪廓。
參看圖14、14A、14B及14C，拋光墊可以包括具有不同間距或不同橫截面積的兩個或更多個溝槽區域。圖14、14A、14C皆包括具有如下三個區域的向內間隔區域：(a)具有第一正常間距的溝槽，(b)間距增大的溝槽及(c)間距等於區域(a)的溝槽。此溝槽間距有效消除中心快速晶圓輪廓。藉由調整每個溝槽區域的寬度及每個溝槽區域內的溝槽密度，可以微調晶圓輪廓。調整溝槽間距對改良晶圓邊緣輪廓有特別的影響。如圖14所示，偏置溝槽可以為平行線性溝槽、平行彎曲溝槽或梯狀溝槽。此等溝槽可以具有相等或不相等的間距。
參看圖15、15A、15B及15C，拋光墊可以包括具有不同間距或不同橫截面積的兩個或更多個溝槽區域。圖15、15A、15B及15C皆包括具有如下三個區域的向內間隔區域：(A)具有第一增大間距的溝槽，(B)具有正常間距的溝槽及(C)間距等於區域(A)的溝槽。此溝槽間距有效消除中心慢速晶圓輪廓。藉由調整每個溝槽區域的寬度及每個溝槽區域內的溝槽密度，可以微調晶圓輪廓。調整溝槽間距對改良晶圓邊緣輪廓有特別的影響。如圖15所示，偏置溝槽可以為平行線性溝槽、平行彎曲溝槽或梯狀溝槽。此等溝槽可以具有相等或不相等的間距。
10:本發明的拋光墊
12:拋光層
14:厚度
16:中心
18:外邊緣
19:周邊圓弧
20:徑向進料槽
22:徑向進料槽
36:圓形溝槽
40:拋光區域
60:梯形溝槽區域
62:梯形溝槽區域
64:梯形溝槽區域
66:梯形溝槽區域
68:梯形溝槽區域
70:梯形區域
80:梯形溝槽區域
82:梯形溝槽區域
84:梯形溝槽區域
86:梯形溝槽區域
88:梯形溝槽區域
90:梯形溝槽區域
92:梯形溝槽區域
94:梯形溝槽區域
96:梯形溝槽區域
98:梯形溝槽區域
α1:角
β1:角
θ:偏向角

Claims (10)

  1. 一種用於拋光或平坦化半導體、光學及磁性基板中之至少一者之晶圓的方法，所述方法包含以下：旋轉拋光墊，所述拋光墊係聚胺基甲酸酯CMP拋光墊且具有：具有聚合物基質及厚度的拋光層，所述拋光層包括所述拋光墊的中心、外邊緣及自所述中心延伸至所述外邊緣的半徑；位於所述拋光層中的徑向進料槽，所述徑向進料槽將所述拋光層分成拋光區域，所述拋光區域為由兩個相鄰徑向進料槽界定的圓扇區，所述拋光區域具有用於調整所述晶圓下的滯留時間的偏置，所述偏置在平分所述拋光區域的平分線和連接相鄰徑向進料槽的偏置溝槽之間具有偏向角θ，所述偏向角θ為向內向所述拋光墊的中心傾斜的向內偏向角θ或向外向所述拋光墊的周邊傾斜的向外偏向角θ，大多數的所述偏置溝槽以向內或向外的偏置沿相同方向掃過所述晶圓，所述徑向進料槽自鄰近於所述中心的位置至少延伸至鄰近於所述外邊緣的位置；及所有的所述拋光區域，所有的所述拋光區域包括連接一對相鄰徑向進料槽的一系列偏置溝槽，所述系列偏置溝槽分隔著落區域且具有更接近所述中心的內壁及更接近所述外邊緣的外壁；將拋光液分配至所述旋轉拋光墊上並且進入所述徑向進料槽及所述系列偏置溝槽中，離心力使拋光液通過所述徑向進料槽、所述系列偏置溝槽向所述拋光墊的所述外邊緣移動並且溢流出所述外壁以濕潤著落區域，接著流入後續偏置溝槽的內壁，以允許新拋光液在所述晶圓下流動，所述大多數的所述偏置溝槽向內偏向所述拋光墊的所述中心或向外偏向所述拋光墊的所述外邊緣；及在多次旋轉的情況下，使所述晶圓抵壓在所述旋轉拋光墊上旋轉，從而利用所述溢流拋光液所濕潤的著落區域移除所述晶圓的至少一種組件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中旋轉所述拋光墊使所用拋光液通過所述系列偏置溝槽的一部分傳送至所述拋光墊的所述外邊緣，以允許新拋光液在所述晶圓下流動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述系列偏置溝槽呈現為延長所述拋光液在所述晶圓下之滯留時間的平行溝槽。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述系列偏置溝槽呈現為縮短所述拋光液在所述晶圓下之滯留時間的平行溝槽。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中旋轉所述拋光墊使所述晶圓交替越過一個徑向進料槽與兩個徑向進料槽。
  6. 一種用於拋光或平坦化半導體、光學及磁性基板中之至少一者之晶圓的方法，所述方法包含以下：旋轉拋光墊，所述拋光墊係胺基甲酸酯CMP拋光墊且具有：具有聚合物基質及厚度的拋光層，所述拋光層包括所述拋光墊的中心、外邊緣及自所述中心延伸至所述外邊緣的半徑；位於所述拋光層中的徑向進料槽，所述徑向進料槽將所述拋光層分成拋光區域，所述拋光區域為由兩個相鄰徑向進料槽所界定的圓扇區，所述拋光區域具有用於調整所述晶圓下的滯留時間的偏置，所述偏置在平分所述拋光區域的平分線和連接相鄰徑向進料槽的偏置溝槽之間具有偏向角θ，所述偏向角θ為向內向拋光墊的中心傾斜的向內偏向角θ或向外向拋光墊的周邊傾斜的向外偏向角θ，大多數的所述偏置溝槽以向內或向外的偏置沿相同方向掃過所述晶圓，所述徑向進料槽自鄰近於所述中心的位置至少延伸至鄰近於所述外邊緣的位置；及所有的所述拋光區域，所有的所述拋光區域包括連接一對相鄰徑向進料槽的一系列偏置溝槽，所述系列偏置溝槽分隔著落區域且具有更接近 所述中心的內壁及更接近所述外邊緣的外壁；將拋光液分配至所述旋轉拋光墊上並且進入所述徑向進料槽及所述系列偏置溝槽中，離心力使拋光液通過所述徑向進料槽、所述系列偏置溝槽向所述拋光墊的所述外邊緣移動並且溢流出所述外壁以濕潤著落區域，接著流入後續偏置溝槽的內壁，以允許新拋光液在所述晶圓下流動，所述大多數的所述偏置溝槽以與所述平分線呈20°至85°的角度向內偏向所述拋光墊的所述中心或以與所述平分線呈95°至160°的角度向外偏向所述拋光墊的所述外邊緣；及在多次旋轉的情況下，使所述晶圓抵壓在所述旋轉拋光墊上旋轉，從而利用所述溢流拋光液所濕潤的著落區域移除所述晶圓的至少一種組件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中旋轉所述拋光墊使所用拋光液通過所述系列偏置溝槽的一部分傳送至所述拋光墊的所述外邊緣，以允許新拋光液在所述晶圓下流動。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中所述系列偏置溝槽呈現為延長所述拋光液在所述晶圓下之滯留時間的平行溝槽。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中所述系列偏置溝槽呈現為縮短所述拋光液在所述晶圓下之滯留時間的平行溝槽。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中旋轉所述拋光墊使所述晶圓交替越過一個徑向進料槽與兩個徑向進料槽。
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