TWI850338B - 拋光墊、化學機械拋光系統、及控制拋光墊的背襯層的剛度的方法 - Google Patents

Abstract

一種用於化學機械拋光設備的拋光墊，包括具有拋光表面的拋光層及由流體可滲透材料形成的背襯層。背襯層包含配置為固定至平台的下表面及固定至拋光層的上表面，其中下表面及上表面被密封。第一密封件將背襯層的邊緣沿周向密封，且第二密封件將背襯層密封並分離成第一區域及藉由第一區域包圍的第二區域。

Description

拋光墊、化學機械拋光系統、及控制拋光墊的背襯層的剛度 的方法

本揭露內容係關於基材的化學機械拋光。

通常藉由在矽晶片上依次沉積導電層、半導電層、或絕緣層而在基材上形成積體電路。一個製造步驟涉及在非平坦的表面上沉積填料層並使填料層平坦化。對於某些應用，將填料層平坦化，直到暴露出圖案化層的頂表面為止。舉例而言，可將導電填料層沉積在圖案化的絕緣層上以填充絕緣層中的溝槽或孔。經過平坦化後，絕緣層的凸起圖案之間剩餘的絕緣層部分形成通孔、插塞、及線路，此等通孔、插塞、及線路在基材上的薄膜電路之間提供導電路徑。對於(如氧化物拋光的)其他應用，將填料層平坦化，直到在非平坦的表面上留下預定的厚度。另外，光微影通常需要基材表面的平坦化。

化學機械研磨為平坦化的一種公認方法。此種平坦化方法通常需要將基材安裝在承載頭或研磨頭上。基材的暴露表面通常緊靠旋轉的拋光墊放置。承載頭在基材上 提供可控制的負載，以將基材推向拋光墊。通常將磨料研磨漿供應到拋光墊的表面。

在一個態樣中，一種用於化學機械拋光設備的拋光墊包含，具有拋光表面的拋光層、由流體可滲透材料形成的背襯層，背襯層具有配置為固定至平台的下表面及固定至拋光層的上表面、及複數個密封件，此等密封件包含將背襯層的邊緣沿周向密封的第一密封件，及將背襯層密封並分離成第一區域及第二區域的第二密封件。

在另一態樣中，化學機械拋光系統包含平台、拋光墊，拋光墊包含具有拋光表面的拋光層、由流體可滲透的材料製成的背襯層，背襯層具有固定至平台的下表面及固定至拋光層的上表面、複數個密封件，此等密封件包含將背襯層的邊緣沿周向密封的第一密封件，及將背襯層密封並分離成第一區域及第二區域的第二密封件、及耦合到背襯層以將流體引導到背襯層的第一區域及第二區域的流體源。

在另一態樣中，在化學機械拋光系統中控制拋光墊的背襯層的剛度的一種方法，包含控制進入拋光墊的流體可滲透背襯層的第一及第二區域的液體流，此等第一及第二區域被密封件分離。

實施方式可包含下列特徵中的一個或更多個。

背襯層可具有開放單元結構。背襯層可包含其中具有互連空隙的聚合物基質。

複數個密封件中的至少一些密封件可由浸漬有密封劑材料的背襯層的部分提供。複數個密封件中的至少一些密封件可由背襯層的壓接部分提供。第一區域可圍繞第二區域。第一區域及第二區域可為同心的。

流體源可配置成獨立地控制進入第一區域及第二區域的流體流。流體源可包含複數個獨立可控制的泵。

複數個通道可延伸穿過平台，且複數個氣孔可允許流體流從複數個通道進入第一區域及第二區域。此等複數個氣孔可從平台突出到背襯層中。此等複數個氣孔可包含在第一區域中的第一多個氣孔及在第二區域中的第二多個氣孔。第一多個氣孔可在第一區域內以等距間隔隔開，且第二多個氣孔可在第二區域內以等距間隔隔開。液體可為水。

控制液體流進入第一區域及第二區域的步驟可包含使液體流過從平台突出到背襯層的氣孔之步驟。

實施方式可任選地包含，但不限於下列優點中的一個或更多個。可控制及校正(例如，由於背襯層的潤濕而造成的背襯層上的剛度差異所引起的)拋光非均勻性。控制拋光墊剛度的另一個優點為可創建具有不同剛度的不同區域來控制晶圓的多個區域的拋光速率，例如以執行邊緣校正或校正由拋光漿料分佈差異引起的緩慢或快速去除區域。

在附圖及以下描述中闡述了一種或更多種實施方式的細節。根據說明書與附圖及根據請求項，其他態樣、特徵、及優點將變得顯而易見。

10:拋光基材

20:拋光系統

22:平台

24,74:驅動軸

25,75:軸

26,76:馬達

28:上表面

30:拋光墊

32:拋光層

34:背襯層

36:拋光表面

38:緊壓

40:調節器系統

42:調節器頭

44:馬達

46:驅動軸

48:臂

50:區域

52,52a:邊緣密封件

52b,54b:壓接的密封件

54:內部密封件

54a:浸漬的密封件

56:氣孔

56a:入口氣孔

56b:出口氣孔

58:流體源

64:薄膜

66:黏合劑層

68:流體泵

69:真空源

70:承載頭

72:支撐件結構

82:拋光液

84:輸送臂

第1圖圖示化學機械拋光系統的示意性截面圖。

第2圖圖示緊壓的拋光墊的示意性特寫截面圖。

第3A圖圖示示例性背襯層的示意性俯視圖。

第3B圖圖示示例性背襯層的示意性俯視圖。

第4A圖圖示拋光層、及具有浸漬的密封件的背襯層的示意性剖視圖。

第4B圖圖示拋光層、及具有壓接的密封件的背襯層的示意性剖視圖。

在各個附圖中，相同的元件符號及標記指示相同的元件。

如拋光流體之類的流體可被保留在背襯層內並藉由背襯層(例如，藉由毛細作用)散佈。流體在背襯層中的積聚會獲致襯墊的剛度不均勻，從而可致使背襯層的濕潤區域與乾燥區域之間的拋光速率不均勻。另外，隨著流體滲入「背襯層」中，隨著時間的流逝，流體的積聚可致使潤濕區域的尺寸發生變化，從而致使不同晶圓間的差異。然而，可藉由將流體被注入背襯層的密封區域來控制拋光墊的剛度。

第1圖圖示可用於拋光基材10的拋光系統20。拋光系統20包含盤形平台22，在平台22上放置具有拋光表面36的拋光墊30。可操作平台22繞著軸25旋轉。馬達26能轉動驅動軸24以旋轉平台22。

拋光墊30可，舉例而言，藉由(在下文中更詳細地描述的)黏合劑層66固定至平台22的上表面28。當拋光墊30被磨損時，可拆卸及更換拋光墊30。

拋光系統20可包含拋光液體輸送臂84及/或襯墊清洗系統，如沖洗流體輸送臂。在拋光期間，可操作拋光液體輸送臂84以向拋光墊30上施配拋光液82，例如具有研磨顆粒的漿料。在一些實施方式中，拋光系統20包含組合的漿料/沖洗臂。

拋光系統20可包含具有可旋轉的調節器頭42的調節器系統40，以維持拋光墊30的拋光表面36的表面粗糙度。調節器頭42可為可移除的調節盤。驅動軸46可將調節器頭42連接至能驅動調節器頭42的馬達44。調節器頭42亦可位於臂48的端部，此臂48會搖動以使調節器頭42徑向掃過拋光墊30。

可操作承載頭70以將基材10保持在拋光墊30上。承載頭70懸掛在如轉盤、或軌道的支撐件結構72上，並藉由承載驅動軸74連接至承載頭旋轉馬達76，從而使承載頭能繞軸75旋轉。另外，承載頭70能在拋光墊上橫向擺動，例如藉由在致動器的驅動下在徑向槽中移動轉盤、在 馬達的驅動下旋轉轉盤、或在致動器的驅動下沿軌道來回移動。

拋光墊30為具有拋光層32及背襯層34的雙層拋光墊。背襯層34具有邊緣密封件52及一個或更多個內部密封件54。背襯層34可具有流體可滲透的開放單元結構(例如，具有延伸穿過背襯層的互連孔的固態泡沫)。特別地，背襯層可由聚合物基質材料形成，在該基質中具有提供互連的孔的空隙。孔可佔背襯層的體積的約10-50%，例如，30%。背襯層可為微孔的，例如，孔的平均直徑可為約10至100微米。相反地，邊緣密封件52及內部密封件54為流體不可滲透的。

在拋光期間，一些拋光流體(例如，漿料)可流過平台22的側面。然而，如第1圖的實例所示，背襯層34的周邊藉由邊緣密封件52密封。邊緣密封件52防止在平台22的側面上流動的流體(如拋光流體)滲入背襯層34。

背襯層34亦具有位於背襯層34內的複數個內部密封件54。內部密封件54將背襯層34分成多個區域50(見第3A圖、第3B圖、第4A圖、第4B圖)。舉例而言，假設密封件52、54為環狀的，則第一環狀區域可藉由邊緣密封件52與最外部的內部密封件54之間的區域界定，第二環狀區域可藉由最外部的內部密封件54與下一個最外部的內部密封件54之間的區域界定，等等。內部密封件54提供阻障物以防止在背襯層34的區域50之間的流體流。

邊緣密封件52及內部密封件54可為環狀的，如圓形的。此外，邊緣密封件52及內部密封件54可與背襯層34的中心同心。內部密封件54不必形成圓弧，而可具有其他形狀(例如，波浪形、直線形等)。另外，內部密封件54可在背襯層34內形成其他形狀(例如，多邊形、交叉陰影線圖案等)，並將背襯層34劃分成其他形狀的區域，如同心多邊形、矩形陣列等)。

邊緣密封件52及內部密封件54可藉由用密封劑材料浸漬背襯層34(見第4A圖)或藉由壓接背襯層34(見第4B圖)來形成。

一個或更多個通道延伸穿過平台，且一個或更多個氣孔56允許流體流從一個或更多個通道進入及/或離開背襯層34的區域50。氣孔56可從平台22向上突出。氣孔可藉由比背襯層34更堅硬的主體形成，且該主體具有用於流體流的內部導管。舉例而言，氣孔56可為針或其他類似的注射裝置。假設氣孔從平台20向上突出，則當拋光墊30下降到平台20上時，氣孔56可刺穿並延伸到背襯層34中。

氣孔56可將流體(例如，水、空氣)注射入背襯層34的分離的區域50。拋光墊30的剛度可藉由控制流體流經由氣孔56進入背襯層34的區域50來控制。背襯層34的區域50的潤濕及乾燥可藉由經由氣孔56將如水之類的液體注入區域50並從區域50抽出液體來實現。舉例而言，氣孔56可用於藉由將液體泵入背襯層34的區域50來潤濕背襯層34的相關區域50。在另一實例中，氣孔56可用於藉由將 液體從背襯層34的區域50泵出來乾燥背襯層34的相關區域50。在另一實例中，氣孔56可用於藉由將空氣注入到背襯層34的區域50來乾燥背襯層34的相關區域50。舉例而言，用水浸濕的背襯層34的區域50可注射入空氣以取代水，且可對該區域50進行乾燥(例如，有效地「推擠出」水與空氣)。

可使用如(例如，離心泵、蠕動泵等的)流體泵68將流體推壓到背襯層34的區域50中。可使用如((例如，泵或設施真空接線的)真空源69將流體從背襯層34的區域50抽取出。假設將單個泵用於將流體泵入整個30吋直徑的背襯層，則泵的最大流體流動速度應為每分鐘100毫升至1升。類似地，假設在30吋直徑背襯層中使用單個泵來泵出流體，則最大流體流動速度應為每分鐘100毫升至1升左右。然而，若有多個泵用於背襯層的多個區域，則可相應地降低泵的最大流動速度。

個別氣孔的最佳流動速度可取決於區域50內的氣孔56的數量及該區域的大小。下表1中描述了示例性流體流動速度，例如，30吋直徑背襯層34的流體流動速度：

被泵入背襯層34的區域50的流體可藉由流體源58提供。舉例而言，流體源58可為連接到氣孔56的貯庫。流體源58可位於平台22內。可使用穿過平台22的通道將流體源58連接到氣孔56。

可使用泵68將流體泵入背襯層34的區域50。在一些實施方式中，可使用多個泵沿著每個導管來獨立地控制流體流，此導管將流體源58連接到每個氣孔56。

可使用真空源69將流體從背襯層34的區域50抽取出。若每個導管都連接到單獨的真空源69(例如，不同的泵)，則可獨立控制沿著每個導管的流體流。真空源69可位於平台22內。真空源69可使用穿過平台22的導管連接到氣孔56。

可在每個區域50中獨立控制流體流。舉例而言，泵68可使用對應於第一區域的氣孔56將流體提供到第一區域(例如，由邊緣密封件52及最外部的內部密封件54界定的背襯層34的區域)中，同時使用對應於第二區域的氣孔56將流體提供到第二區域(例如，由最外部的內部密封件54及第二最外部的內部密封件54界定的背襯層34的區域)中。被泵入第一區域的流體量可大於被泵入第二區域的流體量。在一些實施方式中，被泵入第一區域的流體量可小於被泵入第二區域的流體量。在一些實施方式中，被泵入第一區域的流體量可與被泵入第二區域的流體量相同。類似地，泵69可從第一區域去除比第二區域更多的流體、從 第一區域去除比第二區域去除更少的流體、或從第一區域和第二區域去除相同量的流體。

改變進入背襯層34的區域50的流體流，可控制與該區域50相對應的拋光墊30的剛度，此最終會影響背襯層34的區域50的基材10的拋光特性。通常，儘管可能會產生副效應(諸如降低拋光均勻性)，但是剛度的提高會致使拋光速率增加。

舉例而言，若背襯層34的第二區域比背襯層34的第一區域濕，則拋光墊30與第二區域相對應的部分將比拋光墊30與第一區域相對應的部分剛性更高。因此，若承載頭70在與第二區域相對應的拋光墊30的部分之上放置基材10的中央部分，並將基材10的邊緣部分放在拋光墊30對應於第一區域的部分之上，則拋光系統20可在基材10的不同部分中建立不同的拋光速率。

藉由控制背襯層34的區域50的濕潤度及乾燥度，可將區域50配置成為拋光墊30提供大致均勻的剛度，從而降低了拋光墊30的磨損並增加了拋光墊30的壽命。另外，在基材10的不同部分中的不同拋光速率能提供基材10的校正，例如，藉由降低基材10的邊緣的拋光以導致基材10的更均勻拋光。

另外，可控制在背襯層34的區域50中的流體量，以降低拋光墊30的「緊壓」效應，特別是在基材10及承載頭70的定位環之間。如第2圖所示，緊壓38可當基材10及/或承載頭70壓在拋光墊30上時發生，以「緊壓」或「擠 壓」拋光墊30的一部分。拋光墊30的緊壓38可獲致增加的拋光速率。為了減少緊壓38的效果，氣孔56可將流體注射入在緊壓(處)38下面的背襯層34的區域50，以使拋光墊30變硬(例如，降低拋光墊30的柔性)。在一些實施方式中，氣孔56可減少在緊壓(處)38下面的背襯層34的區域50中的流體，以軟化拋光墊30(例如，降低拋光墊的硬度並降低拋光墊30的拋光速率)。

如第3A圖及第3B圖所示，氣孔56可包含(例如，將流體泵入區域50的)入口氣孔56a及(例如，將流體泵出區域50的)出口氣孔56b。參照第3A圖，入口氣孔56a及出口氣孔56b可佈置成徑向圖案，例如，沿著拋光墊30的半徑延伸的成排氣孔。入口氣孔56a及出口氣孔56b可在背襯層34的每個區域50內交替。此外，沿著拋光墊30的半徑延伸的氣孔56排內的氣孔可彼此等距。參照第3B圖，可將入口氣孔56a及出口氣孔56b佈置成，使得一個區域50內的每個入口氣孔56a與出口氣孔56b之間的空間與另一個區域50的每個入口氣孔56a與出口氣孔56b之間的空間大致相同。儘管未明確圖示，但入口氣孔及出口氣孔的其他佈置、樣式、及數量為可能的。此外，區域50的數量、寬度、形狀(例如，圓形、多邊形、或其他形狀)及同心度(例如，同心區域或非同心區域)亦為可能的。

如第4A圖及第4B圖所示，流體不可滲透膜64(例如，塑料膜、或蠟膜)可位於拋光層32與背襯層34的上表面之間。膜64可為薄塑料層。薄膜64能防止流體從第一區 域50進入第二區域50。在一些實施方式中，使用黏合劑66(例如，壓敏黏合劑、膠帶、或膠)將膜64固定至拋光層32、及/或背襯層34。在一些實施方式中，膜64位於背襯層34的下表面上。使用黏合劑66將膜64固定至背襯層34的下表面，並使用黏合劑66將膜64固定至平台22(未圖示)。

現在參照第4A圖，邊緣密封件52及內部密封件54可由浸漬有密封劑材料的背襯層34的部分提供。舉例而言，浸漬的邊緣密封件52a及浸漬的密封件54a可由聚氨酯或環氧樹脂，或如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、或聚丙烯(PP)的其他聚合物組成。此密封材料填充了密封件區域中聚合物基質中的孔，從而阻止了流體流。

現在參照第4B圖，邊緣密封件52及內部密封件54可由背襯層34的壓接部分提供。舉例而言，壓接可藉由壓接或壓花背襯層34達成。壓接使密封件區域中的孔塌陷，從而阻止了流體流。

在一些實施方式中，邊緣密封件52及密封件54可由浸漬的密封件(例如，52a及54a)及壓接的密封件(例如，52b及54b)的組合組成。

若窗口或孔延伸穿過拋光墊，則可使用額外的密封件來密封鄰近窗口或孔的背襯層34的內部邊緣。

如本說明書中所使用的，術語「基材」可包含例如產品基材(例如，包含多個記憶體或處理器芯)、測試基材、裸基材、及閘控基材。基材可處於積體電路製造的各 個階段，例如，基材可為裸晶圓，或其可包含一或更多個沉積及/或圖案化的層。術語「基材」可包含圓盤及矩形板材。

上面描述的拋光系統及方法可應用於各種拋光系統。拋光墊或承載頭，或兩者皆能移動以在拋光表面與基材之間提供相對運動。拋光墊可為固定至平台的圓形(或其他形狀的)襯墊。拋光層可為標準的(例如，具有或不具有填料的聚氨酯)拋光材料、軟材料、或固定研磨材料。使用相對定位的術語；應當理解，拋光表面及基材可保持在垂直的定向、或其他定向中。

已描述了本發明的特定實施例。其他實施例在所附請求項的範疇內。舉例而言，請求項中記載的動作能以不同的順序執行且仍實現符合需求的結果。

10:拋光基材

20:拋光系統

24,74:驅動軸

25,75:軸

26,76:馬達

28:上表面

30:拋光墊

32:拋光層

34:背襯層

36:拋光表面

40:調節器系統

42:調節器頭

44:馬達

46:驅動軸

48:臂

52:邊緣密封件

54:內部密封件

56:氣孔

58:流體源

68:流體泵

69:真空源

70:承載頭

72:支撐件結構

82:拋光液

84:輸送臂

Claims (20)

1. 一種用於一化學機械拋光設備的拋光墊，包括：一抛光層，具有一抛光表面；及一背襯層，由一流體可滲透的材料製成且具有配置以被固定至一平台的一下表面及固定至該拋光層的一上表面；複數個密封件，包含將該背襯層的一邊緣沿周向密封的一第一密封件及將該背襯層密封並分離成一第一區域及一第二區域的一第二密封件；安置在該第一區域與該第二區域的每一者中的多個入口氣孔，且該等入口氣孔經配置以遞送一流體進入該第一區域與該第二區域的每一者；及安置在該第一區域與該第二區域的每一者中的多個出口氣孔，且該等出口氣孔經配置以從該第一區域與該第二區域的每一者排出該流體，其中藉由該第一區域與該第二區域的每一者中的該流體的一數量可獨立地控制該第一區域與該第二區域的每一者的剛度。
2. 如請求項1所述之拋光墊，其中該背襯層具有一開放單元結構。
3. 如請求項2所述之拋光墊，其中該背襯層包括其中具有互連空隙的一聚合物基質。
4. 如請求項1所述之拋光墊，其中該複數個密 封件中的至少一些密封件由浸漬有一密封劑材料的該背襯層的部分提供。
5. 如請求項1所述之拋光墊，其中該複數個密封件中的至少一些密封件由該背襯層的壓接部分提供。
6. 如請求項1所述之拋光墊，其中該第一區域圍繞該第二區域。
7. 如請求項6所述之拋光墊，其中該第一區域及該第二區域為同心的。
8. 一種化學機械拋光系統，包括：一平台；一拋光墊，包含：具有一拋光表面的一拋光層；及一背襯層，由一流體可滲透的材料製成且具有固定至該平台的一下表面及固定至該拋光層的一上表面；複數個密封件，包含將該背襯層的一邊緣沿周向密封的一第一密封件及將該背襯層密封並分離成一第一區域及一第二區域的一第二密封件；及一流體源，耦合到該背襯層以將流體引導到該背襯層的該第一區域及該第二區域，其中藉由該第一區域與該第二區域的每一者中的該流體的一數量可獨立地控制該第一區域與該第二區域的每一者的剛度。
9. 如請求項8所述之系統，其中該流體源被配置成獨立地控制進入該第一區域及該第二區域的流體 流。
10. 如請求項9所述之系統，其中該流體源包括複數個獨立可控制的泵。
11. 如請求項8所述之系統，包括延伸穿過該平台的複數個通道及允許流體流從該複數個通道進入該第一區域及該第二區域的複數個氣孔。
12. 如請求項11所述之系統，其中該複數個氣孔從該平台突出到該背襯層中。
13. 如請求項11所述之系統，其中該複數個氣孔包含在該第一區域中的一第一多個氣孔及在該第二區域中的一第二多個氣孔。
14. 如請求項13所述之系統，其中該第一多個氣孔在該第一區域內以等距間隔隔開，而該第二多個氣孔在該第二區域內以等距間隔隔開。
15. 如請求項8所述之系統，其中該複數個密封件中的至少一些密封件由該背襯層的浸有一密封劑材料的部分提供。
16. 如請求項8所述之系統，其中該複數個密封件中的至少一些密封件由該背襯層的壓接部分提供。
17. 一種在一化學機械拋光系統中控制一拋光墊的一背襯層的剛度的方法，包括以下步驟：控制進入該拋光墊的一流體可滲透的背襯層的一第一區域中的液體流；及獨立控制進入該背襯層的一第二區域的液體流，該第 二區域藉由一密封件與該第一區域分離，其中藉由該第一區域與該第二區域的每一者中的該液體的一數量可獨立地控制該第一區域與該第二區域的每一者的剛度。
18. 如請求項17所述之方法，其中該背襯層具有一開放單元結構。
19. 如請求項17所述之方法，其中該液體為水。
20. 如請求項17所述之方法，其中控制進入該第一區域及該第二區域的液體流的步驟包括：使液體流過從一平台突出到該背襯層中的氣孔之步驟。