TWM457606U - 無孔型拋光墊 - Google Patents

Description

無孔型拋光墊

本新型是有關於一種拋光裝置，且特別是有關於一種化學機械拋光之無孔型拋光墊。

化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)又稱化學機械平坦(Chemical Mechanical Planarization，CMP)，是目前半導體晶圓表面平坦化的主要技術。在化學機械拋光製程中，將晶圓放置在夾持頭與表面鋪有拋光墊的工作台之間，並在拋光墊上噴灑拋光漿料，利用化學蝕刻與機械磨削二者相互作用，移除晶圓表面上的氧化層及凸起處。現今半導體晶圓廠所使用之拋光墊多屬有孔型拋光墊，其係以聚胺酯(Polyurethane)發泡而成，因此，有孔型拋光墊表面佈有多個20微米至100微米之孔洞，孔洞可儲存拋光漿料，在化學機械拋光過程中，工作台旋轉所產生的離心力可將拋光漿料甩至晶圓與有孔型拋光墊之間，而有助於移除晶圓表面的氧化層及凸起處。

然而，有孔型拋光墊具有以下缺失，首先，有孔型拋光墊之孔洞尺寸不一，過大或過深之孔洞導致拋光漿料不易被甩至晶圓與有孔型拋光墊之間參與研磨，一方面造成拋光漿料消耗過度，另一方面，滯留於孔洞底部的拋光漿料會沉積硬化為硬質層，而改變有孔型拋光墊之表面型態，進而影響其研磨晶圓的效果。此外，拋光墊在進行化學機械拋光前，須使用鑽石修整器修整，使拋光墊表面具 有平均的突出點，以增加研磨效率，然而，有孔型拋光墊之孔洞尺寸不一，當鑽石修整器之鑽石深入孔洞進行切削時，有孔型拋光墊之孔洞與孔洞間會持續產生彈性變形、塑性變形或者斷裂，而造成鑽石修整器與拋光墊之間的壓力忽高忽低，此種不穩定的壓力易使鑽石修整器疲勞，而縮短鑽石修整器之使用壽命。

拋光墊的良窳與晶圓的品質息息相關，因此，業者持續需求一種拋光墊，其可減少拋光漿料之用量、提供良好的晶圓研磨效果以及減少對鑽石修整器的損害。

本新型之一目的是在提供一種無孔型拋光墊，其不具有孔洞，因此不會使拋光漿料沉積於孔洞中形成硬質層，而影響其所研磨之晶圓的表面平整性。此外，當使用鑽石修整器修整時，亦不會因孔洞間所產生之彈性變形、塑性變形或者斷裂所造成的壓力不穩，而折損鑽石修整器之使用壽命。

本新型之另一目的是在提供一種無孔型拋光墊，其包含複數個鑽石微粒及複數個石墨微粒，藉由鑽石微粒參與研磨，有助於晶圓氧化層的移除，藉由石墨微粒的固態潤滑作用，可使拋光漿料充分地潤濕無孔型拋光墊表面，一方面可減少拋光漿料的用量，一方面可提升研磨效率。

依據本新型之一實施方式是在提供一種無孔型拋光墊，其可用於化學機械拋光製程，此無孔型拋光墊包含一本體、複數個鑽石微粒及複數個石墨微粒，本體具有一表 面，鑽石微粒及石墨微粒均勻分散於本體，且部分鑽石微粒及部分石墨微粒局部露出前述之表面。

依據前述之無孔型拋光墊，鑽石微粒之粒徑可為5奈米至10奈米，石墨微粒之粒徑可為30微米至60微米，本體可為聚胺酯。此外，無孔型拋光墊可包含重量百分比0.1至重量百分比1.5之鑽石微粒，以及可包含重量百分比2至重量百分比4之石墨微粒。

請參照第1圖及第2圖，第1圖是繪示依照本新型一實施方式的一種無孔型拋光墊100之剖面示意圖，第2圖是繪示第1圖之無孔型拋光墊100安裝於化學機械拋光裝置200之使用示意圖。第1圖中，無孔型拋光墊100包含一本體110、複數個鑽石微粒120及複數個石墨微粒130。本體110之材質可為聚胺酯，其具有表面111，鑽石微粒120及石墨微粒130均勻分散於本體110，且部分鑽石微粒120及部分石墨微粒130局部露出表面111，無孔型拋光墊100可用於化學機械拋光製程。

在製造無孔型拋光墊100時，可將鑽石微粒120及石墨微粒130混入聚胺酯的反應物中，經過高速攪拌、模具固化、加工成型等步驟，以得到無孔型拋光墊100。因此，鑽石微粒120及石墨微粒130均勻分散於本體110，且部分鑽石微粒120及部分石墨微粒130局部露出表面111。

前述「無孔型拋光墊」是指其在製作過程中未經過發泡處理，因此其不具有孔洞。

第2圖中，化學機械拋光裝置200包含旋轉夾持器210、工作台220以及漿料輸送管230，旋轉夾持器210包含轉軸211與夾持頭212，轉軸211可帶動夾持頭212旋轉。進行化學機械拋光時，無孔型拋光墊100設置於工作台220，且表面111朝向夾持頭212之方向，需拋光之工件300，例如晶圓，設置於夾持頭212，調整旋轉夾持器210，使工件300以特定壓力壓迫表面111，漿料輸送管230輸出拋光漿料400至工件300與表面111之間，再搭配旋轉夾持器210與工作台220的相對旋轉運動，可藉由化學蝕刻與機械磨削二者交相作用，將工件300表面上的氧化層及凸起處移除，而使工件300得到一平整的表面。

化學機械拋光裝置200可更包含另一旋轉夾持器(圖未示)用以夾持鑽石修整器(圖未示)，於化學機械拋光前，可使用鑽石修整器修整無孔型拋光墊100，使無孔型拋光墊100之表面111具有平均的突出點，以增加研磨效率，關於以鑽石修整器修整無孔型拋光墊100之技術，係相關領域具有通常知識者所熟知，在此不予贅述。

無孔型拋光墊100不具有孔洞，可避免習用有孔型拋光墊之孔洞尺寸不一所產生之缺失，亦即無孔型拋光墊100不會使拋光漿料400滯留於孔洞中而沉積為硬質層，進而影響所研磨之工件300的表面平整性，此外，無孔型拋光墊100不具有孔洞，鑽石修整器在修整時，鑽石修整器與無孔型拋光墊100之間的壓力較為穩定，而不易折損鑽石修整器之使用壽命。

無孔型拋光墊100雖不具有可儲存拋光漿料400的孔 洞，但藉由局部露出表面111之石墨微粒130所提供的固態潤滑作用，可使拋光漿料400充分地潤濕無孔型拋光墊100之表面111，一方面可減少拋光漿料400所需之用量，另一方面可提升研磨效率。此外，局部露出表面111之鑽石微粒120可提供進一步的研磨效果，而提升研磨效率。在本實施例中，鑽石微粒120之粒徑為5奈米至10奈米，當鑽石微粒120之粒徑小5於奈米時，製造無孔型拋光墊100過程中所產生的氣泡無法順利排出，而使無孔型拋光墊100具有孔洞，當鑽石微粒120之粒徑大於10奈米時，則會阻礙形成本體110之聚合物之高分子間的交聯，而使無孔型拋光墊100之結構強度減弱。石墨微粒130之粒徑為30微米至60微米，當石墨微粒130之粒徑小於30微米時，製造無孔型拋光墊100過程中所產生的氣泡無法順利排出，而使無孔型拋光墊100具有孔洞，當石墨微粒130之粒徑大於60微米時，其會阻礙形成本體110之聚合物之高分子間的交聯，而使無孔型拋光墊100之結構強度減弱。無孔型拋光墊100可包含0.1 wt%至1.5 wt%之鑽石微粒120，當鑽石微粒120之含量小於0.1 wt%時，其所提供的研磨效果有限，當鑽石微粒120之含量大於1.5 wt%時，其會阻礙形成本體110之聚合物之高分子間的交聯，而使無孔型拋光墊100之結構強度減弱，亦會使本體110之聚胺酯在聚合過程中所產生的氣泡無法順利排出，而使無孔型拋光墊100具有孔洞。無孔型拋光墊100可包含2 wt%至4 wt%之石墨微粒130，當石墨微粒130之含量小於2 wt%時，其所提供的固態潤滑作用有限，當石墨微粒130之含量大於4 wt%時，其會阻礙形成本體110之聚合物之 高分子間的交聯，而使無孔型拋光墊100之結構強度減弱，亦會使製造無孔型拋光墊100過程中所產生的氣泡無法順利排出，而使無孔型拋光墊100具有孔洞。

以下以實施例說明本新型的無孔型拋光墊之試驗結果。

(一)試驗機台及材料

1.化學機械拋光裝置(型號為Westech Model 372M)。

2.拋光漿料：卡伯特公司(Cobot corporation)公司所生產拋光漿料(名稱為SS-25-E)。

3.晶圓：採用6吋晶圓P型(100)，其上具有厚度約8000 Å的氧化層。

4.鑽石修整器：採用中國砂輪公司所生產的組合式鑽石修整器(型號為BODD878多膠)。

(二)試驗例：

在本說明書中，試驗例係指實施例1、實施例2以及比較例，各試驗例之組成如下：

1.實施例1：無孔型拋光墊，包含1 wt%之鑽石微粒及3 wt%之石墨微粒，本體為未發泡之聚胺酯，其中鑽石微粒之粒徑為5奈米至10奈米，石墨微粒之粒徑為30微米至60微米。

2.實施例2：無孔型拋光墊，包含0.1 wt%之鑽石微粒及3 wt%之石墨微粒，本體為未發泡之聚胺酯，其中鑽石微粒之粒徑為5奈米至10奈米，石墨微粒之粒徑為30微米至60微米。

3.比較例：無孔型拋光墊，不包含鑽石微粒及石墨微粒，本體為未發泡之聚胺酯。

(三)試驗結果：

將試驗例進行硬度試驗、接觸角試驗、晶圓氧化層移除率試驗、晶圓不均勻性試驗以及無孔型拋光墊之表面粗糙度試驗，試驗結果如表一所示。

1.硬度試驗：採用日本德樂株式會社(TECLOCK)所出產之硬度計(型號為GS-701N)，將其圓錐狀的探針頭以垂直方向往下直接接觸無孔型拋光墊表面，等待指針顯示出無孔型拋光墊之硬度數值，由表一之試驗結果可知，實施例1之無孔型拋光墊硬度最低，因此，進行化學機械拋光時，所有試 驗例中以實施例1之無孔型拋光墊與晶圓之接觸最為緊密貼合，而能增加晶圓表面的均勻性。

2.接觸角試驗：接觸角的大小主要取決於表面之材料以及表面之粗糙度，若材料之表面能越高，則液滴接觸角越小。一般而言，若液滴接觸角小於90°，代表材料為親水性，若液滴接觸角大於90°，則代表材料為疏水性。

試驗時，採用接觸角量測儀(型號為：First Ten Angstroms，FTA-125)，取相同厚度之無孔型拋光墊，在室溫下滴入液滴於無孔型拋光墊表面，觀察固、液界面間接觸角變化，並分別於5秒及300秒量測接觸角之大小。由表一之試驗結果可知，實施例1及實施例2之接觸角皆大於比較例1之接觸角，且以實施例1之接觸角最大，表示其最近似疏水性，換句話說，試驗例中以實施例1之無孔型拋光墊之表面較能提升對拋光磨漿的保持性，而能增加無孔型拋光墊之表面潤滑性，使拋光磨漿中的研磨粒子可與晶圓充分接觸，而具有較高的研磨效率，此論點亦可由以下晶圓氧化層移除率之試驗結果得到佐證。

3.晶圓氧化層移除率：採用薄膜測厚儀(由n&k公司所生產，型號為：analyzer 1280)量測晶圓氧化層之厚度，再計算晶圓氧化層移除率，其方法如下：首先將晶圓量測點設定為17點，且量測點平均分佈於晶圓上，量測點之選擇方式如下，以晶圓圓心為第一量測點，每隔45度取一條半徑、共取8條半徑，半徑長為760mm，由圓心向外延伸每250mm取一點，每一半 徑(不含圓心)取2點，因此8條半徑連同圓心共有17個量測點。在進行化學機械拋光前，先逐一量測每一量測點之厚度(D1)，待進行化學機械拋光後，再量測每一量測點之厚度(D2)，將化學機械拋光前的厚度(D1)扣掉化學機械拋光後的厚度(D2)，可得每一量測點的移除率(D)，最後取17個量測點移除率(D)的平均值，即可得到平均氧化層移除率(Dave)，以平均氧化層移除率(Dave)作為各個試驗例的晶圓氧化層移除率，並記載於表一中。

進行化學機械拋光前，先以鑽石修整器修整無孔型拋光墊，再將晶圓與無孔型拋光墊安裝於化學機械拋光裝置，化學機械拋光條件如下：晶圓之轉速為41rpm、無孔型拋光墊之轉速為40rpm，拋光漿料之流量為150 ml/min，拋光時間為60秒。由表一之試驗結果可知，實施例1及實施例2之晶圓氧化層移除率明顯優於比較例之晶圓氧化層移除率，因此，本新型之無孔型拋光墊藉由添加石墨微粒及鑽石微粒有助於移除晶圓表面之氧化層，而可提高工作效率。此外，當石墨微粒含量相同時，鑽石微粒含量越高，晶圓氧化層移除率越佳。

4.晶圓之不均勻性：晶圓之不均勻性的計算方式如下：依據前述晶圓氧化層移除率之試驗結果，計算出每一量測點的移除率(D)的標準差(S)，將標準差(S)除以氧化層移除率(Dave)再乘以100%，即可得到晶圓之不均勻性。由表一之試驗結果可知，實施例1及實施例2之晶圓不均勻性明顯小於比較例之晶圓不均勻性，亦即本新型之無孔型拋光墊可得到 較佳的晶圓研磨品質。

5.無孔型拋光墊之表面粗糙度：採用三次元表面粗度測定儀(由Kosaka公司所生產，型號為：SE3500K)量測無孔型拋光墊表面之粗糙度，拋光墊之表面粗糙度越小，表示其表面之絨毛高低落差越小，較不易刮傷晶圓，而能提升晶圓之均勻性，且表示其與晶圓之接觸面積越大，而能提升研磨效率。隨著積體電路線寬越來越小之趨勢，拋光墊表面之粗糙度越小、絨毛高度越均勻，越能符合所需之標準。試驗時，先以鑽石修整器修整無孔型拋光墊，再將晶圓與無孔型拋光墊安裝於化學機械拋光裝置進行化學機械拋光，化學機械拋光條件如下：晶圓之轉速為41 rpm、無孔型拋光墊之轉速為40rpm，拋光漿料之流量為150 ml/min，拋光時間為60秒，再利用三次元表面粗度測定儀量測無孔型拋光墊表面之粗糙度，三次元表面粗度測定儀之探針尖端半徑為5μm，量測施加力量為4 mN，依照設定的量測範圍來回移動接觸式探針，再由電腦分析出實際的表面粗糙度。由表一之試驗結果可知，實施例1及實施例2之無孔型拋光墊可得到較小的表面粗糙度，亦即本新型之無孔型拋光墊可得到較佳的晶圓氧化層移除率及較均勻的晶圓表面，此亦可由表一之試驗結果得到佐證。

由表一試驗結果可知，本新型之無孔型拋光墊藉由本體中添加鑽石微粒及石墨微粒，使局部露出本體表面之鑽石微粒以及石墨微粒參與化學機械拋光，而能提供良好的晶圓研磨效果以及較高的研磨效率。

雖然本新型已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧無孔型拋光墊

110‧‧‧本體

111‧‧‧表面

120‧‧‧鑽石微粒

130‧‧‧石墨微粒

200‧‧‧化學機械拋光裝置

210‧‧‧旋轉夾持器

211‧‧‧轉軸

212‧‧‧夾持頭

220‧‧‧工作台

230‧‧‧漿料輸送管

300‧‧‧工件

400‧‧‧拋光漿料

為讓本新型之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是繪示依照本新型一實施方式的一種無孔型拋光墊之剖面示意圖。

第2圖是繪示第1圖之無孔型拋光墊安裝於化學機械拋光裝置之使用示意圖。

100‧‧‧無孔型拋光墊

110‧‧‧本體

111‧‧‧表面

120‧‧‧鑽石微粒

130‧‧‧石墨微粒

Claims (6)

1. 一種無孔型拋光墊，其可用於化學機械拋光(CMP)製程，該無孔型拋光墊包含：一本體，其具有一表面；複數個鑽石微粒，該些鑽石微粒均勻分散於該本體，且部分該些鑽石微粒局部露出該表面；以及複數個石墨微粒，該些石墨微粒均勻分散於該本體，且部分該些石墨微粒局部露出該表面。
2. 如請求項1之無孔型拋光墊，其中該些鑽石微粒之粒徑為5奈米至10奈米。
3. 如請求項1之無孔型拋光墊，其中該些石墨微粒之粒徑為30微米至60微米。
4. 如請求項1之無孔型拋光墊，其中該本體係聚胺酯(polyurethane)。
5. 如請求項1之無孔型拋光墊，其中該無孔型拋光墊包含重量百分比0.1至重量百分比1.5之該些鑽石微粒。
6. 如請求項1之無孔型拋光墊，其中該無孔型拋光墊包含重量百分比2至重量百分比4之該些石墨微粒。