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TW201829128A - 具間隔物之墊修整器及具此墊修整器之晶圓化學機械平坦化系統 - Google Patents

具間隔物之墊修整器及具此墊修整器之晶圓化學機械平坦化系統 Download PDF

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TW201829128A
TW201829128A TW106144802A TW106144802A TW201829128A TW 201829128 A TW201829128 A TW 201829128A TW 106144802 A TW106144802 A TW 106144802A TW 106144802 A TW106144802 A TW 106144802A TW 201829128 A TW201829128 A TW 201829128A
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pad
chemical mechanical
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林義翔
諾亞 歐莫 善提
杜柏成
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美商3M新設資產公司
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Abstract

一種墊修整器，其包括一載體、至少一研磨元件、及一間隔物。該載體包括一表面，該表面具一經暴露區域及複數個安裝區域。該研磨元件設置於該載體之該安裝區域上，且至少一研磨元件具有一工作表面，該工作表面包括複數個特徵，該等特徵各具有一遠端。該間隔物設置於該載體之該表面上且覆蓋該經暴露區域之至少一部分。該間隔物具有一第一表面及一第二表面，其中該第二表面與該第一表面相對且相鄰於該載體之該表面。該至少一研磨元件之最高特徵之遠端與該載體之該表面之間的距離D1大於該間隔物之該第一表面與該載體之該表面之間的距離D2。

Description

具間隔物之墊修整器及具此墊修整器之晶圓化學機械平坦化系統
本發明係關於一種用於晶圓化學機械平坦化系統之一墊修整器之間隔物、具此間隔物之該墊修整器、及具有具此間隔物之一墊修整器之該晶圓化學機械平坦化系統。
化學機械平坦化(CMP)係使晶圓表面平滑之一程序。為提供一妥適之研磨能力，以墊修整器在墊中心及墊邊緣之間掃磨墊表面來更新墊之表面。
金剛石圓盤墊修整器常用於CMP程序中。然而，若金剛石圓盤之金剛石磨粒未均勻嵌入，將在CMP操作期間導致晶圓損傷。為解決此類問題，開發了一種新類型的化學氣相沉積(CVD)墊修整器(美國公開案US20150209932A1(Duy K Lehuu等人)、US20150087212A1(Patrick Doering等人)、US20160074993A1(Joseph Smith等人)、US20160121454A1(Jun Ho Song等人)、 US20090224370A1(David E.Slutz)、US20110250826A1(So Young Yoon等人)、及US5921856A(Jerry W.Zimmer))。
相較於金剛石圓盤墊修整器，該CVD墊修整器展現數個優點，例如長的圓盤壽命、低的晶圓不良率、低的墊磨損率、及高的圓盤一致性。但新類型之墊修整器之墊表面上的掃磨距離小於金剛石圓盤墊修整器。換言之，該新類型之墊修整器之掃磨距離受限於研磨元件數量及位置。
為解決此問題，本發明提供一種間隔物，其係用於應用於化學機械平坦化程序中之CVD墊修整器。有了本發明之墊修整器，可避免在墊修整器轉過墊邊緣上方時之墊邊緣損傷(例如捲起)。再者，可減輕由於該墊修整器之部分掃磨超過該墊之直徑，對保留在該墊上之該等元件的向下力增加所造成在墊邊緣附近產生之較深度的穿透及摩擦。
在一項實施例中，本發明係一種墊修整器，其包括一載體、至少一研磨元件、及一間隔物。該載體包括一表面，該表面具一經暴露區域及複數個安裝區域。該研磨元件設置於該載體之該表面之該安裝區域上，且具有一工作表面之至少一研磨元件包括複數個特徵，該等特徵各具有一遠端。該間隔物設置於該載體之該表面上且覆蓋該經暴露區域之至少一部分，其中該間隔物具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面，且該第二表面相鄰於該載體之該表面。該至少一研磨元件之最高特徵之遠端與該載體之該表 面之間的距離(D1)大於該間隔物之該第一表面與該載體之該表面之間的距離(D2)。
在另一實施例中，本發明係一種間隔物，其設置於包括一載體及至少一研磨元件之一墊修整器上。該墊修整器之該載體包含一表面，該表面具複數個安裝區域及一經暴露區域。該研磨元件設置於該載體之該表面之該安裝區域上且包含複數個特徵。該間隔物包括彼此相對之一第一表面及一第二表面，其中該第二表面相鄰於該載體。該研磨元件之最高特徵之遠端與該載體之該表面之間的距離(D1)大於該間隔物之該第一表面與該載體之該表面之間的距離(D2)。
在又另一實施例中，本發明係一種晶圓化學機械平坦化系統，其包括一平台、設置於該平台上且具有一研磨面之一墊、及一墊修整器。該墊修整器包括一載體、至少一研磨元件、及一間隔物。該載體包括一表面，該表面具一經暴露區域及複數個安裝區域，且該研磨元件設置於該載體之該表面之該安裝區域上。至少一研磨元件包括一工作表面，該工作表面面對該墊且包括複數個特徵，該複數個特徵各具有一遠端。該間隔物設置於該載體之該表面上且覆蓋該經暴露區域之至少一部分，其中該間隔物具有彼此相對之一第一表面及一第二表面，且該第二表面相鄰於該載體表面。該研磨元件之最高特徵之遠端與該墊之該研磨面接觸，且該間隔物之該第一表面與該墊之該研磨面之間具有一間隙(G)。
1‧‧‧墊修整器
10‧‧‧載體
12‧‧‧研磨元件
14‧‧‧間隔物
24‧‧‧間隔物
34‧‧‧間隔物
44‧‧‧間隔物
54‧‧‧間隔物
64‧‧‧間隔物
74‧‧‧間隔物
81‧‧‧平台
82‧‧‧墊
101‧‧‧表面
103‧‧‧經暴露區域；安裝區域
105‧‧‧安裝區域
121‧‧‧工作表面
123‧‧‧特徵
125‧‧‧遠端
141‧‧‧第一表面
143‧‧‧第二表面
145‧‧‧凹部
147‧‧‧斜面邊緣
641‧‧‧凸條
741‧‧‧凸條
821‧‧‧研磨面
A‧‧‧角
b‧‧‧區
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
G‧‧‧間隙
圖1係根據本發明之一實施例之墊修整器的示意圖。
圖2係圖1的a-a’剖面圖。
圖3係圖2之區b的放大圖。
圖4係根據本發明之一實施例之晶圓化學機械平坦化系統的示意圖。
圖5係根據本發明之一第二實施例之墊修整器的俯視圖。
圖6係根據本發明之一第三實施例之墊修整器的俯視圖。
圖7係根據本發明之一第四實施例之墊修整器的俯視圖。
圖8係根據本發明之一第五實施例之墊修整器的俯視圖。
圖9係根據本發明之一第六實施例之墊修整器的俯視圖。
圖10係根據本發明之一第七實施例之墊修整器的俯視圖。
圖11(a)至圖11(h)係比較例1之圓盤在不同位置處之傾斜角度。
圖12(a)至圖12(h)係實例1之圓盤在不同位置處之傾斜角度。
圖13係比較例1與實例1之傾斜角度之比較。
將佐以附圖組詳細地描述本發明之實施例。然而，本發明不應受該等圖式之限制且可以其他形式實施。下文在說明書全文使用相同的元件符號來指示相同或相似的元件。
現在參照圖1，用於化學機械平坦化(CMP)程序之墊修整器1包括一載體10、至少一研磨元件12、及一間隔物14。載體10包含一表面101，其包括一經暴露區域103及複數個安裝區域 105。在此實施例中，載體10係一圓形，而安裝區域105圍繞載體10之圓周以一等間距間隔開。
研磨元件12經由黏著劑設置於載體10之表面101之安裝區域103上，但將研磨元件12固定至載體10之安裝區域103的方法不受限。研磨元件12圍繞載體10之圓周以一等間距間隔開。在此實施例中，載體10上安裝有5個研磨元件，且因此研磨元件12圍繞載體10之圓周相等地以72度間隔開。然而，研磨元件12之數量不限，其可根據不同要求而調整。其他實施例可包含少至一個或多至16個研磨元件。
至少一個研磨元件12包含其上形成有複數個特徵123之一工作表面121。在此實施例中，研磨元件12之各者具有形成於工作表面121上之複數個特徵123(圖2及圖3)。特徵123之各者具有一遠端125，且研磨元件12之最高特徵123之遠端125與載體10之表面101之間具有一距離D1。特徵123係經精確定形之特徵，其等可由例如機械加工或微機械加工、水刀切割、射出成型、擠製、微複製、或陶瓷模壓(ceramic die pressing)之方法形成。然而，特徵123之形狀不限於精確形狀，且該等特徵之形狀可根據不同研磨要求而修改。在本發明之一些實施例中，研磨元件12可包含下列：在一金屬基質中之一超研磨磨粒；陶瓷材料之含量為至少85重量%之陶瓷體；及包含一金剛石塗層之陶瓷體。超研磨磨粒之實例為立方氮化硼(CBN)及CVD金剛石。載體10及研磨元件12之細節論述於 美國專利公開案US20150209932 A1(Duy K.Lehuu等人)中，其以引用方式併入本文中。
除了載體10及研磨元件12之外，墊修整器1包含一間隔物14。間隔物14設置於載體10之表面101上且覆蓋經暴露區域103之至少一部分。間隔物14包括彼此相對之一第一表面141及一第二表面143，且間隔物14之第二表面143相鄰於載體之表面101(如圖2所示)。間隔物14之第二表面143可經由一黏著劑(例如3MTM VHBTM膠帶或3MTM SCOTCH-WELDTM環氧黏著劑，但不限於此)固定至載體10。舉例而言，間隔物可與載體整合。間隔物14對載體10之表面101之經暴露區域103的覆蓋比率可在自1.7%至100%之範圍。
在此實施例中，間隔物14係一5瓣形狀，在其周緣具有複數個凹部145以容納研磨元件12。然而，間隔物14之形狀不受限。如圖5所示，間隔物24可包含複數個開口241，且各開口241與研磨元件12之一者結合。間隔物24之周緣實質上與載體10之外部邊緣對齊，且因此間隔物24對載體10之表面101之經暴露區域103之覆蓋率係約100%。
請參照圖5至圖8，在一些其他實施例中，間隔物34、44、54係實質上圓形或環形的且於載體10之圓周內同心地設置於載體上。如圖6所示，間隔物34約與研磨元件12大小相同且設置於載體10之中心處。換言之，間隔物34之中心與載體10之中心對齊。在此實施例中，載體10之直徑係約107.95mm且研磨元件12 之直徑係約13.6mm，因此間隔物34對載體10之經暴露區域103之覆蓋比率係大約1.7%。
在一些其他實施例中，間隔物可係一環形的。請參照圖7，間隔物44係一圓環形且於載體10之圓周內同心地設置於載體10上。研磨元件12設置於間隔物44之內部邊緣內，且該間隔物之外部邊緣係於載體10之圓周內。但該環之大小不受限，例如如圖8所示，圓環形間隔物54小於圖7中者，其中間隔物54之外部邊緣之直徑小於研磨元件所配置處之圓的直徑。
在另一些其他實施例中，間隔物64、74包括複數個凸條641、741。如圖9及圖10所示，間隔物64包含複數個凸條641，且凸條641、741之各者圍繞載體10之圓周以一等間距間隔開，且一個研磨元件12設置於兩個相鄰凸條641之間。換言之，凸條641係配置成徑向形狀。凸條之形狀不受限，例如，其可係矩形形狀(如圖9所示)或三角形(如圖10所示)。此外，凸條641可係彼此分開(如圖9所示)或彼此接觸(如圖10所示)。
根據此等實施例，應理解間隔物對載體之表面之經暴露區域之覆蓋比率係在自1.7%至100%之範圍。例如：1.7%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%、30.0%、35.0%、40.0%、45.0%、50.0%、55.0%、60.0%、65.0%、70.0%、75.0%、80.0%、85.0%、90.0%、90.0%、100.0%、或介於1.7%至100.0%之間的任何百分比。
現在參照圖2，間隔物14進一步包含一傾斜邊緣147，且傾斜邊緣147與載體10之表面101之間的角A係在自10 至80度之範圍。在另一實施例中，角A係在30至60度之間之範圍。在另一實施例中，角A係大約45度。間隔物14具有一厚度，換言之，當間隔物14設置於載體10之表面101上時，第一表面141與載體10之表面101之間有一距離D2。距離D2大約係在自2.9mm至3.5mm之範圍。為避免間隔物14對研磨元件12之研磨能力的影響，間隔物14之第一表面141與載體10之表面101之間的距離D2小於研磨元件12之工作表面121上之最高特徵123之遠端125之間的距離D1。在一些實施例中，距離D1與距離D2之間的差異係在0.2mm至0.7mm之間的範圍。舉例而言，距離D1與距離D2之間的差異可係0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、或介於0.2mm至0.7mm之間的任何數字。
間隔物14可由可耐受CMP程序中所使用之多種漿料、且不會與該漿料、墊、或墊修整器本身相互反應之材料製成。舉例而言，間隔物14之材料可選自一聚合物，例如但不限於聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚(氯乙烯)(PVC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醯胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚(對苯二甲酸丁二酯)(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚(伸苯醚)(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚(丙烯亞胺)(PI)、液晶塑膠(LCP)、聚(四氟乙烯)(PTFE)、聚(醚-醚-酮)(PEEK)、多環芳族樹脂(PAR)、聚碸(PSF)、聚醚碸(PES)、聚醚醯亞胺(PEI)或聚-(醯胺-醯亞胺)(PAI)、酚-甲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、脲-甲醛樹脂(UF)、聚胺甲酸酯(PU)、或環氧樹脂。在其他實施例中，間隔物14之材料可包含例如藍寶石 或玻璃之陶瓷。在本發明之其他態樣中，間隔物可係一刷狀材料，例如來自3M Company,USA之BRUSHLON產品。一般而言，在拋光墊時的向下力可係約4至10磅，且可係高至15磅。因此，間隔物14之硬度較佳足夠高以承受這些力，以提供一支撐功能及在墊修整器掃磨超過墊直徑時避免墊修整器不平衡。
可將具間隔物之墊修整器1應用於晶圓化學機械平坦化(CMP)系統中。如圖4所示，晶圓化學機械平坦化系統8包含一平台81、一墊82、及一墊修整器1。墊82係設置於平台80上且包括一研磨面821。墊修整器1相似於圖1中者，在此不贅述。在晶圓化學機械平坦化系統8中，載體10之表面101面對墊82之研磨面821，表面101實質上平行於研磨面821。研磨元件12之特徵123與墊82之研磨面821接觸，以修整研磨表面821。研磨元件12之最高特徵123之遠端125與墊82之研磨面821之間具有一間隙G，在一些實施例中，間隙G大於或等於0.2mm但不大於0.7mm。舉例而言，間隙G可係0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、或介於0.2mm至0.7mm之間的任何數字。
請參照圖4，當墊修整器1跨墊82之邊緣掃磨時，例如當研磨元件12之一者移動超過墊之邊緣時，墊修整器1之間隔物14可支撐墊修整器1並保持墊修整器1之平衡，以減輕墊修整器1相對於墊82之傾斜。因此，可調節由於振盪所引起之墊82之邊緣的搖盪(rocking)及開槽(gouging)。此外，當墊修整器1掃磨回到墊82之中心時，間隔物14之傾斜邊緣147可防止墊82邊緣之損傷。 本發明之墊修整器亦能夠修整墊之邊緣，以使CMP效能(例如，材料移除率)係跨晶圓表面均勻的。
進一步以下列實例來說明本發明：
實例
比較例1：將一TRIZACT B25-2910-5S2圓盤(來自3M Company,St.Paul,MN,US)置於一AMAT REFLEXION工具(來自Applied Materials,Inc.,Santa Clara,CA,US)上。此圓盤無間隔物。墊係一JSR CMP 9006-FPJ墊(來自JSR Corporation,Tokyo,JP)。將圓盤定位於靠近墊之邊緣(外部徑向掃磨位置)(步驟1)，再接著將圓盤降低直到其以6lbs向下力接觸(步驟2)。將圓盤拍一張照以記錄該傾斜(步驟3)。將圓盤自墊舉離並將圓盤位置向外增量以記錄該傾斜(步驟4)。重複步驟3及步驟4以記錄該傾斜。
實例1：圓盤、工具、及墊與比較例1中者相同，惟將本發明之一間隔物經由VHB膠帶(來自3M Company,St.Paul,MN US)附接至圓盤。該間隔物係一PMMA製成之5瓣形間隔物。間隔物之厚度係3mm，而各弧之弦長係47.2mm。重複如上對比較例1所述之步驟3及步驟4以記錄該傾斜。
結果圖示於圖11至圖13。當圓盤延伸至至少有一元件未由墊支撐之點時，在不具間隔物之比較例(圖11(f)至圖(h))中明顯有一些傾斜。有了間隔物，傾斜量實質上減少了(圖12及圖13)。
雖然本發明已參照其特定實施例詳細描述之，但其他版本亦為可能。因此隨附之申請專利範圍之精神與範疇不應限於該描述及此說明書中之圖式。應理解，本說明書中使用之用語僅係用於描述具體版本或實施例之用途，而非意圖限制本發明之範疇。

Claims (29)

  1. 一種墊修整器，其包含：一載體，其包含一表面，該表面具一經暴露區域及複數個安裝區域；至少一研磨元件，其設置於該載體之該表面之該安裝區域上，該至少一研磨元件具有一工作表面，該工作表面包括複數個特徵，該等特徵各具有一遠端；及一間隔物，其設置於該載體之該表面上且覆蓋該經暴露區域之至少一部分，其中該間隔物具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面，該第二表面相鄰於該載體之該表面；其中該至少一研磨元件之最高特徵之遠端與該載體之該表面之間的距離(D1)大於該間隔物之該第一表面與該載體之該表面之間的距離(D2)。
  2. 如請求項1之墊修整器，其中該至少一研磨元件包含下列之一或多者：在一金屬基質中之超研磨磨粒；陶瓷材料之含量為至少85重量%之陶瓷體；及包含一金剛石塗層之陶瓷體。
  3. 如請求項1之墊修整器，其中該研磨元件之該複數個特徵係經精確定形之特徵。
  4. 如請求項1之墊修整器，其中該等研磨元件圍繞該載體之圓周以一等間距間隔開。
  5. 如請求項4之墊修整器，其中該等研磨元件圍繞該載體之該圓周相等地以72度間隔開。
  6. 如請求項1之墊修整器，其中該間隔物對該載體之該表面之該經暴露區域之覆蓋率係自1.7%至100%。
  7. 如請求項5之墊修整器，其中該間隔物係同心地設置於該載體之該 圓周內。
  8. 如請求項5之墊修整器，其中該間隔物進一步包含複數個凸條，且該等凸條之各者圍繞該載體之該圓周以一等間距間隔開。
  9. 如請求項1之墊修整器，其中該間隔物進一步包含一傾斜邊緣，且該傾斜邊緣與該載體之該表面之間的角(A)係自10度至80度。
  10. 如請求項9之墊修整器，其中該傾斜邊緣與該載體之該表面之間的角(A)係自30度至60度。
  11. 如請求項10之墊修整器，其中該傾斜邊緣與該載體之該表面之間的角(A)係45度。
  12. 如請求項1之墊修整器，其中D1與D2之間的差異不小於0.2mm。
  13. 如請求項1之墊修整器，其中該間隔物之材料係聚合的。
  14. 如請求項1之墊修整器，其中該間隔物及該研磨元件經由一黏著劑安裝於該載體上。
  15. 一種用於一墊修整器之間隔物，該墊修整器包含：一載體，其具有一表面，該表面具複數個安裝區域及一經暴露區域；及至少一研磨元件，其設置於該安裝區域上且具有複數個特徵，該等特徵各具有一遠端，該間隔物包含一第一表面及與該第一表面相對且相鄰於該載體之一第二表面，其中該研磨元件之最高特徵之遠端與該載體之該表面之間的距離(D1)大於該間隔物之該第一表面與該載體之該表面之間的距離(D2)。
  16. 如請求項15之間隔物，其中該間隔物對該載體之該表面之該經暴露區域之覆蓋率係自1.7%至100%。
  17. 如請求項15之間隔物，其中該間隔物進一步包含一傾斜邊緣，且該傾斜邊緣與該載體之該表面之間的角(A)係自10度至80度。
  18. 如請求項15之間隔物，其中D1與D2之間的差異不小於0.2mm。
  19. 如請求項15之間隔物，其中該間隔物之材料係聚合的。
  20. 一種晶圓化學機械平坦化系統，其包含：一平台；一墊，其設置於該平台上且具有一研磨面；及一墊修整器，其包含：一載體，其包含一表面，該表面具一經暴露區域及複數個安裝區域；至少一研磨元件，其設置於該載體之該表面之該安裝區域上，該至少一研磨元件具有一工作表面，該工作表面面對該墊且包括複數個特徵，該複數個特徵各具有一遠端；及一間隔物，其設置於該載體之該表面上且覆蓋該經暴露區域之至少一部分，其中該間隔物具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面，該第二表面相鄰於該載體之該表面；其中該研磨元件之最高特徵之遠端與該墊之該研磨面接觸，且該間隔物之該第一表面與該墊之該研磨面之間具有一間隙(G)。
  21. 如請求項20之晶圓化學機械平坦化系統，其中該研磨元件之該複數個特徵係經精確定形之特徵。
  22. 如請求項20之晶圓化學機械平坦化系統，其中該墊修整器之該等研磨元件圍繞該載體之圓周以一等間距間隔開。
  23. 如請求項22之晶圓化學機械平坦化系統，其中該墊修整器之該間隔物係同心地設置於該載體之該圓周內。
  24. 如請求項22之晶圓化學機械平坦化系統，其中該墊修整器之該間隔物進一步包含複數個凸條，且該等凸條之各者圍繞該載體之該圓周以一等間距間隔開。
  25. 如請求項20之晶圓化學機械平坦化系統，其中該間隔物對該墊修整器之該載體之該表面之該經暴露區域之覆蓋率係自1.7%至100%。
  26. 如請求項20之晶圓化學機械平坦化系統，其中該墊修整器之該間隔物進一步包含一傾斜邊緣，且該傾斜邊緣與該載體之該表面之間的角(A)係自10度至80度。
  27. 如請求項20之晶圓化學機械平坦化系統，其中該間隙(G)不小於0.2mm。
  28. 如請求項20之晶圓化學機械平坦化系統，其中該間隔物之材料係聚合的。
  29. 如請求項20之晶圓化學機械平坦化系統，其中該間隔物經由一黏著劑安裝於該載體上。
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