1379735 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明—般而言係有關於供化學機械研磨之研磨墊領 域。尤其，本發㈣有關具有研磨結構之化學機械研磨塾] •其係有用純學機械研磨磁性、光#及半導體基板。 【先前技術】 在積體電路及其他電子裝置的製造中，係將多層 半導電性及介電材料沉積在半導體晶圓表面上並從 = 表面移除。導電性、半導電性及介電材料薄層 可月匕由多種沉積技術來沉積。現今晶理^ f十十·物里牙又相，儿積法（PVD)(亦稱為濺鍍 / tenng))、化學氣相沉積法（c vd)、錢增強型 相沉積法（PECVD)及電化學雷钷笙並$ 孔 渴切m 寻。普遍的移除技術包括 二、式/、乾式寺向蝕刻與非等向蝕刻等等。 隨著數層的材料依序地沉積與移除，晶 面會變得不平坦。因為後續 曰表 要求晶圓具有平坦的表面所X體=例如’金屬化) 坦化係用來移& P目要_ s //力要平坦化處理。平 陷，例如M L f (topography)及表面缺 染的層或材料。 才。皮心、刮痕、以及污 用二 =平坦化’或化學機械研磨(⑽)是一種普遍 習用的⑽I磨Γ乍部件’例如半導體晶圓的技術。在 件上。該研戶L係將晶圓載具或研磨頭部安置在載具組 研磨頭部固持住晶圓且將晶圓定位至與CMP裝 93875 5 ^79735 置中的研磨墊之研磨層接觸，該研磨墊係安置在工作台或 平檯上。該載具組件在該晶圓與研磨墊間提供可控制的壓 力。同時，漿液（slurry)或其他研磨介質係施配至該研磨墊 上，且被引入至該晶圓與研磨層之間的間隙。為產生研磨， 研磨墊與晶圓典型地相對於彼此旋轉。當該研磨墊在該 晶圓下旋轉時，該晶圓刮出典型的環紋研磨執跡或研磨區 域1其令該晶圓表面係直接抵靠該研磨層。該晶圓表面被 研磨而且由在該表面上之該研磨層與研磨介質之化學與機 械作用將該晶圓表面平坦化。 六進行CMP時，研磨層、研磨介質及晶圓表面之間的 乂ΐ作用’已是過去十年致力於改良研磨塾設計而增加的 ΙΪ、、分析以及高等數值模擬之課題。由CMP作為半導 :製造加工時開始，大部分的研磨墊發展係依靠自然經 $ 其涉及許多不同多孔性聚合材料與非孔性聚合材料之 i試。許多研磨表面或層的設計集中在，提供這些声 的微結構’或空隙區與實心區之圖形；及巨觀結構，或表 =牙孔或溝槽的排列，以要求增加研磨速率，改善研磨— 面η ΐ:研磨缺陷(刮痕、凹隙、分層區域、及其他表 構二接屮/壞）°近年來，很少有不同的微結構與巨觀結 構被棱出來以提升CMP效能。 r rd對於傳統研磨塾’墊表面「修整（conditi〇ning)」或「修 研磨效能。經的研磨表面的關鍵’以供穩定的 得該研磨表面汽二 研磨墊之研磨表面磨損，使 面政紋路變得平滑，此現象稱為「鈍化 93875 6 Ϊ379735 (glazing)」。鈍化的起因係於在該墊與工作物件之間接觸點 的摩擦熱與切變而產生該聚合材料之塑性流動。此外，來 .自CMP加工之碎屑可阻塞該表面空隙以及槳液流經該= 磨表面的微通道。當這情況發生，該CMp加工的研戶、亲 .率下降，而且可造成晶圓間或晶圓内不一致的研磨。= 則在研磨表面上產生新的紋路以供維持該CMp加工時ς 期望的研磨速率與一致性。 人 傳統研磨塾修整係由修整碟機械性地摩擦該研磨表面 而達成。、該修整碟具有粗糙修整表面，典型地由鎮埋的、 石點組成。當研磨暫停時（離位），即該CMp加工週期性的 :止時’或者當該CMP加工進行中（原位），將該修整碟接 觸該研磨表面。典型地該修整碟係於固定在相對於 =轉軸之位置旋轉，且於該研磨墊旋轉時刮出環紋修: 該所述的修整加工在該塾表面内切削出微溝紋 %摩擦與磨刮該墊材料及更新該研磨紋路。 ' ， 雖然k料者已由墊㈣㈣與表㈣ =表面紋路之微結構及配置，但現有的CMP^= 加；^ 丁 未達取佳化。首先，於實施之施 :下^統CMP塾與典型工作物件間的實際接觸面 = t只有整個抵靠面積的小部分。這是傳統表面 二結果，相當於將該結構的實心區域隨機 一：：一群各種形狀及高度的特徵或粗糙面， ”甲，、有取鬲者實際接觸到該工作物 流動以帶離研磨碎屑與熱能的空間係於該墊表 93875 7 1379735 層，以至於研磨廢料仍留在與該工作物件相鄰位置直到由 該工作物件下完全排出。於該墊與工作物件之間的漿液流 動必須穿越該高度不規則表面及繞過任何粗链面，該粗糖 面係架橋於由該塾至該工作物件的整個垂直距離。這有很 向的機率造成該工作物件再曝露於失效的化學物質 (:hemist⑼與之前移除的材料。因此，傳統塾的微結構不 T最理想的’ s為該表面紋路内之接觸力學與流體力學被 連結在-起：該粗糙面的高度分佈既不利於良好的接觸也 不利於有效的流體流動與運輸。 於CMP _，缺的形成起因於傳統塾微結構的二個 例如’ Reinhardt ei al•，於美國專利第印㈣號揭 路使用聚合球㈣紋路導人聚胺自旨研磨塾。料不完 ::切的缺陷形成機制’但普遍地清楚，降低缺陷形成需 乍物#上之ί端點應力最小化。在一定的施加負 力下’該貫際的點接觸麼力係與該真實接觸面 ==二3psi(2Q‘7kpa)之研_力進行並於橫跨所 有粗心面料具有2%實際接觸面積的CMP加卫，使 件實際受到平均15G psi (1Mpa)之正應力。此強^ 二係足以造成表面與表面下損壞。由於形狀的純化盥 不規則：傳統⑽墊上的粗糙面也造成不良流型(fl0: pattern)·流體衝撞粗糙面的局部壓力可為顯著的，且 或刀H動之區域可造成研磨碎屑與熱能 生顆粒結聚環境。 償或者產 除了提供潛在缺陷形成來源，傳統研磨塾微紋路不是 93875 8 ⑸9735 最理想的’因為塾表面修整典型地並非精球地可再現。修 整碟上的該鑽石使用後變得不鋒利，所以每過一段時間必 肩替換該修整器；在該修整器壽命期間其效能因此不斷變 化。修整也極度促進該CMP墊磨耗速率。通常約95%的 墊磨耗係由鑽石修整器磨擦造成，僅僅約5%係由與工作 物件接觸造成。因此，除了減少缺陷，經改良的墊微結構 也可排除修整的需求，並延長墊壽命。 排除墊修整的關鍵在於設計自我更新研磨表面，即當 墊磨耗時，仍保留相同的必要幾何圖形與配置。因此為達 到自我更新，該研磨表面必須磨耗但不顯著地改造該實心 區域。接著需要的是該實心區域不受到連續切變與足以造 成戶、質程度塑性流動的熱能，或者配置該實心區域使其以 種方式反應切變或熱能，促使該切變與熱能傳至其他實 心區域。 、 除了低缺陷性，CMP墊研磨結構必須達到良好平坦化 妹率。因為低缺陷性係藉由使材料更軟化與更柔順而達 成’因此於傳統墊材料這兩種效能衡量間需要作權衡，欽 而這些相同性質的改變犧牲了平坦化效率。最終，平坦: 需要堅硬平坦的材料；，然而低缺陷性需要較不堅硬之保形 財料。因此很難以單-材料克服這些衡量之間的必要權 衡。傳統墊結構以各種方式處理這問題，包括使用複合材 科，其具有彼此結合之硬層與軟層。儘管複合材料提 單層結構之改良，但仍尚未發展出同時達成理想平括;匕效 率與零缺陷形成之材料。 93875 9 1379735 因此，當墊微結構與修整手段存在於目前的CMp應 =丄即有針對CMP墊設計的需求，以達成與該工作物^ 议问度之貫際接觸面積以及更有效的衆液流型以供研磨碎 屑移除’並且降低或免除該再紋路化之需求。此外，還有 2以下CMP墊結構之需求，其係結合良好平坦化效率所 而之堅硬結構以及低缺陷性所需之較不堅硬保形結構。 【發明内容】 ^本發明之態樣係提供一種研磨墊，其係用於在研磨介 質存在下供研磨磁性、光學及半導體基板之至少一者，該 研磨塾包括：a)互連單位格子之三維網絡，該互連單位格 子^網狀以允許流體流動及移除研磨碎屬；b)複數個研磨: 其係形成該互連單位格子之三維網絡，該互連單位 有至少三個單位格子的高度，該研磨元件具有第_ 、部與第二終端(sec〇n“♦ —連接第一相鄰研磨元件，且= 件而且於；：°點(咖。11(1 JUnCti〇n)連接第二相鄰研磨元 ㈣一與該第二接合點間留有30%以内之截面 該研磨表面經多次研磨操作，在平行於該 測量，仍具有-致的表面面積。 力磨表面之千面 本發明另一態樣係提供一種研磨苴 介質存在下供研磨磁性、Μ 在研磨 該研磨塾包括:a)互連單位格子之:少-者， 格子具有至少+個之一，准，屑絡，该互連單位 十個早位格子的高度’該互連單位格子係以 ]〇 93875 線性研磨.π件形成且該互連單位格子 動及移除研磨碎屬；b)複數個線 ^狀以允許流體流 互連單位格子之二維 2兀件，其係形成該 .與第二终端，节：：該線性研磨元件具有第-終端 •元件，且該第-故Mi# , 4連接第一相鄰研磨 件，且於該第一盥兮M拉人"占坛接弟二相鄰研磨元 矛與該弟二接合點間留有 積；以及C)研磨表面，盆“之截面 該研磨表面經多切… 複數個研磨元件形成， 測量，仍且有平行於該研磨表面之平面 w具有一致的表面面積。 :發明另一態樣係提供一種研磨 質存在下以研磨執讲處讲以， /、於研磨介 者，今方法rf 光學及半導體基板之至少一 態接觸以研磨m Z :該研磨墊與該基板間產生動 、.隹，.罔絡，該互連單位格子為網狀 、 .- =眉·；複數個研磨元件，其係形成研 維網絡，該互連單位柊早 。之一 该研磨兀件具有第—終 回度’ t /、弟—、冬端，該第一線嫂尤贫 .接合點連接第-相鄰研磨 #、、’“在弟— 點、查楗楚-4·* J仵且該弟二終端在第二接合 2連接弟一相鄰研磨元 Q〇〇/ ,, ^ ^ ^ 於該弟—與該第二接合點間 留有30/〇以内之截面積； Μ 元件形成，_研磨# '"面，其係由該複數個研磨 午瓜成科磨表面經多次研磨 表面之平面測量，仍呈右牡十仃於4研磨 仍具有一致的表面面積；以及於 網絡之研磨元件内捕集研磨碎屑。 ' ^一、，隹 【實施方式】 93875 ]1 1379735 研磨駐'、、圖式帛1圖大體上說明雙減學機械研磨(cmp) 、置1G0之主要特徵，該裝置係適合與本發明研磨塾 並用。研磨墊104大體上包括研磨層⑽，1係且有研 磨表面110供抵靠物件，例 二 ¥體3日51 112(加工或未加 料儲广 卫作部件，例如破璃、平面顯示器或磁性資 件子碟等等’以便於研磨介質咖存在時對於該工作物 有面…產生研磨。研磨介質12。由視需要的具 又I28之螺旋溝槽124輸送。在 地於下文使用^ 便，不失普遍性 ^丨^ 3曰圓」。此外’如本說明書中，包括申 明專利乾圍所使用的術語「研磨 溶液盥不含顆包夕 研总彡丨貝」，係包括含顆粒研磨 声性㈣一 無研磨料的溶液以及液體反 應性研磨溶液。 研唐^月大版上包括提供帶有研磨紋路200(第2圖）之 :磨層108 ’該研磨紋路200係相對於實心:積V高； 二隙部分或開放體積百分比，且 又 的Ff /、係错由一系列類似或相同 -長元件形成研磨層108，每個元件束缚在 部可得Γ門曰1 ’所以該疋件所你有的全部空間相對於全 尺寸是ϋΓ小的，該各個元件的間隔相對於該晶圓的 對於切變盥彎曲而—〜柄式互連，以使該網絡 尺寸以== °較佳地’該元件具有微觀 研磨墊所I —将徵將頭不出提供比使用傳統 所及墊所版現者’該墊與晶圓間 該墊與晶圓間更適合的漿液流型觸面=及 免除墊修整的需I μμ„ 名棱供自我更新結構以 5而要。此外，_徵 93875 12 1379735 作用··在良好平坦化效率所需的該長度等級㈣化咖⑷ 灰供該塾堅硬性，同時在低缺陷性所需的該較短長度等級 允許柔順性。 研磨裝置1()()可包括安置在平檯m上之研磨塾 :〇4。平檯13〇是藉由平檯驅動器(未顯示)而可繞著旋轉軸 4=轉。晶圓112可藉由晶圓载具138支樓，該晶圓載 ^ 138可'繞著旋轉轴142旋轉’該旋轉ϋ U2係平行於平 接130的旋轉軸134且保持間隔。晶圓载具！料以框架 式（gimbaled)連接（未顯不）為特徵以允許晶圓⑴對於研磨 層⑽呈現極微小地不平行，在這狀況，旋轉轴134、142 可能疋極微小地歪斜。晶圓112包括研磨表面心，1係 ==層1〇8並於研磨時經平坦化。晶圓载具邮藉 提；：下：：晶圓112之载具支撐機组支撐(未顯示)，並 #㈣士減研磨表面116去抵#研磨層108，以 力。、研磨:在該研磨表面與該研磨層之間存有期望的壓 介當】兀了已括研磨"貪入口 H6,以將研磨 ;丨貝120供給至研磨層108。 那些熟悉該項技術者將體會，研磨裝置100可包括盆 =(未顯示)，例如系統控制器、研磨介質儲存器與施 配糸統、加敎丰铋、、、士、、也么 、…’ /洗系、冼及各種供控制該研磨 方面之控制器，如 所逛加工各 ㈣率$ ] ·⑴該3日囫112與研磨墊104的旋 J 或—者的速度控制器與選擇器；（2)改變研磨介 質120輸送至該墊的 盥 ^ ^ 控制應用於該晶圓與研料⑽力之/；1^擇器；（3) 墊間的力F大小之控制器與選擇 93875 13
丄 J 咨’（4)控制該晶圓的旋轉轴142相對於該墊的旋轉軸m 2置，制器、致動器及選擇器等。那些熟悉該項技術 :了解&些組件如何構成以及執行，因此對於那些熟悉 ^項技術者疋不f要其詳細說明即可了解與實施本發明。 研磨期間’研磨$ 1〇4與晶圓ιΐ2分別繞著其個別旋 a由134、142旋轉’且研磨介質⑽由研磨介質入口… =該旋轉研磨塾上。研磨介質12〇散開在研磨層ι〇8 ，匕括晶圓112與研磨墊1〇4下的間隙。 晶圓112係典型地但非必 /' ^ 以0.Irpm 至 I50rpm 的選 擇速度旋轉。所選擇的力F大小係典型地但非必要地，在 晶圓112與研磨堅104之間產生0至15㈣6.9至 i〇3kPa)的期望壓力。如那些熟悉該項技術者所認同，係可 2以網狀形式配置該研磨墊或使得研磨墊的直徑小於被研 磨之基板的直徑。 …第2A圖至第2B圖，將更詳細地描述第1圖 研營墊104之實施例’尤其關於表面研磨紋路。相對 於先前技術之CMP墊，矣；&扑4、4 /、表面紋路或其粗糙面是材料移 除或再成形加工⑽如修整）的殘渣，而研磨紋路則被 建構成—系列相同或類似的研磨元件2〇4及2〇8，其係具 有精確的幾何圖形。供铐明 /、 仏°兄明之目的，研磨紋路200係顯示 =由貫負上垂直之元件208與實質上之水平元件2〇4所組 無須必定如此。研磨紋路細係相當於許多該研 =204與208 ’每個元件係具有平均寬度21〇與平均 截面積奶，該元件係以平均節距⑽叫加間隔 93875 14 1379735 « 全文所使用的該術語「平均」表明採取該元件或結構總體 體積的算術平均值。此外，該元件2〇4與2〇8的互連網絡 具有平均高度214以及平均半高215。該研磨紋路2〇〇實 .際上是空間單位的六面體單位格子組，其中每一面(六面) .為正方形或矩形，且實心構件僅在該空間單位邊緣延伸， 留下該每一面與該空間單位的中心，使之整體看來是空的。 (元件2〇8的該平均高度214對平均寬度210的比係至 少為〇.5。較佳地該平均高度214對平均寬度21〇的比係 至少為0.75且最佳地為至少！。才見需要地，該平均高度叫 對平均寬度2H)的比可能為至少5或至少1〇。當該平又均高 :增：，在研磨時使該研磨元件2〇8網絡堅硬所需的該= 變力之口的數办里就增加。大體而言，在研磨期間處於切 ，/、有大出於該最高的互連元件204之該元件2〇8 杜哼的終端是可撓曲的。該基處層240與該最高互連 件=之間的該元件208高度被高度束缚，且施加在^ =8之力係有效地被許多相鄰元件204與208支持， 独於橋樑桁架或外部扶壁。依此種 於良好平坦化所要求的該長度等級是堅固的二 處’由於該元件208之無扶壁終端的局部變卿 撓曲性’研磨紋路200是局部地柔順的。 ，、 該互連兀件2〇4與研磨元件2〇8結 ，，該單位格子具有平均寬度227與平均長度成二= 單位格子係具有_ & 1 ^ — 、准，I。。该互連單位格子係具有至少三個單位格子的^ 93875 15 1379735 且早义佳地為至少10單位格子。普遍地，該研磨執 則該研磨墊壽命及其主體剛性就增加增加 .其平均長戶二： 平均寬度227並不等於 ‘至少2 t 平均寬度對平均長度的比可能為 5至彡4，以進一步提升研磨效能， — =用。例如，為求改良平坦化，具有延伸水平 =有ΙΓ供較堅硬的研磨元件;而且為求陷 ，曲研磨構;伸垂直長度之單位格子將有助於具有更捷 件208之該平均高度對平均寬度的比率高的優點， Γ研磨表面積長時間維持不變。如第2a 磨層202哥命中任意點，當垂直元件208之 二積222組成該研磨紋路細的大部分接觸面積，某 :連以牛204的整體或部分也將處於 稱 為接觸元件德。較佳地，互連元件挪之垂直位^， ::，所以平行於該基底層24〇發生的磨耗，在一特定： 遭遇到小部分的互連元# 2〇4,且這些接觸元： 〇6構成總接觸面積的小部分。這允許研磨數個具有相似 的=特性之基板，並減少或免除定期地修銳或修整 的減少延長了該墊壽命並降低其操作成 、者，牙孔通過該塾、導電内概溝槽之導入或 如導電纖維、導電網絡、金屬柵或金屬線)之併入，可將： 塾轉換成eCMP(「電化學機械平坦化」）研磨墊。這些塾^ 二維網絡結構可促進流體流動並維持一致的表面結構以供 93875 16 eCMi>應用需求。 使用過的㈣改善該eCMP加工中 , 于、直了改進該eCMP加工一致性。 與：研磨無Γ材料存在於該不包含於研磨元件- 粒或纖唯於 ' 路200中。視需要地，可能固定研磨顆 維於研磨元件204與。相同地，沒有空= 存在於任何個別元件204或2 永體積 之空隙f 一 内，所有研磨紋路200中 體積較佳地存在於研磨元件2〇4與2〇8之間 確地存於其外部。麸而 月 可呈有, 見而要地，研磨元件2〇4與208 定在基底層240，1俘牛施一終端係堅固地固 實質地垂吉 .....。即距218並保持研磨元件208 二=直疋向。該元件2〇8係藉由互連元 =::rrr該接合點-係連㈣ 以固…财“接合點2G9可包括黏著性或化學性鍵結 / 口疋研磨元件204與。較佳地，接合點209係表示 目同材料的互連，且最佳地指相同材料的無縫互連:、 較佳地’在所有研磨元件2〇8兩端的接合點之 、斤研^ 7L件208之寬度210與節距218是一致的或报接 k ’或於研磨元件208之子群是一致的。例如，較佳地， 研磨元件208在接觸構件206與半高215間之研磨層2〇2 中具有分別地留有該平均寬度或節距的5〇%以内之寬戶 =與節距川。更佳地，研磨元件2〇8在接觸構件2〇: =+ f 215間之研磨層202中，具有分別地留有該平均寬 -或卽距的20%以内之寬度21〇與節距218。最佳地 磨元件208在接觸構件206與半高215間之研磨層2〇2中， ' 93875 17 1379735 •具：分別地留有該平均寬度或節距的1〇%以内之寬度训 與即距218。尤其，在相鄰接合點之間保持研磨元件 2〇4與208之截面積在3〇%以内俾利於使研磨效能一致。 .較佳地，於相鄰接合點209之間，㈣保持截面積在鳩 以内且取佳地在10%以内。此外，研磨元件與2⑽較 佳地為線性形狀以進一步有助於一致的研磨。這些特徵的 直接結果是，該研磨元件2〇8之截面積222在垂直方向並 沒有相$大的變化。因此，研磨期間當研磨元件2〇8被磨 耗且該高度214下降，呈現至該晶圓的面積奶只有微小 的改k。表面積222的一致性提供了一致性的研磨紋路2〇〇 並允許供重複研磨操作的一致性研磨。例如，該一致性結 構，允許多種圖案化晶圓之研磨而無須調整機臺設定。為 本δ兒明書之目的，該研磨表面或研磨紋路2⑼係指以平行 於該研磨表面測量之該研磨元件2〇4與2〇8之表面積。較 佳地該研磨元件208之總截面積222 ’在該最初的研磨表 φ面或接觸元件206與該單位格子225垂直柱之半高215之 間留有25%以内。最佳地，該研磨元件2〇8之總截面積 222 ’在該最初的研磨表面至該單位格子225垂直柱之半高 '215之間留有10%以内。如上所述，進一步較佳地，該互 -連70件204之垂直位置係交錯的，以於該元件磨耗時將總 截面積的變化減至最小。 視需要地，可能將研磨元件208排列成隔開的數個研 磨元件208群組，例如，該研磨元件可能包括環形群組， 其係被播研磨元件的區域所圍繞。每一群組内，較佳地， 18 93875 1379735 存在有互連it件2G4以保持該元件群組的間隔以及有 效硬度。此外，可能在不同區域調節該研磨元件2〇4或 之密度，以微調移除速率與研磨或晶圓一致性。再者，可 能以-種方式排列該研磨元件’而形成開放通道，例如環 形通道、χ·γ通道、放射狀通道、f曲放射通道或螺旋通 迢。導入該視需要的通道有利於移除大碎屑並可改善研磨 或晶圓一致性。 較佳地，研磨元件208之高度214在所有元件是 致 的。較佳地’在研磨紋路200内，高度214留有該平 度的观以内，更佳地，留有該平均高度的ι〇%以内^ 更佳地，留有該平均高度的1%以内。視需要地，切割裝 例如刀具、高速旋轉刀片或雷射，可能定期地將該研 磨凡件切成一致的高度。此外，該切割刀片的直徑與速度 可視需要以-角度切割該研磨元件以改變該研磨表面。例 T ’以—角度切割具有環形截面之研磨元件，將產生研磨 ^之紋路，其係與該基板交互作用。高度一致性確保研 磨、.文路200的所有研磨元件2〇8，以及所有位於該磨耗平 面之互連接觸元件2〇6皆有可能去接觸該工作物件 由於工業CMP卫具設有機械I置以在該晶圓上不同 體：：力二相等的研磨麈力，也因為產生在該晶圓下的流 ^力疋足以造成該晶圓離開精確地水平與平行於該 平均平面，因此可能使一些研磨元件2〇8 、 圓。然而，於接觸確實合發生的 θ觸到該晶 仍却……t 研磨墊104之任何部位， 现可此使許多研磨元件咖具足夠高度去提供接 93875 19 1379735 觸。再者，由於該研磨元件，的無扶壁終端將典型地隨 著該研磨的動態接觸力學彎曲，最初的研磨表面將业型地 耗成符合該f曲角度。例如，最初的環狀頂部表面將磨 耗成有角度的頂部表面，^研磨時方向上歷經的變化將 ’產生多重磨耗型態。 研磨元件204與208之尺寸與間隔係經選擇’以提供 該塾與晶圓間的高度接觸面積222以及足夠的開放流動面 積226,以供漿液移除研磨碎屑。典型地，該研磨元件2料 f㈣構成低於該研磨墊體積的8G%，該研磨塾體積係測 里忒基底層240以上者。較佳地，該研磨元件2〇4與2⑽ 構成低於該研磨墊體積的75%，該研磨墊體積係測量該基 2層240以上者。例如，典型地元件2〇4與2〇8將佔有測 量該基底層240以上的該研磨.塾體積的5%至75%。為高 度接觸面積而設計的研磨墊典型地佔有測量該基底層2仙 以的該研磨墊體積的4〇%至8〇%。於這些目的之間固有 φ的權衡如：於該研磨紋路2〇〇可得空間中添加更多研磨元 件204與208，擴大了該總接觸面積222 咖而對聚液流動23。《及該研磨碎屑二== 阻礙。本發明之主要特徵為研磨元件2〇4與是足夠細 '長並覓廣地間隔以允許接觸面積與流動面積有利平衡。矩 形或正方形截面的研磨元件2〇8係有利於增加接觸面積。 依據該平衡，該研磨元件2〇8之節距218對研磨元件 之寬度21〇之比可視需要為至少2。㈣這些限制，該研 磨紋路200的接觸面積222可能達到75%[即，（ι<寬/節 93875 20 1379735 距））勹或更高，且★玄、、ώ备z 50%(^ ”里地，研磨元件2〇s在該墊-面 .::::::;集研磨，當研磨時藉由在還= .低缺陷二碎屑’該特徵有利於降 該寬度210之;^見;要=磨為元4件208之該高度W與 最 、， 而要至/為4，以使該流動面積226 平地傳-亚π 5士研磨碎屬在該研磨元件204與208之間水 ^_’同％仍在該傳送之碎屬與該晶圓間提供垂直距 研磨紋路200的推—丰曰/土儿 進步取佳化，係藉由選擇針對主要 ^在水平方向之漿液流動23G，而設計成流線型 ( reaped)的研磨元件2〇4與2〇8之該截面形狀而達 ^ i線型的物體使流體阻力最小化係工程學已確認的準 ㈣並形成該科學之部分，而常規地應用於設計航空器、 =舶、汽車、發射體及其他在（或相對於）氣體或液 =物體。決定現今這些人體尺寸物體之該流體流動方程 ，係同樣地應用在該CMP墊巨觀尺寸或微觀尺寸之等 線型基本上由下述組成：在於選擇逐漸弯曲而無陡 4受之截面’因此外部流體流動可通過該截面而不會由 ^表面分離’並形成消耗流體能量的猶環洞流。依據這考 里，環形截面222較佳的係優於研磨元件2〇4盥之正 方形或矩形截面。該研磨元件2〇8形狀的進一^流線化* 要了解該漿液流動230之局部方向。.由於該墊與晶圓都Z 該漿液㈣⑽可能由各㈣度接近該研磨元件2〇4 93875 21 1379735 - 與208，且一接近角度正確的流線將次佳於其他接近角 度。其係流線化成與所有流體接近方向相同之該唯一形狀 為環形截面，因此，這是普遍較佳的狀況。若主要的流動 •方向可以確定，如在具有極高平檯速度對載具速度比之 .CMP加工例子中，更佳地係將相對於該方向之該研磨元件 204與208截面流線化。 如第2A圖所示，研磨墊104包括研磨層202，並可能 還包括下墊250。應注意的是下墊250是非必須的，且該 鲁研磨層202可能直接經由基底層240固定在研磨裝置平 檯，例如第1圖之平檯130。研磨層202可能經由基底層 240以任合適當方式固定在下墊250，例如黏著結合，例如 使用壓力敏感性黏著層245或熱熔黏著、熱結合、化學結 合、超音波結合等等。該基底層240或下墊250可作為該 研磨元件208附著之研磨基底。較佳地，該研磨元件208 之基底部分伸入基底層240。 ^ 有各種方法可能製造研磨紋路200。對於較大規格網 絡而言，該等方法包括微切削（micromachining)、雷射或流 喷蝕刻、及其他自起始固體群塊移除材料之方法；及聚焦 . 雷射聚合、優先（preferential)光學固化、生物成長及其他 在最初空曠的體積内之材料建構方法。對於較小規格網絡 而言，可採用結晶作用、晶種聚合、微影或其他優先材料 配置技術，以及電泳、相成核反應或其他建立供隨後材料 自行組裝之模板的方法。 該研磨元件204與208以及微結構200之基底層240 22 93875 丄J /岁/ j:) =由：：適合材料製成，例如聚碳酸_、聚颯、耐綸 ，、聚氣乙Π 晞酸系聚合物、聚甲基丙婦酸甲 ζ、 ' 命氤乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚 聚乙烯亞胺、繫脸略s π χκ j 一細、 舶T 錢酯、聚醚砜、聚醯胺、聚醚醯亞胺、令 物、％乳樹脂、聚矽氧、其共聚物(例 式 !非二其:昆合物， κ:勿=料製成’例如陶究'玻璃、金屬、石材、木 1 '之早純材料’例如冰。研磨元件綱與2 底層240也可由帶古 土 複合材料製成 種或多種非聚合物材料之聚合物的 通常’研磨元件204與及基底層2 ::限於其是否適合用於研磨物件，該物件係以期望= 制= 才料製成。類似地，下塾25。可由任何適合的材料
LtlT述提到用於研磨元件2G4與及基底層· 广。研磨墊104可視需要包括緊固件以固定該墊於 磨裝置之平檯，你丨、结，门 ^ m 弟圖之平檯130。該緊固件可為黏 二例如屋力敏感性黏著層⑷、熱炼黏著劑、機械式 ;’例如該鉤子或鉤子的環狀部及環狀緊固件。同樣 ;本發明乾圍的是提供一種或多種光纖終點檢測 PUC endP〇mtmg)震置270或類似的傳送裝置，其係 «亥研磨紋路200的一個或多個空隙空間。 y > >第圖本赉明第1圖研磨墊1 〇4的第二實施例， =述相對於其他表面研磨紋路3〇〇，第3圖之截面側視 圖係具有在研麽層302内之互連網狀單位格子之類似的不 93875 23 對稱圖案。類似第7 Α @ + i g, ^ ^ 圖之墊，黏著層345將基底層340 固疋在視需要的下墊3 、， 37〇 ，亚視舄要包括終點檢測裝置 乂1。研磨紋路300與第Μ圖之研磨紋路料三個方面 :二帛’該研磨紋路300之元件308不完全地垂 •對於該基底層34〇與該水平面呈現45度與9。度 沾曰、種角度設置，且有些元件308是彎曲而非筆直 s而且’该互連元件3〇4並非全部都是水平白々’有些則 =目=於該基底層34〇與該水平面呈現Q^45度之間的 二置。而其本身’研磨紋路3⑽是由單位格子組成， 但該格子的形狀與面體數則呈多樣化。這些特徵儘管如 一件308之阿度314在該研磨層或研磨元件3〇6與該 研磨紋路鳩的半冑315間之研磨紋路300内並無實質上 的改文第一，在兀件3〇4與3〇8之間該寬度训、節距 318 ^截面積322比研磨元#施對應的特性有更多變 长卜 相較於11亥動23〇流經研磨元件208，該襞液 流動3=係循著更多不規則途徑流經元件304與3〇8之 間仁是，研磨紋路300體現本發明之基本性質，其中元 件306形成該研磨表自。尤其，該元件綱與规錢合 點309互連以形成至一足夠程度的三維互連網絡，並對於 該研磨紋路整體提供硬度，同時該元件308之無扶壁終端 則順應工作物件提供局部的撓曲性。此外，該元件304與 308仍足夠細長並寬廣地間隔以允許接觸面積與流動面積 有利平衡；該元件308之平均節距318與該元件3〇8之平 均寬度310之比為至少2且該元件308之該高度314與該 93875 24 1379735 平均見度別之比為至少、4。而其本身，該研磨紋路遍 之接觸面積322可達到25%或更高，且該流動面積326(當 比研磨紋路则之流動面# 326更不規則時）係夠大以允許 研磨碎屑在該元件304 # 3〇8之間水平地傳送，同時仍在 該傳送之碎屑與該晶圓間提供垂直距離。 第3圖之該研磨紋路3〇〇,說明本發明包含開放互連 網絡，其中個別元件係定位於由全水平至全垂直之所有角 度。申言之，本發明包含完全無規則的互連細長元件陣列， 其中對於該空隙空間並無明顯重複的尺寸或形狀，或者其 許多元件是高度-曲、分支或纏繞的。以類似圖案作為研 磨墊微結構，如研磨墊微結構為橋樑桁架、大分子條狀模 式、及互連的人類神經細胞者，將落入 每 個例子中，該結構必須具有相同的關鍵特徵，那 足夠的三維互達以緊固該整個網絡’由該網絡之頂部表面 開始之水平面磨耗產生具有局部無扶壁終端之細長元件， 係提供工作物件短長度等級之柔順性，以及該開放空隙空 間與該70件之長寬比係與前述所給之幾何限制一致。 第4圖顯示本發明額外之實施例’其係由研磨層4〇2 組成’該研磨層4G2具有規則間隔的互連四面體晶^。所 示元件404與408在接合點4〇9接合之長度與寬度是相同 的雖一並不需如此。該具體實施例中顯示，該單位格子為 規則的四面.體，其中（4面中的）每個面為等邊三角形，其每 -側邊為該網絡之節距418，且具有寬度41Q之該實心構件 僅在該空間單位之四個邊緣延伸，留下該每—個三角面與 93875 25 1379735 該空間單位的中心’使之整體看來是空的。由 晶格的對稱性’第4圖之側邊截面與形：：面體 網狀圖案。這種研磨紋路提供最高的可能硬产相同 •形平面的多面體是不致變形的。當該結構磨耗，自：：角山 柔順性。第4圖所示之==與::該工作物件之 欲模形的基底層梢上，所以沒有該網絡之平面係正好^ 盯：接觸該晶圓之平面。於一給定的時間點，僅有構件偏 二:广〇係沿著其最長尺寸磨耗，而大部份接觸面積 =儿件較小的截面積422所提供並以其較短尺寸磨耗。、 7提供之特徵為，該接觸面積在該研磨層或研磨元件_ =該研磨纹路400半高415之間的高度414實質上保持不 支。於楔形的基底層440，供漿液流動43〇之該平均面产 俗輕微地改變。為了將這改變最小化，實際上基底層Jo 疋Ρ白梯狀的，所以-系列重複的楔形部分支樓該網絡。第 4圖所示之結構大約是一個重複單位。類似於第2α圖之該 墊、，黏著層445將基底層440固定於視需要之下墊45〇 ;Λ 且視需要包括終點檢測裝置47〇。 立本發明提供自流體力學將接觸力學分離的優點。尤 使得於该墊内之有效流體流動以輕易地移除研磨碎 屑此外’允許該研磨元件硬度、高度及節距的調整以控 制與基板之接觸力學。而且，該研磨元件之形狀允許減少 或免除該修整進而延長研磨墊壽命。最後，該一致性之截 面積允终多基板研磨，例如具有相似研磨特性之圖案化晶 26 93875 【圖式簡單說明】 透满:立11 k適用於與本發明並用之雙軸研磨裝置部分之 边視不意圖； 圖 =2A圖係為第i圖中該研磨墊之高倍放大截面示意 Λ研磨塾係具有如本發明之研磨結構； 圖 罘2Β圖係為第丄圖中該研磨塾之高倍放大平面示意 °亥研磨墊係具有如本發明之研磨結構； 第3圖係本發明其他研磨塾之研磨結構高倍放 不意圖；及 欺面 第4圖係本發明另一其他研磨墊之研磨結構高倍 截面示意圖。 人 【主要元件符號說明】 100 研磨裝置 104 研磨墊 108 ' 202 > 302 ' 402 研磨層 110、116研磨表面 112 晶圓 120 研磨介質 124 螺旋溝槽 128 深度 130 平檯 134 ' 142 旋轉軸 138 晶圓載具 146 介質入口 200、 300 > 400 204、208、304、308、404、408 研磨元件 206、306、406 接觸元件 209、 309、409 接合點 210、 227、310、410 寬度 93875 27 1379735 214 ' > 314、 414 高 度 215， > 315 ' 415 半 向 218、 318、 •418 222、 ‘ 322 ' 422 截 面 積 • 225 单位格子 226 ' 326、 426 • 229 長度 230 ' 330、 430 240、 340 ' 440 基底 層 245、 ‘ 345、 445 黏 著 層 250、 ‘ 350、 450 下 墊 , 270 ' ‘ 370 ' 470 終 點 檢測裝置 節距 流動面積 漿液流動
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