TWI840151B

TWI840151B - 化學機械拋光墊的使用方法

Info

Publication number: TWI840151B
Application number: TW112108491A
Authority: TW
Inventors: 周瑞麟; 林政德; 唐群凱
Original assignee: 中國砂輪企業股份有限公司
Priority date: 2023-03-08
Filing date: 2023-03-08
Publication date: 2024-04-21
Also published as: TW202436027A

Abstract

一種化學機械拋光墊的使用方法，包括以下步驟：擷取複數個化學機械拋光墊各別的至少一影像。利用該些影像計算該些化學機械拋光墊各別的一孔隙率。從該些化學機械拋光墊選擇其中一者。根據被選擇的該化學機械拋光墊的該孔隙率的數值，決定出一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的研磨液，或一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的修整器。

Description

化學機械拋光墊的使用方法

本發明關於一種化學機械拋光墊的方法，特別關於一種化學機械拋光墊的使用方法。

拋光研磨製程常用於半導體產業之中，為使晶圓表面達到較好的平整性及較高的精準度，多半採用化學機械平坦化（Chemical-Mechanical Planarization，CMP）製程，又稱為化學機械研磨（Chemical-Mechanical Polishing），係在沉積或蝕刻步驟後移除晶圓表面的不規則結構，達到平坦化的目的。常見的拋光墊是發泡的固化聚氨酯為材料，拋光墊的多孔結構主要用來保持研磨液而發揮研磨效果，但也會在研磨過程中被碎屑填滿，因而鈍化且粗糙度下降，使得材料移除率降低。換言之，拋光墊的孔洞在CMP製程中，係扮演重要的功能，特別是孔洞的形狀、分佈以及尺寸等條件，且會影響適合搭配的研磨液以及適合使用的修整器。例如在台灣發明專利公告第TW I490083號，揭示一種CMP拋光墊，其包括(a)一拋光層，其具有一拋光表面及相對於該拋光表面之一背面；該拋光層具有至少一經固化之不透明熱固性聚胺基甲酸酯區塊及至少一孔隙區塊；該至少一經固化之不透明熱固性區塊具有從約10%至約55%體積比之孔隙度；該至少一孔隙區塊具有(1)一頂部開口，其係定位在該拋光表面下方，(2)一底部開口，其係與該背面共面及(3)若干直線垂直側壁，其等係從該孔隙頂部開口延伸至該孔隙底部開口；該至少一孔隙區塊填充有在700至710奈米之一波長下具有低於80%之光透射率且直接化學黏合至一熱固性聚胺基甲酸酯不透明區域之熱固性聚胺基甲酸酯局部區域透明材料之一經固化之塞子；(b)一無孔隙之可移除脫模片，其覆蓋該拋光層之該背面之至少一部分；及(c)一黏著層，其係插置於該拋光層與該脫模片之間；該黏著層在該脫模片被移除後能夠黏著該拋光層至一CMP裝置之一研磨平台。

另一方面，對於多孔結構的材料的孔隙率的測定來說，在以下的專利文件已被提出。如台灣發明專利公開第TW 202101791號專利，提供一種壓電薄膜，其能夠實現耐久性高且相對於輸入動作電壓可獲得足夠的聲壓之電聲轉換薄膜等。前述壓電薄膜具有在包含高分子材料之基質中含有壓電體粒子之高分子複合壓電體及設置於高分子複合壓電體的兩面之電極層，藉由掃描型電子顯微鏡鏡觀察厚度方向的截面，將高分子複合壓電體在厚度方向上分為兩個部分，並在2個區域分別測定孔隙率時，將孔隙率高的區域的孔隙率除以孔隙率低的區域的孔隙率而得之孔隙率之比為1.2以上，藉此解決課題。

習知技術還可見於中國發明專利公開第CN 114972227 A號，公開了一種砂輪氣孔率測定方法，按照以下步驟完成：1)砂輪樣塊表面處理：由於砂輪樣塊的組成成分屬於不同的導電材料，首先利用離子鍍膜劑對砂輪樣塊表面進行噴金處理，將處理後的砂輪樣塊放到掃描電子顯微鏡的載物臺上；2)砂輪樣塊表面進行拍照；3)對砂輪表面的氣孔隙率進行分析；4)砂輪表面氣孔率的驗證。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明具有成本低、結構簡單、使用方便的特點，同時利用光學處理以及軟體的結合，簡化了檢測時步驟繁瑣，提高了檢測效率。

儘管如此，現有技術中未有根據拋光墊的特性來與不同的研磨液或修整器進行搭配，因而無法發揮材料移除或修整拋光墊的最佳化表現。

本發明的主要目的在於解決習知技術中，未根據拋光墊的特性來與不同的研磨液或修整器進行搭配的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種化學機械拋光墊的使用方法，包括以下步驟：擷取複數個化學機械拋光墊各別的至少一影像；利用該些影像計算該些化學機械拋光墊各別的一孔隙率；從該些化學機械拋光墊選擇其中一者；以及，根據被選擇的該化學機械拋光墊的該孔隙率的數值，決定出一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的研磨液，或一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的修整器。

本文所使用的術語僅是基於闡述特定實施例的目的而並非限制本發明。除非上下文另外指明，否則本文所用單數形式“一”及“該”也可能包括複數形式。

本文採取流程圖說明根據實施例所執行的步驟，應當理解各個步驟不一定必須按照本文描述的順序來精確地執行，相反地，該些步驟可以按照倒序或同時處理來執行。同時，也可以將其他步驟添加到過程之中，或從這些過程移除某一步或數步操作。

根據本發明一實施例，係對複數個化學機械拋光墊進行表面的影像擷取，並對擷取的該化學機械拋光墊的該影像進行影像分析，進而取得各個該化學機械拋光墊的孔隙率，根據孔隙率的數值對該化學機械拋光墊進行分級，並配合提供不同的研磨液進行拋光，或是提供不同的修整器進行修整。以下是以聚氨酯發泡的化學機械拋光墊作為舉例說明，但在其他例子中，也可以應用在其他多孔結構的化學機械拋光墊。

本案可應用在多個未知孔隙率的化學機械拋光墊的情況下，也可以應用在多個已知規格的化學機械拋光墊的情況下。在前者中，孔隙率的差異較大，可以利用本發明的方法測定各個該化學機械拋光墊的孔隙率，再配合孔隙率的高低來優化拋光或研磨的製程。而在後者中，儘管有已知的規格，但市場上的化學機械拋光墊的規格中，大多以範圍表示孔隙率，且縱使是同一規格的化學機械拋光墊，基於製程上的變化，仍會有孔隙率的差異，而此差異仍舊會對拋光或研磨的製程產生影響。利用本發明的方法，可以更進一步的測定同一規格中的的化學機械拋光墊的孔隙率，配合孔隙率的高低來優化拋光或研磨的製程。

參閱『圖1』，為本發明一實施例的示意圖，本發明的方法係藉由一影像擷取裝置10擷取一化學機械拋光墊20的一拋光面21的一影像30a，在一實施例中，該影像擷取裝置10為掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）。該影像30a可能是該拋光面21的部分區域或全部區域，又該影像30a可以是指未經後製處理過的一原始影像。在一例子中，該影像擷取裝置10可為一掃描式電子顯微鏡，也可以是一高倍率光學變焦相機、一光學顯微鏡加裝數位相機或一數位顯微鏡設備。該影像擷取裝置10在擷取該化學機械拋光墊20的該拋光面21的該影像30a之後，將該影像30a傳送至一影像處理裝置40。在一例子中，該影像處理裝置40可為一電腦。

在一例子中，該影像處理裝置40將該影像30a中大於一特定臨界灰度值的像素灰度設定為一灰度極大值，並且將小於該特定臨界灰度值的像素灰度設定為一灰度極小值，即可實現該影像30a的二值化（Binarization）處理，據以將該影像30a轉換為一具有片狀特徵的後製影像30b，接著，可藉由Image J影像處理軟體對於該後製影像30b進行一孔隙率的計算。

使用者可根據該化學機械拋光墊20的該孔隙率，從多種不同的研磨液之中，選用適當的一研磨液50對一晶圓60進行研磨；或者，在使用後，從多種不同的修整器之中，選擇適當的一修整器70對該化學機械拋光墊20進行修整。

在一例子中，假設應用在多個未知孔隙率的化學機械拋光墊，在取得該化學機械拋光墊20的孔隙率（以下以體積百分比表示）之後，係根據孔隙率的數值對該化學機械拋光墊20進行分級。假設應用在多個已知規格的化學機械拋光墊，根據規格的標示，孔隙率係介於25%至35%之間，在取得該化學機械拋光墊20的孔隙率之後，係根據孔隙率的數值對該化學機械拋光墊20進行分級。

對於高孔隙率的該化學機械拋光墊來說，因為對研磨液的保持率較高，故適合使用在拋光程度需求較高的製程，也因此在使用後孔洞的堵塞將較多，故適合採用研磨顆粒粒徑範圍較小的修整器；相對地，對於低孔隙率的該化學機械拋光墊來說，因為對研磨液的保持率較低，故適合使用在拋光程度需求較低的製程，也因此在使用後孔洞的堵塞將較少，故適合採用研磨顆粒粒徑範圍較大的修整器。因此，該研磨液50的研磨顆粒粒徑範圍隨該化學機械拋光墊20的該孔隙率越高而越小；且，該研磨液50的研磨顆粒粒徑範圍隨該化學機械拋光墊20的該孔隙率越低而越大。

參閱『圖2』，為本發明第一實施例的流程步驟示意圖。本發明揭示一種化學機械拋光墊的使用方法，各個步驟的說明如下。

步驟S101：擷取拋光墊的影像。使用者藉由一影像擷取裝置擷取複數個化學機械拋光墊各別的至少一影像（即該原始影像）。

步驟S102：計算拋光墊孔隙率。使用者藉由一影像處理裝置對該些化學機械拋光墊的該原始影像進行轉換，並且計算該些化學機械拋光墊各別的一孔隙率。

步驟S103：選擇拋光墊。使用者從該些化學機械拋光墊選擇其中一者。

步驟S104：根據拋光墊的孔隙率的數值，決定選用的研磨液。使用者根據被選擇的該化學機械拋光墊被計算出的該孔隙率的數值，決定出一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的研磨液。在一例子中，該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於22%至49%之間，配合的該研磨液的研磨顆粒粒徑範圍介於5nm至300nm之間；該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於0%至22%之間，配合的該研磨液的研磨顆粒粒徑範圍介於0.2um至50um之間。

步驟S105：利用拋光墊及研磨液對晶圓進行研磨。使用者根據選用的該化學機械拋光墊以及配合該化學機械拋光墊的該研磨液，對一晶圓進行化學機械研磨。

參閱『圖3』，為本發明第二實施例的流程步驟示意圖。本發明揭示一種化學機械拋光墊的使用方法，各個步驟的說明如下。

步驟S201：擷取拋光墊的影像。使用者藉由一影像擷取裝置擷取複數個化學機械拋光墊各別的至少一影像（即該原始影像）。

步驟S202：計算拋光墊孔隙率。使用者藉由一影像處理裝置對該些化學機械拋光墊的該原始影像進行轉換，並且計算該些化學機械拋光墊各別的一孔隙率。

步驟S203：根據拋光墊的孔隙率的數值，決定選用的修整器。使用者根據被選擇的該化學機械拋光墊被計算出的該孔隙率的數值，決定出一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的修整器。在一例子中，該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於22%至49%之間，配合的該修整器的研磨顆粒粒徑範圍介於30um至400um之間；該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於0%至22%之間，配合的該修整器的研磨顆粒粒徑範圍介於200um至1800um之間。

步驟S204：利用修整器對拋光墊進行修整。使用者根據配合該化學機械拋光墊的該修整器，對該化學機械拋光墊進行修整。

綜上所述，本案藉由前述方法，可透過檢測該拋光墊的一孔隙率，得到該孔隙率對照該研磨液的研磨顆粒粒徑的配合標準，以及該孔隙率對照該修整器的粗糙度的配合標準，客觀地選擇適當切削力的修整器對拋光墊進行修整，並且選擇適當的研磨液，使研磨拋光的移除率及表面輪廓可以維持穩定。

10:影像擷取裝置 20:化學機械拋光墊 21:拋光面 30a:影像 30b:後製影像 40:影像處理裝置 50:研磨液 60:晶圓 70:修整器 S101、S102、S103、S104、S105、S201、S202、S203、S204:步驟

『圖1』，為本發明一實施例的示意圖。『圖2』，為本發明第一實施例的流程步驟示意圖。『圖3』，為本發明第二實施例的流程步驟示意圖。

10:影像擷取裝置

20:化學機械拋光墊

21:拋光面

30a:影像

30b:後製影像

40:影像處理裝置

50:研磨液

60:晶圓

70:修整器

Claims

一種化學機械拋光墊的使用方法，包括以下步驟：擷取複數個化學機械拋光墊各別的至少一影像；利用該些影像計算該些化學機械拋光墊各別的一孔隙率；從該些化學機械拋光墊選擇其中一者；以及根據被選擇的該化學機械拋光墊的該孔隙率的數值，決定出一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的研磨液，或一具有特定研磨顆粒粒徑範圍的修整器。
如請求項1所述的方法，其中，該研磨液的研磨顆粒粒徑範圍與該化學機械拋光墊的該孔隙率成反比。
如請求項2所述的方法，其中，當該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於22%至49%之間，配合的該研磨液的研磨顆粒粒徑範圍介於5nm至300nm之間。
如請求項2所述的方法，其中，當該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於0%至22%之間，配合的該研磨液的研磨顆粒粒徑範圍介於0.2um至50um之間。
如請求項1所述的方法，其中，該修整器的研磨顆粒粒徑範圍與該化學機械拋光墊的該孔隙率成反比。
如請求項5所述的方法，其中，該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於22%至49%之間，配合的該修整器的研磨顆粒粒徑範圍介於30um至400um之間。
如請求項5所述的方法，其中，該拋光墊的該孔隙率的體積百分比介於0%至22%之間，配合的該修整器的研磨顆粒粒徑範圍介於200um至1800um之間。
如請求項1所述的方法，其中該些化學機械拋光墊被根據各別的該孔隙率而分類為至少包括一高孔隙率及一低孔隙率。
如請求項1所述的方法，其中該影像是掃描式電子顯微鏡照片。
如請求項1所述的方法，其中該化學機械拋光墊是一聚氨酯發泡的化學機械拋光墊。