專利名稱：研磨墊窗口的處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造用于化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing,CMP) 的研磨墊的方法。背景在制造先進(jìn)半導(dǎo)體集成電路的工藝中，常常需要將襯底的外表面平坦化。舉例而言，可能需要平坦化以研磨去除導(dǎo)電填充層直到暴露出下方層的頂表面，而留下介于絕緣層的凸起圖案之間的導(dǎo)電材料，以在襯底上形成過(guò)孔(via)、插塞(plug)與線，所述過(guò)孔 (via)、插塞(plug)與線可于薄膜電路之間提供導(dǎo)電路徑。此外，可能需要平坦化以將氧化物層變平坦且變薄，以提供適用于光刻技術(shù)(photolithography)的平坦表面。一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體襯底平坦化或形貌去除(topography removal)的方法是 CMP。傳統(tǒng)的CMP工藝包括在有研磨漿料(abrasive slurry)的情況下將襯底緊壓旋轉(zhuǎn)的研磨墊。通常，要確定是否應(yīng)該停止研磨，必須檢測(cè)何時(shí)達(dá)到期望的表面平坦性或?qū)雍穸龋?或何時(shí)暴露出下方層。多種技術(shù)已被發(fā)展用于在CMP工藝期間進(jìn)行終點(diǎn)(endpoint)的原位(in-situ)檢測(cè)。舉例而言，已采用光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)來(lái)在研磨襯底上的一層期間原位測(cè)量所述層的一致性。此光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)可包含光源(光源在研磨期間引導(dǎo)光束朝向襯底)、檢測(cè)器(檢測(cè)器測(cè)量從襯底反射的光)以及計(jì)算機(jī)(計(jì)算機(jī)分析來(lái)自檢測(cè)器的信號(hào)并計(jì)算是否已經(jīng)檢測(cè)到終點(diǎn))。在某些CMP系統(tǒng)中，光束通過(guò)研磨墊中的窗口被弓I導(dǎo)朝向襯底。發(fā)明概述在一個(gè)方面，一種在研磨墊中形成窗口的方法，包含下列步驟在研磨墊中形成固態(tài)透光聚合物的窗口 ；以及處理所述窗口的至少一個(gè)表面，以增加所述至少一個(gè)表面的平滑度。本發(fā)明可藉由以下一或多個(gè)方式來(lái)實(shí)行。處理窗口的至少一個(gè)表面的步驟可在于研磨墊中形成窗口后進(jìn)行。形成窗口的步驟可包含下列步驟將固態(tài)透光聚合物主體放置于模型中；將液態(tài)研磨墊前驅(qū)物分配至模型中；硬化液態(tài)研磨墊前驅(qū)物，以形成主體，所述主體包含與固態(tài)透光聚合物主體一起成型的固態(tài)研磨材料；以及切割研磨墊，所述研磨墊具有固態(tài)研磨材料的一部分與固態(tài)透光聚合物主體的一部分。形成窗口的步驟可包含下列步驟形成窗口的頂表面以及底表面，頂表面較接近研磨墊的研磨層的研磨表面，而底表面較接近研磨層的下表面。頂表面基本上可與研磨表面齊平，而底表面基本上可與下表面齊平。前述的處理可包含處理窗口的頂表面及/或底表面。處理窗口的至少一個(gè)表面的步驟可包含加熱所述至少一個(gè)表面，例如，將加熱的主體應(yīng)用于所述至少一個(gè)表面，并可視情況將加熱的主體壓到所述至少一個(gè)表面上，例如，烙燙(ironing)所述至少一個(gè)表面。所述主體可被加熱至等于或大于150°C，例如，介于150°C至250°C之間，例如，約200°C。所述固態(tài)透光聚合物可為聚氨酯。加熱所述至少一個(gè)表面的步驟可升高所述至少一個(gè)表面的溫度至固態(tài)透光聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度以上。處理窗口的至少一個(gè)表面的步驟可包含下列步驟應(yīng)用溶劑至所述至少一個(gè)表面。所述研磨墊可包含由具有數(shù)個(gè)微球體填料的聚氨酯所形成的研磨層。本發(fā)明包含以下一或多個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)所述窗口所透射的光可得到增加，因而減少了噪聲并提高了終點(diǎn)檢測(cè)的可靠度。窗口透射的墊與墊(pad-to-pad)不一致性可被減少。此外，參照下述說(shuō)明與圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他特征與優(yōu)點(diǎn)可以更為明了。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為具有用于終點(diǎn)檢測(cè)的光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置的剖面視圖。圖2為具有窗口的研磨墊的簡(jiǎn)化剖面視圖。圖3為圖2所示的研磨墊的簡(jiǎn)化俯視圖。圖4為包含有壓感粘合劑以及襯里的研磨墊的簡(jiǎn)化剖面視圖。圖5為用以制作研磨墊窗口的固態(tài)透光材料塊體的透視圖。圖6為在模型中的液態(tài)研磨層前驅(qū)物以及固態(tài)透光材料塊體的剖面視圖。圖7與固態(tài)透光材料塊體一起成型的硬化的研磨材料主體的透視圖。圖8為正從硬化的研磨材料主體被削離的研磨墊的剖面視圖。圖9為正被熱處理的研磨墊窗口的剖面視圖。具體描述研磨墊制造中的一個(gè)潛在問(wèn)題為研磨墊窗口表面的粗糙狀況。舉例而言，削片 (skiving)工藝可能在窗口處留下鋸齒、刮痕或其他粗糙狀況。這種粗糙狀況可能造成散射，因而減少了窗口的透射率，也增加了光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)中的噪聲。然而，通過(guò)例如利用熱處理來(lái)處理窗口，可使窗口表面變得平滑。較平滑的窗口具有較大的透射率，因而減少光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)中的噪聲，并提高終點(diǎn)檢測(cè)的可靠度。此外，也可減少窗口透射的墊與墊不一致性。如圖1所示，CMP裝置10包含研磨頭12，用以固持半導(dǎo)體襯底14，所述半導(dǎo)體襯底14緊壓平臺(tái)16上的研磨墊18。襯底可以是，舉例而言，產(chǎn)品襯底(如，所述產(chǎn)品襯底包含多重內(nèi)存(multiple memory)或處理器裸片)、測(cè)試襯底、裸襯底(bare substrate)與柵襯底(gating substrate)。襯底可以處于集成電路制造的任何階段，例如，襯底可以是裸晶圓，或襯底可以包括一或多個(gè)沉積層及/或圖案化的層。術(shù)語(yǔ)“襯底”可以包括圓形盤片或矩形平板。當(dāng)平臺(tái)16繞著平臺(tái)16的中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，研磨頭12對(duì)襯底14施壓，使襯底14緊壓研磨墊18。此外，研磨頭12通常繞著研磨頭12的中心軸旋轉(zhuǎn)，并且研磨頭12經(jīng)由驅(qū)動(dòng)桿(drive shaft)或平移臂(translation arm) 32而跨平臺(tái)16的表面平移。研磨液30，如研磨漿料，可被分配至研磨墊上。襯底與研磨表面之間的壓力以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加上研磨液的作用，促成了對(duì)襯底的研磨。調(diào)節(jié)器可摩擦研磨墊18的表面以維持研磨墊的粗糙度。光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)與研磨墊18中的窗口 40光學(xué)連通，且光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)包括光源 36(如白色光源)和檢測(cè)器38(如光譜儀)。光源和檢測(cè)器可位于平臺(tái)16中并與平臺(tái)16 一起旋轉(zhuǎn)，因此每當(dāng)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一次，監(jiān)視光束便掃過(guò)襯底一次。舉例而言，分叉的光纖34可傳送來(lái)自光源36的光線經(jīng)過(guò)平臺(tái)18而經(jīng)由窗口 40被引導(dǎo)至襯底14上，且自襯底14反射的光線可經(jīng)過(guò)光纖34回到檢測(cè)器38?；蛘?，光源以及檢測(cè)器可以是位于平臺(tái)下方的固定組件，且光學(xué)孔(optical aperture)可延伸穿過(guò)窗口 40下方的平臺(tái)，以間歇地將監(jiān)視光束傳至襯底。光源可使用自遠(yuǎn)紅外至紫外范圍內(nèi)任意波長(zhǎng)的光(例如紅光)，甚至也可使用寬帶光譜，如白光。
請(qǐng)參見(jiàn)圖2，研磨墊18可包含研磨層20以及背托層22，研磨層20具有與襯底接觸的研磨表面對(duì)，而背托層22則粘附地固著至平臺(tái)16。研磨層20可為適用于襯底上暴露層的整體平坦化(bulk planarization)的材料。此研磨層可由聚氨酯材料形成，例如，由具有填料(如，中空微球體)的聚氨酯材料形成。例如，研磨層可以是購(gòu)自Rohm & Hass的 IC-1000材料。背托層22可比研磨層20更易于壓縮。在某些實(shí)施例中，研磨墊僅包含研磨層，且/或研磨層為相對(duì)較軟的材料(如，具有大量垂直定向的細(xì)孔的多孔涂層(poromeric coating)),以便適用于拋擦(buffing)工藝。于某些實(shí)施例中，可在研磨表面M中形成溝槽。窗口 40可為固態(tài)透光材料，例如透明材料(如，不含填料而相對(duì)較純的聚氨酯)。窗口 40可不通過(guò)粘合劑而與研磨層20接合，例如，窗口 40和研磨層20的毗鄰邊緣 (abutting edge)可一起成型。窗口 40的頂表面可與研磨表面M共平面，且窗口 40的底表面可與研磨層20的底部共平面。研磨層18可完全環(huán)繞窗口 40。此外，背托層22中的孔對(duì)準(zhǔn)研磨層20中的窗口 40。請(qǐng)參見(jiàn)圖3，于一實(shí)施例中，研磨墊18具有15.0英寸(381. 00毫米)的半徑R，對(duì)應(yīng)的直徑為30英寸。于另一實(shí)施例中，研磨墊18具有15. 25英寸(387. 35毫米)或15. 5 英寸(393. 70毫米)的半徑R，對(duì)應(yīng)的直徑為30.5英寸或31英寸。光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)可以使用寬度約0.5英寸(12. 70毫米)且長(zhǎng)度約0. 75英寸(19. 05毫米)的區(qū)域，區(qū)域中心與研磨墊18中心的距離D為7. 5英寸(190. 50毫米)。因此，窗口應(yīng)能至少覆蓋此區(qū)域。舉例而言，窗口可具有約2. 25英寸(57. 15毫米)的長(zhǎng)度與約0.75英寸(19. 05毫米)的寬度。 研磨墊以及窗口都可具有約0. 02英寸至0. 20英寸(如，0. 05英寸至0. 08英寸(1. 27毫米至2. 03毫米))的厚度。窗口 40可具有矩形形狀，且窗口的較長(zhǎng)維度基本上平行于通過(guò)窗口中心的研磨墊半徑。然而，窗口 40也可具有其他形狀，如圓形或橢圓形外觀，且窗口中心不必要位于光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)所使用的區(qū)域的中心。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，在研磨墊18裝設(shè)到平臺(tái)上之前，研磨墊18也可以包含壓感粘合劑70 以及襯里(liner) 72，所述襯里72橫跨研磨墊18的底表面22。在使用時(shí)，襯里72從研磨層20剝離，并且研磨墊18利用壓感粘合劑70而被貼附到平臺(tái)。壓感粘合劑70以及襯里 72可橫跨窗口 40，或者可在窗口 40的區(qū)域中或緊靠窗口 40的區(qū)域周圍去除壓感粘合劑70 以及襯里72的任一個(gè)或兩者。請(qǐng)參見(jiàn)圖5至圖9，以下將討論構(gòu)造研磨墊的方法。起初，形成固態(tài)透光聚合物材料的塊體100。舉例而言，不包含阻礙光透射的填料的固態(tài)聚氨酯塊體可被鑄型并切割成期望的尺寸。于x-y平面中，此塊體可具有的剖面尺寸與將形成于研磨墊的窗口相同，但于 ζ平面中，此塊體可以比窗口更厚，例如，至少比窗口厚十倍，例如比窗口厚約二十至五十倍。舉例而言，窗口塊體可具有長(zhǎng)度L、2. 25英寸(57. 15毫米)的厚度T以及約0. 75英寸 (19. 05毫米)的寬度W。塊體100的側(cè)表面102、104可以是粗糙的，以，例如，在成型期間增進(jìn)塊體與研磨層材料的粘附性。請(qǐng)參見(jiàn)圖6，可將塊體100放置于模型140中，接著將研磨層的液態(tài)研磨墊前驅(qū)物 150注入模型140中。模型140中可注入大約與塊體100等高的液態(tài)研磨墊前驅(qū)物150，例如，塊體100可沒(méi)入液態(tài)研磨墊前驅(qū)物150中，或塊體100可稍微凸出于液態(tài)研磨墊前驅(qū)物 150。
請(qǐng)參見(jiàn)圖7，接著硬化(例如，烘烤)液態(tài)研磨墊前驅(qū)物，并自模型150移出。舉例而言，液態(tài)聚氨酯可被硬化以形成固態(tài)塑料主體160，所述固態(tài)塑料主體160與塊體100 一起成型。在x_y平面中，塑料主體160可具有的橫向尺寸基本上等于或大于最終研磨墊 (例如，具有半徑為10英寸(2M毫米)、15.0英寸(381. 00毫米)、15. 25英寸(387. 35毫米)、15. 5英寸(393. 70毫米)、21英寸(533. 40毫米)或21. 25英寸(539. 75毫米)的圓形盤片)，但沿ζ軸方向上，塑料主體160可以比最終研磨墊更厚，例如，至少比最終研磨墊厚十倍。請(qǐng)參見(jiàn)圖8，接著從塑料主體160切割下(例如，在χ-y平面中用刀片170削下) 薄研磨層20。由于削片過(guò)程會(huì)切穿塊體100，被削下的塊體100部分形成窗口 40，所述窗口 40與研磨層20 —起成型。削片工藝可能會(huì)在窗口 40的頂表面42以及底表面44留下小型(例如，5至200 微米深)的表面不規(guī)則體，如鋸齒、刮痕或其他粗糙狀況。關(guān)于頂表面，在研磨過(guò)程中，水或漿料的存在可提供研磨墊材料局部折射率匹配(index-matching)，在光束通過(guò)窗口的頂表面時(shí)，可降低表面不規(guī)則體造成散射的趨勢(shì)。然而，如果窗口的底表面與空氣接觸，那么在光束通過(guò)窗口的底表面時(shí)，表面不規(guī)則體可能造成散射，因而減少了窗口的透射率，也如上述增加了光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)中的噪聲。在窗口被削片后，可對(duì)窗口 40的頂表面及/或底表面進(jìn)行處理，以減少表面不規(guī)則體并增加表面平滑度，因而降低窗口表面散射光線的趨勢(shì)。舉例而言，可加熱窗口的表面以稍微軟化窗口，使窗口表面可被流平或壓平。舉例而言，窗口材料可被充分地升溫，使窗口維持固態(tài)但更容易變形以達(dá)到平滑表面狀態(tài)，例如，使窗口材料能塑性變形(plastic deformation)而不破裂。舉例而言，窗口材料可被升溫至窗口材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。并且，如果窗口材料于室溫下已經(jīng)處于玻璃相(glassy phase)，那么可用熱來(lái)進(jìn)一步軟化窗口材料。然而，不需要將溫度升至高于窗口材料的熔點(diǎn)。變形可能是因研磨墊材料流動(dòng)及自我平整(self-leveling)所伴隨的重力而造成，或因來(lái)自固態(tài)剛性部件的壓力而造成。舉例而言，制造者可施壓于加熱的剛性部件，使所述加熱的剛性部件緊壓已經(jīng)固化的窗口材料(但可視情況不緊壓研磨層20 的其他部分)，以壓除表面不規(guī)則體，并使窗口表面比削片工藝后明顯地更平滑。加熱的部件可被橫向平移經(jīng)過(guò)窗口，以消除表面不規(guī)則體，例如，有效地是，窗口可被燙平。通常，于較低溫度下，需要用較高的壓力配合剛性部件以將表面不規(guī)則體壓除。另一方面，溫度不應(yīng)高到使窗口材料熔化或燃燒。于某些實(shí)施例中，例如，針對(duì)以氨甲酸乙酯為基礎(chǔ)的窗口，用來(lái)接觸窗口的部件表面的溫度可被升高至150°C以上，例如，介于150°C與250°C之間，例如，至約200°C。于某些實(shí)施例中，窗口材料可同時(shí)進(jìn)行研磨以及熱處理。請(qǐng)參見(jiàn)圖9，加熱系統(tǒng)180可包含具有平滑表面184的剛性導(dǎo)熱主體182，所述剛性導(dǎo)熱主體182例如，金屬板，所述金屬板可應(yīng)用于窗口 40的表面，如窗口 40的底表面44。 導(dǎo)熱主體182可通過(guò)，如電阻加熱元件186進(jìn)行加熱，所述電阻加熱元件186連接至電源 188。如圖所示，電阻加熱元件186可嵌入到導(dǎo)熱主體182中，或者電阻加熱元件186也可以是附加至導(dǎo)熱主體180的獨(dú)立部件。舉例而言，加熱系統(tǒng)可為消費(fèi)者烙燙器具，或具有能與導(dǎo)熱板配合的尖端的烙鐵。
如果研磨墊18包含背托層22，那么在窗口 40處理之前或之后，具有成型窗口 40 的研磨層20可通過(guò)，如壓感粘合劑，而固著至背托層22。作為表面處理的另一個(gè)實(shí)例，化學(xué)溶劑可被應(yīng)用于窗口的頂表面及/或底表面， 以溶解去除刮痕或表面不規(guī)則體。氨甲酸乙酯溶劑是可市售購(gòu)得的合適溶劑。本發(fā)明已經(jīng)敘述了許多實(shí)施例。然而，應(yīng)了解的是，在不脫離本發(fā)明的精神與范圍下，本發(fā)明可以進(jìn)行各種變更。舉例而言，雖然前文所述的窗口與研磨層一起成型，但窗口也可自塊體被削下，然后例如，通過(guò)粘合劑將窗口固著于研磨層的孔洞內(nèi)。在此實(shí)例中， 窗口可在被安裝至研磨墊之前或之后進(jìn)行處理。此外，削片工藝以外的其他工藝，如成型工藝，也可能在窗口表面上造成表面不規(guī)則體。因此，其他實(shí)施例落入隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在研磨墊中形成窗口的方法，包含下列步驟在所述研磨墊中形成固態(tài)透光聚合物的所述窗口；以及處理所述窗口的至少一個(gè)表面，以增加所述至少一個(gè)表面的平滑度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中處理所述窗口的至少一個(gè)表面的步驟是在于所述研磨墊中形成所述窗口后進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述窗口的步驟包含下列步驟將固態(tài)透光聚合物主體放置于模型中；將液態(tài)研磨墊前驅(qū)物分配至所述模型中；硬化所述液態(tài)研磨墊前驅(qū)物，以形成主體，所述主體包含與所述固態(tài)透光聚合物主體一起成型的固態(tài)研磨材料；以及切割所述研磨墊，所述研磨墊具有所述固態(tài)研磨材料的一部分以及所述固態(tài)透光聚合物主體的一部分。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述窗口的步驟包含下列步驟形成所述窗口的頂表面和底表面，所述頂表面較接近所述研磨層的研磨表面；所述底表面較接近所述研磨層的下表面。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述頂表面基本上與所述研磨表面齊平，且所述底表面基本上與所述下表面齊平。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中處理所述窗口的至少一個(gè)表面的步驟包含下列步驟處理所述窗口的所述頂表面。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中處理所述窗口的至少一個(gè)表面的步驟包含下列步驟處理所述窗口的所述底表面。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中處理所述窗口的至少一個(gè)表面的步驟包含下列步驟加熱所述至少一個(gè)表面。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中加熱所述至少一個(gè)表面的步驟包含下列步驟烙燙所述至少一個(gè)表面。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中加熱所述至少一個(gè)表面的步驟包含下列步驟將加熱的主體應(yīng)用于所述至少一個(gè)表面。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述加熱的主體被加熱至等于或大于150°C的溫度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述溫度為介于150°C至250°C之間。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述固態(tài)透光聚合物包含聚氨酯。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中加熱所述至少一個(gè)表面的步驟升高所述至少一個(gè)表面的溫度至所述固態(tài)透光聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述研磨墊包含研磨層，所述研磨層由具有微球體填料的聚氨酯所形成。
全文摘要
在研磨墊中形成固態(tài)透光聚合物窗口，且對(duì)所述窗口的至少一個(gè)表面進(jìn)行處理以增加所述至少一個(gè)表面的平滑度。
文檔編號(hào)H01L21/304GK102449744SQ201080023169
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者多米尼克·J·本維奴, 柏格斯勞·A·史威克 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司