本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2013年4月5日、申請(qǐng)?zhí)枮?01380023299.6、名稱(chēng)為“印刷式化學(xué)機(jī)械研磨墊”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明關(guān)于化學(xué)機(jī)械研磨期間所使用的研磨墊。

背景

通常通過(guò)在硅晶圓上循序沉積導(dǎo)體層、半導(dǎo)體層或絕緣層而在基板上形成集成電路。許多不同制造工藝皆需要對(duì)基板上的層進(jìn)行平坦化。舉例言之，就某些應(yīng)用而言，例如欲研磨金屬材料以在圖案化層的溝槽中形成通孔、插銷(xiāo)和線(xiàn)路時(shí)，會(huì)對(duì)上層進(jìn)行平坦化直到暴露出圖案化層的頂表面。在其它應(yīng)用上，例如介電層平坦化以用于光微影技術(shù)中，則會(huì)研磨上層，直到在下層上保留期望厚度的上層。

化學(xué)機(jī)械研磨(cmp)是公認(rèn)的平坦化方法之一。此平坦化方法通常要求將基板安裝在承載頭上。通常使基板的暴露表面抵靠著旋轉(zhuǎn)中的研磨墊放置。承載頭在基板上提供可控制的負(fù)載(load)以推擠基板使該基板抵靠著研磨墊。通常會(huì)供應(yīng)研磨液(例如，含有研磨粒的漿料)至研磨墊的表面。

化學(xué)機(jī)械研磨工藝的一個(gè)目標(biāo)是使研磨均勻一致。若以不同速率研磨基板的不同區(qū)域，則基板的某些區(qū)域可能被去除過(guò)多材料(“過(guò)度研磨”)或去除太少材料(“研磨不足”)。

習(xí)知的研磨墊包括“標(biāo)準(zhǔn)”墊和固定研磨粒墊。標(biāo)準(zhǔn)墊具有聚胺甲酸乙酯(polyurethane)研磨層，且該聚胺甲酸乙酯研磨層具有耐磨的粗糙表面，且該標(biāo)準(zhǔn)墊亦可包含可壓縮背托層(compressiblebackinglayer)。相較之下，固定研磨粒墊具有固定在固定介質(zhì)(containmentmedia)中的研磨粒，且該固定研磨粒墊通?？芍卧诓豢蓧嚎s背托層(incompressiblebackinglayer)上。

一般利用模塑(molding)、澆鑄(casting)或燒結(jié)(sintering)聚胺甲酸乙酯材料制成研磨墊。對(duì)于模塑的情形，例如利用射出成形法一次可生產(chǎn)一個(gè)研磨墊。在澆鑄法的例子中，使液體前驅(qū)物注模并硬化成塊，隨后將該硬塊切割成個(gè)別墊片。隨后此等墊片可加工至最終厚度?？稍谘心ケ砻嬷屑庸ば纬蓽喜?，或作為射出成形工藝的一部分在研磨表面中形成溝槽。

除了平坦化之外，研磨墊亦可用于完成作業(yè)，例如用于拋光。

概要

為提供研磨的均勻一致性，研磨墊需與正進(jìn)行研磨的基板形成均勻接觸，從而能夠在整個(gè)基板表面上施加均勻的壓力。墊的厚度差異可能在整個(gè)基板表面上產(chǎn)生不均勻的壓力。即使是厚度上的小差異也會(huì)導(dǎo)致所施加壓力的變化，且從而造成不均勻的去除作用以及較多的缺陷，例如在基板表面上造成微細(xì)刮痕。此種效應(yīng)對(duì)于硬研磨墊而言更加嚴(yán)重，并且在低壓力研磨制程中亦較為嚴(yán)重。盡管軟研磨墊可容適較大的厚度差異，但在墊中形成溝槽的工藝對(duì)于軟研磨墊而言更容易產(chǎn)生不均勻性。

能改善厚度均勻性的研磨墊制造技術(shù)是使用3d印刷工藝。在3d印刷工藝中，以漸進(jìn)方式沉積墊前驅(qū)物(例如，粉末)的薄層，并使墊前驅(qū)物薄層融合(fused)成完整的三維(3d)研磨墊。

在一方面中，制造研磨墊的研磨層的方法包括使用三維(3d)印刷機(jī)相繼地沉積多個(gè)層，通過(guò)從噴嘴噴出墊材料前驅(qū)物、且固化該墊材料前驅(qū)物以形成固化的墊材料的方式來(lái)沉積該多個(gè)研磨層的每一層。

本發(fā)明的實(shí)施方案可包括以下特征的其中一個(gè)或多個(gè)特征。該多個(gè)層的每一層的厚度可小于研磨墊的總厚度的50％。該多個(gè)層的每一層的厚度可小于研磨墊的總厚度的1％?？赏ㄟ^(guò)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的三維(3d)繪圖程序控制墊材料前驅(qū)物的射出以在該多個(gè)層的至少一些層中形成圖案而在該研磨層中形成凹槽。該等凹槽可為研磨墊的總水平表面積的10％至75％。介于該等凹槽之間的臺(tái)地部分(plateaus)可具有0.1毫米(mm)至2.5毫米的橫向尺寸。該等凹槽可具有0.25毫米至1.5毫米的深度。該等凹槽可具有0.1毫米至2毫米的最寬橫向(lateral)尺寸。該等凹槽的形狀可塑造成圓柱形、平頭角錐形或棱柱形中的一者或多者。該等凹槽可以是溝槽。固化(solidifying)該墊材料前驅(qū)物的步驟可包括硬化(curing)該墊材料前驅(qū)物。硬化該墊材料前驅(qū)物的步驟可包括紫外線(xiàn)(uv)硬化。墊材料前驅(qū)物可包括胺甲酸乙酯單體(urethanemonomer)。該固化的墊材料可包括聚胺甲酸乙酯(polyurethane)?？捎谠摴袒膲|材料內(nèi)提供研磨粒。研磨粒可為金屬氧化物顆粒。可使用3d印刷機(jī)相繼地沉積多個(gè)層以形成研磨墊的背托層。形成背托層的步驟可包括硬化該背托層的多個(gè)層，且用于硬化該背托層的該多個(gè)層的硬化量與硬化該研磨層的該多個(gè)層的硬化量不同。形成該背托層的步驟可包括噴出與該墊前驅(qū)物材料不同的材料。該固化的研磨材料所具有的硬度可介于約40蕭氏d型硬度(shored)至80蕭氏d型硬度之間。該墊材料前驅(qū)物可為熔化的墊材料，且固化該墊材料前驅(qū)物的步驟可包括冷卻該熔化的墊材料。

本發(fā)明的潛在優(yōu)點(diǎn)可包括下述一或多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。所制造的研磨墊可具有極高的公差(tolerance)，即具有良好的厚度均勻性?？稍谘心|中形成溝槽而不會(huì)使厚度均勻性產(chǎn)生畸變。改善整個(gè)基板上的研磨均勻性，尤其是改善于低壓力(例如，低于0.8psi，或甚至低于0.5psi或0.3psi)下整個(gè)基板上的研磨均勻性。本發(fā)明的墊制造工藝適用于不同的研磨墊構(gòu)造和溝槽圖案?？筛烨腋阋说刂圃煅心|。

附圖及以下內(nèi)容陳述一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。由本案說(shuō)明書(shū)、附圖及權(quán)利要求范圍將可理解其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。

附圖描述

圖1a是示例性研磨墊的概要側(cè)視剖面圖。

圖1b是另一示例性研磨墊的概要側(cè)視剖面圖。

圖1c是又另一示例性研磨墊的概要側(cè)視剖面圖。

圖2是化學(xué)機(jī)械研磨站的概要側(cè)視局部剖面圖。

圖3是圖示基板與圖1a的研磨墊接觸的概要側(cè)視剖面圖。

圖中以相同組件符號(hào)代表各圖中的相同組件。

詳細(xì)描述

參閱圖1a～1c，研磨墊18包含研磨層22。如圖1a所示，研磨墊可以是由研磨層22所組成的單層式墊，或如圖1c所示般，研磨墊可為包含研磨層22和至少一背托層20的多層式墊。

研磨層22可以是在研磨工藝中呈惰性的材料。研磨層22的材料可為塑料，例如聚胺甲酸乙酯(polyurethane)。在某些實(shí)施方案中，研磨層22為相對(duì)耐用且硬的材料。例如，以蕭氏d型硬度等級(jí)而言，研磨層22所具有的硬度可為約40蕭氏d型硬度至80蕭氏d型硬度，例如55蕭氏d型硬度至65蕭氏d型硬度。

如圖1a所示，研磨層22可為由均質(zhì)組成物所形成的層，或如圖1b所示，研磨層22可含有固定在由塑料材料(例如，聚胺甲酸乙酯)所形成的基質(zhì)29中的研磨粒28。研磨粒28比基質(zhì)29的材料更硬。研磨粒28可占該研磨層的0.05重量％至75重量％。例如，研磨粒28可能少于該研磨層22的1重量％，例如少于0.1重量％?；蛘撸心チ?8可多于該研磨層22的10重量％，例如多于50重量％。研磨粒的材料可為金屬氧化物，例如氧化鈰(ceria)、氧化鋁(alumina)、氧化硅(silica)或上述金屬氧化物的組合物。

在某些實(shí)施方案中，該研磨層可包含孔洞，例如小孔隙。該等孔洞可寬達(dá)50微米至100微米。

研磨層18所具有的厚度d1可為80密耳(mils)或更薄，例如可為50密耳或更薄，例如25密耳或更薄。由于調(diào)整(conditioning)工藝通常將表層(coverlayer)磨除，因此可選擇該研磨層22的厚度，以為該研磨墊18提供可用的壽命，例如3000次的研磨和調(diào)整循環(huán)。

在微觀(guān)尺度上，研磨層22的研磨表面24可具有粗糙的表面紋理，例如2微米至4微米的表面均方根(rms)粗糙度。例如，可使研磨層22經(jīng)過(guò)研磨或調(diào)整工藝以產(chǎn)生粗糙的表面紋理。此外，3d印刷可提供小且均勻一致的特征，例如小至200微米的特征。

盡管研磨表面24在微觀(guān)尺度上可能是粗糙的，但在研磨墊本身的宏觀(guān)尺度上，研磨層22可具有良好的厚度均勻性(此均勻性是指相對(duì)于研磨層底表面而言，研磨表面24在高度上的整體變化，而不是指刻意在該研磨層中形成的任何宏觀(guān)上的溝槽或孔洞)。例如，厚度的不均勻性可小于1密耳。

可任選地，該研磨表面24的至少一部分中可形成有多個(gè)溝槽26以用于輸送漿料。該等溝槽26可幾乎是任何圖案，例如同心圓、直線(xiàn)狀、格紋狀、螺旋狀及諸如此類(lèi)的形狀。假若具有溝槽，則介于該等溝槽26之間的研磨表面24(即，臺(tái)地部分)可例如約占研磨墊22的總水平表面積的25％至90％。因此，該等溝槽26可占該研磨墊18的總水平表面積的10％至75％。介于該等溝槽26之間的臺(tái)地部分可具有約0.1毫米至約2.5毫米的橫向?qū)挾取?/p>

在某些實(shí)施方案中，例如，若具有背托層20時(shí)，該等溝槽26可延伸貫穿整個(gè)研磨層22。在某些實(shí)施方案中，該等溝槽26可延伸穿透該研磨層22的厚度的約20％至80％，例如40％。該等溝槽26的深度可為0.25毫米至1毫米。例如，在具有厚度為50密耳的研磨層22的研磨墊18中，該等溝槽26的深度d2可為約20密耳。

背托層20可比研磨層22柔軟且更加可壓縮。以蕭氏a型硬度等級(jí)而言，背托層20可具有80或更小的硬度，例如可具有約60蕭氏a型硬度。背托層20可比研磨層22厚、比研磨層22薄或與研磨層22具有相同厚度。

例如，該背托層可為開(kāi)放孔型泡棉(open-cellfoam)或封閉孔型泡棉(closed-cellfoam)，例如含有孔隙的聚胺甲酸乙酯或聚硅氧(polysilicone)，使得當(dāng)處于壓力下時(shí)，該等孔崩塌且該背托層壓縮。背托層的合適材料為購(gòu)自羅杰斯公司(rogerscoroperation，位于美國(guó)康乃迪克州羅杰斯市)的poron4701-30或購(gòu)自羅門(mén)哈斯公司(rohm&haas)的suba-iv。可通過(guò)選擇該層的材料和孔隙度而調(diào)整背托層的硬度?；蛘?，可使用與該研磨層相同的前驅(qū)物和相同孔隙度形成該背托層20，但使該背托層20具有不同的硬化程度從而具有不同硬度。

現(xiàn)回到圖2，可于cmp設(shè)備的研磨站10處研磨一或多個(gè)基板14。在美國(guó)專(zhuān)利第5,738,574號(hào)中可找到對(duì)于適當(dāng)研磨設(shè)備的描述，且該案內(nèi)容以引用方式全文并入本案。

研磨站10可包含旋轉(zhuǎn)臺(tái)(platen)16，且研磨墊18放置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)16上。研磨步驟期間，可利用漿料供應(yīng)端口或復(fù)合式漿料/清洗臂(combinedslurry/rinsearm)32供應(yīng)研磨液30(例如，研磨漿料)至研磨墊18的表面。研磨液30可含有研磨粒、酸堿度調(diào)整劑或化學(xué)活性成分。

利用承載頭34固持基板14并使基板14抵靠著研磨墊18。承載頭34懸掛在支撐結(jié)構(gòu)(例如，旋轉(zhuǎn)架)上，并且利用承載件驅(qū)動(dòng)軸36連接該承載頭34與承載頭旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，使得該承載頭可繞著軸38旋轉(zhuǎn)。在研磨液30存在的情況下研磨墊18與基板14的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致研磨該基板14。

參閱圖3，使用3d印刷工藝制造至少該研磨墊18的研磨層22。制造工藝期間，以漸進(jìn)方式沉積和融合(fused)薄材料層。例如，可從液滴噴出式印刷機(jī)55的噴嘴54噴出墊前驅(qū)物材料的液滴52以形成層50。液滴噴出式印刷機(jī)55類(lèi)似于噴墨印刷機(jī)，但使用墊前驅(qū)物材料，而非使用墨水。噴嘴54(如箭頭a所示地)平移而橫越支座51。

就所沉積的第一層50a而言，噴嘴54可噴射在支座51上。就后續(xù)沉積層50b而言，噴嘴54可噴射在已固化的材料56上。待每一層50固化之后，接著在先前沉積的層上沉積新的層，直到完整的三維(3d)研磨層22制造完成。利用噴嘴54依據(jù)計(jì)算機(jī)60上執(zhí)行的3d繪圖計(jì)算機(jī)程序中所儲(chǔ)存的圖案噴涂每一層。每一層50皆小于研磨層22的總厚度的50％，例如小于10％，例如小于5％，例如小于1％。

支座51可為剛性底座或?yàn)閾闲阅?，例如，聚四氟乙烯?polytetrafluoroethylene，ptfe)。若支座51為膜，則該支座51可成為研磨墊18的一部分。例如，支座51可為背托層20或?yàn)榻橛诒惩袑?0和研磨層22之間的層?；蛘?，可從支座51上卸除研磨層22。

可利用聚合反應(yīng)達(dá)成固化作用。例如，墊前驅(qū)物材料層50可為單體，并可利用紫外線(xiàn)(uv)硬化法使該單體于原位上進(jìn)行聚合反應(yīng)。該墊前驅(qū)物材料可一旦沉積，便立即使該墊前驅(qū)物材料有效硬化，或可先沉積整個(gè)墊前驅(qū)物材料層50，且隨后使整個(gè)墊前驅(qū)物材料層50同時(shí)硬化。

然而，有數(shù)種不同技術(shù)可達(dá)成3d印刷。例如，液滴52可為熔化的聚合物，并當(dāng)冷卻時(shí)該聚合物會(huì)固化。或者，該印刷機(jī)通過(guò)噴涂粉末層并將黏合劑材料液滴噴在該粉末層上來(lái)構(gòu)造該研磨層22。在此情況下，該粉末可含有添加劑，例如含有研磨粒22。

3d印刷方法消除對(duì)于制造昂貴且耗時(shí)的模具的需求。3d印刷方法亦免于使用數(shù)個(gè)習(xí)知的墊制造步驟(例如，模塑、澆鑄及機(jī)械加工)。此外，由于逐層印刷的方式能夠達(dá)成緊密公差(tighttolerance)。此外，通過(guò)簡(jiǎn)單改變儲(chǔ)存在3d繪圖計(jì)算機(jī)程序中的圖案，便可使用一個(gè)印刷系統(tǒng)(包含印刷機(jī)55和計(jì)算機(jī)60)制造各種不同研磨墊。

在某些實(shí)施方案中，亦可使用3d印刷工藝制造該背托層20。例如，可利用印刷機(jī)55以不間斷的操作方式制造背托層20和研磨層22。通過(guò)使用不同的硬化量(例如不同的uv輻射強(qiáng)度)可為背托層20提供與研磨層22的硬度不同的硬度。

在其它實(shí)施方案中，使用習(xí)知工藝制造該背托層20，且隨后將該背托層固定于研磨層22。例如，可利用薄黏著層28(例如，壓敏式黏著劑)將研磨層22固定于背托層20。

現(xiàn)已描述諸多實(shí)施方案。然而，應(yīng)理解尚可做出各種修改。例如，研磨墊或承載頭或兩者皆能移動(dòng)以提供研磨表面和基板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。研磨墊可為圓形或某些其它形狀。可于研磨墊的底表面上施用黏著層以將該墊固定于轉(zhuǎn)盤(pán)上，并且將該研磨墊放置于該轉(zhuǎn)盤(pán)上之前，可利用可去除的襯層覆蓋該黏著層。此外，盡管文中使用諸多垂直定位用語(yǔ)，但需理解，該研磨表面和基板可在垂直方向或某些其它方向上顛倒設(shè)置。

因此，其它實(shí)施方案亦落入所附權(quán)利要求的范圍中。