專利名稱：具有防水窗口的研磨墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝組件，特別是有關(guān)于一種用于化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的具有防水窗口的研磨墊(Polishing Pad)。
平坦化為一種將芯片表面輪廓的突出部分加以削平的半導(dǎo)體工藝技術(shù)。目前，半導(dǎo)體廠最常使用的平坦化方法大致有兩種，一為旋涂式玻璃法(Spin-on Glass，SOG)，另一為化學(xué)機(jī)械研磨法(ChemicalMechanical Polishing，CMP)。旋涂式玻璃法是以旋涂方式，覆蓋一層液態(tài)溶液于芯片表面，以使芯片表面達(dá)到局部性(Local)平坦化，而化學(xué)機(jī)械研磨法則是利用類似磨刀的機(jī)械式研磨原理，配合適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)助劑(Reagent)，將芯片表面上高低起伏不一的輪廓加以磨平的一種全面性(Global)平坦化技術(shù)?；瘜W(xué)機(jī)械研磨法可以研磨的材料包括有例如鋁、鎢及銅等的金屬材料，以及例如氧化硅、氮化硅及其它介電材料等的非金屬材料，只要各種工藝參數(shù)控制得當(dāng)，使用化學(xué)機(jī)械研磨法可以提供高達(dá)90％以上的平坦度。由于化學(xué)機(jī)械研磨法能提供良好的均勻度、表面平坦度及控制度，加上組件已進(jìn)入深次微米世代及金屬鑲嵌(Damascene)技術(shù)的發(fā)展需求，化學(xué)機(jī)械研磨法已廣泛地應(yīng)用于金屬層及低介電質(zhì)常數(shù)(Low-k)介電層的工藝上，成為現(xiàn)今半導(dǎo)體工藝中最重要的一種平坦化技術(shù)。
在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工序時(shí)，最常遭遇到的一問題是很難決定研磨工序是否完成，即芯片是否已研磨達(dá)到所需的平坦度或厚度。造成材料移除速率改變的因素大致有芯片的起始厚度不一、研漿組成、研磨墊狀態(tài)、研磨墊與芯片之間的相對(duì)速度及芯片上的負(fù)載等等。這些因素使得達(dá)到研磨終點(diǎn)所需的時(shí)間無法用研磨時(shí)間函數(shù)來決定。因此，在CMP工藝中通常利用一種終點(diǎn)偵測器(End Point Detector)來偵測研磨終點(diǎn)。
請(qǐng)參照

圖1，其中顯示的是一個(gè)現(xiàn)有的用來進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝的設(shè)備的示意圖，此設(shè)備通常包括一個(gè)用來進(jìn)行芯片研磨的研磨臺(tái)10(Polishing Platen)，以及一個(gè)用來抓持需研磨芯片的握柄(Holder)20。在研磨時(shí)，握柄20抓持芯片30的背面，并使芯片30的需研磨表面壓抵于研磨臺(tái)10上所鋪設(shè)的一研磨墊50(Polishing Pad)上，研磨臺(tái)10和握柄20各自順著一定的方向旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)研漿40(Slurry)供應(yīng)至芯片30與研磨墊50之間。研漿一般由約10～30％的SiO2研磨粉末以及約70％的去離子水組成。通過研漿40所提供的化學(xué)反應(yīng)及芯片30在研磨臺(tái)10上所承受的機(jī)械研磨，便可將芯片表面的高低不平部分平坦化。研磨墊50通常由一材質(zhì)較硬的頂層52及一材質(zhì)較軟的底層54構(gòu)成，然而，某些研磨墊只具有頂層且沒有底層。一透明的窗口56嵌置于研磨墊頂層中以作為終點(diǎn)偵測窗口。一終點(diǎn)偵測系統(tǒng)60設(shè)置于研磨臺(tái)10下方的一適當(dāng)位置處，用于偵測芯片的研磨狀態(tài)。
典型地，終點(diǎn)偵測系統(tǒng)60由光源、接收器及處理器組成。當(dāng)研磨臺(tái)10轉(zhuǎn)動(dòng)至適當(dāng)位置時(shí)，由光源發(fā)射的一光束62通過研磨臺(tái)10的孔洞12與研磨墊50中的窗口56而投射至芯片30上，自芯片30反射回來的光束由接收器所接收，接著利用處理器分析反射光強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的變化，便可監(jiān)控芯片的研磨狀態(tài)及決定研磨終點(diǎn)。
由于在化學(xué)機(jī)械研磨期間，作為化學(xué)助劑的研漿40不斷地供應(yīng)于芯片30與研磨墊50之間，研漿中的水分會(huì)沿著研磨墊頂層52與窗口56之間的接合處滲入研磨墊內(nèi)，滲入的水汽是聚集在頂層與底層之間的窗口表面58，使得窗口胡涂不清，導(dǎo)致由終點(diǎn)偵測系統(tǒng)發(fā)射的光束無法精確地透過窗口來觀查研磨情形，特別是在進(jìn)行氧化層的化學(xué)機(jī)械研磨工序時(shí)，例如制作淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation)結(jié)構(gòu)時(shí)，氧化層的終點(diǎn)更不易觀察，導(dǎo)致工藝良率不佳。此外，由于滲有水汽的研磨墊會(huì)對(duì)終點(diǎn)偵測造成干擾，因此需要時(shí)常更換新的研磨墊以提供良好的終點(diǎn)觀察窗口，如此增加了工藝成本。
因此，亟需發(fā)展一種新的研磨墊，以解決上述水分滲入研磨墊內(nèi)及聚集于窗口表面所導(dǎo)致的終點(diǎn)偵測困難及需時(shí)常更換研磨墊等問題，以提高工藝良率及節(jié)省工藝成本。
本發(fā)明的目的為提供一種具防水窗口的研磨墊，可以阻止?jié)B入研磨墊的水分及吸收聚集在研磨墊的窗口表面的水分，以提高終點(diǎn)偵測良率及改善研磨墊的使用壽命。
本發(fā)明的另一目的為提供一種化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨墊，可以提供良好的終點(diǎn)偵測觀察窗口，解決研磨期間水分聚集于窗口表面所造成的偵測干擾的問題。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明揭示一種具防水窗口的研磨墊，適用于化學(xué)機(jī)械研磨工藝中研磨一芯片，至少包括一頂層，具有一研磨表面以與芯片的一需研磨表面接觸，頂層具有一第一孔洞；一與頂層鄰接的底層，此底層具有一第二孔洞，第二孔洞同軸地對(duì)齊第一孔洞且第二孔洞的尺寸比第一孔洞的尺寸小；一實(shí)質(zhì)為透明的窗口，密封地設(shè)置于頂層的孔洞中；一第一吸水區(qū)，設(shè)置于頂層中的窗口周圍，第一吸水區(qū)內(nèi)填充有一可吸收水分的第一吸水材料；以及一第二吸水區(qū)，設(shè)置于底層的孔洞周圍，第二吸水區(qū)內(nèi)填充有一可吸收水分的第二吸水材料，第二吸水區(qū)與窗口的一下表面部分地接觸。其中，頂層的硬度比底層的硬度大。窗口利用膠黏材料而密封地固定于頂層的第一孔洞中。第二吸水區(qū)的尺寸比第一吸水區(qū)的尺寸大。第一吸水材料與第二吸水材料具有不同的吸水率。第一吸水材料與第二吸水材料具有相同的吸水率。
本發(fā)明還揭示一種用于化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨墊，至少包括有一墊體，具有一研磨表面及一孔洞；一透明窗口，設(shè)置于墊體的孔洞中，窗口的上表面與研磨表面為共平面；以及至少一吸水區(qū)，設(shè)置于墊體內(nèi)的窗口周圍，吸水區(qū)內(nèi)填充有至少一種可吸水的吸水材料。其中，墊體由一第一墊層與一第二墊層所組成，第一墊層具有研磨表面，而第二墊層鄰接于第一墊層。第一墊層的硬度比第二墊層的硬度大。窗口利用膠黏材料而密封地固定于墊體的孔洞中。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步的說明。
請(qǐng)參照第圖2，其中顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的研磨墊的剖面示意圖。研磨墊100由一頂層102及一底層104所組成，其中頂層102具有一與欲研磨芯片接觸的研磨表面101及一孔洞106，而底層104與頂層102相鄰且具有一孔洞108。較佳地，頂層孔洞106與底層孔洞108同軸地對(duì)齊著，且頂層孔洞106的尺寸比底層孔洞108的尺寸大，因此底層104具有延伸超出頂層孔洞106的突出部109。研磨墊可使用具備耐酸堿及持久穩(wěn)定性的材料制作，例如，可使用Rodel公司所生產(chǎn)的Suba系列或IC系列的研磨墊材料。Suba系列研磨墊的材料為填充有聚胺酯的聚酯毛氈(Polyurethane ImpregnatedPolyester Felts)，此種材料具有多孔性及一定的硬度。而IC系列的研磨墊材料為開口細(xì)胞海綿狀的聚氨酯(Polyurethane)，具有較低的壓縮性及較高的硬度，可有效地提升平坦化的效果，但對(duì)均勻度的控制卻較差。較佳地，本實(shí)施例的研磨墊的頂層102使用IC 1000，而底層104則使用Suba IV，此種結(jié)合IC 1000及Suba IV的研磨墊可在CMP工藝中達(dá)到良好的平坦度及均勻度。
一透明窗口110安裝于研磨墊頂層102的孔洞106中，窗口110的上表面與頂層102的研磨表面共平面，而窗口的兩側(cè)底端低靠于研磨墊底層104的突出部109上方。窗口110的形狀可以為任何適當(dāng)?shù)男螤?，例如圓形、矩形或橢圓形。窗口110與頂層102的孔洞相配合且彼此之間是密封的，以防止研漿流入至研磨墊內(nèi)?？梢允褂眠m當(dāng)?shù)酿ぶ鴦⒋翱?02密封地固定于頂層102的孔洞106內(nèi)，或者窗口102可以用模制的方式形成于頂層102的孔洞106中。
由于在化學(xué)機(jī)械研磨中，作為化學(xué)助劑的研漿不斷地供應(yīng)至研磨墊與芯片之間，研漿中的水分會(huì)沿著窗口與頂層孔洞之間的接合處滲入研磨墊中，滲入的水分會(huì)聚集在窗口表面，造成終點(diǎn)偵測不易及降低研磨墊使用壽命等問題。因此，本發(fā)明的研磨墊中填充有吸水劑(Moisture Absorbent)或疏水劑(Hydrophobic Agent)，以吸收或阻止?jié)B入或聚集于窗口表面的水汽。如圖2所示，在研磨墊100的頂層102與底層104分別具有頂層吸水區(qū)120及底層吸水區(qū)122。例如，可于研磨墊的頂層102及底層104中的孔洞周圍的適當(dāng)位置處形成多個(gè)溝槽或凹口以用于填充吸水劑或疏水劑。每一吸水區(qū)內(nèi)填充有吸水劑或疏水劑之類的吸水材料。較佳地，頂層吸水區(qū)120設(shè)置于窗口110的周圍，而底層吸水區(qū)122設(shè)置于孔洞108的周圍，其中底層吸水區(qū)122的尺寸比頂層吸水區(qū)120的尺寸大，且底層吸水區(qū)122部分地延伸至突出部109中，使得窗口110的下表面112兩側(cè)部分接觸底層吸水區(qū)122。當(dāng)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，滲入至窗口110與頂層孔洞106之間的水分可由頂層吸水區(qū)120內(nèi)的吸水材料吸收或阻止，而聚集于窗口表面112的水分可通過毛細(xì)現(xiàn)象被底層吸水區(qū)122中的吸水材料吸收，以減少水分聚集于窗口表面112及保持窗口的清晰度。
在本文中所使用的“吸水劑”或“疏水劑”材料界定為可吸收諸如液態(tài)水分或水汽的可吸水材料，可包括干燥劑及其它適當(dāng)?shù)奈鼭駝┗虺凉癫牧?。本發(fā)明的研磨墊中可以填充各種適當(dāng)?shù)氖惺塾袡C(jī)或無機(jī)吸水材料。無機(jī)的吸水材料可包括鈣鹽類、吸水黏土、硅土及硅膠凝體等等，而有機(jī)的吸水材料可包括天然材料，例如石花菜、果膠、瓜爾豆膠(Guar Gum)及人工的合成材料，例如各種合成水膠(SyntheticHydrogel Polymers)。此類的吸水材料可使用能吸水膨脹的粉末，例如原本為干燥的，當(dāng)曝露于潮濕環(huán)境時(shí)，便會(huì)吸收水分而膨脹變大成為膠狀。典型地，水膠聚合物材料具有至少可吸收約其本身重量15倍的水分，較佳地可吸收至少約25～50倍的水分。
進(jìn)一步地，研磨墊內(nèi)可以填充至少一種吸水劑或疏水劑，每一種吸水劑或疏水劑具有不同的吸水率。例如頂層吸水區(qū)中的吸水劑的吸水率可較底層吸水區(qū)內(nèi)的吸劑的吸水率為高，當(dāng)頂層的吸水劑達(dá)到飽和時(shí)，底層吸水區(qū)中的吸水劑可以緩慢地吸收自頂層滲入及聚集在窗口表面的水分，以保持窗口的清晰度。此外，也可使用其它不同吸水率組合的吸水劑或疏水劑。熟悉此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)可理解的是，本發(fā)明具防水窗口的研磨墊并非限制于上述舉例的雙層研磨墊，也可應(yīng)用于單層或是多層組合的研磨墊，可在研磨墊內(nèi)及窗口周圍的任意適當(dāng)位置填入吸水劑或疏水劑，以吸收或阻止水分滲入研磨墊及聚集于窗口表面。
如上所述，本發(fā)明提供一種具防水窗口的研磨墊，此研磨墊內(nèi)及窗口周圍提供適當(dāng)?shù)奈畡┗蚴杷畡?，在化學(xué)機(jī)械研磨期間，研磨墊的窗口表面上聚集的水分或蒸汽可利用吸劑或疏水劑而吸收或阻止，因而可阻止大部分的水汽及延長研磨墊的使用壽命。
如熟悉此技術(shù)的人員所了解的，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的專利保護(hù)范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包括在下述的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于化學(xué)機(jī)械研磨工藝中研磨芯片的、具有防水窗口的研磨墊，其特征在于至少包括一頂層，具有一研磨表面以與該芯片的一需研磨表面接觸，該頂層具有一第一孔洞；一底層，鄰接于頂層，底層具有一第二孔洞，第二孔洞同軸地對(duì)齊第一孔洞，且第二孔洞的尺寸比第一孔洞的尺寸??；一窗口，密封地設(shè)置于頂層的孔洞中，該窗口實(shí)質(zhì)上為透明的；一第一吸水區(qū)，設(shè)置于頂層中的窗口的周圍，該第一吸水區(qū)內(nèi)填充有一第一吸水材料；以及一第二吸水區(qū)，設(shè)置于底層的孔洞的周圍，第二吸水區(qū)內(nèi)填充有一第二吸水材料，第二吸水區(qū)與窗口的一下表面部分地接觸。
2.如權(quán)利要求1的研磨墊，其特征在于第二吸水區(qū)的尺寸比第一吸水區(qū)的尺寸大。
3.如權(quán)利要求1的研磨墊，其特征在于第一吸水材料與第二吸水材料具有不同的吸水率。
4.如權(quán)利要求1的研磨墊，其特征在于第一吸水材料與第二吸水材料包括可吸水的材料。
5.如權(quán)利要求1的研磨墊，其特征在于第一吸水材料與第二吸水材料還包括可疏水的材料。
6.一種用于化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨墊，其特征在于至少包括有一墊體，具有一研磨表面，該墊體中形成有一孔洞；一透明窗口，設(shè)置于墊體的孔洞中，窗口的上表面與研磨表面為共平面；以及至少一第一吸水區(qū)，設(shè)置于墊體內(nèi)的窗口周圍，第一吸水區(qū)內(nèi)填充有至少一第一吸水材料。
7.如權(quán)利要求6的研磨墊，其特征在于墊體由一第一墊層與一第二墊層所組成，第一墊層具有該研磨表面，而第二墊層鄰接于第一墊層，且墊體中的孔洞延伸穿過第一墊層與第二墊層，而在第一墊層中形成一第一孔洞、還在第二墊層中形成一第二孔洞。
8.如權(quán)利要求6的研磨墊，其特征在于吸水材料還包括可疏水的材料。
9.如權(quán)利要求7的研磨墊，其特征在于第二孔洞的尺寸比第一孔洞的尺寸小。
10.如權(quán)利要求9的研磨墊，其特征在于還包括一第二吸水區(qū)于第二孔洞的周圍，第二吸水區(qū)內(nèi)填充有一第二吸水材料，第二吸水區(qū)與窗口的一下表面部分地接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具防水窗口的研磨墊，此研磨墊內(nèi)及窗口周圍填充一適當(dāng)?shù)奈畡┗蚴杷畡?。在化學(xué)機(jī)械研磨期間，聚集于研磨墊的窗口表面上的水分或水汽將由吸水劑吸收或由疏水劑制止。因此，可防止或減少水分或水汽滲入研磨墊中及聚集在窗口表面，從而可延長研磨墊的使用壽命，并降低制作成本。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1450605SQ0210585
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月11日
發(fā)明者鄭志賢 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司