專利名稱：研磨半導體晶片的復合研磨墊及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體的制作，尤其是一種用于化學機械研磨(chemicalmechanical polishing)制程的研磨半導體晶片的復合(composite)研磨墊及其制作方法。
請參考

圖1，圖1為一半導體晶片10的結(jié)構(gòu)示意圖。半導體晶片10包含有一基底12，一金屬層14設于基底12之上以及一介電層16設于基底12的表面并覆蓋金屬層14。請考圖2，圖2為一習知化學機械研磨裝置20的結(jié)構(gòu)示意圖?；瘜W機械研磨裝置20包含有一研磨臺22，一研磨墊24平鋪于研磨臺22之上，一半導體晶片研磨頭28，用以將半導體晶片10按壓于研磨墊24之上，一研磨液供應裝置30，用以供給研磨半導體晶片10的研磨液，以及一打磨器32(conditioner)，用來調(diào)節(jié)研磨墊24表面的研磨液的分布狀況，同時清除殘留于研磨墊24表面的研磨碎屑。請參考圖3與圖4，圖3為習知的研磨墊24的俯視圖，而圖4則為圖3沿4-4切線方向的研磨墊24的剖視圖。研磨墊24的表面設有復數(shù)條同心圓式的溝槽26，研磨液則由研磨液供應裝置30自研磨臺22上方往下滴到研磨墊24的表面，并通過溝槽26以及調(diào)節(jié)器32的導引而使研磨液能均勻分布于研磨墊24表面。
習知在對半導體晶片10進行化學機械研磨時，先將半導體晶片10安置于半導體晶片研磨頭28的放置位置，使研磨頭28抓住半導體晶片10的背面，而半導體晶片10的正面則壓在鋪有研磨墊24的研磨臺22之上。在進行化學機械研磨制程時，研磨臺22以順著逆時針方向進行旋轉(zhuǎn)，而半導體晶片研磨頭28則以順時針方向自轉(zhuǎn)且沿一水平方向移動，使半導體晶片10的正面得到較佳的研磨效果。如圖5所示，在完成化學機械研磨制程之后，半導體晶片10具有一全面平坦化的表面。
一般來說，使用于金屬導線CMP的研磨墊包括硬質(zhì)(例如IC-1000)以及軟質(zhì)(例如POLITEX)兩種不同硬度的研磨墊，前者可以提供較快的研磨速率以及較好的平坦化效果，但是不能避免刮傷(Scratch)問題的發(fā)生；后者雖然可以避免刮傷問題并提供較細致的研磨效果以及良好的洗凈表現(xiàn)(cleaning performance)，卻會導致導線中間低陷(Dishing)的問題。因此在習知的CMP制程中，大多是先以硬質(zhì)研磨墊對半導體晶片表面作一初步研磨，然后再以軟質(zhì)研磨墊作進一步的研磨以完成平坦化制程，所以必須分別進行兩次研磨程序，因而需要付出較高的時間成本以及研磨墊的消耗成本，嚴重降低化學機械研磨程的效率。
因此本發(fā)明的主要目的在提供一種用于化學機械研磨制程的研磨半導體晶片的復合(composite)研磨墊及其制作方法。，以解決上述的問題。
本發(fā)明提供一種研磨半導體晶片的復合(composite)研磨墊及其制作方法。該方法是先提供一表面包含一粘著層以及復數(shù)個硬質(zhì)(hard)研磨材質(zhì)的第一研磨墊，然后將部分的第一研磨墊打孔(punch off)，以去除部分設于該第一研磨墊表面的硬質(zhì)研磨材質(zhì)，并形成復數(shù)個穿透該第一研磨墊的孔洞。接著提供一表面包含一粘著層以及復數(shù)個軟質(zhì)(soft)研磨材質(zhì)的第二研磨墊，將部分設于該第二研磨墊表面的軟質(zhì)研磨材質(zhì)去除，但保留該粘著層，并且該第二研磨墊表面未被去除的軟質(zhì)研磨材質(zhì)完全對應于第一研磨墊中孔洞形成的位置。最后將第一研磨墊粘貼(stick)于第二研磨墊的表面，以形成一表面包含有硬質(zhì)及軟質(zhì)研磨材質(zhì)交錯分布形成的圖案(pattern)的復合研磨墊。
由于本發(fā)明的研磨墊表面包含有硬質(zhì)及軟質(zhì)研磨材質(zhì)交錯分布形成的圖案(pattern)，因此該復合研磨墊同時具有較佳的研磨速率以及較好的研磨效果，可以僅以一次研磨程序完成平坦化制程，節(jié)省化學機械研磨制程所需的時間與耗材成本。
圖11至圖13本發(fā)明的復合研磨墊的第二、第三以及第四實施例的俯視圖。
圖示的符號說明10半導體晶片12基底14金屬層16介電層20化學機械研磨裝置 22研磨臺24研磨墊26溝槽28研磨頭30研磨液供應裝置32打磨器40第一研磨墊42粘著層44、56、62、68硬質(zhì)研磨材質(zhì)46孔洞 48第二研磨墊50、58、64、70軟質(zhì)研磨材質(zhì)52、54、60、66復合研磨墊如圖8所示，接著提供一第二研磨墊48，且第研磨墊48表面包含一粘著層42，復數(shù)個軟質(zhì)(soft)研磨材質(zhì)50附著于粘著層42上。然后如圖9所示，將部分設于第二研磨墊48表面的軟質(zhì)研磨材質(zhì)50去除，但保留粘著層42，并且第二研磨墊48表面未被去除的軟質(zhì)研磨材質(zhì)50完全對應于第一研磨墊40中孔洞46形成的位置。
最后如圖10所示，將第一研磨墊40粘貼(stick)于第二研磨墊48的表面，以形成一復合(composite)研磨墊52。另外，本發(fā)明還可以先將復數(shù)個軟質(zhì)研磨材質(zhì)50設于粘著層42上，再將復數(shù)個硬質(zhì)研磨材質(zhì)44設于粘著層42上。
在依據(jù)本發(fā)明的方法并完成上述的步驟后，復合研磨墊52表面將包含有沿著復合研磨墊52表面的橫軸(X)與縱軸(Y)交錯分布的硬質(zhì)44及軟質(zhì)研磨材質(zhì)50，因此復合研磨墊52同時具有較佳的研磨速率以及較好的研磨效果。
請參考圖11至圖13，圖11至圖13是本發(fā)明的復合研磨墊的第二、第三以及第四實施例的俯視圖。如圖11所示，復合研磨墊54表面包含有硬質(zhì)56及軟質(zhì)研磨材質(zhì)58沿著復合研磨墊54表面不同半徑的同心圓交錯分布而形成的圖案。如圖12所示，復合研磨墊60表面包含有硬質(zhì)62及軟質(zhì)研磨材質(zhì)64沿著復合研磨墊60表面不同半徑的同心圓交錯分布而形成的圖案，且各硬質(zhì)62與軟質(zhì)研磨材質(zhì)64分別形成一環(huán)狀物。如圖13所示，復合研磨墊66表面包含有硬質(zhì)68及軟質(zhì)研磨材質(zhì)70沿著復合研磨墊66表面的徑向方向交錯分布而形成的圖案。
由于利用本發(fā)明的制作所完成的復合研磨墊，如圖10至圖13所示，其表面將同時包含有硬質(zhì)與軟質(zhì)研磨材質(zhì)，因此可通過硬質(zhì)與軟質(zhì)研磨材質(zhì)的分布面積比例(area ratio)以及分布方式來調(diào)整研磨速率(removal rate)，來增進被研磨的半導體晶片表面的均勻化(uniformity)，并提高產(chǎn)能(throughput)。復合研磨墊完成后，安置于一化學機械研磨機臺中，該研磨機臺另包含一打磨器(conditioner)，用來調(diào)節(jié)于復合研磨墊表面的研磨液的分布狀況，同時清除殘留于復合研磨墊表面的研磨碎屑。
相較于習知的CMP制程是先以硬質(zhì)研磨墊對半導體晶片表面作一初步研磨，然后再以軟質(zhì)研磨墊作進一步的研磨以完成平坦化制程，本發(fā)明制作的復合式研磨墊表面包含有硬質(zhì)及軟質(zhì)研磨材質(zhì)交錯分布形成的圖案(pattern)，因此該復合研磨墊同時具有較佳的研磨速率以及較好的研磨效果，可以僅以一次研磨程序完成平坦化制程，節(jié)省化學機械研磨制程所需的時間與耗材成本。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種研磨半導體晶片的復合研磨墊的制作方法，其特征是該方法包含提供一第一研磨墊，且該第一研磨墊表面包含一粘著層，復數(shù)個硬質(zhì)研磨材質(zhì)設于該粘著層上；將部分的第一研磨墊打孔，以去除部分設于該第一研磨墊表面的硬質(zhì)研磨材質(zhì)，并形成復數(shù)個穿透該第一研磨墊的孔洞；提供一第二研磨墊，且該第二研磨墊表面包含一粘著層，復數(shù)個軟質(zhì)研磨材質(zhì)附著于該粘著層上；將部分設于該第二研磨墊表面的軟質(zhì)研磨材質(zhì)去除，但保留該粘著層，并且該第二研磨墊表面未被去除的軟質(zhì)研磨材質(zhì)完全對應于第一研磨墊中孔洞形成的位置；以及將第一研磨墊粘貼于第二研磨墊的表面，以形成一復合研磨墊；其中該復合研磨墊表面包含有硬質(zhì)及軟質(zhì)研磨材質(zhì)交錯分布形成的圖案，使該復合研磨墊同時具有較佳的研磨速率以及較好的研磨效果。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是該圖案為硬質(zhì)與軟質(zhì)研磨物沿著該復合研磨墊表面的橫軸(X)與縱軸(Y)交錯分布而形成。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是該圖案為硬質(zhì)與軟質(zhì)研磨材質(zhì)分別形成一環(huán)狀物，并沿著該復合研磨墊表面不同半徑的同心圓交錯分布而形成。
4.如權利要求1所述的方法，其特征是該圖案為硬質(zhì)與軟質(zhì)研磨材質(zhì)沿著該復合研磨墊表面的徑向方向交錯分布而形成。
5.如權利要求1所述的方法，其特征是該復合研磨墊表面的硬質(zhì)與軟質(zhì)研磨材質(zhì)分布面積比例用來調(diào)整研磨速率，增進被研磨的半導體晶片表面的均勻化。
6.如權利要求1所述的方法，其特征是該復合研磨墊安置于一化學機械研磨機臺中，該研磨機臺另包含一打磨器，用來調(diào)節(jié)于復合研磨墊表面的研磨液的分布狀況，同時清除殘留于該復合研磨墊表面的研磨碎屑。
7.一種改善半導體晶片的復合研磨墊研磨效率的方法，其特征是該方法包含提供一第一研磨墊，且該第一研磨墊表面包含一粘著層，復數(shù)個第一研磨材質(zhì)設于該粘著層上；將部分的第一研磨墊打孔，以去除部分設于該第一研磨墊表面的第一研磨材質(zhì)，并形成復數(shù)個穿透該第一研磨墊的孔洞；提供一第二研磨墊，且該第二研磨墊表面包含一粘著層，復數(shù)個第二研磨材質(zhì)附著于該粘著層上；將部分設于該第二研磨墊表面的第二研磨材質(zhì)去除，但保留該粘著層，并且該第二研磨墊表面未被去除的第二研磨材質(zhì)完全對應于第一研磨墊中孔洞形成的位置；以及將第一研磨墊粘貼于第二研磨墊的表面，以形成一復合研磨墊；其中該復合研磨墊表面包含有第一及第二研磨材質(zhì)交錯分布形成的圖案，使該復合研磨墊同時具有較佳的研磨速率以及較好的研磨效果。
8.如權利要求7所述的方法，其特征是第一研磨材質(zhì)的硬度大于第二研磨材質(zhì)。
9.如權利要求7所述的方法，其特征是第二研磨材質(zhì)的硬度大于第一研磨材質(zhì)。
10.如權利要求7所述的方法，其特征是該圖案為第一與第二研磨材質(zhì)沿著該復合研磨墊表面的橫軸(X)與縱軸(Y)交錯分布而形成。
11.如權利要求7所述的方法，其特征是該圖案為第一與第二研磨材質(zhì)分別形成一環(huán)狀物，并沿著該復合研磨墊表面不同半徑的同心圓交錯分布而形成。
12.如權利要求7所述的方法，其特征是該圖案為第一與第二研磨材質(zhì)沿著該復合研磨墊表面的徑向方向交錯分布而形成。
13.如權利要求7所述的方法，其特征是該復合研磨墊表面的第一與第二研磨材質(zhì)分布面積比例用來調(diào)整研磨速率，增進被研磨的半導體晶片表面的均勻化。
14.如權利要求7所述的方法，其特征是該復合研磨墊安置于一化學機械研磨機臺的中，該研磨機臺另包含一打磨器，用來調(diào)節(jié)于復合研磨墊表面的研磨液的分布狀況，同時清除殘留于該復合研磨墊表面的研磨碎屑。
15.一種研磨半導體晶片的復合研磨墊，其特征是該復合研磨墊包括一第一研磨墊及一第二研磨墊，該第一研磨墊粘貼設于該第二研磨墊的表面，其中該第一研磨墊，其表面包含一粘著層以及復數(shù)個第一研磨材質(zhì)設于該粘著層上，該第一研磨墊上還包括復數(shù)個穿透該第一研磨墊的孔洞；該第二研磨墊，其表面包含一粘著層以及復數(shù)個第二研磨材質(zhì)設于該粘著層上，并且該第二研磨材質(zhì)完全對應于第一研磨墊中孔洞形成的位置；其中該復合研磨墊表面包含有第一及第二研磨材質(zhì)交錯分布形成的圖案。
16.如權利要求15所述的復合研磨墊，其特征是第一研磨材質(zhì)的硬度大于第二研磨材質(zhì)。
17.如權利要求15所述的復合研磨墊，其特征是第二研磨材質(zhì)的硬度大于第一研磨材質(zhì)。
18.如權利要求15所述的復合研磨墊，其特征是該圖案為第一與第二研磨材質(zhì)沿著該復合研磨墊表面的橫軸(X)與縱軸(Y)交錯分布。
19.如權利要求15所述的復合研磨墊，其特征是該圖案為第一與第二研磨材質(zhì)分別形成一環(huán)狀物，并沿著該復合研磨墊表面不同半徑的同心圓交錯分布。
20.如權利要求15所述的復合研磨墊，其特征是該圖案為第一與第二研磨材質(zhì)沿著該復合研磨墊表面的徑向方向交錯分布。
全文摘要
一種研磨半導體晶片的復合研磨墊及其制作方法；先提供一表面包含一粘著層以及復數(shù)個硬質(zhì)，研磨材質(zhì)的第一研磨墊，然后將部分的第一研磨墊打孔，以去除部分設于該第一研磨墊表面的硬質(zhì)研磨材質(zhì)，并形成復數(shù)個穿透該第一研磨墊的孔洞；接著提供一表面包含一粘著層以及復數(shù)個軟質(zhì)研磨材質(zhì)的第二研磨墊，將部分設于該第二研磨墊表面的軟質(zhì)研磨材質(zhì)去除，但保留該粘著層，并且該第二研磨墊表面未被去除的軟質(zhì)研磨材質(zhì)完全對應于第一研磨墊中孔洞形成的位置；最后將第一研磨墊粘貼于第二研磨墊的表面，以形成一表面包含有硬質(zhì)及軟質(zhì)研磨材質(zhì)交錯分布形成的圖案的復合研磨墊；本發(fā)明同時具有較佳的研磨速率以及較好的研磨效果，可以僅以一次研磨程序完成平坦化制程，節(jié)省化學機械研磨制程所需的時間與耗材成本。
文檔編號B24B37/04GK1400636SQ02140788
公開日2003年3月5日 申請日期2002年7月24日 優(yōu)先權日2001年7月26日
發(fā)明者陳學忠, 蔡騰群 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司