專利名稱：化學(xué)機械拋光系統(tǒng)及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機械拋光的方法及裝置，本發(fā)明涉及化學(xué)、冶金、機械以及材料科學(xué)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化學(xué)機械拋光(CMP)工藝又可稱之為化學(xué)機械整平或化學(xué)機械拋光，其是一種用于拋光特定工作件所廣泛采用的技術(shù)。特別的是，計算機制造工業(yè)已經(jīng)相當依賴于利用CMP 工藝將以陶瓷、硅、玻璃、石英、金屬以及其混合物所制成的晶圓拋光以便用于半導(dǎo)體的制造。此類拋光工藝大體上為使該晶圓緊靠一個由例如聚氨酯的不易受損的有機物質(zhì)所制造的旋轉(zhuǎn)拋光墊。此外，將一種可破壞該晶圓物質(zhì)的化學(xué)漿料以及一足夠數(shù)量的磨粒添加至該拋光墊上，則施加于該晶圓上的化學(xué)與機械力的雙重作用致使以所要求的方式拋光或整平。在一個典型的拋光工藝中，該拋光墊的工作表面通常通過例如纖維、粗糙部或小溝槽抓持著含有該復(fù)數(shù)研磨粒子的漿料，其提供足夠大的摩擦力，以防止該復(fù)數(shù)粒子因該拋光墊的回轉(zhuǎn)運動所施加的離心力而被甩離該拋光墊。因此，確保該拋光墊的表面具有足夠可用于接收新加入的漿料的開口與溝槽是重要的。維持該拋光墊的工作表面，將會產(chǎn)生來自工作件、漿料以及該修整器的拋光碎屑的堆積的問題。此堆積會導(dǎo)致該拋光墊的工作表面“釉化”或硬化以及使該復(fù)數(shù)纖維纏結(jié)； 因而使該拋光墊較不易抓持該漿料中的研磨粒子，且該拋光墊整體的拋旋光性能顯著地降低。此外，對許多拋光墊而言，用于抓持該漿料的溝槽被堵塞，且該拋光墊的拋光表面變得粗糙度降低且糾纏有異物。因此，嘗試利用“刷洗(grooming)”或“切削”的方式以使該拋光墊的表面產(chǎn)生溝槽并通過許多不同種類的裝置在表面上形成粗糙部。此過程被稱為“刷洗”、“修整(dressing) ”或“調(diào)整(conditioning) ”該拋光墊。許多類型的裝置和過程已經(jīng)被用于此目的。該裝置的其中一例為一具復(fù)數(shù)超研磨粒子(例如鉆石顆粒)的圓盤，其中該復(fù)數(shù)超研磨粒子附著于圓盤的表面或基質(zhì)上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提升化學(xué)機械拋光(CMP)工藝的拋光效能的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的—種提升化學(xué)機械拋光(CMP)工藝的拋光效能的方法，其包含使一 CMP工藝中對一位于一 CMP拋光墊以及一晶圓之間的一接觸接口產(chǎn)生振動， 以使該拋光墊以及該晶圓之間所產(chǎn)生的振蕩沿著一大致上平行于該拋光墊的一工作表面的方向。在本發(fā)明的一個實施例中，使該接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含在一大致上平行于該接觸接口的方向振動該接觸接口。
在本發(fā)明的一個實施例中，使該接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含振動該拋光墊。在本發(fā)明的一個實施例中，對使接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含振動該晶圓。在本發(fā)明的一個實施例中，使該接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含振動該拋光墊以及該晶圓。在本發(fā)明的一個實施例中，所述提升化學(xué)機械拋光(CMP)工藝的拋光效能的方法進一步包含降低該接觸接口的接觸壓力，使位于該接觸接口的接觸壓力小于未經(jīng)振動處理的接觸接口的接觸壓力，從而將對該拋光墊或該晶圓造成的損害減到最低?？煽紤]不同種類的振動變量，而任何可增加拋光效能的振動變量應(yīng)被視為本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一方面中，該接觸接口的振動例子可包含但不限定于橫向運動、圓周運動、橢圓運動、任意運動以及它們的組合。該接觸接口的振動處理可以為許多不同的形式，舉例而言，通過可改變振動頻率、 改變振幅或者振動頻率與振幅均改變以產(chǎn)生振動。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的提升 CMP工藝的拋光效能的方法進一步包含改變對該產(chǎn)生振動的接觸接口所進行的振動頻率。該接觸接口的振動處理可以是超音波頻率以及非超音波頻率。舉例而言，在一方面中，該接觸接口可于約大于15千赫茲(kHz)的超音波頻率下振動。進一步而言，該振動處理可以是一個連續(xù)振動、間歇性振動以及/或兩個或多個以上的重疊振動。本發(fā)明的另一目的在于提供一種CMP系統(tǒng)，其包含有一拋光墊、一設(shè)置于一接觸接口上以于拋光工藝中接觸該拋光墊的晶圓，以及一功能性地結(jié)合于至少包括該拋光墊及該晶圓其中之一的拋光系統(tǒng)，該振動系統(tǒng)可于一大致平行于該接觸接口的方向使該接觸接口產(chǎn)生振動。其中，該振動系統(tǒng)包含有至少一超音波換能器。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的CMP系統(tǒng)，進一步包含用來接收該拋光墊的一拋光墊安裝系統(tǒng)，其中該振動系統(tǒng)結(jié)合于該拋光墊安裝系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的CMP系統(tǒng)，進一步包含有用來接收該晶圓的一晶圓安裝系統(tǒng)，其中該振動系統(tǒng)結(jié)合于該晶圓安裝系統(tǒng)。本發(fā)明的又一目的在于提供一種CMP工藝方法，其包含有將一拋光墊與一晶圓相接觸；將該拋光墊與該晶圓相互移動以進行CMP過程；使該拋光墊或該晶圓的至少其中一個產(chǎn)生振動，以使該拋光墊與該晶圓之間所產(chǎn)生的振蕩沿一大致上平行于該拋光墊的一工作表面的方向。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的CMP工藝方法進一步包含有振動該拋光墊。在本發(fā)明的一個實施例中，所述的CMP工藝方法進一步包含有振動該晶圓。本發(fā)明的提升化學(xué)機械拋光(CMP)工藝的拋光效能的方法通過在CMP工藝中對一位于一拋光墊以及一晶圓之間的接觸接口產(chǎn)生振動處理，有效增加了 CMP工藝的拋光效能。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，應(yīng)該理解的是，這些實施例僅用于例證的目的，決不限制本發(fā)明的保護范圍。必須指出，除非上下文中另外清楚地指定，否則如本說明書及任何隨附或以下申請專利范圍中所使用的單數(shù)形式“一”及“該”包括復(fù)數(shù)個指示物。因此，舉例而言，提及“一換能器(a transducer)”可包括一或多個該復(fù)數(shù)換能器。定義在描述及主張本發(fā)明時，將根據(jù)下文所闡述的定義使用以下用詞。如本文中所使用，“研磨粒子(abrasive particle) ”、“磨粒(grit) ”或相似的詞組是指任何超硬的結(jié)晶、多結(jié)晶物質(zhì)、或者物質(zhì)的混合物，且其包含有但不限于鉆石、多晶鉆石(PCD)、立方氮化硼(cBN)以及多晶立方氮化硼(PCBN)。進一步而言，該用詞“磨?！?、 “粗粒”、“鉆石”、“多晶鉆石”、“立方氮化硼”以及“多晶立方氮化硼”可交替使用。如本文中所使用，“超硬”和“超研磨”可交替使用，且是指維式硬度為大約4000kg/ mm2或更高的結(jié)晶、或者多晶材料、或者這些材料的混合物。這些材料可非限定地包括鉆石與立方氮化硼(cBN)，以及本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知道的其它材料。盡管超研磨材料惰性很高且因此而難以形成化學(xué)鍵，然而眾所皆知，某些例如鉻及鈦的反應(yīng)性元素可在某些溫度下與超研磨材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如本文中所使用，“振動”是指振動在一個大致水平的方向一物體，自一側(cè)面至另一側(cè)面來回地快速運動。振動處理是依據(jù)一振動程序而可能為連續(xù)的、間歇性的、連續(xù)變化的等等。因此，一拋光墊、一拋光墊修整器、晶圓、或一拋光墊修整器的超研磨粒子可于一適當?shù)念l率下振動以獲得最大拋光效能。如本文中所使用，“接觸接口”是指位于兩個組件之間的一平面，例如一拋光墊與一晶圓之間。如本文中所使用，“超音波”是指任何以高于可被人耳聽覺所感知的頻率振動的能量波。舉例而言，此頻率是為高于約15，000赫茲的頻率，意即每秒鐘大于15，000個循環(huán)。如本文中所使用，“基底”是指可承載磨粒的CMP修整器的一部分，且磨?？梢愿街谄渖?。在本發(fā)明中基底可以是任何形狀、厚度或材質(zhì)，而能夠用一種足以達到預(yù)期目的的方式支撐磨粒。基底可以為一固態(tài)材料、一經(jīng)處理后可變?yōu)楣虘B(tài)的粉狀材料，或一彈性材料。典型的基板材料的例子包含但非限定于金屬、金屬合金、陶瓷，以及其組合。進一步而言，該基底可包含有硬焊合金材料。如本文中所使用，“質(zhì)量”是指優(yōu)越的程度或等級。每一磨粒的特征或性質(zhì)如內(nèi)部的晶態(tài)完美性，型態(tài)等等可被評價以決定該磨粒的質(zhì)量。許多已建立的質(zhì)量級別用于此領(lǐng)域的鉆石以及其它超研磨粒子，例如美國寶石學(xué)協(xié)會(GIA)鉆石分級報告書或GIA級別，其是可作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能輕易了解的內(nèi)容。如本文中所使用，“無晶硬焊”是指一均質(zhì)的硬焊材組成并具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)。此類合金實質(zhì)上不包含任何于受熱時會造成各成份不一致熔化的共晶相。即便難以確保有適當?shù)暮辖鸾M成，本文所使用的該無晶硬焊合金在一狹窄的溫度范圍內(nèi)應(yīng)表現(xiàn)出一種實質(zhì)上一致的熔融行為。如本文中所使用，“合金”是指一金屬與另一材料的固態(tài)或液態(tài)混合物，所述的另一材料可以是非金屬，例如碳、金屬或可增強該金屬特性的合金。如本文中所使用，“金屬硬焊合金”、“硬焊合金”、“焊接合金”、“硬焊材料”以及“硬焊”可交替使用，且是指一種可與超硬磨粒以及基質(zhì)支撐材料或基底產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)的金屬合金，以使其兩者之間實質(zhì)上相互結(jié)合。于本文所揭示的焊材合金的特定成分和組成并非僅限定于與該成分及組成有關(guān)聯(lián)的特定實施例，而是可使用于本文中所揭示的任何本發(fā)明實施例。如本文中所使用，“硬焊”的過程是指該復(fù)數(shù)超硬磨粒與該硬焊材料的碳原子之間化學(xué)鍵的產(chǎn)生。進一步而言，“化學(xué)鍵”是指一種共價鍵，例如碳化物或硼化物的鍵結(jié)，而非機械力或更弱的原子間吸引力。因而“硬焊”針對磨粒而言即表示形成真正的化學(xué)鍵。然而，“硬焊”針對金屬與金屬相接而言則是用于表示傳統(tǒng)的金屬鍵。因此，一個工具體(tool body)的超研磨部位進行硬焊時，并不需要碳化物的存在。如本文中所使用，“化學(xué)鍵”與“化學(xué)鍵結(jié)”可交替使用，且是指一種在原子之間產(chǎn)生吸引力的分子鍵，該分子鍵足以在原子之間的接口產(chǎn)生一種二元固態(tài)化合物。如本文中所使用，對于硬焊工藝而言，“直接地”是傾向于認定該復(fù)數(shù)研磨粒子之間所形成的化學(xué)鍵形成且被認定的材料是以一種硬焊金屬或合金作為鍵結(jié)的介質(zhì)。如本文中所使用，“陶瓷”是指一種堅硬的、通常有結(jié)晶的且相當抗高溫及抗腐蝕的材料，該材料可利用燃燒一非金屬材料(有時也可伴隨金屬材料)而制得。可考慮使用本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知的許多氧化物、氮化物以及碳化物材料來制造陶瓷，前述材料包含但不限定于氧化鋁、氧化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化鎢等等。如本文中所使用，“金屬的”是指任何種類的金屬、金屬合金或其混合物，且特別包含但不限定于鋼、鐵以及不銹鋼。如本文中所使用，“網(wǎng)格”是指一種由線條形成有多個方形的圖案。如本文中所使用，對超研磨粒子的位置、距離以及尺寸而言，“均一”是指其差異小于約75立方微米。如本文中所使用，當“大致上”是用于關(guān)聯(lián)一種材料的份量或數(shù)量，或其特定的一種特征時，則表示該份量足以使該材料或該種特性提供某種影響。依據(jù)特定情形可允許的誤差確切程度可存在于某些情況中。如本文中所使用，用詞“大約”是用來提供關(guān)于數(shù)值范圍臨界值的些許彈性，使其指定值可“稍微高于”或“稍微低于”臨界值。如本文中所使用，用詞“大致上”是指某一作用、特征、性質(zhì)、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、物品或結(jié)果的完全或接近完全的范圍或程度。舉例而言，“大致上”被封閉的對象將意指該對象被完全封閉或接近完全地被封閉。與絕對完全性的確切可容許的偏差度可在一些情況下視特定情形而定。然而，一般而言，完成的接近度所具有的總結(jié)果與達成絕對及完全的完成時相同。當用于否定含義時，“大致上”的使用同樣適用于指完全或接近完全地缺乏某一作用、特征、性質(zhì)、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、物品或結(jié)果。舉例而言，“大致上不含”粒子的組成物將完全無粒子，或非常接近完全地無粒子以致效果與完全無粒子時相同。換言之，“大致上不含”某一成份或元素的組成物實際上仍可含有該物品，只要其不存在可量測的影響即可。為方便起見，如本文中所使用，可將復(fù)數(shù)個物品、結(jié)構(gòu)組件、組成組件及/或材料呈現(xiàn)于共同清單中。然而，這些清單應(yīng)被理解為該清單的每一成員經(jīng)個別識別為個別及唯一的成員。因此，若無相反指示，則該清單中的個別成員均不應(yīng)僅僅基于其在共同組中的呈現(xiàn)而理解為同一清單中的任何其它成員的實際等效形式。濃度、量及其它數(shù)值資料在本文中可以范圍格式表示或呈現(xiàn)。應(yīng)了解，該種范圍格式僅為方便及簡單起見而使用，且因此應(yīng)靈活地解釋為不但包括明確在該范圍界限內(nèi)所列的數(shù)值，而且包括涵蓋于該范圍內(nèi)的所有個別數(shù)值或子范圍，就如同明確列出每一數(shù)值及子范圍一樣。舉例而言，“大約1至大約5 (about 1 to about 5) ”的數(shù)值范圍應(yīng)解釋為不但包括大約1至大約5的明確所列值，而且包括所指范圍內(nèi)的個別值及子范圍。因此，在此數(shù)值范圍內(nèi)包括例如2、3及4的個別值以及例如1至3、2至4及3至5等的子范圍，以及個別的1、2、3、4及5。所述的此原理同樣適用于僅列出一個數(shù)值(如最小值或最大值)的范圍。此外，該種解釋應(yīng)不管范圍的寬度或所描述的特征如何而均可應(yīng)用。本發(fā)明于一材料的移除過程中振動該部件可具有許多優(yōu)點。振動導(dǎo)致一裝置與一工作件之間產(chǎn)生重分配(re-distribution)而移除材料的力量，因而減少該裝置對該工作件的定向力。因此，于一些裝置中加入振動組件可使同樣的作業(yè)耗費較低的整體力量以及既有的定向力重分配較低。此外，振動對粒子的運動也產(chǎn)生有利的影響。對于CMP工藝，對系統(tǒng)的不同部分產(chǎn)生振動大體上可產(chǎn)生許多效益。舉例而言，其中一個優(yōu)點是拋光工藝的應(yīng)力較低，尤其對某些拋光工藝而言能夠有明顯地改進。于一拋光墊以及一晶圓之間導(dǎo)入振動處理可減輕該接觸接口的拋光應(yīng)力并且在較低的接觸壓力下便可進行拋光，因而減少刮痕發(fā)生的可能性。此外，較低的接觸壓力可使導(dǎo)致接觸接口過熱并損傷該晶圓或該拋光墊的剪切力與摩擦阻力下降。由于在該拋光墊與該晶圓的接口處的接觸壓力減小而降低材料形變，使得對較軟且更精致而傳統(tǒng)上不適用于拋光工藝的材料進行拋光作業(yè)是可行的。在該晶圓與該拋光墊之間的該接觸接口所進行的振動處理，需要拋光的銅箔電路以及質(zhì)地脆弱的對象便能夠在高速且低接觸應(yīng)力下進行拋光作業(yè)。如另一實施例，振動處理有利于使用漿料的拋光過程，此類振動可使該漿料充分地被攪拌，迫使位于拋光墊上的研磨粒子位于粗糙處的尖端，且因而增加拋光速率。進一步而言，該漿料與該晶圓之間的化學(xué)反應(yīng)通過此類充分的振動而加速。如一非限定的實施例， 通過攪拌漿料而徹底混合并促進離子對銅做來回運動，而增加純銅的氧化速率?？紤]到這些原則，本發(fā)明提供增加CMP工藝的拋光效能的方法。在一方面中，該方法可包含使一拋光墊與一晶圓之間的一接觸接口產(chǎn)生振動，以使該拋光墊與該晶圓之間的振蕩沿著一大致上平行于該拋光墊的一工作表面的方向。本發(fā)明還提供可改進CMP工藝的方法。在一具體實施例中，包含使一拋光墊修整器的超研磨粒子的阻力系數(shù)最小化的步驟以及與該步驟相關(guān)聯(lián)的裝置(One embodiment includes minimizing drag coefficient on superabrasiveparticles of a CMP pad dresser and associated devices.)。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在常規(guī)調(diào)整循環(huán)中對一拋光墊修整器的研磨粒子進行特定振動處理可以減少該復(fù)數(shù)超研磨粒子的阻力系數(shù)而對該拋光墊及其修整器產(chǎn)生良好的影響。舉例而言，阻力系數(shù)減少可能使拋光墊產(chǎn)生大致上高度均一的粗糙部以及大致上深度均一的凹處或溝槽。此外，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)擁有這些特性的拋光墊可具有較能夠預(yù)期的拋光速率并且可提升經(jīng)拋光后晶圓的質(zhì)量。由于阻力系數(shù)減小而產(chǎn)生的其它益處則是拋光墊具有較長的使用壽命以及減少該復(fù)數(shù)超研磨粒子的磨損。
使該CMP裝置(包含該拋光墊的任何一部分、拋光墊修整器或晶圓)產(chǎn)生振動，還可減少材料的黏滯滑動。即振動該拋光墊、CMP修整器和/或晶圓，使其在相互接觸時減少了直接且可能有害的接觸。材料經(jīng)常具有相互黏附的傾向(其來自于摩擦力)并且滑動。 對大部分所實施的運動而言，此影響并非不利的、有害的或甚至是一種阻礙，然而，當處理對厚度及表面變異程度要求嚴格的材料時，這些滯滑效應(yīng)可能是相當有害的。于CMP過程中采用振動處理可使拋光和修整更有效率。在每個程序中減少黏滯滑動將會縮減撕裂和變形的產(chǎn)生。避免低介電性質(zhì)以及銅箔電路的毀損或破壞尤其重要。該工藝可經(jīng)由該振動處理減少漿料的消耗而進一步提升效能。該振動處理可使?jié){料粒子在被移除前的使用次數(shù)增加，也可減少黏滯滑動的情形。如上所述，拋光墊通常由一氨酯類材料所制造，而通過將晶圓抵靠一旋轉(zhuǎn)中的拋光墊，能夠?qū)A進行平坦化。經(jīng)過數(shù)個晶圓拋光的過程之后，必須用一拋光墊修整器來減少或防止該拋光墊工作表面的釉化情形。反過來說，一拋光墊修整器通常包含一軸體以及一具剛性且耐用的基底，基底具有附著于其暴露表面的超研磨粒子。有許多種不同的方法來制造一個拋光墊修整器，拋光墊修整器可通過研磨粒子的位置來區(qū)別是以漿料為基礎(chǔ)還是固定磨料的形式。在以漿料為基礎(chǔ)的拋光墊中，該復(fù)數(shù)粒子位于添加在拋光墊上的漿料中。另外，在固定磨料形式的拋光墊中，該復(fù)數(shù)粒子附著于該拋光墊的基底，漿料可選擇性地使用在固定磨料的拋光墊。將超研磨粒子附著于該基底的工作表面上有許多種不同的方法。此類方法和拋光墊裝置已于美國第6，286, 498號、第6，679，243號和第6，884，155號專利中有詳細描述，以及美國第10/259，168號和第11/026，544號專利申請案各自以引用的方式并入本文中。所有類型的拋光墊修整器均可被考慮應(yīng)用于本發(fā)明。其包含固定磨料以及以漿料為基礎(chǔ)的拋光墊。固定磨料的拋光墊可能包含任何已知技術(shù)，其包括硬焊以及電鍍。于固定磨料的拋光墊中，該基底通常具有一附著有該復(fù)數(shù)超研磨粒子的暴露表面，且該復(fù)數(shù)超研磨粒子可能是呈平坦狀或波浪狀的。該基底通常包含有一金屬材料，而該基底可以包含有許多不同種類的金屬材料。特定金屬材料的例子包括但非限定于鈷、鎳、鐵、銅、碳以及它們的合金或混合物(例如鎢或其碳化物、鋼、不銹鋼、青銅等等)。該復(fù)數(shù)超研磨粒子可以利用硬焊或燒結(jié)的方式結(jié)合至該基底的暴露表面上。另外，將該復(fù)數(shù)粒子燒結(jié)至該暴露表面之前，可以先將該復(fù)數(shù)粒子暫時附著在該暴露表面上。在另一具體實施例中，該基底可為適用于與超研磨粒子結(jié)合的有機材料。此類基底可包含嵌入至一樹脂層的超研磨粒子以及一設(shè)置于該復(fù)數(shù)超研磨粒子與該樹脂層之間的金屬層。此類型的結(jié)構(gòu)型態(tài)在一些避免被含有金屬的工作件污染的特定工作環(huán)境下是理想的，甚至是關(guān)鍵的。可應(yīng)用不同種類的程序來將該復(fù)數(shù)超研磨粒子附著或燒結(jié)至該基底表面。舉例而言，微波燒結(jié)、真空燒結(jié)以及電鍍。對于一燒結(jié)的過程而言，可將一個具有開口的模板放置在一硬焊合金的薄板。在本發(fā)明的一方面中，該薄板可為一連續(xù)無晶的硬焊合金的輥壓片體。模板的使用可通過設(shè)計含有預(yù)設(shè)圖形的開口模板，使每一研磨粒子可被調(diào)控而設(shè)置于特定的位置上。該理想圖形可為一方格狀。一個理想均一的式樣例如方格狀可使每一粒子之間具有適當?shù)拈g隙。因此，均一的空隙通過平均分配所有粒子的負載量而提升該拋光墊的調(diào)節(jié)效能。將該模板放置在該硬焊合金片體后，該復(fù)數(shù)開口可以被超研磨粒子填滿。該復(fù)數(shù)超研磨粒子可包含有一個預(yù)定的型態(tài)，例如自形的、八面體的或立方八面體的。一般而言，該復(fù)數(shù)開口包含有一個預(yù)定的尺寸，以致于各個開口只能容納設(shè)置一研磨粒子。研磨粒子或磨粒的任何尺寸是可被接受的，然而在本發(fā)明的一方面中，該復(fù)數(shù)粒子的直徑尺寸可大約100至350毫米。在另一方面中，在該模板上的該復(fù)數(shù)開口尺寸可以依據(jù)需求變化以獲得一在均一尺寸范圍內(nèi)的研磨粒子圖形。將該復(fù)數(shù)超研磨粒子附著于一基底的第二種方法可以是將該復(fù)數(shù)粒子壓合于該硬焊合金薄板。在此方法中，移除該模板并經(jīng)熱處理時，保持該復(fù)數(shù)粒子在固定位置上。用該方法將該復(fù)數(shù)超研磨粒子結(jié)合在該基底適當深度的位置，以使該復(fù)數(shù)超研磨粒子突出該基底上端一預(yù)定的高度。在本發(fā)明的另一具體實施例中，該模板可設(shè)置在一具有薄黏膠膜的傳輸板上。在本方法中，該復(fù)數(shù)粒子通過上述已知模板工藝而固著在該傳輸板上。然后將該模板移除，且將該傳輸板設(shè)置在具有朝向傳輸板的研磨粒子的該硬焊薄板上。前述的黏膠層則設(shè)置在該硬焊薄板上，該黏膠層有比該傳輸板上的黏膠膜更強的黏性，因此，該研磨粒子通過該模板上形成的圖形轉(zhuǎn)印至該硬焊合金薄板。同樣的，該傳輸板可以有策略地使用黏膠液滴取代黏膠膜或黏膠層。該具體實施例可以減少該硬焊工藝中黏膠的污染量。此外，將該復(fù)數(shù)液滴有策略地或均一地設(shè)置成一預(yù)定型態(tài)的圖形而省略使用如上所述的具有開口的模板。每一黏膠液滴具有足夠的強度而可使單一研磨粒子附著在每一液滴上直到該復(fù)數(shù)粒子轉(zhuǎn)印至該硬焊薄板。一個對此類工藝更加仔細的說法可在申請人的檔案號碼為00802-M002的申請案中找到，該案是于2006年 10月沈日提出的。最后，該復(fù)數(shù)研磨粒子可結(jié)合在由金屬粉末制成的基底上。該金屬粉末可選自由多種已知可用來形成基底的材料。進一步而言，該金屬粉末包含硬焊合金以促進該復(fù)數(shù)研磨粒子的硬焊工藝。在一預(yù)處理步驟中，該復(fù)數(shù)研磨粒子置入該金屬粉末中，再對該金屬粉末進行凝固(solidification)及固結(jié)(consolidation)。在該硬焊或固結(jié)的步驟中，該復(fù)數(shù)研磨粒子與該基底之間形成化學(xué)鍵結(jié)，使拋光墊修整器較能抵抗粒子的削切與撞擊而變得耐用。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以了解前面所述的一般工藝中有許多變化，且所有制造拋光墊修整器的工藝均視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。適合用在拋光墊修整器的超研磨材料，如此處所揭示，可以是任何天然的或是人工合成的鉆石、超硬結(jié)晶、或多晶基底、或基底混合物，該超研磨材料包含但不限定于鉆石、 類鉆碳混合物、多晶鉆石、立方氮化硼以及多晶立方氮化硼。如前所述。該復(fù)數(shù)粒子的尺寸可以變化但其直徑為大約100至大約350毫米之間。如前所述，于一典型的拋光墊拋光工藝中，一晶圓壓抵于一可變形的聚氨酯拋光墊，該拋光墊旋轉(zhuǎn)攪動一含有微米尺寸的研磨磨粒的化學(xué)漿料并注入該拋光墊的溝槽與粗糙部中，以輔助該晶圓的平坦化。必須注意的是，該拋光墊中突出于該拋光墊表面的最高粗糙部將與該晶圓進行初始接觸，且持續(xù)地在整個拋光過程中對該晶圓表面進行拋光。在該晶圓拋光過程中，該晶圓以及該拋光墊均開始磨損。具體而言，與晶圓進行初始接觸的拋光墊粗糙部將會比其它粗糙部更快速地磨損，從而使一拋光墊以及經(jīng)拋光后的晶圓產(chǎn)生厚度的不同與不規(guī)則度。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，降低拋光墊修整器上的研磨粒子的阻力系數(shù)可使拋光墊具有均一的粗糙部，而可產(chǎn)生質(zhì)量較高的拋光晶圓、使用壽命較長的拋光墊、可預(yù)期的拋光速率以及對該拋光墊修整器上的超研磨粒子而言有較少的磨損。因此，重點在于發(fā)展出能夠減少該復(fù)數(shù)粒子的阻力系數(shù)的方法，以使該拋光墊的工作表面產(chǎn)生該復(fù)數(shù)一致的粗糙部以及溝槽。傳統(tǒng)而言，當超研磨粒子在該修整器呈圓周運動的旋轉(zhuǎn)而削切以及橫穿于該拋光墊的工作表面時，便會在拋光墊上形成粗糙部，從而從該拋光墊移除碎片，并且復(fù)原該拋光墊的工作表面的粗糙部。大部分該削切與橫穿是通過拖曳該復(fù)數(shù)粒子至可變形的聚氨酯材料而達成。此類拖曳促使粗糙部產(chǎn)生不一致的、不規(guī)則的且不可預(yù)測的尺寸。因此，減少該拖曳的影響以獲得具有均一的高度與深度粗糙部是相當需要的。在一具體實施例中，可通過在刷洗過程中對該修整器產(chǎn)生振動處理，更具體而言可以是對該修整器上的該超研磨粒子進行振動處理，而減少拖曳或拖曳系數(shù)對該復(fù)數(shù)超研磨粒子所造成的影響。已發(fā)現(xiàn)該復(fù)數(shù)粒子的振動運動對于增進該復(fù)數(shù)粒子的磨損且增進該拋光墊的回復(fù)特性是有效的。就功能性而言，該振動處理可減少墊材料的使用量，以及該材料與該復(fù)數(shù)超研磨粒子相接觸的頻率。當該復(fù)數(shù)超研磨粒子以超音波的速率振動且削切入該拋光墊中，材料的一部分可一致地位移至該復(fù)數(shù)超研磨粒子的兩側(cè)邊，從而產(chǎn)生均一高度的粗糙性以促進晶圓拋光的均一性。此外，降低阻力系數(shù)可通過限制CMP墊材料的接觸量以減少超研磨顆粒的耗損和延長其壽命。因此，一種減少拋光墊上粒子的阻力系數(shù)的方法可使拋光墊產(chǎn)生具有大致上均一高度的粗糙部與均一深度的孔槽。該均一的高度與深度可通過對該修整器上的粒子進行特定的振動處理而產(chǎn)生。具體而言，該復(fù)數(shù)粒子是可以橫向的、圓周的、橢圓的或是任何隨機的運動，該運動大致上平行于該拋光墊的工作表面。在本發(fā)明的一方面中，該復(fù)數(shù)粒子為橫向地(即自一側(cè)邊至另一側(cè)邊來回地)振動，以使拋光墊被接觸的量減少而減少拖曳。還發(fā)現(xiàn)當該復(fù)數(shù)粒子在一大致上平行于該拋光墊的工作表面的方向而非垂直或縱向于該拋光墊的工作表面的方向振動時，該拖曳量顯著地減少。因此，該拋光墊與修整器則可獲得許多益處，例如均一且最小量的粗糙部尺寸。與傳統(tǒng)的刷洗裝置相比較，通過本發(fā)明的拋光墊修整器能夠形成該均一的粗糙部尺寸。當該材料由于該拋光墊修整器受到削切與橫穿而呈一致地位移時，該復(fù)數(shù)粒子的振動移動可將材料被每一超研磨粒子的拖曳量降至最低，且因而減少了該粗糙部整體的尺寸。另外，如前所述，可通過使用一具有從該基底延伸至一預(yù)定高度的超研磨粒子的拋光墊修整器，以使該復(fù)數(shù)凹處產(chǎn)生與該復(fù)數(shù)粒子的預(yù)定高度相對應(yīng)的深度，而形成具有均一深度的粗糙部。在此具體實施例中，該墊材料因被移除而產(chǎn)生的變形總量可通過一致的刷洗過程而維持在一最小值。必須注意的是，該拋光墊由于拋光墊本身的材料移除量減少而不用經(jīng)常更換，而能夠延長使用壽命。由具有一經(jīng)降低的拖曳系數(shù)所形成的最小且均一的粗糙部尺寸能夠均勻分配該拋光墊的負載量；而延長該拋光墊的使用壽命。舉例而言，已確定的是每一粗糙部上的負載量分布決定拋光速率，以及該經(jīng)拋光后的晶圓的均一性或平坦性。若粗糙部的高度變得不規(guī)則且各不相同，最初接觸的粗糙部將會相當?shù)厣佟ｋS著持續(xù)拋光的程序，更多粗糙部會與該晶圓表面接觸，造成接觸壓力下降且拋光速率減低。該接觸壓力主宰著每一粗糙部的拋光速率。換句話說，晶圓接觸到極少量的粗糙部將導(dǎo)致每一粗糙部承受較高的壓力且產(chǎn)生較高的拋光速率。進一步而言，晶圓接觸到極少量的粗糙部會使拋光速率變得不穩(wěn)定；隨著更多的接觸產(chǎn)生，該拋光速率將會快速地降低。相反地，若超研磨磨?？尚纬删哂休^為均一高度的粗糙部，由于更多的接觸點可促使產(chǎn)生一更加均一的拋光工藝，而該拋光速率可以更為得到保持，而有高質(zhì)量的晶圓成品。因此，愈多的粗糙部于該拋光工藝開始時就與晶圓接觸，則該聚氨酯制成的拋光墊可以使用得更久。振動器，或一振動源，可以位于該CMP裝置上的不同位置。該振動器可連接于該拋光墊的任何位置而可產(chǎn)生一大致上平行于該拋光墊的工作表面的方向的振動。例子包含連接或結(jié)合于該拋光墊的側(cè)面或周緣、連接于該拋光墊的底部的任何位置(即該拋光墊的基底相對于該工作表面的一側(cè)面)、連接在該拋光墊的側(cè)面包含任何形式(例如軸、里襯) 等等。同樣地，連接該拋光墊修整器的位置可以是在該基底的側(cè)面、該工作表面的周緣、該修整器的底部、軸內(nèi)部或其它包裝物等等。連接于該晶圓的方式可通過任何本領(lǐng)域的已知技術(shù)并通過與該晶圓連接的裝置(例如固定環(huán))例如，或直接連接于該晶圓。在本發(fā)明中，該拋光墊修整器或該拋光墊可具有至少一個結(jié)合于該修整器一位置的振動器，該位置使振動器可沿著大致上平行于該結(jié)合有修整器的拋光墊上工作表面方向來振動該修整器。一振動器可結(jié)合于該拋光墊修整器，盡管可用多個振動器來獲得對該復(fù)數(shù)超研磨粒子適當?shù)恼駝犹幚?。該振動器可用來對該拋光墊修整器中的該復(fù)數(shù)超研磨粒子產(chǎn)生振動處理，該振動處理可降低拖曳系數(shù)。該振動器可以是任何能夠產(chǎn)生如本文所述的振動處理的形式。任何電子/機械的驅(qū)動系統(tǒng)可用于產(chǎn)生該理想的振動處理。依據(jù)本發(fā)明的一方面中，該振動器可以是包含壓電材料的超音波換能器。另外，該振動器可以為具有導(dǎo)電線圈的電磁鐵，上述具體實施例并非限定本發(fā)明；其它振動手段也可用于本發(fā)明。在另一具體實施例中，許多個振動器例如超音波換能器、電磁鐵或其組合可結(jié)合于該修整器的位置，該位置可使振動器在一大致上平行于該拋光墊的工作表面振動該修整器。該振動處理可以是定向聚焦或擴散。此外，該振動可通過一增幅器放大或通過避震墊(例如一壓克力板)減緩。在一些方面中，該振動可為定向調(diào)控的?？梢允褂靡粋€以上的振動器。在一具體實施例中，該振動處理可被設(shè)計為用來產(chǎn)生一對稱的振動，進而達到共振。在另一具體實施例中，來自多個來源的該振動處理可以是非對稱的，進而造成該拋光墊和/或晶圓之間的變化。這對于本發(fā)明中該拋光墊消耗最少的一部分是相當有益的，而該振動處理可在該部分區(qū)域加強以使該拋光墊的側(cè)視面為平坦的效果。此一設(shè)計可平衡拋光墊的使用且有利于晶圓達到較為均一的厚度或較為平坦的表本發(fā)明中的頻率范圍為大約1千赫茲至大約1000千赫茲。該能量范圍為大約1 瓦至大約1000瓦。如前所述，對該拋光墊修整器的超研磨粒子所進行的振動處理來自于一振動器或一振動手段，例如壓電換能器。使用時，該拋光墊修整器或拋光墊可以橫向的、圓周的、橢圓的或隨機的運動，且大致上平行于該拋光墊的工作表面以及如前所述的其它方向進行運動。另外，該振動處理可以是完全位于平行于該拋光墊的工作表面的方向。該壓電換能器應(yīng)適合用來在大于15千赫茲的超音波頻率下振動該復(fù)數(shù)粒子。一般而言，高于人耳聽覺可感受的頻率，即大于約每秒15000個周期，視為超音波)。在一具體實施例中，該振動器可在大約為20千赫茲的頻率下振動該復(fù)數(shù)粒子。在進一步的具體實施例中，該超音波振動可通過在該拋光墊中散布漿料粒子以大幅提升工藝效能。作為漿料的一部分以輔助拋光工藝進行的漿料粒子或從已拋光的對象被移除的粒子均具有不利于拋光工藝的傾向。該復(fù)數(shù)粒子可被制作成為該拋光墊的一部分且該復(fù)數(shù)粒子刮擦已經(jīng)拋光后的對象，例如晶圓。超音波振動可分散該復(fù)數(shù)漿料的粒子且提供一機制用于更有效地移除被釉化的材料及碎片。在本發(fā)明的另一具體實施例中，該振動器可經(jīng)過調(diào)整以控制該復(fù)數(shù)超研磨粒子的振動移動以及每一粒子的拖曳系數(shù)，以獲得一最適當?shù)膾伖膺^程。控制或調(diào)整該復(fù)數(shù)超音波波長的振動頻率、振幅或該兩者可針對所提供的拋光墊修整器改變拋光效能。具體而言， 較高的頻率可制造具有較高的隆起緣和/或較深的孔槽的粗糙部。另外，增加該超音波振動的振幅還可影響這些容許較多漿料進入該拋光墊表面進而增加該系統(tǒng)的整體拋光效能的該復(fù)數(shù)粗糙部尺寸。實際上，控制該振動頻率以及振幅使得每一經(jīng)刷洗而改變粗糙部尺寸的超研磨粒子的拖曳系數(shù)產(chǎn)生了變化。這一具體實施例可針對不同應(yīng)用進而獲得最佳拋光效能(Such an embodiment can beconducive for obtaining optimal polishing performance for variousapplications.)。舉例而言,增加該振動頻率以及減少該振幅可作為位于晶圓底部的氧化層的最適拋光。換句話說，增加該振動頻率以及減少該振幅對于拋光金屬層(例如銅箔電路)更為有效。進一步而言，當其它聚氨酯形式的材料用于形成一拋光墊而在該拋光墊的修整過程中有不同的反應(yīng)，則控制該振動特性可以是必要的。在一具體實施例中，該振動可以是連續(xù)的或間斷的，此外，該振動可作為多個步驟中的一部分，或為一具有不同振動參數(shù)的程序，其中在拋光過程中在特定的時間點分別選擇并且使用不同振動參數(shù)。該振動參數(shù)包括但不限定于頻率、振幅，以及來源。一般而言， 高振幅可產(chǎn)生較快的移除效果但伴隨著較高可能性的損傷，而低振幅環(huán)境中的頻率高，則拋光較慢但完成的成品較佳。因此，合理地按照一拋光程序，該拋光程序起始于一高振幅的條件，而后轉(zhuǎn)換成高頻率低振幅的振動，對于在一個較短的時間下制造一經(jīng)過拋光的材料是相當有利的，且與只有在單一振動參數(shù)的環(huán)境下進行拋光相比會有較好的完成品。該程序可以連續(xù)地轉(zhuǎn)換，例如隨著時間改變從一高振幅條件轉(zhuǎn)換成一低振幅條件，或者其是不同且分別獨立的階段，例如自一高振幅條件下立即轉(zhuǎn)換成一低振幅條件，在轉(zhuǎn)換中可選擇是否配合時間暫停。在移除銅元素的另一實施例中，當銅元素表面為粗糙部未加工的狀態(tài)時，可控制該拋光工藝在高振幅低頻率的條件下，在拋光初期快速移除銅元素；而后當接近拋光工藝終點時(例如當位于該銅元素層下的氮化鉭阻障層露出時)，于高頻率低振幅的條件下來移除該銅元素。進一步而言，該振動參數(shù)可以按照適當情況而被調(diào)整成特定的環(huán)境條件，例如漿料的添加、漿料的黏度、新的晶圓、不同的晶圓型態(tài)、新的或不同的墊調(diào)節(jié)器或修整器， 以及反應(yīng)出拋光墊的環(huán)境條件的其它變量。在另一具體實施例中，該振動處理可導(dǎo)致該拋光墊的至少一部分的溫度增加至少大約5°C。在另一具體實施例中，該溫度可增加至少大約20°C。下列實施例表示不同的方法與裝置，以及在一拋光墊修整過程中減少超研磨粒子的拖曳參數(shù)的影響。這些實施例只用于揭示，而不對本發(fā)明造成任何限制。實施例1一超音波換能器連接于一典型的拋光墊修整器的一側(cè)面。在該拋光墊修整器上， “側(cè)面”表示在該拋光墊修整器中大致上垂直于該拋光墊的工作表面的一外壁面。該換能器連接于該側(cè)邊的一非直接與該拋光墊修整器的工作面相接觸的位置。當使用該拋光墊時， 該拋光墊修整器可結(jié)合至該拋光墊，并且在大致平行于該拋光墊的工作表面的方向振動時修整該拋光墊。實施例2一超音波換能器連接于一典型的拋光墊修整器的一側(cè)面。“側(cè)面”的意義與位置與實施例1所述一致。當使用該拋光墊時，該拋光墊修整器可結(jié)合至該拋光墊且該振動處理能夠提升該拋光工藝。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改變， 修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提升化學(xué)機械拋光(CMP)工藝的拋光效能的方法，其包含有使一 CMP工藝中對一位于一 CMP拋光墊以及一晶圓之間的一接觸接口產(chǎn)生振動，以使該拋光墊以及該晶圓之間所產(chǎn)生的振蕩沿著一大致上平行于該拋光墊的一工作表面的方向。
2.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，使該接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含有在一大致上平行于該接觸接口的方向振動該接觸接口。
3.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，使該接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含振動該拋光墊。
4.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，對使接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含振動該晶圓。
5.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，使該接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含振動該拋光墊以及該晶圓。
6.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，進一步包含降低該接觸接口的接觸壓力，使位于該接觸接口的接觸壓力小于未經(jīng)振動處理的接觸接口的接觸壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，該接觸接口的振動包含橫向運動、圓周運動、橢圓運動、隨機運動以及它們的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，進一步包含改變對該產(chǎn)生振動的接觸接口所進行的振動頻率。
9.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，進一步包含改變對該產(chǎn)生振動的接觸接口所進行的振動振幅。
10.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，該接觸接口是以大于15千赫茲的超音波頻率作振動。
11.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，該振動為一連續(xù)振動。
12.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，該振動為一間歇性振動。
13.如權(quán)利要求1所述的提升CMP工藝的拋光效能的方法，其特征在于，該振動為兩個或多個的重疊振動。
14.一種CMP系統(tǒng)，其包含有一拋光墊；一晶圓，其設(shè)置于一接觸接口上，從而在一拋光過程中接觸該拋光墊；以及一功能性地結(jié)合于至少包括該拋光墊及該晶圓其中之一的拋光系統(tǒng)，該振動系統(tǒng)可于一大致平行于該接觸接口的方向?qū)υ摻佑|接口產(chǎn)生振動。
15.如權(quán)利要求14所述的CMP系統(tǒng)，其特征在于，該振動系統(tǒng)包含有至少一超音波換能器。
16.如權(quán)利要求14所述的CMP系統(tǒng)，其特征在于，進一步包含用來接收該拋光墊的一拋光墊安裝系統(tǒng)，其中該振動系統(tǒng)結(jié)合于該拋光墊安裝系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求14所述的CMP系統(tǒng)，其進一步包含有用來接收該晶圓的一晶圓安裝系統(tǒng)，其中該振動系統(tǒng)結(jié)合于該晶圓安裝系統(tǒng)。
18.一種CMP工藝方法，其包含有 將一拋光墊與一晶圓相接觸；將該拋光墊與該晶圓相互移動以進行CMP過程；使該拋光墊或該晶圓的至少其中一個產(chǎn)生振動，以使該拋光墊與該晶圓之間所產(chǎn)生的振蕩沿一大致上平行于該拋光墊的一工作表面的方向。
19.如權(quán)利要求18所述的CMP工藝方法，其特征在于，進一步包含振動該拋光墊。
20.如權(quán)利要求18所述的CMP工藝方法，其特征在于，進一步包含振動該晶圓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提升CMP工藝的拋光效能的方法及系統(tǒng)。在一方面中，舉例而言，增加CMP工藝的拋光效能包含有于CMP工藝中對一位于一拋光墊以及一晶圓之間的接觸接口產(chǎn)生振動處理，以使該拋光墊以及該晶圓之間所產(chǎn)生的振蕩沿一大致上平行于該拋光墊之一工作表面的方向。在一特定方面中，使該接觸接口產(chǎn)生振動的步驟包含于一大致上平行于該接觸接口的方向振動該接觸接口。該振動處理可包含對振動該拋光墊、振動該晶圓或振動該拋光墊與該晶圓。此類振動處理可使位于該接觸接口的接觸壓力相較于未經(jīng)振動處理的接觸接口而言來的較低，從而將對該拋光墊或該晶圓的損害減至最小。
文檔編號H01L21/302GK102179732SQ201010611010
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者宋健民 申請人:宋健民