TW201029802A - High-rate polishing method - Google Patents

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201029802 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於化學機械柯磨（_ 獄 hanicalpolishing;CMP)，域尤其是本 關於改善研磨效能之CMP方法。 东 【先前技術】 於製造積體電路和其他的電子骏置於半導體晶圓上方 面’導電、半導電、和介電材料之多層係沉積在晶圓上並 且從該晶圓上後刻掉。可以藉由許多的沉積技術沉積這此 材料之薄層。現代晶圓製程中常見的沉積技術包含物軌 ° 相沉積（PVD)(亦稱為雜）、化學氣相沉積（CVD)、電锻辅 助化學氣相沉積⑽⑽、和電化學電鑛。常見的侧技術 除了別的以外尚包含濕式和乾式等向性（is〇tr〇pic)和非 等向性（anisotropic)姓刻。 當材料層接續地沉積並姓刻，晶圓之表面變成不平 坦。因為後續的半導體製程（例如’光學微影術）要求晶圓 具有平坦之表面，因此晶圓須要被週期性地平坦化。平坦❹ 化用來去除不需要的表面形貌（t〇p〇graphy)以及表面缺 陷’譬如粗經表面、結塊材料、晶格損壞、刮痕、和受汙 染之層或材料。 化學機械平坦化’或者化學機械研磨（CMp)為用來平坦 化半導體晶圓和其他的工件的常見技術。於習知使用雙轴 旋轉研磨機之CMP中’晶圓载體，或者研磨頭係安裝在載 體組合件上。研磨頭固持晶圓和定位晶圓使之與研磨機内 94795 4 201029802 的研磨墊之研磨層接觸。研磨墊具有大於被平坦化之晶圓 直徑二倍之直徑。於研磨過程中，當晶圓與研磨層接合時， 研磨墊和晶圓繞著其各自的同心圓之中心旋轉。晶圓之旋 轉軸相對於研磨墊之旋轉軸偏移大於晶圓半徑之距離，而 使得研磨墊之旋轉在墊的研磨層上掃出一個環狀的 (annu 1 ar)「晶圓執跡」。當晶圓唯一之運動為旋轉時，晶 圓軌跡之寬度等於晶圓之直徑。然而，於一些雙軸研磨機 中，晶圓會於垂直於其旋轉軸之平面上振盪。於此種情況 ® 下，晶圓執跡之寬度比晶圓直徑寬了因振盪所產生之位移 之量。載體組合件於晶圓與研磨墊之間提供可控制的壓 力。於研磨過程中，漿料或其他的研磨媒介流至研磨墊並 且進入晶圓與研磨層間之間隙中。藉由研磨層和晶圓表面 上之研磨媒介的化學和機械動作而研磨晶圓表面並使其平 坦。 於CMP過程中，研磨層、研磨媒介和晶圓表面間之互 φ 動已經由愈來愈多之研究努力，以最佳化研磨墊之設計。 多數的研磨墊經過若干年發展後在本質上已經成為經驗。 許多研磨表面或者層之設計已經將焦點放在為這些層提供 各種的空隙（voids)圖案和溝槽的配置，而據稱因而提升了 漿料之利用性或者調整了研磨的均勻度。經過這些年，已 很少再有不同的溝槽和空隙圖案和配置被實施出來。先前 技術中構槽圖案除了其他之外尚包括徑向式（radia 1 )、同 心圓式、直角格狀式（Cartesian grid)及螺旋式。先前技 術中溝槽組構包含其中所有的溝槽之寬度和深度在所有的 5 94795 201029802 溝槽之間均為不變的組構，和其中溝槽之宽度和深度於各 溝槽彼此之間有變化之組構。然而這些溝槽圖案和組構忽 略了與具有主動晶圓載體環之CMP研磨機相關之漿料使 用。 最近，G. P. Muldowney於美國專利公開第2008/ 0182493號中揭示了一種淺漿料槽，該淺漿料槽藉由於複 數個位置之上將研磨墊溝槽對準載體環中通道以增加漿料 使用而作用。此專利案教示研磨墊和載體環組合，該組合 減少了於晶圓前緣之刮衆板效應（squeegee ef feet)，其中 於墊紋理上之許多的液體膜（例如漿料）被載體環所掃離 (swept of f)。該專利案進一步敘述「此種潛在性可使用敷 料的損失也許會降低研磨製程之效率和可預測性，同時導 致明顯增加的製程成本」。 雖然Mu 1 downey之淺漿料槽樣式增加衆料使用並且減 少具有通道之載體環的刮漿板效應，但是對CMP研磨製程 而言，當使用不具通道之載體環時仍有需要提供具有改善 研磨效能之有效的移除率。研磨墊的設計者正持續地尋求 提升移除率以增加工具產率（throughput)，和增進改良研 磨效能以增進晶圓產量（yields)之溝槽圖案和研磨方法。 【發明内容】 本發明之一個態樣提供一種於研磨媒介存在下以研磨 墊研磨磁性、光學、和半導體基板至少其中之一的方法， 該基板係固定在具有無通道（channel-free)表面之載體夾 具内，該方法包括：a)固定該基板於該具有無通道表面之 6 94795 201029802 載體夹具中，該無通道表面係鄰接並且平行於該研磨墊之 研磨表面，該研磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少 50%之高速率路徑是在20%之溝槽軌跡極座標（φ，τΟ 内，該極座標係相對於（referenced to)研磨墊之同心圓的 中心並且依據：（1)該研磨墊之同心圓的中心與待研磨之基 板之旋轉中心間之距離R，（2)載體夾具之半徑Rc，以及（3) 於載體夹具中假想的溝槽之局部角（local angle) <9 c〇，而 如下定義：

V 老 sin 纥 + (tan ΑρΧ是 cos 么 +1)办， ” r-r, cos ^ + Ο - 〇c〇 )-^ sin φ0 r' 其t么=cos-

V

2RR c -π r 值為從（R-Rc：)至（R + Rc) b)施加研磨媒介至該鄰接於載體夾具之研磨墊；以及c)旋 轉該研磨墊和載體夾具而以該研磨墊和研磨媒介研磨該基 ® 板，其中該載體夹具之無通道表面壓靠該研磨墊以阻止研 磨媒介流入基板中並且該高速率溝槽路徑橫越載體夾具以 促進研磨媒介流至該基板。 本發明之另一個態樣提供一種於研磨媒介存在下以研 磨墊研磨磁性、光學、和半導體基板至少其中之一的方法， 該基板係固定在具有無通道表面之載體夾具内，該方法包 括：a)固定該基板於該具有無通道表面之載體夹具中，該 無通道表面係鄰接並且平行於該研磨墊之研磨表面，該研 7 94795 201029802 磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少50%之高速率路 徑是在2 0 %之溝槽軌跡極座標（Φ，Τ' )内，該極座標係相 對於該研磨塾之同心圓的中心並且依據：（1)研磨墊之同心 圓的中心與待研磨之基板之旋轉中心之間距離R，（2)載體 夾具之半徑Rc，以及（3)於載體夾具中假想的溝槽之局部角 β ct)，而如下定義： j是sin九+ (tan奇cos么+1)办， r cos^+1)- (tan 0cQ sin φε ry 其中么=cos-1 (R2+R2c-r2) -一 π v j

r值為從（R-Rc)至（R+RO b)施加研磨媒介至該鄰接於載體夾具之研磨墊；以及 c)以相同的方向旋轉該研磨墊和載體夾具而以該研磨墊和 研磨媒介研磨該基板，其中該載體夾具之無通道表面壓靠 該研磨墊以阻止研磨媒介流入基板中並且該高速率溝槽路 徑橫越載體夾具以促進研磨媒介流至該基板。 【實施方式】 本發明發現以具有複數個彎曲徑向（curved-radial) 溝槽之研磨墊結合無通道載體環的CMP研磨提供改善之研 磨效能。尤其是，無通道載體環以類刮漿板方式（39此6866-1 ike manner )屢靠研磨整，而將漿料導向穿過彎曲徑向溝 槽和載體環之下方至基板。相較於其他的墊一載體環組 合，此種對漿料流至基板之限制能夠提供預想不到的好處。 8 94795 201029802 現在參照各圖式，第1圖顯示製造用於依照本發明之 方法的研磨墊100之一個實施例。如下列之說明，研磨墊 100依照具有無通道載體環或者夾具108之各對應載體104 (例如，晶圓載體）而特別協同設計。為了此說明書之3的， 無通道載體環表示支撐基板120,但是不包含當環停靠在 平坦表面上時能夠將研磨媒介（譬如研磨漿料（未顯示））從 載體環外側輸送至載體環内部之通路（passageways)結 構。典型上，載體環108將具有低於100//m之表面粗糙度 Ο

Ra。更有利的情況是，載體環將具有低於5 0 # m之表面粗 糙度。研磨墊100包含複數個組構成與無通道載體環108 協作之墊溝槽116，以便當研磨墊100掃過載體104下方 時控制研磨媒介流至被研磨之基板120(譬如半導體晶 圓）。明確而言，無通道載體環108係以類刮漿板方式壓靠 研磨墊100以阻止於無通道載體環108與研磨墊100之間 的流體流動，而將之導向為流至墊溝槽116。因為墊溝槽 φ 116橫越無通道載體環108，因此他們促使漿料於前緣124 流至基板120。確切言之，當研磨墊100與載體104分別 沿預定的方向Dm、Dc：戲⑽旋轉時，此無通道載體環108與 墊溝槽116之間發生交互作用。 參照第1和2圖，研磨塾100包含具有研磨表面132 之研磨層128。於一實例中，可以藉由背層（backing layer) 或者下墊（subpad) 136而支持研磨層128，該背層或者下塾 136可以與研磨層128整體形成，或者可以與研磨層128 分離形成。研磨墊100典型上具有圓盤形狀，而使得研磨 9 94795 201029802 表面132具有同心圓的中心。和圓形的外周緣—外周 緣140位於㈣一段徑向距離處，如由特定長度之半徑“ :且=，體可相容(carrier_c〇m_ ”有徑向或者彎曲徑向形狀。為了詳述本說明堂之目 的，徑向或者彎曲徑向形狀在沿著半徑I長度上: -個位置與研磨塾⑽之半徑“相切。可以用適合研磨 被研磨之物件之任何的材料製造研磨層128，該被研磨之 物件除了別的以外尚譬如半導體晶圓、磁性媒體物件（例 如，電腦硬碟機之磁碟）、或者光學元件（例如，折射透鏡、 反射透鏡、平面反射器或者透明平面物）。為了說明而非限 的’用於研磨層128之材料的例子包含各種的聚合 物跡，除了許多其他的之外尚有聚胺甲酸脂、聚丁二稀、 聚t脂、和聚丙蝉酸甲脂。此外，這些材料可以包含或 不包#孔洞（porosi ty)。 整溝槽116可以用數種適當的方式中任—種配置於研 ft: 132上。於一個實例中’墊溝槽116可為周邊圍地 圍為者同心圓的中心㈣如使用固定的角度間距（angular

Pltch)重複單一溝槽形狀。於第1圖顯示之另一個實例 中’：溝槽m可配置於至少一個溝槽組144，該溝槽組 144重複地周邊圍繞著（例如以固^的角度間距）同心圓的 中心〜於一個實例中，溝槽組144包括複數個塾溝槽川， 彼等共用相似形狀，但是延長之量不同。有利的情況是， 個別墊溝槽116之區別在於其與鄰接溝槽間的間距。這些 漢槽有可能與另一個溝槽（譬如圓形、螺旋形、或X-Y溝 94795 10 201029802 槽）相交。然而有利的情況是，這些鄰接的溝槽不與晶圓軌 跡中之其他漠槽相交。如將會瞭解到的，由於研磨塾10 0 其圓形之本質，從鄰近墊之同心圓的中心0延伸接近或至 該墊之外周緣140並具有固定的角度間距之多個溝槽間之 間距會自然地朝向墊之外周緣140方向增加。因此，為了 提供更均勻（uni form)的溝槽，於一些設計中，當間距超過 某一量時會希望所提供之研磨墊1〇〇具有更多、但是較短 之墊溝槽116。可容易瞭解的是，可依需要形成數個溝槽 組144圍繞著同心圓的中心（9。 再者，配合第1圖再參照第2圖，複數個溝槽116之 各者可以用任何適當的方式在研磨層132中形成，如藉由 銑削（milling)、模鑄、雷射切割等。複數個墊溝槽116之 各者可依需要形成具有剖面形狀148，以適配一組特定之 設計準則。舉例而言，複數個溝槽116之各者可以具有三 角形、正方形、長方形148a(第2圖）、或者U形剖面形狀。 φ 典型上，方形、長方形和U形剖面提供了最佳研磨性能。 於另一個實例中，各墊溝槽116之剖面形狀148可以沿著 溝槽之長度變化。又於另一個實例中，剖面形狀148可於 一個墊溝槽116與另一個墊溝槽116之間變化。又於另一 個實例中，若設有多個溝槽組144，則剖面形狀148可於 一個溝槽組與另一個溝槽組間變化。所屬技術領域具有通 常知識者將了解到於實行墊溝槽116之剖面形狀148時設 計者具有廣泛之剖面形狀適用範圍。 現在參照第1至3圖，各墊溝槽116(第1圖）均設置 11 • 94795 201029802 ❹ 有載體可相容溝槽之形狀152。於高水平位置上，載體可 相谷溝槽之形狀15 2可以藉由描述各對應之溝槽116之方 = '位置、和輪廓之複數個點156加以定義。各點156可 藉由於軸（譬如，像是水平軸16〇)間形成之角度0，和從 研磨塾100之同心圓的中心0伸出的半徑^加以定位。於 一個實例中，載體可相容溝槽之形狀152可以整個，或者 實質上整個研磨表面132之半徑距離（亦即，RpAD)加以定 義。於另-個實例中，載體可相容溝槽之形狀152可以盘 被研磨之物件（例如，晶圓12G)之位置間的關係加以定義、。 又於另-個實例中，載體可相容溝槽之形狀152可以定義 於研磨表面132(第2圖）上之研磨執跡164之一部分内（亦 即，於研磨過程中面對晶圓120或者其他被研磨之:件之、 研磨表面的區域）。典型的情況是，當從中心〇之护向方向 測量時載體可相容溝槽伯據至少5〇%之晶圓軌跡 〇 2況是，當從中W之徑向方向測量時載體可相容溝槽佔 據至少二分之二之晶圓執跡。最有利的情況是，載體可相 容溝槽佔據整個晶圓軌^研磨軌跡164可以藉由内邊界 164a和外邊界164b界定。所屬技術領域具有通常知識者 將很快了解到’雖然内和外邊界164a、_基本 形’但是這些邊界於研磨器施予轨道的或者振動的運動至 研磨之物件或研磨墊100之情況時會發生起伏 (undulated) ° ,數T=之Γ152定義為三個幾何學參數之 Α數弟一個减疋研磨塾100之同心圓的中心0與待研 94795 12 201029802 磨之基板120之旋轉中心0,之間之距離R。於下列情況， 载體]04於垂直於其旋轉轴之平面上振盪’距離r為時間 - 之週期函數，而用來決定載體可相容溝槽之形狀152的^ 值可以是最小值、最大值、或者令間值；較佳是使用设的 時間平均值（time-average val ue)。第二個參數是載體⑽ 之半徑匕。典型的情況是，當從旋轉中心^測量時，载體 半徑Rc將表示載體環1〇8之外徑。然而，所屬技術領域且 ❹有通常知識者將瞭解到，載體半徑Rc可以另外表示從旋轉 宮至声載體環108上另一個位置（譬如，像是載體環⑽ 中間寬度（mcHndth)或者載體環⑽之内徑）之徑向距 3圖Γ示。第三個參數是假想的載體溝槽⑴ = θ。。，的載體溝槽112為僅用來定義研磨塾⑽ 載體可相谷溝槽之形狀152的幾 咖struct)，但是#依照本發明 載體環108中。可以去由占冰 町貝丨不上並不存在於 於-轴（馨如…彳慮虛構的載體溝槽112以形成相對 載體们⑽上 軸⑽）之局部角之方式定向於 I::列情況，其中假想的載體_被 /、疋向，假想的載體溝槽U2a 想的载體溝槽l12b之月邮(局』細c|〇，假_ 112c之局部角0 A 角為45。，及假想的載體溝槽 容易了解到如何所屬技術領域具有通常知識者將 m衫其局部餘可能的㈣'之載體溝槽 他載體環之假想的載體溝==1之載體溝槽方位的其 用末4裁體可相容溝槽之形狀152的底局部 94795 13 201029802 角（仏％1〇以13呢16)^0為形成於交又點114之 ^ 交叉點114處假想的載體溝槽112在對應於載體=该 距離處橫越水絲⑽。依定義，底局部角“可為。之 或〇。當載體環108和研磨墊1〇〇旋轉時，各假相的負、 溝槽112車交佳在多個鄰接晶圓12。 = 同之多個塾溝請。舉例而言，假想的載體 :於不同的時間點下於數個晶圓内執跡、164之不同位： :載==晶圓120之前緣的墊溝槽116。當研磨墊1。。 ^ 、—者於反時鐘方向旋轉時，給定其中—個塾 溝槽116與隨之的假想的載體溝槽112間之即時對準點 、二stantaneous pGint Qf alignment)將有利地於接近同 :周'處起始’向外遷移橫過晶圓軌跡164然後趨 。緣140。相似情況’當研磨墊1〇〇與載體環⑽二者 =時鐘方向旋轉時，給定其中一個墊溝槽ιΐ6與隨之的 的載體溝槽112間之即時對準點將有利地於接近同心 闲的令心Θ處起始，向外遷移橫過晶圓執跡164然後趨近 周緣14 0。 載體可相容溝槽之形狀152在各處均完善界定於研磨 跡^64之寬度内’也就是說，在等於或者大於内邊界164a =半瓜和小於或等於外邊界164b之半徑之任何半徑處。内 義| 164a可以由從同心圓的中心0緣出之半徑r=R-Rc定 於此處若载體1 q4振I的話，7和R為時間平均值，否 半/為口疋值外邊界164b可以由從同心圓的中心ο繪出之 、γ R+Rc：疋義，此處若載體1〇4振盪的話，7和K為時 14 94795 201029802 ❹ ❹ 間平均^值’否則為固定值。用於定義載體可相容溝槽形狀 152之攸同心圓的中心0繪出之γ值因此取值從（Rjc)開始 和至（+Re)結束之半控之間距。於此半徑區間之外（亦即於 2、於α-Re)或者大於（R + R〇值）處，墊溝槽116較理想情況 疋依循下述軌跡於斜率等於或者相似於在研磨軌跡164之 接近邊界斜率處，由外插(extrapolating)載體可相 谷溝槽之形狀152所獲得的執道。 再者’沿著载體可相容溝槽形狀152之一部分、或者 全部之每-點156 ’亦可以藉由關於位在水平 : =4之旋轉中心賴量並且由載體他所包= 載體角Φ。加以描述。因此就整體極座標 於一一)同心圓的中心0，或者就局=對=言相對於旋轉的中心定位給定_ 156。处此4何上的均等’可推演出下列用於提 效能之載射相容溝槽之軌道的方程式。 。研磨 阶)=办， Μ (是COS九 +1)一(tan〜)是sin么 7 r 其中多c = COS’ R2+R^-r \ 2RRi c π r值為從（R〜Re)至（R+Rc) 較佳的情況是研磨之進行係以賴夹具或者環 研磨墊10 0於相同的太6 則的方岐轉。例如於叭（ 從研磨表面132上方顴砉眭讲疏私1ΛΛ ^ ^ Η 万喊看時研磨墊1〇〇和载體 94795 15 201029802 ，鐘方向旋轉。例如於4心）為正時，當從研磨表面132 二 =時研磨請和載體環1〇8於順時鐘方向旋轉。 =況是，研磨係以高速率溝槽路徑在具有，度至 明金之目::溝槽方程式之_以内進行。為了此說 〇:仏定丰/斤明⑽以内意指於—相對於同心圓的中心 Φ之值二同的半徑7下計算之全域角 對_ •至2倍之間’而所謂10%以内意指於一相 =圓的中…給定半徑r下該溝槽路徑之全域角 :=於使用上述方程式於相同的半徑r下計算之全域 角φ之值的〇. 9至1. 1倍之間。 声至的情況是’研純以高速率溝槽路縣具有—3 0 :，:度之I角之上述溝槽方程式的_以内進行。再 速率、羞^1^兄疋至少50%之各高速率溝槽路徑維持在高 =率溝槽方程式之20%以内。為了此說明書之目的，維持 王式内之高速率溝槽路徑之百分比係指從同心圓的中 ^兄ί外周緣140所測量之徑向百分比。再者，最有利的 方'^50%之各高速率溝槽路徑維持在之高速 枰路“2二内。更有利的情況是’研磨係以高速率溝 内曰有0度至90度的I角之溝槽方程式之20%以 21丁。敢有利的情況是’研磨係以高速率溝槽路控在具 又至60度的^。角之溝槽方程式之2〇%以内進行， :^=^_47‘5度°尤其是’以高速率路徑在 又至50度之之溝槽該式之2()%以内進行 94795 16 201029802 研磨，已經證明具有優越的結果。 第4至6圖顯示各種範例墊溝槽116的細部，該等墊 溝槽116與無通道載體環408作用將研磨媒介導引至晶圓 420。參照第4圖，研磨墊400包含組構成重複性溝槽組 444之彎曲徑向溝槽426、428、430和432。各溝槽組444 包含一個426、一個428、二個430、和四個432彎曲徑向 溝槽，該等溝槽當從研磨墊之中心0測量具有不均等的 (uneven)開始位置（第3圖）。共同而言，這些溝槽作用係 平衡遍及晶圓軌跡之研磨墊的溝槽對表面積比（groove to surface area ratio)。溝槽426從研磨墊400之外周緣延 伸至晶圓執跡之内邊界内位置（未顯示）。溝槽428從研磨 墊400之外周緣延伸至鄰接晶圓軌跡之内邊界内位置。溝 槽430從研磨墊400之外周緣延伸至晶圓執跡之中心區域 内位置。溝槽432從研磨墊400之外周緣延伸至晶圓軌跡 之外邊界内位置。 第5圖之研磨墊500包含組構成重複的溝槽組544之 彎曲徑向溝槽526至532。各溝槽組544包含一個526、一 個 5 2 7、一個 5 2 8、二個 5 2 9、二假5.3.(1、一値531、和一,,.》 個532彎曲徑向溝槽。這些溝槽共同地與載體環508互動 以增加晶圓520之研磨移除率。研磨墊500具有中心0， 而研磨之發生係以多個具有始自中心之交錯的半徑之高 速率路徑的溝槽進行。整體來說，這些溝槽作用係平衡遍 及晶圓軌跡之研磨墊的溝槽對表面積比率*此外*在溝槽 ^ 組内之各溝槽具有交錯的轉換點（transi t i on poi nt)用來 .17 94795 201029802 起始溝槽°舉例而言，這些溝槽從晶圓執跡内側之開始點 (未顯示）延伸至在晶圓軌跡之外邊界内上的位置。 第6圖之研磨墊600包含組構成重複性溝槽644之彎 曲徑向溝槽616。這些溝槽組共同地與載體環608交互作 用以增加晶圓620之研磨移除率。各溝槽644包含具有不 均等（uneven)角間距之彎曲徑向溝槽；以及研磨發生以具 有高速率、溝槽路徑之多個溝槽616其中之間不均等的角間 距。舉例而言’溝槽組64所包含之角溝槽間距其範圍從緊 密的角間距650至寬鬆的角間距652。尤其是，各溝槽組〇 可以包含僅不均等的角間隔開之溝槽，或者均等的角間隔 開和不均等的角間隔開之溝槽之組合。此外，各溝槽組644 包含具有不均等徑向間隔開之溝槽，該溝槽具有變化的轉 變或者開始點。舉例而言，這些溝槽從晶圓執跡内侧之開 始點（未顯示）延伸至晶圓轨跡之外邊界内位置。整體而 吕’這些溝槽之作用係平衡遍及晶圓軌跡研磨墊之溝槽對 表面積的比率’並且能夠減少晶圓内不均勻性（wi thin_❹ wafer-non-uniformity; WITNU)和改善 CMp 製程之移除率。 第7圖顯示適合使用研磨墊704之研磨器700，該研 磨塾704可以是第1至6圖之研磨墊1〇〇、4〇〇、500、和 八中任何種，或者是用於本發明所揭示之其他研 ^塾用來研磨如晶圓7〇8之物件。研磨器可以包含 板研磨塾7〇4之壓板712。壓板712可以藉由壓 包含曰不）而繞旋轉轴A1旋轉。研磨器700尚可以 巴s日曰llj载體72〇，該晶 〆曰曰圓载體720可繞著平行於壓板712 94795 18 201029802 之旋轉軸A1且與之間隔開的旋轉轴a 過程中支撐晶圓708。晶圓載 轉，並且於研磨 結構（未顯示），該結構可以使曰。2〇可特栽有平衡環結合 些微不平行於研磨墊704之研:圓708可铋取（assume)極 研磨表面724的態樣，於該情 ❹ 況下旋轉軸Al、A2可以杨些微彼此相對歪斜（askew) ^晶 圓708包含面對研磨表面724之研磨表面728，該研磨表 面728於研磨過程中被平垣化。晶圓載體72〇可藉由調適 以旋轉晶圓708之載體支撐組合件（未顯示）加以支撐，並 且提供向下之力F以壓靠研磨表面728至研磨墊7〇4，而 使得於研磨過程中所希望之壓力存在於研磨表面與墊之 間。研磨盗700亦可以包含研磨媒介入口 732用來供應研 磨媒介736至研磨表面。 所屬技術領域具有通常知識者將了解到，研磨器7〇〇 可以包含其他的組件（未顯示）’譬如系統控制器、研磨媒 介儲存器和分配系統、加熱系統、沖洗系統、和用來控制 研磨製程各種方面之各種控制’除了其他的以外尚有馨 如：（1)用於晶圓7〇8和研磨墊704之一個或者二者之旋轉 速率之速度控制器和選擇器；（2)用於變化速來和輪送研磨 媒介736至研磨墊之速率和位置控制器和選擇器；（3)用來 ，制施加於晶圓和研磨墊間之力F大小之控制器和選擇 ’以及（4)用來控制晶圓之旋轉軸A2相對於研磨塾之旋 轉轴A1位置之控制器、制動器和選擇器。所屬技術 有通隹> 土 A〆、 識者將了解到這些組件是如何結構和執行， 得不霞誓+ ή 而野所屬技術領城具有通常知識者詳細說明這些組件 94795 19 201029802 來了解和實作本發明。 於研磨期間，研磨墊704和晶圓708繞各自的旋轉軸 Al、A2旋轉，而研磨媒介736從研磨媒介入口 732分配至 旋轉之研磨墊。研磨媒介736散佈於整個研磨表面724， 包含晶圓708與研磨墊704間之間隙。研磨墊704和晶圓 7〇8典型上（但非必須）於〇. 1至750 rpm之選擇的速 度旋轉。力F之大小典型上（但非必須）選擇引起晶圓708 與研磨墊704間所希望之0. 1 psi至15psi(6. 9至103kPa) 麼力。具有載體環之墊溝槽間之交互作用能夠導至實質的 ® 曾加基板移除率和改善晶圓對晶圓之非均勻性。 [實例] 於此實例中，由位在美國德拉瓦州紐阿克市之羅門哈 斤電子材料CMP技術公司（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies)所製造之直徑 77. 5 公分 IC 1 〇00硬聚胺甲酸脂研磨墊其具有習知的同心圓的溝槽或者 故照本發明之高速率溝槽其中一者，以顯明當與沒有通道 ❹ 之載體環一起使用時，高速率溝槽提升移除率之功效。同 心圓的溝槽加工至深度0.76匪和寬度0.51顏於固定的間 趣3· 1 _ ;高速率溝槽加工至深度〇. 76mm和寬度〇· 76mm， I有圖案和曲率如由用於高速率路徑應用遍及全部晶圓軌 跡'之方程式所表示。使用各溝槽類型連同不具通道之載體 襄於26.6 kPa之向下力、120 rpm之墊旋轉率、113 rpm t栽體旋轉率、和200及120毫升/分鐘（ml/min)之漿料流 率下研磨轉300-_毯覆晶圓（blanket wafer) ’產生表1 20 94795 201029802

用同心®的 耆之移除率’ A/min 使用高速率溝 槽之移除率， A/min 使用高速率溝槽 增加之移除率， % 2042 3319 63 2096 3345 60 2127 3420 61 2189 3438 57 2113 3380 60 2. 9 1. 7 1972 3721 89 2009 3656 82 2014 3688 83 2018 3683 83 2003 3687 84 1. 1 0. 7 之結果。平均值係德指自各組中四個各別晶圓所獲得結果 之算術平均 ❿ 去使…有參通道之載體環之二種溝槽類型時’相對 於習槽，於鶴毯覆晶圓上高速*溝槽於200 ml/min之漿料流率增加平均60%之移除率，而於12〇 ml/ miη之聚料流率增加平均84%之移除率。此外’移除率之 晶圓對晶圓之不均勻性（waf er-to-waf er non-uniformity ; WTWNU)於 200 ml/min 之衆料流率減少從 2. 9%至1. 7% ’而於120 m 1 /miη之衆料流率減少從1. 1 %至0. 7%。 【圖式簡單說明】 21 94795 201029802 产為依照本發明之方法製造未_於無通道载體 %之研磨墊之示意上視圖； 、戰肢 第2圖為顯示沿著第】圖之線2_2，帛】圖之研磨塾 然而例示了依照本發明之方法決定溝槽 第3圖為例示具有載體之研磨墊之溝槽之構形之示音 ^視圖，該载體具有假想的溝槽用來產生用於本發明之= 法之溝槽路徑； 第4圖為製造來適用於本發明之方法之具有具變化長 又之溝槽之替代之研磨墊之示意上視圖； 第5圖為製造來適用於本發明之方法之具有具變化和 交錯長度之溝槽的另一研磨墊之示意上視圖； 第6圖造㈣祕本發日狀方法之 交錯長度結合不均等間距之溝槽的另—研磨塾之;意上視 圖；以及 第7圖為依照本發明之研磨系統之示意圖示。 【主要元件符號說明】 100研磨塾 104载體 108 112 114 120 128 136 無通道載體環或者夾具 U2a、112b、112c假想的載體溝槽 交又點 基板（晶圓） 研磨層 背層或者下塾 Π6墊溝槽 124前緣 132研磨表面（研磨層） 140外周緣 94795 22 201029802

144 溝槽組 148 剖面形狀 148a 長方形 152 載體可相容溝槽形狀 156 點 160 水平軸 164 研磨執跡（晶圓執跡） 164a 内邊界 164b 外邊界 400 研磨墊 408 無通道載體環 420 晶圓 426、 428、430、432彎曲徑向溝槽 444 溝槽組 500 研磨墊 508 載體環 520 晶圓 526至532彎曲徑向溝槽 544 溝槽組 600 研磨墊 608 載體環 616 彎曲徑向溝槽 620 晶圓 644 溝槽組 650 緊的角間距 652 寬的角間距 700 研磨器 704 研磨墊 708 晶圓 712 壓板 720 晶圓載體 724、 728研磨表面 732 研磨媒介入口 736 研磨媒介 A卜 A2旋轉軸 Dpad ' Dcarrier預定的方向 F 力 0 研磨墊中心 6>， 基板中心 r 定義溝槽形狀之從研磨墊中心繪出之距離 R 研磨墊中心與基板中心間之距離 R〇 載體夾具之半徑 Rpad 研磨墊半徑 Θ c0 假想的溝槽之局部角 23 94795 201029802 ，Φ )極座標 Φ 各點156與軸間之角度 Φ〇 載體溝槽之局部角 24 94795

Claims (1)

1. 201029802 七、申請專利範圍： 1. 一種於研磨媒介存在下以研磨墊研磨磁性、光學、和半 導體基板至少其中之一的方法，該基板係固定在具有無 通道表面之載體夾具内，該方法包括： a)固定該基板於具有無通道表面之載體夹具中，該無 通道表面係鄰接並且平行於該研磨墊之研磨表面， 該研磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少50% 之該高速率路徑是在溝槽軌跡極座標（Φ，7)之20 %以内，該極座標係相對於該關研磨墊之同心圓的 中心並且依據：（1)該研磨墊之同心圓的中心與待研 磨之該基板之該旋轉中心間之距離R，（2)該載體夾 具之半徑Re，以及（3)於該載體夹具中假想的溝槽之 局部角ec〇，而如下定義： V奇sin么+ (tan〜X奇cos么+1)办’ ’ cos Φ〇 + !) - (tan θ〇ο sin r' 其中么 cos R2 +Rl-r2 2RR, c π r 值為從（R-Re)至（R+Rc) b) 施加研磨媒介至鄰接該載體夾具之該研磨墊；以及 c) 旋轉該研磨墊和載體夾具而以該研磨墊和該研磨媒 介研磨該基板，其中該載體夹具之無通道表面壓靠 該研磨墊以阻止該研磨媒介流入該基板中並且該高 速率溝槽路徑橫越該載體夾具以促進該研磨媒介流 25 94795 201029802 2. 如申凊專利範圍第1項之方法， a 心且該研磨之發生係以具有起始於 的多個溝槽進行。 之又錯+徑 3. 如申請專利範圍第i項之方法， 於ό ( ry U A + ，、T該疑轉之發生係 〇〇為磨塾以逆時鐘方向旋轉，或於^ (7)為正時该研磨墊以順時鐘方向旋轉。 4. 如：請專利範圍第W之方法，其中，該研 5. 角速進行，該高速率路徑在具有0度至90 度θ。。角的该溝槽軌道之20%以内。 磨齡存在下以研純研磨师、光學、和半 土板至少其中之一的方法，該基板 通道表面之載體夾具内，該方法包括：有無 a)固疋5亥基板於具有無通道表面之載體夾具中，該益 通道表面係鄰接並且平行於該研磨塾之研磨表面 挪磨墊具有具高速率路徑之多個溝槽，至少5吵 之該高速率路徑是在溝職跡極鋪U，㈠之^ %以内’該極座標係相對於該研磨塾之同心圓 心並且依據：⑴該研磨墊之同心圓的中心與待研磨 之該基板之該旋轉中心間之距離R，⑵該載體爽且 之半徑Re，以及⑶於該載體夹具中假想的溝= 部角0 C。，而如下定義： 。 Φ(τ) R~^c 奇 sin 九 + (tan 4。)(奇 cos 虼 + ]) 士， c〇s φ0 +1)- (tan 0cQ )-^ sin 94795 26 201029802 其中么= cos_ R2+R^-r2 2RR c J r 值為從（r-rc)至（R+Re) ❹ ❿ 加研㈣介至鄰接該賴夹具找研純；以及 執=的方向旋轉該研磨塾和載體失具而以該研磨 ::::磨媒介研磨該基板，其中該載體夾具之該 表面塵靠該研磨塾以阻止該研磨媒介流入該 =互且„亥同速率溝槽路經橫越該載體夹具以促 進该研磨媒介流至該基板。 6.如申請專利範圍第5項之方法，其中’該研磨塾具有中 〜且該研磨之發生係以具有起始 的多個溝槽進行。 i父鰭牛位 第5項之方法，其中，該旋轉之發生係 ==為負時該研磨墊以逆時鐘方向旋轉，或對於 ΦΑ)為正時該研磨塾以順時鐘方向旋轉。 8. 如申請專利範圍笫^ 以且右一、*玄 員之方法，其中，該研磨之發生係 距進Ϊ 之該多個溝槽其間不均等之角度間 9. 圍第5項之方法，其中，該研磨之發生係 二”路徑進行，該高速率路捏在具有3〇度至6〇 度角的該溝槽軌道之20%以内。 ==範:第上項之方法，其中，該研磨之發生係 度‘问Γ二路從進行’該高速率路徑在具有40度至50 又u角的该溝槽執道之1〇%以内。 94795 27