研磨垫调节器及研磨垫的调节方法

专利名称：研磨垫调节器及研磨垫的调节方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光设备及其维持方法，且特别涉及一种研磨 垫调节器及研磨垫的调节方法。
背景技术：
随着半导体元件特征的尺寸逐渐缩小至深次微米的范围，为了确保元件 的可靠度，在制作集成电路或其它电子装置时，提供极度平坦的晶片表面或 基底表面是十分重要的。
在半导体工艺中，化学机械抛光法(chemical mechanical polishing, CMP) 是现今较常使用的全面性平坦化的技术。 一般而言，在化学机械抛光的过程 中，是在供应含有化学助剂(reagent)与研磨颗粒的研浆(slurry)的情况下，将 被固定的晶片表面朝向转速受到控制的研磨垫上，通过晶片与研磨垫之间的 相对运动来达成平坦化的目的。换言之，当晶片以按压的方式于研磨垫上转 动时，晶片表面与研浆中的研磨颗粒会彼此接触而产生摩擦，如此会使得晶 片表面产生耗损，而使其表面逐渐平坦。
然而，在进行一段长时间的化学机械抛光工艺之后，研磨垫的表面会变 得光滑化(glazing)，且研磨垫上容易会有残留颗粒堆积聚集。这些颗粒有的 是来自研浆中的研磨颗粒，有的则可能是来自晶片表面上被研磨去除的薄膜 材料所生成的副产品(by-product)。因此，为了确保化学机械抛光工艺的质量， 必须使用研磨垫调节器(conditioner)使研磨垫恢复适当的粗糙度，以维持研磨 垫对晶片的研磨速率与稳定度。
图1A是以已知的研磨垫调节器处理研磨垫的剖面示意图。研磨垫100 中形成有多个沟槽102。沟槽102是用来使散布于研磨垫100上的研浆均匀 分布在研磨垫100与待研磨晶片之间。此外，在经过长时间的化学机械抛光 后，研磨垫100上以及沟槽102底部会散布有许多残留颗粒120。另一方面， 研磨垫调节器110包括底层112以及多个金刚石颗粒114。金刚石颗粒114 配置于底层112的表面，用以刮除研磨垫100的表面。当使用研磨垫调节器110修整研磨垫100时，通过分别使研磨垫100与研磨垫调节器110沿着特 定方向转动，而使旋转的金刚石颗粒114对研磨垫100进行机械式摩擦，以 移除研磨垫100表面上已形变的区域，并使研磨垫100恢复对研浆的抓取能 力。然而，研磨垫100在经过多次研磨垫调节器110修整处理后，研磨垫100 表面的材料会有所损耗，造成研磨垫100上的沟槽102的深度会减少，由残 留颗粒120所聚集而成的聚集颗粒122因而容易从变浅的沟槽102中逸出。
图1B是使用经由已知的研磨垫调节器处理后的研磨垫对晶片进行化学 机械抛光的剖面示意图。研磨垫IOO在经过多次调节修整后，其沟槽102中 已堆积有大型的聚集颗粒122，且沟槽102的深度会减少。在使用研磨垫100 对晶片130进行化学机械抛光时，聚集颗粒122会从变浅沟槽102中逸出， 而移动至研磨垫100的表面与晶片130的表面之间。如此，这些聚集颗粒122 往往会在研磨的过程中在晶片130的表面造成微刮痕(micro-scratch)140,进 而严重影响后续工艺。
由于晶片表面的薄膜平坦度及均匀度会取决于研磨垫的特性，因此如何 有效地控制研磨垫的结构及机械性质对于晶片表面平坦化是十分重要的。

发明内容
有鉴于此，本发明提供一种研磨垫调节器，可以在修整研磨垫的同时，
将聚集的残留颗粒一并刷除。
本发明提供一种研磨垫的调节方法，有助于改善残留颗粒堆积于研磨垫
上的情况，并能够使研磨垫的使用寿命增长。
本发明提出一种研磨垫调节器，其包括底层、至少一个表面调节单元以
及至少一个沟槽清除单元。表面调节单元与沟槽清除单元皆配置于底层的表
面上。此外，表面调节单元与沟槽清除单元为一体成形的构形。 在本发明的一实施例中，上述的沟槽清除单元例如是刷状物。 在本发明的一实施例中，上述的刷状物的材料例如是尼龙(Nylon)。 在本发明的一实施例中，上述的沟槽清除单元例如是任意的构形，散布
于底层的表面上。
在本发明的一实施例中，上述的沟槽清除单元例如是环绕于表面调节单
元的周围。
在本发明的一实施例中，上述的沟槽清除单元与表面调节单元例如是呈交错分布。
在本发明的一实施例中，上述的表面调节单元例如是多个金刚石颗粒。 本发明另提出一种研磨垫的调节方法。首先，提供具有至少一个表面调 节单元与至少一个沟槽清除单元的研磨垫调节器。表面调节单元与沟槽清除 单元是以一体成形的方式配置于此研磨垫调节器的表面。之后，使研磨垫调 节器与研磨垫接触。接着，使研磨垫调节器与研磨垫产生相对运动，以表面 调节单元修整研磨垫，并同时以沟槽清除单元刷除研磨垫上的残留颗粒。
在本发明的一实施例中，上述的沟槽清除单元例如是刷状物。 在本发明的一实施例中，上述的刷状物的材料例如是尼龙。 在本发明的一实施例中，上述的表面调节单元例如是多个金刚石颗粒。 在本发明的 一 实施例中，上述使研磨垫调节器与研磨垫产生相对运动的 方法例如是分别使研磨垫调节器与研磨垫转动。
本发明的研磨垫调节器采用将沟槽清除单元与表面调节单元以一体成 形的方式配置于底层的表面，而能够移除修整研磨垫表面形变的区域，并同 时扫除堆积在研磨垫表面或沟槽中的残留颗粒。因此，使用本发明的研磨垫 调节器可以有效地清除研磨垫的表面，以防止待研磨晶片发生微刮痕的情 况。
此外，本发明的研磨垫的调节方法，通过在修整研磨垫的同时， 一并刷 除研磨垫上的残留颗粒，因此可有助于避免在研磨垫的沟槽中形成聚集颗 粒，而能够更有效地调控研磨垫的使用状态，并延长研磨垫的使用寿命。
为让本发明之上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并
配合所附图示，作详细^L明如下。


图1A是以已知的研磨垫调节器处理研磨垫的剖面示意图。 图1B是使用经由已知的研磨垫调节器处理后的研磨垫对晶片进行化学 机械抛光的剖面示意图。
图2A是依照本发明的 一 实施例的研磨垫调节器的底视示意图。 图2B是沿着图2A中I-I，线段的剖面示意图。
图3A至图3E分别是依照本发明其它实施例的研磨垫调节器的底视示意图。图4为利用本发明一实施例的研磨垫调节器处理研磨垫的剖面示意图
图5为依照本发明一实施例的研磨垫调节方法的步骤流程图。
附图标记说明
100、400:研磨垫
102、402:沟槽
110、200、 210、 220、230、240、
112、202、 212、 222、232、242、
114:金刚石颗粒
120、410:残留颗粒
122:聚集颗粒
130:曰tt 曰曰巧
140:微刮痕
204、214、 224、 234、244、254:
206、216、 226、 236、246、256:
250:研磨垫调节器 252:底层
表面调节单元 沟槽清除单元
S510、 S520、 S530:步骤
具体实施例方式
图2A是依照本发明的一实施例的研磨垫调节器的底视示意图。图2B 是沿着图2A中I-I，线段的剖面示意图。
请同时参照图2A与图2B，研磨垫调节器200可以应用于各种化学机械 抛光装置上，用以调节修整研磨垫(未绘示)，使研磨垫能够恢复适当的粗糙 度，进而维持高且稳定的研磨速率。研磨垫调节器200包括底层202、至少 一个表面调节单元204以及至少一个沟槽清除单元206。底层202例如是由 陶瓷材料或是不绣钢材料所构成的圆盘状物体。而表面调节单元204与沟槽 清除单元206例如是以一体成形的方式配置于底层202的表面上。
承上述，表面调节单元204例如是用来对研磨垫进行机械性摩擦，以刮 除研磨垫表面上已形变的区域，而恢复适当的粗糙度。表面调节单元204例 如是由多个坚硬颗粒散布在底层202表面所构成。而上述的坚硬颗粒可以是 金刚石颗粒或陶瓷颗粒，且其例如是利用电镀或烧结的方式镶嵌于底层202 的表面。而构成表面调节单元204的坚硬颗粒的分布方式可以是呈随机分布(random distribution)、均匀分布或是其它的分布形式。
在其它实施例中，表面调节单元204也可以是类金刚石薄膜 (diamond-like carbon, DLC)，且其形成方法例如是以化学气相沉积法于底层 202上形成一层类金刚石薄膜，接着再依所需的分布范围将类金刚石薄膜图案化。
请继续参照图2A与图2B，沟槽清除单元206例如是用来将堆积在研磨 垫表面或沟槽中的残留颗粒扫除，以达到彻底清洁研磨垫的效果。沟槽清除 单元206例如是以刷状物的形式，而整齐排列在底层202表面上。沟槽清除 单元206可以是利用尼龙、人造纤维、植物纤维或碳纤维等材料进行加工， 而形成类似刷毛或刷片。此外，沟槽清除单元206例如是环绕于表面调节单 元204的周围。亦即，沟槽清除单元206是固定在底层202的外圏表面上， 而呈现环状分布。
在本实施例中，如图2A所示，表面调节单元204是由多个坚硬颗粒散 布在底层202表面而呈现实心圓形的分布范围，而沟槽清除单元206则在底 层202表面呈现为圓形环状的分布范围。此外，沟槽清除单元206环绕在表 面调节单元204的外圈，且上述两者的分布范围例如是以一体成形的形式相 邻接，而在底层202表面上共同构成一个同心圆的构形。因此，使用研磨垫 调节器200调节处理研磨垫，可以在利用表面调节单元204刮除修整研磨垫 表面的同时， 一并利用沟槽清除单元206扫除研磨垫表面及沟槽中的残留颗 粒，而使研磨垫的使用寿命及效能获得改善。
值得注意的是，在上述实施例中，是以将沟槽清除单元206环绕在表面 调节单元204的外围为例来进行说明，然而本发明并不限于此。在其它实施 例中，研磨垫调节器上的沟槽清除单元可以是以任意的构形而散布在底层的 表面上。
图3A至图3E分别是依照本发明其它实施例的研磨垫调节器的底视示意图。
请参照图3A,在研磨垫调节器210中，沟槽清除单元216例如是圆形 的构形。在此实施例中，圆形的沟槽清除单元216是以对称均匀配置的方式， 与表面调节单元214共同配置在底层212的表面上。当然，在其它实施例中， 沟槽清除单元216还可以是椭圓形、矩形、三角形、菱形、锯齿状或是其它 不规则的任意形状，且沟槽清除单元216的配置方式亦可以是以随机配置的方式任意散布于底层212表面。
请参照图3B，在一实施例中，研磨垫调节器220的沟槽清除单元226 与表面调节单元224也可以是彼此平行的条状分布，而交错排列在底层222 的表面上。
请参照图3C,研磨垫调节器230的底层232表面例如是被分成四等分， 而沟槽清除单元236与表面调节单元234则分别以交替的方式配置在各等份 的底层232表面上。
此外，请参照图3D,在研磨垫调节器240中，沟槽清除单元246与表 面调节单元244例如是以——交^"的方式，分别从底层242的几何中心向底 层242的边缘发散延伸，而在底层242的表面上形成漩涡状的分布。
请参照图3E，在研磨垫调节器250中，沟槽清除单元256例如是在底 层252的表面上形成连续的螺旋状分布。而表面调节单元254则例如是填满 剩余的底层252表面。
特别说明的是，如图3A至图3E所示，表面调节单元214、 224、 234、 244、 254与沟槽清除单元216、 226、 236、 246、 256皆是以一体成形的构形 分别配置于底层212、 222、 232、 242、 252的表面上，因此能够移除修整研 磨垫表面，并同时扫除残留颗粒，进而改善研磨垫的研磨特性，并延长研磨 垫的使用寿命。
此外，研磨垫调节器的表面调节单元与沟槽清除单元的式样、材料、数 量及分布方式并不局限于上述实施例中所述。本发明除了上述实施例之外， 尚具有其它的实施型态，只要研磨垫调节器的表面调节单元以及沟槽清除单 元符合一体成形的构形即可，熟知本领域的技术人员当可知其应用及变化，
故于此不再赘述。
接着，将继续说明利用上述的研磨垫调节器应用于本发明的研磨垫的调 节方法。为了详述本发明的研磨垫的调节方法，以下将利用上述图2A所绘 示的研磨垫调节器200为例来进行说明。然以下的说明是用来详述本发明以 使此熟习此项技术者能够据以实施，但并非用以限定本发明的范围。
图4为利用本发明一实施例的研磨垫调节器处理研磨垫的剖面示意图。 图5为依照本发明一实施例的研磨垫调节方法的步骤流程图。
请同时参照图4与图5，步骤S510，提供具有至少一个表面调节单元 204与至少一个沟槽清除单元206的研磨垫调节器200。沟槽清除单元206
8例如是环绕在表面调节单元204的外圈，且表面调节单元204与沟槽清除单 元206例如是以一体成形的方式配置于底层202的表面。
步骤S520,使研磨垫调节器200的表面调节单元204与沟槽清除单元 206与研磨垫400接触。
接着，使研磨垫调节器200与研磨垫400分别依特定方向而转动，亦即 使互相接触的研磨垫调节器200与研磨垫400产生相对运动，以调节研磨垫 400。研磨垫调节器200与研磨垫400的旋转方向例如是相同或不相同。在 研磨垫调节器200与研磨垫400进行相对运动的时候，旋转的表面调节单元 204例如是会修整移除研磨垫400表面上发生形变的区域。同时，沟槽清除 单元206例如是会刷除在研磨垫400表面上或是积聚在其沟槽402中的残留 颗粒410(步骤S530)。
值得一提的是，经过研磨垫调节器200的调节之后，可以使研磨垫400 形成具有适当粗糙度的表面而恢复对研浆的抓取能力，并同时清除掉多余的 残留颗粒410而避免残留颗粒410聚集堆积在沟槽402中。因此，使用调节 后的研磨垫400对晶片进行化学机械抛光，能够提供高且稳定的研磨速率， 且可有效地避免晶片上出现微刮痕的情况发生。
综上所述，本发明的研磨垫调节器通过在其底层表面配置一体成形的表 面调节单元与沟槽清除单元，而能够在利用表面调节单元刮除研磨垫表面的 同时，亦可以利用沟槽清除单元扫除在研磨垫表面或是沟槽中的残留颗粒。 因此，使用本发明的研磨垫调节器调节研磨垫，可有助于研磨垫恢复适当的 粗糙度并有效地清除研磨垫上的残留颗粒，以防止待研磨晶片发生微刮痕的 情况。
再者，本发明的研磨垫的调节方法采用同时进行修整研磨垫表面以及清 除残留颗粒的步骤，用以避免残留颗粒聚集堆积在研磨垫的沟槽中。如此一 来，本发明的方法能够确保经调节后的研磨垫质量，并延长研磨垫的使用寿 命，进而避免刮伤晶片的情况发生。
另一方面，本发明能够有效地延长研磨垫的使用寿命，而减少研磨垫的 汰换率，因此可有助于降低设备成本。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何 所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些 许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1. 一种研磨垫调节器，包括底层；至少一表面调节单元，配置于该底层的一表面上；以及至少一沟槽清除单元，配置于该底层的该表面上，其中该表面调节单元与该沟槽清除单元为一体成形的构形。
2. 如权利要求1所述的研磨垫调节著物。
3. 如权利要求2所述的研磨垫调节器
4. 如权利要求1所述的研磨垫调节器 形，散布于该底层的该表面上。
5. 如权利要求1所述的研磨垫调节器 面调节单元的周围。
6. 如权利要求1所述的研磨垫调节器 节单元呈交错分布。
7. 如权利要求1所述的研磨垫调节器 刚石颗粒。
8. —种研磨垫的调节方法，包括 提供研磨垫调节器，该研磨垫调节器具有至少一表面调节单元与至少一沟槽清除单元，该表面调节单元与该沟槽清除单元以一体成形的方式配置于 该研磨垫调节器的表面；使该研磨垫调节器与该研磨垫接触；以及使该研磨垫调节器与该研磨垫产生相对运动，以该表面调节单元修整该 研磨垫，并同时以该沟槽清除单元刷除该研磨垫上的残留颗粒。
9. 如权利要求8所述的研磨垫的调节方法，其中该沟槽清除单元包括刷状物。
10. 如权利要求9所述的研磨垫的调节方法，其中该刷状物的材料包括尼龙。
11. 如权利要求8所述的研磨垫的调节方法，其中该表面调节单元包括多个金刚石颗粒。
12. 如权利要求8所述的研磨垫的调节方法，其中使该研磨垫调节器与 该研磨垫产生相对运动的方法包括分别使该研磨垫调节器与该研磨垫转动。f，其中该沟槽清除单元包括刷状,其中该刷状物的材料包括尼龙。 ，其中该沟槽清除单元为任意的构，其中该沟槽清除单元环绕于该表,其中该沟槽清除单元与该表面调，其中该表面调节单元包括多个金
全文摘要
本发明公开了一种研磨垫调节器，其包括底层、至少一个表面调节单元以及至少一个沟槽清除单元。表面调节单元与沟槽清除单元皆配置于底层的表面上。此外，表面调节单元与沟槽清除单元为一体成形的构形。
文档编号B24B37/34GK101439496SQ200710193630
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者刘庆冀, 张双燻, 王大仁, 陈顺镒 申请人:力晶半导体股份有限公司