抛光垫、抛光系统以及制造该抛光垫的方法

专利名称：抛光垫、抛光系统以及制造该抛光垫的方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光法，尤其涉及一种抛光垫、抛光系统以及制造该抛光垫的方法。
背景技术：
形成于基板上的集成电路通常是借助将导电层、半导电层或是绝缘层连续沉积于一硅晶片上。一种制造步骤包括在一非平坦表面上沉积填充层，并且平坦化该填充层直到暴露出非平坦表面为止。举例来说，一导电填充层可沉积在一图案化的绝缘层上，用以填充绝缘层中的沟槽或孔洞，接着，抛光该填充层直到暴露出绝缘层上凸起的图案为止；在平坦化之后，残留在绝缘层的凸起图案之间的部分导电层则形成通路、栓塞以及线路而提供基板上薄膜电路之间的导电通路。另外，也必须对欲进行光蚀刻的基板表面施行平坦化。
化学机械抛光法(CMP)为一种平坦化的公认方法，而此平坦化方法通常需要将基板装载于一承载体或是抛光头上，基板的暴露表面则抵靠在一旋转抛光盘垫(disk pad)或是带垫(belt pad)上。抛光垫可以为一“标准”垫或是一固定磨料垫(fixed-abrasive pad)；标准垫具有一耐用的粗糙表面，而固定磨料垫则将磨料颗粒保存在一介质当中，承载头提供一可控负载于基板上，以推动基板抵靠抛光垫，而包括磨料颗粒的抛光液体则供应至抛光垫的表面。
一般的情况下，必须要去检测所需的表面平坦度或膜层厚度是否已达到，或是下方层暴露出的时间点，借此判定抛光动作是否要停止。已发展出数种技术用于原位(in-situ)检测CMP工艺的终点(endpoint)，举例来说，一种光学监控系统已利用于抛光膜层的过程当中，在原位测量基板上膜层的均一性。光学监控系统包括一光源，用以于抛光过程中提供一朝向基板的光束；一检测器，测量由基板所反射的光线；以及一计算机，分析来自检测器的信号，并计算是否已检测到终点。在某些CMP系统中，朝向基板所发射的光束穿过抛光垫上的一窗口。

发明内容
本发明的目的是提供密封一抛光垫的一部分的方法及装置，用以防止液体聚集至一窗口的底面。
在一方面，本发明涉及一种用于化学机械抛光系统的抛光垫。抛光垫包括一具有一抛光表面的抛光层；一包括有一允许液体渗透的第一部分的基底层；一从抛光表面直至抛光垫底面的窗口；以及一密封剂。窗口包括一透光部以及一孔洞，透光部固定于抛光垫并实质上不允许液体渗透，孔洞则位于基底层并对准透光部，且孔洞位于透光部与抛光表面相对面的一侧上。密封剂则渗透至基底层中邻近并围绕孔洞的一第二部分，而使第二部分为实质上不允许液体渗透。
本发明的实施例包括一个或多个下列特征。基底层可为一泡沫塑料(foam)。密封剂可为硅氧树脂(silicone)。抛光层通常不允许液体渗透。透光部的上表面与抛光表面可为同一平面。透光部的底面可与抛光层的下表面为同一平面。第一部分延伸至邻近基底层的外圆周边缘处。透光部的底面可形成一凹槽。
在一方面，本发明涉及一种抛光系统。抛光系统包括一抛光垫、一平台以及一监控组件。抛光垫包括一具有一抛光表面的抛光层，以及一包括有一孔洞与一允许液体渗透的第一部分的基底层。孔洞位于一实质上不允许流体渗透的组件下方，而一密封剂渗透至基底层中邻近并围绕孔洞的一第二部分，使得第二部分为实质上不允许液体渗透。平台支撑抛光垫并包括一第二凹槽，监控组件则位于第二凹槽中。一空间至少部分形成于不允许流体渗透的组件以及监控组件的一上表面之间。
本发明的实施例包括一个或多个下列特征。监控组件可为一光学监控组件，且不允许流体渗透的组件可透光。一净化系统将一净化气体导入空间中及/或自空间中抽吸出流体。净化气体包括洁净干燥空气、氮气或惰性气体。净化系统可包括一连接至一外部环境的出口通路。监控组件的一部分延伸至抛光垫内。密封剂可为硅氧树脂。不允许流体渗透的组件为抛光层。
在另一方面，本发明涉及一种制造抛光垫的方法。该方法包括将一具有一抛光表面的抛光层固定至一基底层，且基底层包括一允许液体渗透的第一部分；在抛光表面与抛光垫的一底面的间形成一窗口；以及使用一密封剂。窗口包括一固定至抛光垫的透光部以及位于基底层的一孔洞，透光部实质上不允许液体渗透，而孔洞对准透光部，且位于透光部与抛光表面相对面的一侧上。密封剂渗透至基底层中邻近并围绕孔洞的一第二部分，使得第二部分实质上不允许液体渗透。
本发明的实施例包括一个或多个下列特征。密封剂的使用时间为孔洞于基底层中形成之后、窗口形成之后，或是抛光层固定于基底层之后。
本发明提供下述一个或多个优点减少液体聚集至窗口底面的现象，如由于凝结或是起雾之故；可加强光学信号强度，而减少噪声，借此增进终点检测的可靠度。
本发明的一个或多个实施例的详细内容结合附图在下面的叙述中进行描述。本发明的其它特征、目的及优点可通过下面的描述及附图明显得知。


图1为包括根据本发明的抛光垫的化学机械抛光工作台的侧视及部分剖面图。
图2为放置于平台上的部份抛光垫的放大剖面视图。
图3为抛光垫的仰视图。
其中，附图标记10 基板20 CMP设备24 平台26 凹槽30 抛光垫 32 外抛光层34 基底层 36 抛光表面38 抛光液体39 结合式抛光浆/清洗臂40 窗口42 透光部44 孔洞46 底面48 部分50 原位监控组件54 其余部分56 圆周边缘
60 流体入口管路62 流体出口管路64 空间70 承载头71 中心轴 74 承载驱动轴具体实施方式
如图1所示，一个或多个基板10借助一CMP设备20进行抛光。针对CMP设备20这种适当抛光装置的描述可参见美国专利公告第5738574号，其发明的整体内容于此处并入而作为参考。
CMP设备20包括一可旋转的盘状平台24，且平台24上放置有一抛光垫30，而抛光垫30也可固定至平台24上，例如借助一黏着层。抛光垫30可以为一双层抛光垫，包括提供一抛光表面36的外覆盖层或抛光层32，以及一基底层34。一般来说，虽然外抛光层32为一粗糙表面并可运送抛光浆(slurry)，但其通常不允许流体渗透。外抛光层32为具有填充料的浇铸聚氨基甲酸乙酯(cast polyurethane)，如Rodel的IC-1000膜层。另外，基底层34通常比抛光层32软，并且由泡沫塑料或是纤维垫所制成，且可允许流体渗透，如PORON的膜层，又例如为Rogers股份有限公司的PORON4701-30或是Rodel的Suba-IV。另外也借助压印或是铸模工艺而于抛光表面36上形成抛光浆运送沟槽。
抛光工作站也可包括一抛光片调节设备，用以维持抛光垫30的状况以使其能够有效地抛光基板10。在抛光步骤中，抛光液体38，如抛光浆，包括液体及pH调整剂，并借助抛光浆供应口或是结合式抛光浆/清洗臂39而供应至抛光垫30的表面。抛光液体38也可包括磨料颗粒。
承载头70托住基板10以抵靠抛光垫30，承载头70悬挂在一支撑结构上，如旋转料架(carousel)，并以一承载驱动轴74而连接至一承载头旋转马达，借此，承载头70可以沿着一中心轴71而旋转。另外，承载头70也可在支撑结构上的径向狭缝中横向摆动。在操作过程中，平台24沿着其中心轴旋转，而承载头70则沿着其中心轴71旋转，并在抛光垫30的上表面上而横向移动。适用的承载头70的描述可参见于1999年12月23日、2000年3月27日以及2004年3月26日所分别申请的美国专利申请序号第09/470820、09/535575以及10/810784号中，这些发明的全文并入以作为参考。
一凹槽26形成在平台24中，而一原位监控系统的原位监控组件50则安装在凹槽26中。原位监控系统可以为一光学监控系统，或是一光学监控系统与其它监控系统(如涡电流监控系统)的组合。原位监控组件50包括一个或多个感应组件，当这些组件位于靠近进行抛光的基板10的位置时，可提供较佳的解析能力。感应组件的实例包括但不限于为一滤光片以及一铁磁芯。一适合的原位监控组件更进一步描述于共同所有且分别于2001年5月2日、2002年4月16日、2002年4月16日以及2003年7月31日所申请的美国专利申请序号第09/847867、10/124507、10/123917以及10/633276号，并于此处将其全文并入以作为参考。在其它实施例中，监控系统也可不包括一光学监控系统，因此在该例中，虽然监控组件应置于一不允许流体渗透的组件(不透明的充填物(plug)或是抛光层本身)下方，但抛光垫本身并不需包括一透光部。
请参阅图2及图3，抛光垫30包括一固体的透光部42，其提供一窗口40。而透光部42可以为抛光垫30的整体的一部份，也可为一固定(采压铸或是黏着固定)于抛光垫30上的组件。特别的是，窗口40包括一透光部42以及一孔洞44，透光部42位于抛光层32中且通常与抛光层32具有相同厚度，而孔洞44则位于基底层34且对准透光部42。透光部42的上表面可以与抛光表面36为一同平面。另外，透光部42的底面46也可形成一个或多个选择性凹槽，其延伸而部分穿透该透光部42但并非完全穿透。一般来说，透光部42的材质应该为非磁性及非传导性，而其充填物举例来说可为较纯的聚合物或是聚氨基甲酸乙酯且不具有填充料，或是由氟碳化物(如铁氟龙)或聚碳酸酯所形成。在一实施例中，窗口40包括一硬质结晶区或是类玻璃(glass-like)区，凹槽则借助机械加工而于该区的底面46形成，且凹槽可再经抛光而去除机械加工所形成的刮痕。另外，也可将一溶剂及/或一液体聚合物施加至凹槽表面而去除机械加工所形成的刮痕。去除机械加工所形成的刮痕可减少散射现象，并增进穿透窗口40的光线的透光度。
一般来说，透光部42牢固至抛光垫30而防止流体自抛光表面36流至透光表面的下方区域。在一实施例中，形成一窗口40的步骤包括在抛光层32上削切一凹洞，接着将透光部42固定在该凹洞内。举例来说，透光部42可借助一黏着物质而固定至基底层34或是抛光层32上，而此黏着物质可于透光部42以及抛光层32及/或基底层34之间形成一抛光浆无法渗漏的密封状态。在另一实施例中，可借助将液体窗口材料注入凹洞中，并使该液体硬化而铸模形成透光部42，借此而将透光部42牢固在凹洞内。在另一实施例中，形成一窗口40的方法包括在制造抛光层32时即形成透光部42。举例来说，一透光充填物置于一液体垫材料中，则液体垫材料硬化而使抛光层32固化在透光部42的周围。在透光部42铸模形成在抛光层32内的任何一实施例中，窗口40形成于一垫材料的铸砖内，而抛光层32(包括透光部42)则接着被削切。若透光部42直接固定至抛光层32，则固定步骤可发生在抛光层32附着至基底层34之前或之后皆可。
窗口40位于至少一部份的孔洞26以及组件50的上方，借助上述定位，则孔洞26以及组件50在平台24旋转的部分过程中通过基板10的下方。在部分实施例中，一部份的组件50(如铁磁芯)延伸并部分(非全部)穿过抛光垫30。
另外，组件50可包括一净化系统，而在组件50的上表面及透光部42的下表面之间的空间64提供净化液体及气体。净化系统包括一结合至一净化气源的流体入口管路60，以及一结合至一真空源的流体出口管路62。一般来说，管路60、62会延伸通过平台24并通过一旋转连接件而连接至净化气源及真空源。虽然图中绘示管路60、62延伸通过组件50，但管路60、62也可直接连接至空间64而不需通过组件50。另外，流体出口管路62可仅延伸至外部环境，因此在该例中，流体出口管路62可仅通过平台24(而不需经由旋转连接件)。
在操作过程中，净化气体持续流经空间64，以预防水蒸气聚集于空间64内，并预防透光部42下表面产生凝结或是起雾。而净化气体可为如洁净干燥空气、氮气或是惰性气体的组成，并且不会干扰抛光工艺、不会危害抛光垫，且不包括会凝结的水汽。
一个潜在问题是，若基底层34可允许流体渗透，则流体出口管路62所产生的吸力可将液体由基底层34的边缘抽吸至空间64中。因此即使净化气体会流经空间64，但仍可能会导致凝结或是起雾的现象。
为了解决上述问题，可将基底层34的一个部份48制成实质上不允许液体渗透，因此液体无法到达空间64。特别的是，基底层34的部分48紧邻孔洞44，且其所具有的渗透性低于基底层34的其余部分54。其余部分54可包括基底层34的圆周边缘56的一部份。
为了提供不渗透的部分，可将一密封剂应用至基底层34而使其渗入基底层34中，密封剂渗透至基底层34并填塞住细孔，借此提供基底层34的一不允许流体渗透的部分48。密封剂例如可为硅氧树脂或其它聚合物密封剂，而密封剂也可以液体形式进行使用，然后在使用后再变硬(如硬化)。另外，密封剂可在基底层34附着至抛光层32之前或之后使用，且可在窗口40形成之前或之后使用。
上述的装置及方法可应用于各种抛光系统，不论是抛光垫30或承载头70，或是两者皆可移动而提供抛光表面36与基板10之间的相对移动。
抛光垫30可以为圆形垫(或其它形状)而固定至平台24上。相对定位(relative positioning)的术语在本发明中使用，而必须了解的是，抛光表面36与基板10保持在一垂直定位或是其它定位。抛光层32可以为标准(例如包括或不包括填充料的聚氨基甲酸乙酯)抛光材料、一软性材料或是一固定磨料材料。整个抛光层32可为透光，而不透光的基底层34的一部份可被移除而提供窗口40。抛光层32与基底层34之间，或是抛光层32下方更可包括其它膜层。一部份的透光部42可突出至基底层34的孔洞44，而基底层34的孔洞44可大于抛光层32的孔洞，且透光部42可固定至抛光层32底面的一突唇。
本发明虽然以较佳实施例说明如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，仍应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于一化学机械抛光系统的抛光垫，其特征在于，该抛光垫包括一抛光层，具有一抛光表面；一基底层，包括一允许液体渗透的第一部分；一窗口，从该抛光表面直至该抛光垫的一底面，该窗口包括一透光部以及一孔洞，该透光部固定至该抛光垫，且实质上不允许液体渗透，而该孔洞位于该基底层且对准该透光部，该孔洞位于该透光部与该抛光表面相对面的一侧上；以及一密封剂，渗透该基底层中邻近并围绕该孔洞的一第二部分，使该第二部分实质上不允许液体渗透。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其中该基底层包括一泡沫塑料。
3.根据权利要求1所述的抛光垫，其中该密封剂包括硅氧树脂。
4.根据权利要求1所述的抛光垫，其中该抛光层通常不允许液体渗透。
5.根据权利要求1所述的抛光垫，其中该透光部的一上表面与该抛光表面为同一平面。
6.根据权利要求1所述的抛光垫，其中该透光部的一底面与该抛光层的一下表面为同一平面。
7.根据权利要求1所述的抛光垫，其中该第一部分延伸至邻近该基底层的外圆周边缘处。
8.根据权利要求1所述的抛光垫，其中该透光部的一底面还包括一凹槽。
9.一种抛光系统，其特征在于，包括一抛光垫，包括一抛光层其具有一抛光表面；一基底层其具有一孔洞以及一第一部分，该孔洞位于一实质上不允许流体渗透的组件下方，该第一部分则允许液体渗透；以及一密封剂，渗透该基底层中邻近并围绕该孔洞的一第二部分，使得该第二部分实质上不允许液体渗透；一平台，支撑该抛光垫，并包括一第二凹槽；以及一监控组件，位于该第二凹槽中，一空间至少部分形成于不允许流体渗透的该组件以及该监控组件的一上表面之间。
10.根据权利要求9所述的抛光系统，其中该监控组件为一光学监控组件，且该不允许流体渗透的组件实质上可以透光。
11.根据权利要求9所述的抛光系统，其中还包括一净化系统，该净化系统将一净化气体导入该空间。
12.根据权利要求11所述的抛光系统，其中该净化气体选自由洁净干燥空气、氮气以及惰性气体所组成的组合。
13.根据权利要求11所述的抛光系统，其中该净化系统还可以将流体抽吸出该空间。
14.根据权利要求11所述的抛光系统，其中该净化系统还包括一连接至一外部环境的出口通路。
15.根据权利要求9所述的抛光系统，其中还包括一净化系统，该净化系统将流体抽吸出该空间。
16.根据权利要求9所述的抛光系统，其中该监控组件的一部分延伸至该抛光垫内。
17.根据权利要求9所述的抛光系统，其中该密封剂包括硅氧树脂。
18.根据权利要求9所述的抛光系统，其中该不允许流体渗透的组件包括该抛光层。
19.一种制造抛光垫的方法，其特征在于，包括将一具有一抛光表面的抛光层固定至一基底层，该基底层包括一允许液体渗透的第一部分；在该抛光表面与该抛光垫的一底面之间形成一窗口，该窗口包括一固定至该抛光垫的透光部以及位于该基底层的一孔洞，该透光部实质上不允许液体渗透，而该孔洞对准该透光部，且该孔洞位于该透光部与该抛光表面相对面的一侧上；以及使用一密封剂而使该密封剂渗透该基底层中邻近且围绕该孔洞的一第二部分，使得该第二部分实质上不允许液体渗透。
20.根据权利要求19所述的方法，其中该密封剂在该孔洞于该基底层中形成后才被使用。
21.根据权利要求19所述的方法，其中在该窗口形成之后才使用该密封剂。
22.根据权利要求19所述的方法，其中在该抛光层固定至该基底层之后才使用该密封剂。
全文摘要
本发明涉及一种抛光垫、抛光系统以及制造与使用一抛光垫的方法。抛光垫包括一具有一抛光表面的抛光层；一基底层，其包括一孔洞及一允许液体渗透的第一部分；以及一密封剂，其渗透至基底层中邻近且围绕上述孔洞的第二部分，使第二部分实质上不允许液体渗透。而孔洞位于一实质上不允许流体渗透的组件下方。本发明的抛光垫以及抛光系统能够减少液体聚集至窗口底面的现象，可加强光学信号强度，而减少噪声，借此增进终点检测的可靠度。
文档编号B24B29/00GK1939667SQ20061011183
公开日2007年4月4日 申请日期2006年8月25日 优先权日2005年8月26日
发明者波格丹·斯韦德克, 大卫·J·利斯卡, 杰弗里·德鲁·大卫, 多米尼克·J·本维努 申请人:应用材料股份有限公司