专利名称：识别和/或提高化学机械研磨垫修整器性能的系统及方法
技术领域：
本发明涉及对硅晶片的化学机械研磨，尤其涉及识别及/或提高化学机械研磨 (CMP)垫修整器性能的方法及系统。
背景技术：
目前半导体工业每年花费超过十亿美元来制造具有极平坦及光滑的表面的硅晶 片，目前有非常多种可使硅晶片的表面达到平坦、光滑的效果的已知技术。这些技术中最常 见者为化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing(CMP))的方法，其包括使用研磨垫 与研磨浆料的组合。所有CMP方法的中心重点为在诸如以下的方面中达到高性能水准经 研磨晶片的表面均一性、IC电路的光滑度、与晶片的生产率极为相关的材料移除率以及就 经济效益而言，CMP方法中所使用的消耗品的寿命等。
发明内容
本发明提供评估及提高CMP垫修整器性能的方法及系统。在一方面中，举例而言， 提供一种识别一 CMP垫修整器中的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法。该种方法可包括将一具 有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器定置于一指示基板上，以使该CMP垫修整器的该多个超 研磨颗粒的至少一部分接触该指示基板。该方法可进一步包括在一第一方向上移动该CMP 垫修整器经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该部分在该基板上产生一第一标记图 案，其中该第一标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。在另一方面中， 该方法可包括在一第二方向上移动该CMP垫修整器经过该指示基板，以使该多个超研磨颗 粒的该部分产生一第二标记图案，该第二方向大致上处于该第一方向的横向，其中该第二 标记图案与该第一标记图案相互对照并提供该多个工作超研磨颗粒的定位信息。另外，在 一方面中，该多个超研磨颗粒相对于该CMP垫修整器具有至少一个校正定位方向，且该第 一方向并非该至少一个校正定位方向。其亦可利用物理方式标记CMP垫修整器上的多个工作超研磨颗粒。因此，在一方 面中，指示基板可包括指示标记物，其用于当CMP垫修整器移动经过指示基板时标记多个 工作超研磨颗粒。可涵盖各种指示标记物，且能够标记过度侵蚀性超研磨颗粒的任何指示 标记物应视为属于本发明范畴。非限制性实例包括颜料标记物、萤光标记物、化学标记物、 放射性标记物，及其类似物。在本发明的另一方面中，提供一种增加工作超研磨颗粒在CMP垫修整器中的比例 的方法。该种方法可包括将一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器定置于一指示基板上， 以使该CMP垫修整器的该多个超研磨颗粒的至少一部分接触该指示基板，及在一第一方向 上移动该CMP垫修整器经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该部分在该基板上产生一第一标记图案。该第一标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个过度侵蚀性超研磨颗 粒。该方法亦可包括除去该多个过度侵蚀性超研磨颗粒的至少一部分，以增加工作超研磨 颗粒在CMP垫修整器中之比例。该方法可进一步包括识别在经过除去程序之后的工作超研磨颗粒。因此，在一方 面中，可将CMP垫修整器定置于下一指示基板上，以使CMP垫修整器的多个超研磨颗粒的至 少一部分接触该下一指示基板。接着可在第一方向上移动CMP垫修整器经过该下一指示基 板，以使该多个超研磨颗粒的该部分在该基板上产生一后生标记图案，其中该后生标记图 案自该多个超研磨颗粒中识别随后产生的多个工作超研磨颗粒。本发明另外提供一种CMP垫修整器修整轮廓。该种修整轮廓可包括修整图案，其 自CMP垫修整器的多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。可涵盖各种格式的修整图 案，且输送相关信息的任何格式可视为属于本发明范畴。非限制性实例可包括电子表示、指 示基板上的标记图案、标记图案的图解表示、标记图案的数值表示、展示多个工作超研磨颗 粒的位置的CMP垫修整器图，及其类似的形式。在一特定方面中，修整图案为指示基板上的 标记图案，其包括由多个工作超研磨颗粒在第一方向上移动经过指示基板而产生的第一标 记图案，且进一步包括由多个工作超研磨颗粒在第二方向上移动经过指示基板而产生的第 二标记图案。第二方向可至少大致上处于第一方向的横向。本发明另外提供一种整平CMP垫修整器中的多个超研磨颗粒尖端的方法。在一 方面中，该种方法可包括暂时将多个超研磨颗粒耦接至一工具基板且抵靠一指示基板定置 该多个超研磨颗粒，以使该多个超研磨颗粒的至少一部分接触该指示基板。该方法可进一 步包括移动该多个超研磨颗粒经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该部分在该指示 基板上产生一标记图案。该标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个过度侵蚀性超研磨颗 粒。该方法亦可包括相对于该工具基板调整该多个过度侵蚀性超研磨颗粒的尖端以改变 工作超研磨颗粒与非工作超研磨颗粒的比例，且使该多个超研磨颗粒永久耦接至该工具基 板。尽管本发明涵盖各种使超研磨颗粒永久耦接至基板的方法，但在一方面中用有机 基质使多个超研磨颗粒永久耦接至工具基板。有机基质材料的非限制性实例包括胺基树 脂、丙烯酸酯树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚胺基甲酸酯树脂、酚 醛树脂、酚系/乳胶树脂、环氧树脂、异氰酸酯树脂、异氰尿酸酯树脂、聚硅氧烷树脂、反应 性乙烯基树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、茈树脂、聚砜树脂、丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树酯、聚酰亚胺树脂、及其组合。本发明另外提供一种识别CMP垫修整器中的工作超研磨颗粒的系统。该种系统可 包括一指示基板及一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器，其中该多个超研磨颗粒的一部 分与该指示基板接触。该系统可进一步包括由该多个超研磨颗粒的该部分切入该指示基板 中所得的标记图案，其中该标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。本发明亦提供一种识别CMP垫修整器中的工作超研磨颗粒的方法。该种方法可包 括将一悬置于一框架内的塑胶片压至一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器上，以至于该 多个超研磨颗粒的至少一部分使该塑胶片变形。随后可观测该变形的塑胶片以自该多个超 研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。在一些方面中，塑胶片可为至少半反射的以帮助识 别该多个工作超研磨颗粒。
此外，本发明亦揭露一种能在研磨一抛光垫时识别且分级超研磨颗粒尖端高度的 方法，其包含让最高尖端高于次高尖端20微米以内。在一方面，该方法可进一步包含识别 超研磨颗粒总数前10%的最高尖端高于平均高度尖端80微米之内的情况。在另一方面，该 方法可进一步包含识别最高尖端高于次高尖端15微米以内，且超研磨颗粒总数前10%的 最高尖端高于平均高度尖端70微米之内的情况。在又一方面，该方法可进一步包含去除最 高的超研磨颗粒以增加工作超研磨颗粒的数量。在另一方面，该方法可进一步包含使用超 研磨颗粒尖端的高度与刮痕线的数据来评估品质或是作为给客户的凭证。如此已相当概括地描述了本发明的各种特征，以便可更好地理解以下实施方式， 且可更好地了解本发明对此技术的贡献。根据本发明的以下实施方式、附图及权利要求书， 本发明的其他特征将变得更清楚，或可通过实施本发明来了解。
图1为根据本发明的一具体实例的定置于指示基板上的CMP垫修整器的横截面视 图。图2为根据本发明的另一具体实例的在指示基板上的标记图案的影像。图3为根据本发明的又一具体实例的定置于指示基板上的CMP垫修整器的横截面 视图。应了解，上述各图仅用于说明性目的，以增进对本发明的理解。另外，所述附图可 能并非按比例绘制，因此尺寸、粒度及其他方面可能会且一般被放大以使其图示更清楚。因 此，应了解，可能会且很可能会与图中所示的特定尺寸及方面有偏离。
具体实施例方式在揭示并描述本发明之前，应了解，本发明不限于本文揭示的特定结构、方法步骤 或材料，而是可扩展至如可由所属领域的普通技术人员识别的其等效形式。亦应了解，本文 中所使用的术语仅用于描述特定具体实例的目的，而不意欲具有限制性。必须指出，除非上下文中另外清楚地指定，否则如本说明书及权利要求书中所使 用的单数形式“一(a，an)”及“该(the) ”包括多个指示物。因此，举例而言，提及“一超研 磨颗粒(a superabrasiv印article) ”可包括一或多个所述颗粒。定义在描述及主张本发明时，将根据下文所阐述的定义使用以下术语。如本文中所使用，术语“大致上(substantially)”是指某一作用、特征、性质、状 态、结构、物品或结果的完全或接近完全的范围或程度。举例而言，“大致上”被封闭的物件 将意谓该物件被完全封闭或接近完全地被封闭。与绝对完全性的确切可容许的偏差度可在 一些情况下视特定情形而定。然而，一般而言，完成的接近度所具有的总结果，与达到绝对 及完全的完成时是相同的。当用于否定含义时，“大致上”的使用同样适用于指完全或接近完全地缺乏某一 作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果。举例而言，“大致上不含(substantially free of)”颗粒的组成物将完全无颗粒，或非常接近完全地无颗粒以致效果与完全无颗粒时相 同。换言之，“大致上不含”某一成份或元素的组成物实际上仍可含有该物品，只要其不存在可量测的影响即可。如本文中所使用，“工作超研磨颗粒(working superabrasiv印article) ”为在修 整或调节程序期间接触CMP垫的超研磨颗粒。此接触可自表面移除碎屑，其可使表面造成 弹性或塑性变形，或其可切割表面以产生凹槽。在一特定方面中，在修整程序期间工作超研 磨颗粒可切入CMP垫中，且其深度超过约10微米。如本文中所使用，“非工作超研磨颗粒(non-working superabrasiv印article) ” 为CMP垫修整器中不会明显地触及衬垫而不足以自表面移除碎屑、使表面变形、自表面切 出凹槽的超研磨颗粒。如本文中所使用，“过度侵蚀性超研磨颗粒(overly-aggressivesuperabrasive particle)，，为CMP垫修整器中会侵蚀性修整或调节CMP垫的超研磨颗粒。在一方面中，侵 蚀性超研磨颗粒为在修整程序期间切入CMP垫中深度超过约50微米的超研磨颗粒。在另 一方面中，侵蚀性超研磨颗粒可自CMP垫移除至少1/5的材料。在又一方面中，侵蚀性超研 磨颗粒可自CMP垫移除至少1/2的材料。如本文中所使用，“指示基板(indicator substrate)，，是指上面可定置CMP垫修 整器的超研磨颗粒的一部分且可移动以产生指示工作超研磨颗粒的标记的基板材料。如本文中所使用，“标记图案(marking pattern) ”是指通过移动超研磨颗粒经过 指示基板而在指示基板上产生的图案。该标记可为已知的任何可侦测标记，包括切口、刮 痕、凹陷、材料沉积(例如颜料标记物、化学标记物、萤光标记物、放射性标记物等)。如本文中所使用，“横向(transverse)”是指与参考轴交叉的方向定位。在一方面 中，“横向”可包括相对于参考轴至少呈大致上直角的方向定位。如本文中所使用，“校正定位方向(alignment orientation direction) ”是指多 个超研磨颗粒的对准轴的方向。举例而言，以格网形式对准的多个超研磨颗粒将具有至少 两个对准轴行方向上的对准轴及与行方向呈90°定位的列方向上的对准轴。如本文中所使用，“除去(ablate或ablating) ”是指自CMP垫修整器移除超研磨 颗粒或减少超研磨颗粒的突出，从而降低超研磨颗粒与指示基板之间的接触程度的方法。如本文中所使用，“超研磨区段(superabrasive segment) ”是指一种工具主体，其 具有多个与其结合的超研磨颗粒。在一些方面中，超研磨区段可包括如切割元件的超研磨 多晶材料。如本文中所使用，“工具基板(tool substrate)”是为垫调节器的一部分并支撑 研磨材料，且研磨材料及/或载运研磨材料的超研磨区段可固定于其上。适用于本发明的 基板可具有各种形状、厚度、或材料，其能够以足以提供适用于预期目的的垫调节器的方式 支撑研磨材料。基板可为固体材料、在加工时变成固体的粉末材料、或可挠性材料。典型基 板材料的实例包括(但不限于)金属、金属合金、陶瓷、相对硬的聚合物或其他有机材料、玻 璃，及其混合物。另外，基板可包括有助于使研磨材料附着于基板上的材料，包括(但不限 于)硬焊合金材料、烧结助剂及其类似物。如本文中所使用，“超研磨(superabrasive) ”可用于指任何结晶或多晶材料，或所 述材料的混合物，其具有约8或8以上的莫氏硬度(Mohr' s hardness)。在一些方面中， 莫氏硬度可为约9. 5或9. 5以上。所述材料包括(但不限于)钻石、多晶钻石(P⑶)、立方 氮化硼(cBN)、多晶立方氮化硼(PcBN)、刚玉及蓝宝石，以及本领域技术人员已知的其他超硬材料。超研磨材料可以各种形式并入本发明中，包括颗粒、粗砂、膜、层、片、区段等等。在 一些情况下，超研磨材料呈多晶超研磨材料的形式，诸如PCD及PcBN材料。如本文中所使用，“有机基质(organic matrix)”或“有机材料 (organicmaterial) ”是指有机化合物的半固体或固体复合物或混合物。因而，“有机材料层 (organic material layer)，，与"有机材料基质(organicmaterial matrix)，，可互换使用， 且意指一层或一块有机化合物的半固体或固体复合非晶形混合物，包括树脂、聚合物、胶状 物等等。较佳地，有机材料为由一或多种单体的聚合反应所形成的聚合物或共聚物。在一 些情况下，该有机材料可为粘着剂。如本文中所使用，假如给定值可“稍微高于”或“稍微低于”端点，则使用术语“约 (about) ”来提供关于数值范围端点的灵活性。如本文中所使用，为方便起见，可将多个物品、结构元件、组成元件及/或材料呈 现于共同清单中。然而，这些清单应被理解为好似该清单的每一成员经个别识别为个别及 唯一的成员。因此，若无相反指示，则该清单中的个别成员均不应仅仅基于其在共同组中的 呈现而理解为同一清单中的任何其他成员的实际等效形式。浓度、量及其他数值数据在本文中可以范围格式表示或呈现。应了解，该种范围格 式仅为方便及简单起见而使用，且因此应灵活地解释为不但包括明确在该范围界限内所列 的数值，而且包括涵盖于彼范围内的所有个别数值或子范围，就如同明确列出每一数值及 子范围般。举例而言，“约1至约5 (about 1 to about 5) ”的数值范围应解释为不但包括 约1至约5的明确所列值，而且包括所指范围内的个别值及子范围。因此，在此数值范围内 包括诸如2、3及4的个别值以及诸如1至3、2至4及3至5等的子范围，以及个别的1、2、 3、4及5。所述的此原理同样适用于仅列出一个数值(如最小值或最大值)的范围。此外， 该种解释应不管范围的宽度或所描述的特征如何而均适用。本发明本发明使用一种CMP垫修整器来修整或调节CMP垫，通过移除污垢及碎屑以及在 垫表面中产生粗糙度等修整程序，以便于研磨程序期间，该垫表面能够确实与化学浆料相 互配合作用。由于超研磨颗粒不易被磨平，因此在CMP垫修整器中仅定置较小百分比的超 研磨颗粒以便刺入或切入CMP垫中。当此较小百分比的超研磨颗粒变得磨损后，则CMP垫 的塑性变形量变得较CMP垫被切割的量为大。因此，该垫高度变形并累积污垢，并导致CMP 垫的研磨率降低，且晶片或工件的刮痕率增加。发明人已发现了用以识别可包括非工作、工作、及过度侵蚀性超研磨颗粒的数目 及位置的CMP垫修整器的切割特征的新技术。根据该种特征，可测定CMP垫修整器的切割 效率。可对已使用及未使用的CMP垫修整器执行该技术。CMP垫通常由软质的聚合物(诸如聚胺基甲酸酯)制成。由于CMP垫与CMP垫修 整器相互啮合，因此聚合物材料首先经弹性应变变形，随后经塑性应变变形。最终，经变形 的材料中的应变能超过键能密度(亦即该垫的硬度)且聚合物材料断裂。因此，超研磨颗 粒在CMP垫修整器中的功能为经由此变形过程通过破坏聚合物的键结来修整CMP垫材料。 应注意到尖锐的超研磨颗粒尖端可刺入CMP垫材料而不会导致过度变形。因而，超研磨颗 粒的尖锐度可定义为与断裂之前的变形体积成反比。换言之，在切割之前变形体积越小，切 割尖端越尖。此变形信息可用来测定CMP垫修整器中超研磨颗粒的尖锐度。
另外，尖端具有较小尖端半径的超研磨颗粒(诸如具有破角的情况)可比尖端半 径较大的超研磨颗粒以较少变形更干净俐落地切入CMP垫中。因此，不规则形状的超研磨 颗粒尖端可比具有相对于CMP垫为钝角的自形超研磨角更尖锐。此亦适用于超研磨颗粒角 相比于超研磨颗粒面之间的差异。因此，注意到，尖锐的超研磨颗粒尖端可以较小变形及材料应变来切割CMP垫材 料。相反地，钝的超研磨颗粒可变形而非切割CMP垫材料，因为应变能并未超过聚合材料的 键能密度。由于所述颗粒的尖端磨损，因此聚合材料与颗粒之间的接触面积增加。此接触面 积的增加导致垫的变形体积增加。由于随该变形体积的增加，聚合材料断裂需要的应变能 增加，因此在CMP方法期间切割聚合材料的超研磨颗粒的数目将相对于钝化程度而减少。CMP垫修整程序亦可受CMP垫修整器中工作超研磨颗粒的比例及过度侵蚀性切割 超研磨颗粒的比例的影响。举例而言，典型CMP垫修整器可具有大于10，000个超研磨颗粒。 在这些10，000个颗粒中，在一些情况下可仅有约100个实际能切割CMP垫的工作超研磨颗 粒。另外，在100个工作超研磨颗粒中，可能存在大约10个过度侵蚀性超研磨颗粒，其在调 节期间切割超过所使用的整个垫的50%，且在一些情况下可移除总垫材料的25%以上。此 不均勻的工作负荷分布可导致不稳定的CMP性能，且可导致CMP垫过度消耗、可刮伤晶片的 过度侵蚀性超研磨颗粒碎裂、晶片移除率不可预测、晶片表面平坦化不均勻、CMP垫修整器 寿命缩短、CMP垫与碎屑压紧，及其类似情况。因此，提供一种识别CMP垫修整器中的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法。该方法可 包括将具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器定置于指示基板上，以使CMP垫修整器的多个 超研磨颗粒的至少一部分接触指示基板，及在第一方向上移动CMP垫修整器经过指示基板 以使多个超研磨颗粒的该部分在基板上产生第一标记图案。因而，第一标记图案自多个超 研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。传统的超研磨颗粒尖端整平法典型地自CMP垫修整器的背面量测所述尖端的高 度。由于CMP垫修整器基板的厚度变化及在制造过程中出现的变化，该量测可能不提供超 研磨颗粒尖端相对于CMP垫的水平度的精确估计。另外，在修整期间CMP垫修整器可能不 与CMP垫的表面精确平行。因此，在超研磨颗粒的尖端处量测的尖端高度变化可以提供更 精确的切割特征。因此，可以固定负荷将CMP垫修整器压在指示基板上，且加以移动经过该基板以 产生切割图案。因此，与指示基板接触的超研磨颗粒将偏斜，随后按与其尖端高度、尖锐度 等的比例刺入该基板。如图1中所示，举例而言，以固定负荷将CMP垫修整器12压于指示 基板14中。过度侵蚀性超研磨颗粒16刺入指示基板14最深，接着为工作超研磨颗粒18， 其与过度侵蚀性超研磨颗粒相比刺入程度较小。非工作超研磨颗粒20经展示未明显刺入 指示基板14。随后可移动CMP垫修整器经过指示基板的表面以产生如图2中所示的刮痕图案。 超研磨颗粒刮擦指示基板的程度将与颗粒的突出及尖锐度相关。移动方向可为任何方向， 但在一些方面中，在与多个超研磨颗粒的校正定位不一致的方向上移动CMP垫修整器可能 有益。换言之，若CMP垫修整器具有以格网形式定位的超研磨颗粒，则CMP垫修整器不应在 与超研磨颗粒格网对准的方向上被移动经过指示基板。此是因为许多超研磨颗粒将沿指示 基板上的相同凹槽图案对准，且将极难分辨哪些或甚至多少超研磨颗粒接触指示基板以产生刮痕图案。在一方面中，可在第二方向上移动CMP垫修整器经过指示基板，以使多个超研磨 颗粒的该部分产生第二标记图案。第二方向应大致上处于第一方向的横向。意欲将处于参 考方向横向的方向定义为与参考方向交叉的任何方向。因此，交叉地可包括与参考方向交 叉的任何方向。在一方面中，横向可为垂直于。在另一方面中，横向可为关于参考方向在 0°与90°之间的任何角度。非限制性实例可包括10°、30°、45°、60°及其类似角度。在 其他信息内容中，第二标记图案与第一标记图案相比可提供多个工作超研磨颗粒的定位信 息。因此举例而言，在第一方向上比在第二方向上切割出较宽线的超研磨颗粒可能在第一 方向上以边缘或面切割而在第二方向上以尖端切割。如图2中可见，刮痕线改变方向的点 显示CMP垫修整器方向自第一方向改变至第二方向。亦应注意，如同第一方向，第二方向与 多个超研磨颗粒的校正定位不一致可能为有益的。可涵盖各种指示基板材料，且应注意到能够根据本发明的方面起作用的任何材料 应视为属于本发明范畴。非限制性实例可包括诸如塑胶或其他聚合物、蜡、结晶材料、陶 瓷及其类似物的材料。聚合物所构成的指示基板的一特定实例为聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)透明片。亦可预期压敏性电子显示器亦可用作根据本发明的方面的指示基板。在一方面中，指示基板可包括指示标记物，其在使修整器移动经过基板时在刮擦 指示基板的超研磨颗粒上产生标记。此可使CMP垫修整器上的工作及/或过度侵蚀性超研 磨颗粒更易于识别。可涵盖各种指示标记物，包括(但不限于)颜料及墨水标记物、萤光标 记物、化学标记物、放射性标记物，及其类似物。举例而言，可使用现有印表机将颜料印刷于 PET透明片的表面上。刮擦透明片的经颜料涂覆的表面的超研磨颗粒被颜料标记，因此可易 于在CMP垫修整器的表面上识别出。在另一方面中，本发明另外提供一种增加工作超研磨颗粒在CMP垫修整器中的比 例的方法。该方法可包括将具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器定置于指示基板上，以使 CMP垫修整器的多个超研磨颗粒的至少一部分接触指示基板，及在第一方向上移动CMP垫 修整器经过指示基板以使多个超研磨颗粒的该部分在基板上产生第一标记图案。如已讨 论，第一标记图案自多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。该方法亦可包括自多个 工作超研磨颗粒中识别多个过度侵蚀性超研磨颗粒。该识别可易于经由检查标记图案的刮 擦图案特征而实现。其次，该方法可包括除去多个过度侵蚀性超研磨颗粒的至少一部分以 增加工作超研磨颗粒在CMP垫修整器中的比例。如图3中所示，自CMP垫修整器M中除去过度侵蚀性超研磨颗粒22的效果可用 来增加工作超研磨颗粒26的数目及这些超研磨颗粒可刺入指示基板观的深度(与图1相 比)。通过除去具有最高突出的超研磨颗粒，亦即过度侵蚀性超研磨颗粒22，可使较大比例 的工作超研磨颗粒26与指示基板观接触，且因此较大数目的超研磨颗粒能够在修整操作 期间调节CMP垫。可通过各种技术进行除去超研磨颗粒，且能够选择性除去此类颗粒的任何技术应 视为属于本发明范畴。举例而言，摆针或其他结构可用来除去特定超研磨颗粒。诸如钻石 的超研磨颗粒倾向于为脆性的，且因此使用该技术将破裂。类似地可使用激光来除去超研 磨颗粒。又，利用热塑性树脂作为支撑基质的CMP垫修整器可围绕超研磨颗粒被局部加热， 且该颗粒会自该基质脱离。
然而，注意在CMP垫修整器中存在非工作超研磨颗粒30。在一些方面中，调节CMP 垫可通过使所有多个超研磨颗粒中的一定比例为无效的而改进。此状况在移动浆料的工作 晶体与排出污垢及碎屑的工作晶体之间提供空间。因此，有益情况可为增加CMP垫修整器 中工作超研磨颗粒的数目，同时仍留下一定比例的非工作超研磨颗粒以允许浆料、污垢及 碎屑移动。亦可通过除去程序来延长CMP垫修整器的寿命。因为大多个过度侵蚀性切割超研 磨颗粒为CMP垫修整器中的超研磨颗粒的总数目的少数，且因为侵蚀性及过度侵蚀性切割 倾向于更快速钝化颗粒，所以效率降低的修整器实际上可似乎为未经使用或稍经使用的工 具。此是因为超研磨颗粒(包括非过度侵蚀性颗粒)上的磨损可能并非显而易见。通过在 指示基板上产生CMP垫修整器的标记图案，可识别目前钝化的过度侵蚀性颗粒或过度侵蚀 性颗粒。除去这些钝化超研磨颗粒使得迄今更尖锐的工作超研磨颗粒与CMP垫更有效地相 互作用，因此延长寿命或“再调节”该修整器。在除去所有或一些过度侵蚀性超研磨颗粒之后，可通过遵循上述程序再次产生修 整轮廓。举例而言，在一方面中，可将CMP垫修整器定置于下一指示基板上以使CMP垫修整 器的多个超研磨颗粒的至少一部分接触该下一指示基板，及可在第一方向上移动CMP垫修 整器经过下一指示基板以使多个超研磨颗粒的该部分在基板上产生后生标记图案。如同先 前方面一样，后生标记图案自多个超研磨颗粒中识别随后的多个工作超研磨颗粒。亦应注 意，在一些方面中，可使用先前的指示基板而非使用下一指示基板来比较先前超研磨颗粒 组态与随后的超研磨颗粒组态的切割图案。另外，可使用独立指示基板通过比较刮擦图案 来进行该比较。举例而言，可使两个PET透明片相互平行对准以便可比较两个标记图案。在许多类型的CMP垫修整器下可使用根据本发明的各种方面的技术。举例而言， 在一方面中，超研磨颗粒可为单晶超研磨颗粒，诸如天然或合成钻石、立方氮化硼及其类似 物。在另一方面中，超研磨颗粒可为多晶颗粒，诸如多晶钻石、多晶立方氮化硼等等。在又一 方面中，超研磨颗粒可于其上面定置有研磨层的超研磨区段，其中该研磨层可包括单晶材 料、多晶材料或其组合。另外，CMP垫修整器可包括诸如硬焊金属、有机聚合物、烧结金属、陶 瓷及其类似物的基质材料。各种CMP垫修整器的实例可见于以下文献1997年4月4日申 请的美国专利第6，039，641号；1998年11月4日申请的美国专利第6，193，770号；1999年 9月20日申请的美国专利第6，286, 498号；2001年8月22日申请的美国专利第6，679，243 号；2002年4月、9月27日申请的美国专利第7，124，753号；2000年4月沈日申请的美国 专利第6，368，198号；2002年3月27日申请的美国专利第6，884，155号；2004年9月四 日申请的美国专利第7，201，645号；及2004年12月30日申请的美国专利第7，258，708 号，所述文献各自以引用的方式并入本文中。另外，各种CMP垫修整器的实例可见于以下 文献2006年2月17日申请的美国专利申请第11/357，713号；2006年11月16日申请的 美国专利申请第11/560,817号；2007年4月10日申请的美国专利申请第11/786，似6号； 2005年9月9日申请的美国专利申请第11/223，786号；2007年5月16日申请的美国专利 申请第11/804,221号；2007年3月14日申请的美国专利申请第11/7M，585号；2008年 11月7日申请的美国专利申请第12/267，172号；2007年11月15日申请的美国专利申请 第11/940，935号；2008年7月5日申请的美国专利申请第12/168，110号；及2008年10 月22日申请的美国专利申请第12/255,823号，所述文献各自以引用的方式并入本文中。
在本发明的另一方面中，提供一种CMP垫修整器修整轮廓。该修整轮廓可包括修 整图案，其自CMP垫修整器的所有多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒及/或多个 过度侵蚀性超研磨颗粒。修整图案可以多种格式提供，且应了解本发明范畴包括所有所述 格式。非限制性实例包括电子表示、指示基板上的标记图案、标记图案的图解表示、标记图 案的数值表示、展示多个工作超研磨颗粒的位置的CMP垫修整器图，及其组合。在一特定方 面中，修整图案为指示基板上的标记图案。该种标记图案可包括由多个工作超研磨颗粒在 第一方向上移动经过指示基板而产生的第一标记图案，及由多个工作超研磨颗粒在第二方 向上移动经过指示基板而产生的第二标记图案。该种CMP垫修整器修整轮廓可适用于使 CMP垫修整器上的超研磨颗粒与修整器在CMP研磨程序期间的性能相互关联。该修整轮廓 可由新修整器提供，其可使用新修整器来产生，或其可在修整器的使用寿命期间制得。本发明另外提供一种识别CMP垫修整器中的工作超研磨颗粒的系统。该种系统可 包括指示基板及具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器，其中该多个超研磨颗粒的一部分与 指示基板接触。该系统可另外包括由多个超研磨颗粒的该部分切入指示基板中所得的标记 图案，其中标记图案自多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。正如上文所描述，指示 基板可包括指示标记物以标记多个工作超研磨颗粒。本发明的技术亦可用于制造CMP垫修整器。在一方面中，举例而言，提供一种整平 CMP垫修整器中的多个超研磨颗粒尖端的方法。该种方法可包括暂时将多个超研磨颗粒耦 接于工具基板、抵靠指示基板定置该多个超研磨颗粒，以使多个超研磨颗粒的至少一部分 接触指示基板，及移动多个超研磨颗粒经过指示基板，以使多个超研磨颗粒的该部分在指 示基板上产生标记图案。因此该标记图案可自多个超研磨颗粒中识别过度侵蚀性超研磨颗 粒。随后可相对于工具基板调整过度侵蚀性超研磨颗粒的突出部以改变该工具中存在的工 作超研磨颗粒与非工作超研磨颗粒的比例。必要时可重复整平过程。在整平之后，可将多 个超研磨颗粒永久耦接至工具基板。通过调节工作超研磨颗粒的比例，随后永久固定所述 颗粒于CMP垫修整器中，可提高调节性能。本发明另外提供一种识别CMP垫修整器中的工作超研磨颗粒的方法，由此在修整 器上进行颗粒的识别。在一方面中，举例而言，该种方法可包括将一悬置于一框架内的塑胶 片压至一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器上，以至于该多个超研磨颗粒的至少一部分 使该塑胶包覆物变形。随后，可观测该变形的塑胶片以自该多个超研磨颗粒中识别多个工 作超研磨颗粒。换言之，因为塑胶片在框架上被拉伸，所以一旦塑胶片被压至CMP垫修整器 上后，则该塑胶片的变形将具有对应于超研磨颗粒的突出的变形尺寸。因此，过度侵蚀性较 大且因此较突出远离CMP垫修整器的颗粒将在塑胶片中产生较大变形。随后可标记塑胶片 以指示过度侵蚀性颗粒的位置。另外，在一方面中，塑胶片可为至少半反射的以帮助识别工 作超研磨颗粒及过度侵蚀性超研磨颗粒。虽然上述的方法是基于刮擦平板塑胶(包含用于制造CMP垫的聚氨酯)，例如PET 薄板，用于本发明的概念亦包含以一光学机器评估钻石颗粒尖端的位置。举例而言，FRT公 司制造钻石颗粒分析，其是着重于不同光波长的距离。FRT的机器可扫描整个钻石碟盘，并 且量测所有钻石颗粒尖端的位置，包含量测已损毁的钻石颗粒。该机器的软件可决定这些 尖端的共同平面，该平面可能不同于基板背面。接着，每一钻石晶体的尖端高度根据该共同 平面进行标记。因此，FRT机器可识别钻石颗粒尖端且根据这些尖端的高度与分布来绘制图形。因为只有少数的钻石颗粒尖端在CMP操作期间能够真正贯穿抛光垫，因此能够非常 便利地判断这些少数晶体位于钻石碟盘平面上的高度与位置。该信息(高度与位置)成为 判断该抛光垫修整器品质的关键侦测数据。许多CMP研究者已发现最高一群的少数晶体导致昂贵的晶片产生缺陷。举例而 言，ARACA公司已分析许多钻石碟盘，并且提出报告指出抛光垫修整程序仅通过少数侵略性 的最高晶体来完成。他们其中一份报告宣称抛光垫超过50%的部分是通过10个最富侵略 性的晶体的切割而完成修整。事实上，单一个最富侵略性的晶体修整了抛光20%到50%的 部分。因此，这类“杀手钻石颗粒”就在少数最高晶体之中。若是最高的晶体远高于第二高 的晶体，尤其是当该最高的晶体远离其他次高的晶体，则该杀手钻石颗粒会过度深入地穿 进该抛光垫。杀手钻石过深的穿入不仅会形成抛光垫的深隧道，也会不必要地向上推挤变 形的抛光垫。此会造成所谓的“杀手粗糙度”而刮伤脆弱的晶片。更糟的是，这些杀手钻石 颗粒遭受过度挤压而崩出缺口。钻石颗粒出现缺口后会产生钻石碎片而嵌入相对软的抛光 垫内。在制造钻石碟盘的热循环期间亦会制造钻石的微小碎片。此散乱的超硬材料碎片必 定会深深地刮伤晶片。因此，辨识出可能会损毁或是产生杀手粗糙度的杀手钻石颗粒是极为重要的。除 了上述的刮擦方法，光学方法或是其他的方法(使用在塑胶模造材料中的辨识方法)可用 来分级最高钻石颗粒的尖端高度。较佳者，该最高晶体高于次高晶体20微米以内，且晶体 的前10%的最高尖端高于平均高度尖端80微米之内。若如此设计，预期可有更多的工作晶 体来修整抛光垫，且可避免少数杀手钻石颗粒深度切割该抛光垫。对于制造程序，上述方法不仅提供产品的品质量测，亦可识别能够自钻石碟盘去 除的杀手钻石颗粒。举例而言，可以金属推挤的方式粉碎该杀手钻石颗粒，亦可于推挤辅以 超声波震动。亦可以激光(YAG 钕)照射方式蒸发该杀手钻石颗粒。一旦去除了杀手钻石， 次高的晶体则变成最高。若新的最高晶体仍高于次高的晶体，则继续去除。可重复去除程 序直到没有杀手钻石。该后处理程序可使得不合格的钻石碟盘合格，故通过消除杀手钻石 晶体可增加工作晶体数量。因此，不仅通过以更多晶体均分工作负载的方式来增加抛光垫 修整器的寿命，亦可通过抛光垫粗糙度的更高数量而使得CMP抛光程序更有效率。当然，通 过减少晶片上的刮痕以及过度抛光部位可提高昂贵晶片的产率。上述两方法，静态光学方法以及动态刮擦方法，可单独执行或是彼此配合执行。本 发明主要是减少在修整CMP垫时的杀手钻石颗粒以及杀手粗糙度。该测试数据可用于向客 户提供钻石碟盘的品质凭证。应了解，上述配置仅说明本发明的原理的应用。本领域的普通技术人员可在不脱 离本发明的精神及范畴下设计出许多变体及替代性配置，且所附权利要求书意欲涵盖所述 变体及配置。因此，虽然在上文中已结合目前视为本发明的最实用及较佳的具体实例的内 容精确及详细地描述了本发明，但所属领域的普通技术人员可显而易知的是，在不脱离本 文阐述的原理及概念的情况下可进行许多修改，包括(但不限于)在尺寸、材料、形状、形 式、功能及操作方式、装配及使用方面作出改变。
权利要求
1.一种用于识别CMP垫修整器中的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其包含将一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器定置于一指示基板上，以使该CMP垫修整器 的该多个超研磨颗粒的至少一部分接触该指示基板；及在一第一方向上移动该CMP垫修整器经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该部 分在该基板上产生一第一标记图案，其中该第一标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个 工作超研磨颗粒。
2.根据权利要求1所述的识别CMP垫修整器的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其进一 步包含在一第二方向上移动该CMP垫修整器经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该 部分产生一第二标记图案，该第二方向大致上处于该第一方向的横向，其中该第二标记图 案与该第一标记图案相比提供该多个工作超研磨颗粒的定位信息。
3.根据权利要求1所述的识别CMP垫修整器的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其中该 指示基板包括一指示标记物，其在使该CMP垫修整器移动经过该指示基板时标记该多个工 作超研磨颗粒。
4.根据权利要求3所述的识别CMP垫修整器的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其中该 指示标记物包括一选自由颜料标记物、萤光标记物、化学标记物、放射性标记物、及其组合 组成的群的成员。
5.根据权利要求1所述的识别CMP垫修整器的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其中该 多个超研磨颗粒相对于该CMP垫修整器具有至少一个校正定位方向，且其中该第一方向并 非该至少一个校正定位。
6.根据权利要求1所述的识别CMP垫修整器的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其进一 步包含自该多个工作超研磨颗粒中识别及除去过度侵蚀性超研磨颗粒。
7.根据权利要求6所述的识别CMP垫修整器的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其进一 步包含将该CMP垫修整器定置于下一指示基板上，以使该CMP垫修整器的该多个超研磨颗粒 的至少一部分接触该下一指示基板；及在该第一方向上移动该CMP垫修整器经过该下一指示基板，以使该多个超研磨颗粒的 该部分在该基板上产生一后生标记图案，其中该后生标记图案自该多个超研磨颗粒中识别 随后产生的多个超研磨颗粒。
8.根据权利要求1所述的识别CMP垫修整器的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法，其中该 多个超研磨颗粒为多个超研磨区段，且该多个工作超研磨颗粒为多个工作超研磨区段。
9.一种提高工作超研磨颗粒在一 CMP垫修整器中的比例的方法，其包含将一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器定置于一指示基板上，以使该CMP垫修整器 的该多个超研磨颗粒的至少一部分接触该指示基板；在一第一方向上移动该CMP垫修整器经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该部 分在该基板上产生一第一标记图案，其中该第一标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个 工作超研磨颗粒；自该多个工作超研磨颗粒中识别多个过度侵蚀性超研磨颗粒；及除去该多个过度侵蚀性超研磨颗粒的至少一部分，以增加工作超研磨颗粒在该CMP垫 修整器中的比例。
10.根据权利要求9所述的提高工作超研磨颗粒在一CMP垫修整器中的比例的方法，其进一步包含将该CMP垫修整器定置于下一指示基板上，以使该CMP垫修整器的该多个超研磨颗粒 的至少一部分接触该下一指示基板；及在该第一方向上移动该CMP垫修整器经过该下一指示基板，以使该多个超研磨颗粒的 该部分在该基板上产生一后生标记图案，其中该后生标记图案自该多个超研磨颗粒中识别 随后产生的多个工作超研磨颗粒。
11.一种CMP垫修整器的修整轮廓，其包含一修整图案，其自一 CMP垫修整器的多个超 研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。
12.根据权利要求11所述的CMP垫修整器的修整轮廓，其中该修整图案是呈一选自 由以下组成的群的格式一电子表示、一指示基板上的一标记图案、一标记图案的一图解表 示、一标记图案的一数值表示、一展示该多个工作超研磨颗粒的位置的CMP垫修整器图、及 其组合。
13.根据权利要求12所述的CMP垫修整器的修整轮廓，其中该修整图案为一指示基 板上的一标记图案，其包括由该多个工作超研磨颗粒在一第一方向上移动经过该指示基板 而产生的一第一标记图案，且进一步包括由该多个工作超研磨颗粒在一第二方向上移动经 过该指示基板而产生的一第二标记图案，其中该第二方向至少大致上处于该第一方向的横 向。
14.一种提高CMP垫修整器性能的方法，其用于整平一CMP垫修整器中的多个超研磨颗 粒尖端，其包含暂时将多个超研磨颗粒耦接至一工具基板；抵靠一指示基板定置该多个超研磨颗粒，以使该多个超研磨颗粒的至少一部分接触该 指示基板；移动该多个超研磨颗粒经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该部分在该指示基 板上产生一标记图案，其中该标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个过度侵蚀性超研磨 颗粒；相对于该工具基板调整该多个过度侵蚀性超研磨颗粒的尖端以改变工作超研磨颗粒 与非工作超研磨颗粒的比例；及使该多个超研磨颗粒永久耦接至该工具基板。
15.根据权利要求14所述的提高CMP垫修整器性能的方法，其中用一有机基质使该多 个超研磨颗粒永久耦接至该工具基板，该有机基质包括一选自由以下组成的群的成员胺 基树脂、丙烯酸酯树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚胺基甲酸酯树 脂、酚醛树脂、酚系/乳胶树脂、环氧树脂、异氰酸酯树脂、异氰尿酸酯树脂、聚硅氧烷树脂、 反应性乙烯基树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、茈树脂、聚砜树 脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树酯、聚酰亚胺树脂、及其组合。
16.根据权利要求14所述的提高CMP垫修整器性能的方法，其中该多个超研磨颗粒为 多个超研磨区段，且该多个工作超研磨颗粒为多个工作超研磨区段。
17.一种评估CMP垫修整器性能的系统，其用于识别一 CMP垫修整器中的工作超研磨颗 粒，其包含一指示基板；一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器，其中该多个超研磨颗粒的一部分与该指示基 板接触；及一由该多个超研磨颗粒的该部分切入该指示基板中所得的标记图案，其中该标记图案 自该多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。
18.根据权利要求17所述的评估CMP垫修整器性能的系统，其中该指示基板包括一指 示标记物，其用以标记该多个工作超研磨颗粒。
19.根据权利要求18所述的评估CMP垫修整器性能的系统，其中该指示标记物包括一 选自由颜料标记物、萤光标记物、化学标记物、放射性标记物、及其组合组成的群的成员。
20.一种评估CMP垫修整器性能的方法，其是用于识别一 CMP垫修整器中的工作超研磨 颗粒，其包含将一悬置于一框架内的塑胶片压至一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器上，以至于 该多个超研磨颗粒的至少一部分使该塑胶片变形；及观测该变形的塑胶片以自该多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。
21.一种能在研磨一抛光垫时识别且分级超研磨颗粒尖端高度的方法，其包含让最高 尖端高于次高尖端20微米以内。
22.根据权利要求21所述的能在研磨一抛光垫时识别且分级超研磨颗粒尖端高度的 方法，其包含识别超研磨颗粒总数前10%的最高尖端高于平均高度尖端80微米之内的情 况。
23.根据权利要求21或22所述的能在研磨一抛光垫时识别且分级超研磨颗粒尖端高 度的方法，其包含识别最高尖端高于次高尖端15微米以内，且超研磨颗粒总数前10%的最 高尖端高于平均高度尖端70微米之内的情况。
24.根据权利要求21所述的能在研磨一抛光垫时识别且分级超研磨颗粒尖端高度的 方法，其包含去除最高的超研磨颗粒以增加工作超研磨颗粒的数量。
25.根据权利要求21所述的能在研磨一抛光垫时识别且分级超研磨颗粒尖端高度的 方法，其包含使用超研磨颗粒尖端的高度与刮痕线的数据来评估品质或是作为给客户的凭 证。
全文摘要
本发明提供识别和/或提高化学机械研磨(CMP)垫修整器性能的方法及系统。在一方面中，举例而言，一种识别一CMP垫修整器中的过度侵蚀性超研磨颗粒的方法可包括将一具有多个超研磨颗粒的CMP垫修整器定置于一指示基板上，以使该CMP垫修整器的多个超研磨颗粒的至少一部分接触该指示基板，及在一第一方向上移动该CMP垫修整器经过该指示基板，以使该多个超研磨颗粒的该部分在该基板上产生一第一标记图案，其中该第一标记图案自该多个超研磨颗粒中识别多个工作超研磨颗粒。
文档编号B24B53/00GK102069452SQ20101029991
公开日2011年5月25日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年9月29日
发明者宋健民, 白阳亮 申请人:宋健民