电场辅助抛光装置及其导电抛光垫的制作方法

本实用新型涉及一种电场辅助抛光装置及其抛光垫，特别是涉及一种电极层具有均匀粗糙分布的微结构的电场辅助抛光装置及其导电抛光垫。

背景技术：

在化学机械研磨制程(chemical mechanical polishing，CMP)中，通常会利用研磨垫配合研磨浆料来平坦化待研磨物的表面(尤其是应用在晶圆研磨的制程中)。详细而言，待研磨物会被压抵于自转的研磨垫上，并在研磨垫上滴入研磨浆料，以达到平坦化待研磨物表面的效果。

习知的研磨浆料中包含有研磨粉体、PH缓冲剂、氧化剂、抑制剂以及界面活性剂等多种化学药剂。通过这些化学药剂可以与晶圆的表面反应生成易移除的氧化层或钝化层。

然而，研磨浆料中的PH缓冲剂可调整研磨浆料的酸碱值，进而控制研磨粒子(abrasive)的电荷，并借由研磨粒子间的电性排斥力以维持研磨粒子的悬浮稳定度。此外，也可通过施加电场的方式，进一步增加研磨粒子的悬浮稳定度。

然而，通过施加电场虽然能够增加研磨粒子的悬浮稳定度，但倘若所施加的电场有强度分布不均的现象，则无法全面性地提升整体的研磨效率以及提高研磨的质量。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种电场辅助抛光装置及其导电抛光垫，可提升整体研磨效率。

本实用新型所采用的一技术方案是，提供一种导电抛光垫，其适用于一电场辅助抛光装置，所述导电抛光垫包括一研磨层、一基底层以及一电极层，所述研磨层一侧表面具有一抛光区；所述基底层设置于所述研磨层相反于所述抛光区的一侧；所述电极层设置于所述基底层，所述电极层具有一电源接收端，所述电极层通过所述电源接收端以接收一工作电压，且所述电极层于所述抛光区形成一单一极性带电区；其中，所述电极层的表面在对应于所述抛光区的位置上具有均匀粗糙分布的一微结构。

本实用新型所采用的另一技术方案是，提供一种电场辅助抛光装置，所述电场辅助抛光装置包括一转盘、一导电抛光垫、一载具以及一浆料配送单元，所述导电抛光垫设置于所述转盘上，所述导电抛光垫包括一研磨层、一基底层以及一电极层，所述研磨层的一侧表面具有一抛光区，所述基底层设置于所述研磨层相反于所述抛光区的一侧，所述电极层设置于所述基底层，所述电极层具有一电源接收端，所述电极层通过所述电源接收端接收一工作电压，且所述电极层于所述抛光区形成一单一极性带电区；所述载具设置于所述导电抛光垫上，所述载具用以固定一被研磨物；所述浆料配送单元设置于所述导电抛光垫上方，所述浆料配送单元用以提供一研磨液至所述抛光区；其中，所述电极层的表面在对应于所述抛光区的位置具有均匀粗糙分布的一微结构。

综上所述，本实用新型的其中一有益效果在于，本实用新型实施例所提供的一种电场辅助抛光装置及其导电抛光垫，其能通过“所述电极层通过所述电源接收端以接收一工作电压，且所述电极层于所述抛光区形成一单一极性带电区”与“电极层的表面在对应于所述抛光区的位置上具有均匀粗糙分布的一微结构”的技术特征，以使得抛光区产生强度分布均匀的电场，而能够有助于整体研磨的效率与以及提高研磨的质量。

为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所提供的附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电场辅助抛光装置的立体分解示意图。

图2为本实用新型实施例的电场辅助抛光装置的立体示意图。

图3为图2的线Ⅲ-Ⅲ的剖面示意图。

图4为图2的线Ⅲ-Ⅲ的另一剖面示意图。

图5为本实用新型另一实施例的导电抛光垫的俯视示意图。

图6为图5的区域A的电极层局部放大的立体示意图。

图7为本实用新型实施例的电极层局部的剖面示意图。

图8为表面粗糙度相关参数参考示意图。

图9为图5的区域A的电极层局部放大的另一立体示意图。

图10为本实用新型另一实施例的电极层局部的剖面示意图。

图11为本实用新型再另一实施例的电场辅助抛光装置的立体示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本实用新型所公开有关“电场辅助抛光装置及其导电抛光垫”的实施方式。本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本实用新型的优点与效果。本实用新型可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。另外，本实用新型的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本实用新型的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本实用新型的保护范围。

[第一实施例]

请参考图1及图2。图1为本实用新型的电场辅助抛光装置的第一实施例的立体分解示意图，图2为本实用新型第一实施例的电场辅助抛光装置的立体示意图。本实用新型实施例提供一种电场辅助抛光装置Z1，其包括：一转盘10、一导电抛光垫11、一载具12以及一浆料配送单元13。

转盘10包括一载台100以及连接于载台100的一转轴a1，其中载台100受转轴a1带动而自转。

导电抛光垫11设置于转盘10的载台100上，用以对一晶圆W1进行抛光或研磨。针对导电抛光垫11的技术细节容后详述。

载具12设置于导电抛光垫11上，用以固定一被研磨物。在本实施例中，载具12具有吸附面12s，用以吸附待研磨之一晶圆W1，但本实用新型并不以此为限，也可以通过其他方式将晶圆W1或其他待研磨物固定至载具12。载具12可通过一旋转轴a2产生自转。当执行研磨制程时，晶圆W1被载具12固定且被移动并置于导电抛光垫11上，且使晶圆W1压抵接触抛光区S1。在执行研磨的过程中，导电抛光垫11与晶圆W1可分别通过转轴a1以及旋转轴a2相对转动。

浆料配送单元13设置于导电抛光垫11上方，用以提供研磨液L至抛光区S1，并通过转盘10带动导电抛光垫11自转，而使研磨液L可分散至整个抛光区S1。在实际制程中，会根据不同的需求使用不同种类的研磨液L。研磨液L含有蚀刻和/或研磨粒子，而可与晶圆W1表面产生化学作用或者对晶圆W1表面进行机械研磨，且这些研磨粒子有可能是带正电荷或负电荷。

以下针对导电抛光垫11的具体细节做更进一步的描述。请参照图1至图3。图3显示为图2的线Ⅲ-Ⅲ的剖面示意图。构成导电抛光垫11的材料可以是包含绝缘材料以及导电材料的复合材料或者是导电聚合物。在本实施例中，导电抛光垫11为复合材料，且可被区分为一研磨层110、一基底层111及一电极层112。其中研磨层110与基底层111皆是由绝缘材料所构成，而只有电极层112是由导电材料所构成。

研磨层110一侧表面具有一抛光区S1，导电抛光垫11通过抛光区S1接触晶圆W1表面，用以对晶圆W1进行抛光及研磨。基底层111设置于研磨层110相反于抛光区S1的一侧。如图1所示，本实施例的电极层112是位于基底层111的底面S2上，且电极层112具有一电源接收端11t，电极层112通过电源接收端11t电性连接于一电源供应单元14，以接收一工作电压。上述的工作电压可以是正电压或负电压。当导电抛光垫11通过电源接收端11t接收工作电压后，可累积正电荷或负电荷，而使抛光区S1形成单一极性带电区，并在抛光区S1产生电场。

进一步而言，基底层111的底面S2具有至少一沟槽11h，电极层112是填入沟槽11h内。另外，电极层112可以通过物理气象沉积(physical vapor deposition，PVD)制程、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)制程、涂布、印刷、贴合等方式形成，本实用新型中并不限制。另外须说明的是，只要导电抛光垫11可用以接收工作电压以在抛光区S1产生电场，电极层112的位置并不限制，例如，在这个实施例中，电极层112靠近抛光区S1而设置，因此可以在接收工作电压之后，提供较强的电场。然而，在本实用新型的其他实施例中，电极层112也可以直接位于基底层111的底面S2上，或者是埋入基底层111内。

在本实施例中，电极层112呈漩涡图案。具体而言，电极层112可以由一平面涡漩状的导线所构成，且导线以等距离宽度朝向圆心方向呈涡漩状设置，借以在抛光区S1产生稳定的电场。构成电极层112的材料可以是由单一金属材料或不同导电材料所构成，例如可以选用为碳、硅、铜、银、镍、钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、钨、氮化钨、氮化硅钨、氮化硅钛、或氮化硅钽等。然而，本实用新型并不以上述的材料为限。

请参照图3及图4，分别显示在执行研磨制程的过程中，对导电抛光垫施加不同极性的工作电压时，研磨液L中研磨粒子的状态。在对晶圆W1执行研磨制程时，研磨液L会被分散至导电抛光垫11的抛光区S1，且晶圆W1与导电抛光垫11直接接触。此时，导电抛光垫11的电极层112通过电源接收端11t接收由电源供应单元14(如图1所示)所提供的工作电压，以使抛光区S1形成单一极性带电区，而在抛光区S1产生电场。

也就是说，通过对导电抛光垫11施加电压，可使具有相同极性的电荷累积在抛光区S1，从而在抛光区S1产生可驱使带电的研磨粒子移动的电场。

如图3所示，当研磨液L带正电，且电极层112被施加正电压时，导电抛光垫11累积正电荷而在抛光区S1产生一正电场。在正电场的作用下，研磨液L中带正电荷的研磨粒子会朝远离电极层112的方向移动，并朝向晶圆W1推挤，而增加材料移除率(material remote rate，MRR)。

反之，如图4所示，若电极层112是通过电源接收端11t接收一负电压，则导电抛光垫11会累积负电荷，进而在抛光区S1产生负电场。在负电场的作用下，研磨液L中带正电荷的研磨粒子则会朝靠近电极层112的方向移动，而被吸附在导电抛光垫11上，进而能通过研磨的制程使得晶圆更平坦。

另外，于其他实施例中，当研磨液中的研磨粒子带负电荷时，导电抛光垫11被施加正电压后产生的正电场，会驱使研磨液L中的研磨粒子朝向导电抛光垫11移动而被吸附在导电抛光垫11上，使让晶圆更平坦。反之，电极层112被施加负电压后所产生的负电场，会使研磨液L中的研磨粒子朝向晶圆W1方向推挤，而增加材料移除率。

虽然在图1及图2中，都以漩涡图案示意本实用新型的电极层112，但只要电极层112在接收工作电压之后，可以在抛光区S1产生电场，本实用新型并未限制电极层112的图案。另外，在抛光区S1上的电场强度的分布，也可以根据不同的需求而改变。因此，电极层112的图案可以依照预定的电场强度分布来设计而改变其图案形状。举例而言，请参阅图5所示，图5为本实用新型另一实施例的导电抛光垫的俯视示意图。在本实施例中，电极层212可以呈现一蜿蜒图案。也就是说，电极层212可包括多个平坦段212a以及多个弯折段212b。每一个平坦段212a之间具有固定的间距，以在电极层212接收工作电压之后，可产生一稳定的电场。附带一提，电极层212的多个弯折段212b可以呈现ㄈ字形、半圆形、弧形等多种不同的态样。除此图所示之形状外，亦可将其设计成其他构型，例如饼图案、同心圆图案或梳状图案等，在此不分别就其变化一一图示。

以下针对本实用新型的微观结构做更进一步的描述。请参照图6、图7及图8，图6是图5的区域A的电极层局部放大的立体示意图。图7是本实用新型实施例的电极层局部的剖面示意图。图8为表面粗糙度相关参数参考示意图，需特别提醒的是，图8主要是用于说明粗糙度相关参数，并非用以特别指出本实用新型的电极层表面具有此结构。为了能够在抛光区S1形成强度均匀的电场，因此电极层212的表面在对应于抛光区S1的位置上具有均匀粗糙分布的微结构。在这个实施例中，微结构为平均散布在电极层的表面上的多个凸起点P。

特别值得一提的是，一般将电极用于传导讯号时，往往会为了追求讯号传递的稳定性等目的，将线路制作成具有平坦表面的电极层212。有鉴于电荷会有表面效应，因此会有在相对尖端位置积聚的现象，在一般具有平坦表面的电极层212中，电荷极易在线路的边角处有较明显的积聚现象，如此，将导致整体电场分布的均匀性受到影响。

请参阅图7所示，在本实施例中，由于在对应于抛光区S1的位置上，于电极层212表面具有由多个凸起点P平均散布所形成的均匀粗糙分布的微结构，因此，虽然电荷会分别在各个凸起点P处有积聚的现象，但就电极层212的整个表面来看，电荷是平均地积聚在均匀散布于电极层212表面的凸起点P中，因此，整体而言，能够有效地使电极层212中的电荷平均分布。

为了能够达到使电场均匀分布的目的，实用新型对电极层212表面微结构的粗糙系数进行了多方尝试，并确实地获得了均匀的电场分布结果。请一并参阅图7以及图8所示，在本实用新型的较佳实施例中，电极层212表面微结构的中心线平均粗糙度-(Center Line Average Roughness-，简称Ra)介于0.5μm至50μm之间，其轮廓曲线要素的平均长度(mean width of the profile elements，简称RSm)介于5μm至500μm之间。

轮廓算术平均偏差值指的是在所取样的长度(lr，或称基准长度)下，轮廓线距离中心基线(算术平均中线)的距离的绝对值的算术平均值，其值越小则表示表面越光滑，反之则表示表面越粗糙，是最主要的粗糙度系数。轮廓曲线要素的平均长度表示的是在基准长度上，轮廓曲线要素的长度平均值。Xs1～Xs4表示的是分别对应一个轮廓线要素的长度。此时，构成轮廓要素的波峰(波谷)有最低高度和最低长度的规定，高度(深度)在最大高度10％以下，或者长度在计算区间长度1％以下的被视作噪声，识别为其前后连续的波谷(波峰)的一部分。轮廓曲线要素的平均长度涉及的是轮廓线要素的分布状况。

在此条件下，电极层212表面微结构的高低不会有过于剧烈的变化(由于Ra介于0.5μm至50μm之间)，且任一个凸起点P与其他凸起点P间的间距，也不会有太明显的差距(由于RSm介于5μm至500μm之间)，因此，无论针对各别凸起点P所积聚的电荷来观察，或针对局部区域内凸起点P(包括积聚于其内的电荷)的分布状况来观察，都可以有良好的均匀性。

此外，在本实用新型的较佳实施例中，电极层212表面微结构的最大高度粗糙度(maximum height of profile，简称Rmax小于200μm，更具体而言，其最大波峰高度(maximum profile peak height，简称Rp)小于100μm，最大波谷深度(maximum profile valley depth，简称Rv)也小于100μm。如此，由于电极层212表面微结构的高低差限制在一定的范围内，即使各别凸起点P高低仍有差异，也不会有特定凸起点P过高而累积特别大量的电荷。

其中，最大波峰高度表示的是在基准长度上的轮廓曲线中，最高的波峰高度；最大波谷深度表示的是在基准长度上的轮廓曲线中，最深的波谷深度；最大高度粗糙度则是在基准长度上的轮廓曲线中，最高波峰的高度与最深波谷的深度之和。

据上，通过前述对电极层212表面微结构的设计，采用了具备特定粗糙系数范围的技术方案，使得通过电极层212所形成于光区S1上的电场强度，能够有非常平均的分布。

[第二实施例]

本实用新型的主要概念，是通过微观结构的设计，使得电荷能够平均分布，进而产生强度均匀的电场。据此，在本实用新型的另一实施例中，请参阅图9及图10，图9为图5的区域A的电极层局部放大的另一立体示意图，图10为本实用新型另一实施例的电极层局部的剖面示意图。在本实施例中，微结构为平均散布在电极层的表面上的多个凹陷孔V。有别于先前的实施例，在本实施例中，电荷会因为表面效应，在凹陷孔V周缘处有较明显的积聚，并且由于在对应于抛光区S1的位置上，于电极层312表面具有由多个凹陷孔V平均散布所形成的均匀粗糙分布的微结构，因此，虽然电荷会分别在各个凹陷孔V的周缘处有积聚的现象，但就电极层312的整个表面来看，电荷是平均地分布于电极层312整个表面，因此，整体而言也能够使电极层312中的电荷平均分布在对应于抛光区S1的位置上。

[第三实施例]

本实用新型利用均匀粗糙分布的微结构产生强度均匀的电场，在此一概念下，请参阅图11，是本实用新型再另一实施例的电场辅助抛光装置的立体示意图。在本实施例中，导电抛光垫41包括研磨层410、基底层411及电极层412，电极层412是表面具有均匀粗糙分布的微结构的单一片体，且具有电源接收端41t，电极层412通过电源接收端41t电性连接于电源供应单元14，以接收工作电压并累积正电荷或负电荷，而使抛光区S1形成单一极性带电区，进而在抛光区S1产生电场。

如同前述，本实施例的电极层412是表面具有均匀粗糙分布的微结构的单一片体，具体而言，电极层412可采用导电材料制成前述单一片体(如铜箔、铝箔、银箔或碳膜等)，并采用机器加工的方式或化学蚀刻法，在前述单一片体上形成均匀粗糙分布的微结构；此外，也可以在非导体(如高分子材料、或PET,PC,PS,PE等塑料材料)的一载体上，以印刷或是涂布的方式，使得导电材料(如银浆、铜浆、铝浆或导电碳材等)在载体的表面上形成具有均匀粗糙度的导体，以做为本实用新型中的电极层412。

在本实施例中，可以通过均匀粗糙分布在单一片体表面的微结构，使得电极层412能在抛光区S1的产生均匀的电场。

[实施例的有益效果]

综上所述，本实用新型的有益效果在于，本实用新型实施例所提供的一种电场辅助抛光装置Z1及其导电抛光垫11，其导电抛光垫11可通过电极层312的电源接收端11t接收工作电压，以在抛光区S1产生吸引或排斥研磨粒子的电场，且由于“电极层312的表面在对应于抛光区S1的位置上具有均匀粗糙分布的一微结构”的技术特征，因此，能够在抛光区S1产生强度分布均匀的电场，而能够有助于整体研磨的效率与以及提高研磨的质量。

以上所公开的内容仅为本实用新型的优选可行实施例，并非因此局限本实用新型的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本实用新型说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本实用新型的权利要求书的保护范围内。