識別和/或提高化學機械研磨墊修整器性能的系統及方法

專利名稱：識別和/或提高化學機械研磨墊修整器性能的系統及方法
技術領域：
本發明涉及對硅晶片的化學機械研磨，尤其涉及識別及/或提高化學機械研磨 (CMP)墊修整器性能的方法及系統。
背景技術：
目前半導體工業每年花費超過十億美元來制造具有極平坦及光滑的表面的硅晶 片，目前有非常多種可使硅晶片的表面達到平坦、光滑的效果的已知技術。這些技術中最常 見者為化學機械研磨(ChemicalMechanical Polishing(CMP))的方法，其包括使用研磨墊 與研磨漿料的組合。所有CMP方法的中心重點為在諸如以下的方面中達到高性能水準經 研磨晶片的表面均一性、IC電路的光滑度、與晶片的生產率極為相關的材料移除率以及就 經濟效益而言，CMP方法中所使用的消耗品的壽命等。

發明內容
本發明提供評估及提高CMP墊修整器性能的方法及系統。在一方面中，舉例而言， 提供一種識別一 CMP墊修整器中的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法。該種方法可包括將一具 有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器定置于一指示基板上，以使該CMP墊修整器的該多個超 研磨顆粒的至少一部分接觸該指示基板。該方法可進一步包括在一第一方向上移動該CMP 墊修整器經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該部分在該基板上產生一第一標記圖 案，其中該第一標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。在另一方面中， 該方法可包括在一第二方向上移動該CMP墊修整器經過該指示基板，以使該多個超研磨顆 粒的該部分產生一第二標記圖案，該第二方向大致上處于該第一方向的橫向，其中該第二 標記圖案與該第一標記圖案相互對照并提供該多個工作超研磨顆粒的定位信息。另外，在 一方面中，該多個超研磨顆粒相對于該CMP墊修整器具有至少一個校正定位方向，且該第 一方向并非該至少一個校正定位方向。其亦可利用物理方式標記CMP墊修整器上的多個工作超研磨顆粒。因此，在一方 面中，指示基板可包括指示標記物，其用于當CMP墊修整器移動經過指示基板時標記多個 工作超研磨顆粒。可涵蓋各種指示標記物，且能夠標記過度侵蝕性超研磨顆粒的任何指示 標記物應視為屬于本發明范疇。非限制性實例包括顏料標記物、螢光標記物、化學標記物、 放射性標記物，及其類似物。在本發明的另一方面中，提供一種增加工作超研磨顆粒在CMP墊修整器中的比例 的方法。該種方法可包括將一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器定置于一指示基板上， 以使該CMP墊修整器的該多個超研磨顆粒的至少一部分接觸該指示基板，及在一第一方向 上移動該CMP墊修整器經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該部分在該基板上產生一第一標記圖案。該第一標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個過度侵蝕性超研磨顆 粒。該方法亦可包括除去該多個過度侵蝕性超研磨顆粒的至少一部分，以增加工作超研磨 顆粒在CMP墊修整器中之比例。該方法可進一步包括識別在經過除去程序之后的工作超研磨顆粒。因此，在一方 面中，可將CMP墊修整器定置于下一指示基板上，以使CMP墊修整器的多個超研磨顆粒的至 少一部分接觸該下一指示基板。接著可在第一方向上移動CMP墊修整器經過該下一指示基 板，以使該多個超研磨顆粒的該部分在該基板上產生一后生標記圖案，其中該后生標記圖 案自該多個超研磨顆粒中識別隨后產生的多個工作超研磨顆粒。本發明另外提供一種CMP墊修整器修整輪廓。該種修整輪廓可包括修整圖案，其 自CMP墊修整器的多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。可涵蓋各種格式的修整圖 案，且輸送相關信息的任何格式可視為屬于本發明范疇。非限制性實例可包括電子表示、指 示基板上的標記圖案、標記圖案的圖解表示、標記圖案的數值表示、展示多個工作超研磨顆 粒的位置的CMP墊修整器圖，及其類似的形式。在一特定方面中，修整圖案為指示基板上的 標記圖案，其包括由多個工作超研磨顆粒在第一方向上移動經過指示基板而產生的第一標 記圖案，且進一步包括由多個工作超研磨顆粒在第二方向上移動經過指示基板而產生的第 二標記圖案。第二方向可至少大致上處于第一方向的橫向。本發明另外提供一種整平CMP墊修整器中的多個超研磨顆粒尖端的方法。在一 方面中，該種方法可包括暫時將多個超研磨顆粒耦接至一工具基板且抵靠一指示基板定置 該多個超研磨顆粒，以使該多個超研磨顆粒的至少一部分接觸該指示基板。該方法可進一 步包括移動該多個超研磨顆粒經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該部分在該指示 基板上產生一標記圖案。該標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個過度侵蝕性超研磨顆 粒。該方法亦可包括相對于該工具基板調整該多個過度侵蝕性超研磨顆粒的尖端以改變 工作超研磨顆粒與非工作超研磨顆粒的比例，且使該多個超研磨顆粒永久耦接至該工具基 板。盡管本發明涵蓋各種使超研磨顆粒永久耦接至基板的方法，但在一方面中用有機 基質使多個超研磨顆粒永久耦接至工具基板。有機基質材料的非限制性實例包括胺基樹 脂、丙烯酸酯樹脂、醇酸樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、酚 醛樹脂、酚系/乳膠樹脂、環氧樹脂、異氰酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、聚硅氧烷樹脂、反應 性乙烯基樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、苯氧基樹脂、茈樹脂、聚砜樹脂、丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹酯、聚酰亞胺樹脂、及其組合。本發明另外提供一種識別CMP墊修整器中的工作超研磨顆粒的系統。該種系統可 包括一指示基板及一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器，其中該多個超研磨顆粒的一部 分與該指示基板接觸。該系統可進一步包括由該多個超研磨顆粒的該部分切入該指示基板 中所得的標記圖案，其中該標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。本發明亦提供一種識別CMP墊修整器中的工作超研磨顆粒的方法。該種方法可包 括將一懸置于一框架內的塑膠片壓至一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器上，以至于該 多個超研磨顆粒的至少一部分使該塑膠片變形。隨后可觀測該變形的塑膠片以自該多個超 研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。在一些方面中，塑膠片可為至少半反射的以幫助識 別該多個工作超研磨顆粒。
此外，本發明亦揭露一種能在研磨一拋光墊時識別且分級超研磨顆粒尖端高度的 方法，其包含讓最高尖端高于次高尖端20微米以內。在一方面，該方法可進一步包含識別 超研磨顆粒總數前10%的最高尖端高于平均高度尖端80微米之內的情況。在另一方面，該 方法可進一步包含識別最高尖端高于次高尖端15微米以內，且超研磨顆粒總數前10%的 最高尖端高于平均高度尖端70微米之內的情況。在又一方面，該方法可進一步包含去除最 高的超研磨顆粒以增加工作超研磨顆粒的數量。在另一方面，該方法可進一步包含使用超 研磨顆粒尖端的高度與刮痕線的數據來評估品質或是作為給客戶的憑證。如此已相當概括地描述了本發明的各種特征，以便可更好地理解以下實施方式， 且可更好地了解本發明對此技術的貢獻。根據本發明的以下實施方式、附圖及權利要求書， 本發明的其他特征將變得更清楚，或可通過實施本發明來了解。


圖1為根據本發明的一具體實例的定置于指示基板上的CMP墊修整器的橫截面視 圖。圖2為根據本發明的另一具體實例的在指示基板上的標記圖案的影像。圖3為根據本發明的又一具體實例的定置于指示基板上的CMP墊修整器的橫截面 視圖。應了解，上述各圖僅用于說明性目的，以增進對本發明的理解。另外，所述附圖可 能并非按比例繪制，因此尺寸、粒度及其他方面可能會且一般被放大以使其圖示更清楚。因 此，應了解，可能會且很可能會與圖中所示的特定尺寸及方面有偏離。
具體實施例方式在揭示并描述本發明之前，應了解，本發明不限于本文揭示的特定結構、方法步驟 或材料，而是可擴展至如可由所屬領域的普通技術人員識別的其等效形式。亦應了解，本文 中所使用的術語僅用于描述特定具體實例的目的，而不意欲具有限制性。必須指出，除非上下文中另外清楚地指定，否則如本說明書及權利要求書中所使 用的單數形式“一(a，an)”及“該(the) ”包括多個指示物。因此，舉例而言，提及“一超研 磨顆粒(a superabrasiv印article) ”可包括一或多個所述顆粒。定義在描述及主張本發明時，將根據下文所闡述的定義使用以下術語。如本文中所使用，術語“大致上(substantially)”是指某一作用、特征、性質、狀 態、結構、物品或結果的完全或接近完全的范圍或程度。舉例而言，“大致上”被封閉的物件 將意謂該物件被完全封閉或接近完全地被封閉。與絕對完全性的確切可容許的偏差度可在 一些情況下視特定情形而定。然而，一般而言，完成的接近度所具有的總結果，與達到絕對 及完全的完成時是相同的。當用于否定含義時，“大致上”的使用同樣適用于指完全或接近完全地缺乏某一 作用、特征、性質、狀態、結構、物品或結果。舉例而言，“大致上不含(substantially free of)”顆粒的組成物將完全無顆粒，或非常接近完全地無顆粒以致效果與完全無顆粒時相 同。換言之，“大致上不含”某一成份或元素的組成物實際上仍可含有該物品，只要其不存在可量測的影響即可。如本文中所使用，“工作超研磨顆粒(working superabrasiv印article) ”為在修 整或調節程序期間接觸CMP墊的超研磨顆粒。此接觸可自表面移除碎屑，其可使表面造成 彈性或塑性變形，或其可切割表面以產生凹槽。在一特定方面中，在修整程序期間工作超研 磨顆粒可切入CMP墊中，且其深度超過約10微米。如本文中所使用，“非工作超研磨顆粒(non-working superabrasiv印article) ” 為CMP墊修整器中不會明顯地觸及襯墊而不足以自表面移除碎屑、使表面變形、自表面切 出凹槽的超研磨顆粒。如本文中所使用，“過度侵蝕性超研磨顆粒(overly-aggressivesuperabrasive particle)，，為CMP墊修整器中會侵蝕性修整或調節CMP墊的超研磨顆粒。在一方面中，侵 蝕性超研磨顆粒為在修整程序期間切入CMP墊中深度超過約50微米的超研磨顆粒。在另 一方面中，侵蝕性超研磨顆粒可自CMP墊移除至少1/5的材料。在又一方面中，侵蝕性超研 磨顆粒可自CMP墊移除至少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墊修 整器的超研磨顆粒的一部分且可移動以產生指示工作超研磨顆粒的標記的基板材料。如本文中所使用，“標記圖案(marking pattern) ”是指通過移動超研磨顆粒經過 指示基板而在指示基板上產生的圖案。該標記可為已知的任何可偵測標記，包括切口、刮 痕、凹陷、材料沉積(例如顏料標記物、化學標記物、螢光標記物、放射性標記物等)。如本文中所使用，“橫向(transverse)”是指與參考軸交叉的方向定位。在一方面 中，“橫向”可包括相對于參考軸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 個超研磨顆粒的對準軸的方向。舉例而言，以格網形式對準的多個超研磨顆粒將具有至少 兩個對準軸行方向上的對準軸及與行方向呈90°定位的列方向上的對準軸。如本文中所使用，“除去(ablate或ablating) ”是指自CMP墊修整器移除超研磨 顆粒或減少超研磨顆粒的突出，從而降低超研磨顆粒與指示基板之間的接觸程度的方法。如本文中所使用，“超研磨區段(superabrasive segment) ”是指一種工具主體，其 具有多個與其結合的超研磨顆粒。在一些方面中，超研磨區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)”是為墊調節器的一部分并支撐 研磨材料，且研磨材料及/或載運研磨材料的超研磨區段可固定于其上。適用于本發明的 基板可具有各種形狀、厚度、或材料，其能夠以足以提供適用于預期目的的墊調節器的方式 支撐研磨材料。基板可為固體材料、在加工時變成固體的粉末材料、或可撓性材料。典型基 板材料的實例包括(但不限于)金屬、金屬合金、陶瓷、相對硬的聚合物或其他有機材料、玻 璃，及其混合物。另外，基板可包括有助于使研磨材料附著于基板上的材料，包括(但不限 于)硬焊合金材料、燒結助劑及其類似物。如本文中所使用，“超研磨(superabrasive) ”可用于指任何結晶或多晶材料，或所 述材料的混合物，其具有約8或8以上的莫氏硬度(Mohr' s hardness)。在一些方面中， 莫氏硬度可為約9. 5或9. 5以上。所述材料包括(但不限于)鉆石、多晶鉆石(P⑶)、立方 氮化硼(cBN)、多晶立方氮化硼(PcBN)、剛玉及藍寶石，以及本領域技術人員已知的其他超硬材料。超研磨材料可以各種形式并入本發明中，包括顆粒、粗砂、膜、層、片、區段等等。在 一些情況下，超研磨材料呈多晶超研磨材料的形式，諸如PCD及PcBN材料。如本文中所使用，“有機基質(organic matrix)”或“有機材料 (organicmaterial) ”是指有機化合物的半固體或固體復合物或混合物。因而，“有機材料層 (organic material layer)，，與"有機材料基質(organicmaterial matrix)，，可互換使用， 且意指一層或一塊有機化合物的半固體或固體復合非晶形混合物，包括樹脂、聚合物、膠狀 物等等。較佳地，有機材料為由一或多種單體的聚合反應所形成的聚合物或共聚物。在一 些情況下，該有機材料可為粘著劑。如本文中所使用，假如給定值可“稍微高于”或“稍微低于”端點，則使用術語“約 (about) ”來提供關于數值范圍端點的靈活性。如本文中所使用，為方便起見，可將多個物品、結構元件、組成元件及/或材料呈 現于共同清單中。然而，這些清單應被理解為好似該清單的每一成員經個別識別為個別及 唯一的成員。因此，若無相反指示，則該清單中的個別成員均不應僅僅基于其在共同組中的 呈現而理解為同一清單中的任何其他成員的實際等效形式。濃度、量及其他數值數據在本文中可以范圍格式表示或呈現。應了解，該種范圍格 式僅為方便及簡單起見而使用，且因此應靈活地解釋為不但包括明確在該范圍界限內所列 的數值，而且包括涵蓋于彼范圍內的所有個別數值或子范圍，就如同明確列出每一數值及 子范圍般。舉例而言，“約1至約5 (about 1 to about 5) ”的數值范圍應解釋為不但包括 約1至約5的明確所列值，而且包括所指范圍內的個別值及子范圍。因此，在此數值范圍內 包括諸如2、3及4的個別值以及諸如1至3、2至4及3至5等的子范圍，以及個別的1、2、 3、4及5。所述的此原理同樣適用于僅列出一個數值(如最小值或最大值)的范圍。此外， 該種解釋應不管范圍的寬度或所描述的特征如何而均適用。本發明本發明使用一種CMP墊修整器來修整或調節CMP墊，通過移除污垢及碎屑以及在 墊表面中產生粗糙度等修整程序，以便于研磨程序期間，該墊表面能夠確實與化學漿料相 互配合作用。由于超研磨顆粒不易被磨平，因此在CMP墊修整器中僅定置較小百分比的超 研磨顆粒以便刺入或切入CMP墊中。當此較小百分比的超研磨顆粒變得磨損后，則CMP墊 的塑性變形量變得較CMP墊被切割的量為大。因此，該墊高度變形并累積污垢，并導致CMP 墊的研磨率降低，且晶片或工件的刮痕率增加。發明人已發現了用以識別可包括非工作、工作、及過度侵蝕性超研磨顆粒的數目 及位置的CMP墊修整器的切割特征的新技術。根據該種特征，可測定CMP墊修整器的切割 效率。可對已使用及未使用的CMP墊修整器執行該技術。CMP墊通常由軟質的聚合物(諸如聚胺基甲酸酯)制成。由于CMP墊與CMP墊修 整器相互嚙合，因此聚合物材料首先經彈性應變變形，隨后經塑性應變變形。最終，經變形 的材料中的應變能超過鍵能密度(亦即該墊的硬度)且聚合物材料斷裂。因此，超研磨顆 粒在CMP墊修整器中的功能為經由此變形過程通過破壞聚合物的鍵結來修整CMP墊材料。 應注意到尖銳的超研磨顆粒尖端可刺入CMP墊材料而不會導致過度變形。因而，超研磨顆 粒的尖銳度可定義為與斷裂之前的變形體積成反比。換言之，在切割之前變形體積越小，切 割尖端越尖。此變形信息可用來測定CMP墊修整器中超研磨顆粒的尖銳度。
另外，尖端具有較小尖端半徑的超研磨顆粒(諸如具有破角的情況)可比尖端半 徑較大的超研磨顆粒以較少變形更干凈俐落地切入CMP墊中。因此，不規則形狀的超研磨 顆粒尖端可比具有相對于CMP墊為鈍角的自形超研磨角更尖銳。此亦適用于超研磨顆粒角 相比于超研磨顆粒面之間的差異。因此，注意到，尖銳的超研磨顆粒尖端可以較小變形及材料應變來切割CMP墊材 料。相反地，鈍的超研磨顆粒可變形而非切割CMP墊材料，因為應變能并未超過聚合材料的 鍵能密度。由于所述顆粒的尖端磨損，因此聚合材料與顆粒之間的接觸面積增加。此接觸面 積的增加導致墊的變形體積增加。由于隨該變形體積的增加，聚合材料斷裂需要的應變能 增加，因此在CMP方法期間切割聚合材料的超研磨顆粒的數目將相對于鈍化程度而減少。CMP墊修整程序亦可受CMP墊修整器中工作超研磨顆粒的比例及過度侵蝕性切割 超研磨顆粒的比例的影響。舉例而言，典型CMP墊修整器可具有大于10，000個超研磨顆粒。 在這些10，000個顆粒中，在一些情況下可僅有約100個實際能切割CMP墊的工作超研磨顆 粒。另外，在100個工作超研磨顆粒中，可能存在大約10個過度侵蝕性超研磨顆粒，其在調 節期間切割超過所使用的整個墊的50%，且在一些情況下可移除總墊材料的25%以上。此 不均勻的工作負荷分布可導致不穩定的CMP性能，且可導致CMP墊過度消耗、可刮傷晶片的 過度侵蝕性超研磨顆粒碎裂、晶片移除率不可預測、晶片表面平坦化不均勻、CMP墊修整器 壽命縮短、CMP墊與碎屑壓緊，及其類似情況。因此，提供一種識別CMP墊修整器中的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法。該方法可 包括將具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器定置于指示基板上，以使CMP墊修整器的多個 超研磨顆粒的至少一部分接觸指示基板，及在第一方向上移動CMP墊修整器經過指示基板 以使多個超研磨顆粒的該部分在基板上產生第一標記圖案。因而，第一標記圖案自多個超 研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。傳統的超研磨顆粒尖端整平法典型地自CMP墊修整器的背面量測所述尖端的高 度。由于CMP墊修整器基板的厚度變化及在制造過程中出現的變化，該量測可能不提供超 研磨顆粒尖端相對于CMP墊的水平度的精確估計。另外，在修整期間CMP墊修整器可能不 與CMP墊的表面精確平行。因此，在超研磨顆粒的尖端處量測的尖端高度變化可以提供更 精確的切割特征。因此，可以固定負荷將CMP墊修整器壓在指示基板上，且加以移動經過該基板以 產生切割圖案。因此，與指示基板接觸的超研磨顆粒將偏斜，隨后按與其尖端高度、尖銳度 等的比例刺入該基板。如圖1中所示，舉例而言，以固定負荷將CMP墊修整器12壓于指示 基板14中。過度侵蝕性超研磨顆粒16刺入指示基板14最深，接著為工作超研磨顆粒18， 其與過度侵蝕性超研磨顆粒相比刺入程度較小。非工作超研磨顆粒20經展示未明顯刺入 指示基板14。隨后可移動CMP墊修整器經過指示基板的表面以產生如圖2中所示的刮痕圖案。 超研磨顆粒刮擦指示基板的程度將與顆粒的突出及尖銳度相關。移動方向可為任何方向， 但在一些方面中，在與多個超研磨顆粒的校正定位不一致的方向上移動CMP墊修整器可能 有益。換言之，若CMP墊修整器具有以格網形式定位的超研磨顆粒，則CMP墊修整器不應在 與超研磨顆粒格網對準的方向上被移動經過指示基板。此是因為許多超研磨顆粒將沿指示 基板上的相同凹槽圖案對準，且將極難分辨哪些或甚至多少超研磨顆粒接觸指示基板以產生刮痕圖案。在一方面中，可在第二方向上移動CMP墊修整器經過指示基板，以使多個超研磨 顆粒的該部分產生第二標記圖案。第二方向應大致上處于第一方向的橫向。意欲將處于參 考方向橫向的方向定義為與參考方向交叉的任何方向。因此，交叉地可包括與參考方向交 叉的任何方向。在一方面中，橫向可為垂直于。在另一方面中，橫向可為關于參考方向在 0°與90°之間的任何角度。非限制性實例可包括10°、30°、45°、60°及其類似角度。在 其他信息內容中，第二標記圖案與第一標記圖案相比可提供多個工作超研磨顆粒的定位信 息。因此舉例而言，在第一方向上比在第二方向上切割出較寬線的超研磨顆粒可能在第一 方向上以邊緣或面切割而在第二方向上以尖端切割。如圖2中可見，刮痕線改變方向的點 顯示CMP墊修整器方向自第一方向改變至第二方向。亦應注意，如同第一方向，第二方向與 多個超研磨顆粒的校正定位不一致可能為有益的。可涵蓋各種指示基板材料，且應注意到能夠根據本發明的方面起作用的任何材料 應視為屬于本發明范疇。非限制性實例可包括諸如塑膠或其他聚合物、蠟、結晶材料、陶 瓷及其類似物的材料。聚合物所構成的指示基板的一特定實例為聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)透明片。亦可預期壓敏性電子顯示器亦可用作根據本發明的方面的指示基板。在一方面中，指示基板可包括指示標記物，其在使修整器移動經過基板時在刮擦 指示基板的超研磨顆粒上產生標記。此可使CMP墊修整器上的工作及/或過度侵蝕性超研 磨顆粒更易于識別。可涵蓋各種指示標記物，包括(但不限于)顏料及墨水標記物、螢光標 記物、化學標記物、放射性標記物，及其類似物。舉例而言，可使用現有印表機將顏料印刷于 PET透明片的表面上。刮擦透明片的經顏料涂覆的表面的超研磨顆粒被顏料標記，因此可易 于在CMP墊修整器的表面上識別出。在另一方面中，本發明另外提供一種增加工作超研磨顆粒在CMP墊修整器中的比 例的方法。該方法可包括將具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器定置于指示基板上，以使 CMP墊修整器的多個超研磨顆粒的至少一部分接觸指示基板，及在第一方向上移動CMP墊 修整器經過指示基板以使多個超研磨顆粒的該部分在基板上產生第一標記圖案。如已討 論，第一標記圖案自多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。該方法亦可包括自多個 工作超研磨顆粒中識別多個過度侵蝕性超研磨顆粒。該識別可易于經由檢查標記圖案的刮 擦圖案特征而實現。其次，該方法可包括除去多個過度侵蝕性超研磨顆粒的至少一部分以 增加工作超研磨顆粒在CMP墊修整器中的比例。如圖3中所示，自CMP墊修整器M中除去過度侵蝕性超研磨顆粒22的效果可用 來增加工作超研磨顆粒26的數目及這些超研磨顆粒可刺入指示基板觀的深度(與圖1相 比)。通過除去具有最高突出的超研磨顆粒，亦即過度侵蝕性超研磨顆粒22，可使較大比例 的工作超研磨顆粒26與指示基板觀接觸，且因此較大數目的超研磨顆粒能夠在修整操作 期間調節CMP墊。可通過各種技術進行除去超研磨顆粒，且能夠選擇性除去此類顆粒的任何技術應 視為屬于本發明范疇。舉例而言，擺針或其他結構可用來除去特定超研磨顆粒。諸如鉆石 的超研磨顆粒傾向于為脆性的，且因此使用該技術將破裂。類似地可使用激光來除去超研 磨顆粒。又，利用熱塑性樹脂作為支撐基質的CMP墊修整器可圍繞超研磨顆粒被局部加熱， 且該顆粒會自該基質脫離。
然而，注意在CMP墊修整器中存在非工作超研磨顆粒30。在一些方面中，調節CMP 墊可通過使所有多個超研磨顆粒中的一定比例為無效的而改進。此狀況在移動漿料的工作 晶體與排出污垢及碎屑的工作晶體之間提供空間。因此，有益情況可為增加CMP墊修整器 中工作超研磨顆粒的數目，同時仍留下一定比例的非工作超研磨顆粒以允許漿料、污垢及 碎屑移動。亦可通過除去程序來延長CMP墊修整器的壽命。因為大多個過度侵蝕性切割超研 磨顆粒為CMP墊修整器中的超研磨顆粒的總數目的少數，且因為侵蝕性及過度侵蝕性切割 傾向于更快速鈍化顆粒，所以效率降低的修整器實際上可似乎為未經使用或稍經使用的工 具。此是因為超研磨顆粒(包括非過度侵蝕性顆粒)上的磨損可能并非顯而易見。通過在 指示基板上產生CMP墊修整器的標記圖案，可識別目前鈍化的過度侵蝕性顆粒或過度侵蝕 性顆粒。除去這些鈍化超研磨顆粒使得迄今更尖銳的工作超研磨顆粒與CMP墊更有效地相 互作用，因此延長壽命或“再調節”該修整器。在除去所有或一些過度侵蝕性超研磨顆粒之后，可通過遵循上述程序再次產生修 整輪廓。舉例而言，在一方面中，可將CMP墊修整器定置于下一指示基板上以使CMP墊修整 器的多個超研磨顆粒的至少一部分接觸該下一指示基板，及可在第一方向上移動CMP墊修 整器經過下一指示基板以使多個超研磨顆粒的該部分在基板上產生后生標記圖案。如同先 前方面一樣，后生標記圖案自多個超研磨顆粒中識別隨后的多個工作超研磨顆粒。亦應注 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來比較先前超研磨顆粒 組態與隨后的超研磨顆粒組態的切割圖案。另外，可使用獨立指示基板通過比較刮擦圖案 來進行該比較。舉例而言，可使兩個PET透明片相互平行對準以便可比較兩個標記圖案。在許多類型的CMP墊修整器下可使用根據本發明的各種方面的技術。舉例而言， 在一方面中，超研磨顆粒可為單晶超研磨顆粒，諸如天然或合成鉆石、立方氮化硼及其類似 物。在另一方面中，超研磨顆粒可為多晶顆粒，諸如多晶鉆石、多晶立方氮化硼等等。在又一 方面中，超研磨顆粒可于其上面定置有研磨層的超研磨區段，其中該研磨層可包括單晶材 料、多晶材料或其組合。另外，CMP墊修整器可包括諸如硬焊金屬、有機聚合物、燒結金屬、陶 瓷及其類似物的基質材料。各種CMP墊修整器的實例可見于以下文獻1997年4月4日申 請的美國專利第6，039，641號；1998年11月4日申請的美國專利第6，193，770號；1999年 9月20日申請的美國專利第6，286, 498號；2001年8月22日申請的美國專利第6，679，243 號；2002年4月、9月27日申請的美國專利第7，124，753號；2000年4月沈日申請的美國 專利第6，368，198號；2002年3月27日申請的美國專利第6，884，155號；2004年9月四 日申請的美國專利第7，201，645號；及2004年12月30日申請的美國專利第7，258，708 號，所述文獻各自以引用的方式并入本文中。另外，各種CMP墊修整器的實例可見于以下 文獻2006年2月17日申請的美國專利申請第11/357，713號；2006年11月16日申請的 美國專利申請第11/560,817號；2007年4月10日申請的美國專利申請第11/786，似6號； 2005年9月9日申請的美國專利申請第11/223，786號；2007年5月16日申請的美國專利 申請第11/804,221號；2007年3月14日申請的美國專利申請第11/7M，585號；2008年 11月7日申請的美國專利申請第12/267，172號；2007年11月15日申請的美國專利申請 第11/940，935號；2008年7月5日申請的美國專利申請第12/168，110號；及2008年10 月22日申請的美國專利申請第12/255,823號，所述文獻各自以引用的方式并入本文中。
在本發明的另一方面中，提供一種CMP墊修整器修整輪廓。該修整輪廓可包括修 整圖案，其自CMP墊修整器的所有多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒及/或多個 過度侵蝕性超研磨顆粒。修整圖案可以多種格式提供，且應了解本發明范疇包括所有所述 格式。非限制性實例包括電子表示、指示基板上的標記圖案、標記圖案的圖解表示、標記圖 案的數值表示、展示多個工作超研磨顆粒的位置的CMP墊修整器圖，及其組合。在一特定方 面中，修整圖案為指示基板上的標記圖案。該種標記圖案可包括由多個工作超研磨顆粒在 第一方向上移動經過指示基板而產生的第一標記圖案，及由多個工作超研磨顆粒在第二方 向上移動經過指示基板而產生的第二標記圖案。該種CMP墊修整器修整輪廓可適用于使 CMP墊修整器上的超研磨顆粒與修整器在CMP研磨程序期間的性能相互關聯。該修整輪廓 可由新修整器提供，其可使用新修整器來產生，或其可在修整器的使用壽命期間制得。本發明另外提供一種識別CMP墊修整器中的工作超研磨顆粒的系統。該種系統可 包括指示基板及具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器，其中該多個超研磨顆粒的一部分與 指示基板接觸。該系統可另外包括由多個超研磨顆粒的該部分切入指示基板中所得的標記 圖案，其中標記圖案自多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。正如上文所描述，指示 基板可包括指示標記物以標記多個工作超研磨顆粒。本發明的技術亦可用于制造CMP墊修整器。在一方面中，舉例而言，提供一種整平 CMP墊修整器中的多個超研磨顆粒尖端的方法。該種方法可包括暫時將多個超研磨顆粒耦 接于工具基板、抵靠指示基板定置該多個超研磨顆粒，以使多個超研磨顆粒的至少一部分 接觸指示基板，及移動多個超研磨顆粒經過指示基板，以使多個超研磨顆粒的該部分在指 示基板上產生標記圖案。因此該標記圖案可自多個超研磨顆粒中識別過度侵蝕性超研磨顆 粒。隨后可相對于工具基板調整過度侵蝕性超研磨顆粒的突出部以改變該工具中存在的工 作超研磨顆粒與非工作超研磨顆粒的比例。必要時可重復整平過程。在整平之后，可將多 個超研磨顆粒永久耦接至工具基板。通過調節工作超研磨顆粒的比例，隨后永久固定所述 顆粒于CMP墊修整器中，可提高調節性能。本發明另外提供一種識別CMP墊修整器中的工作超研磨顆粒的方法，由此在修整 器上進行顆粒的識別。在一方面中，舉例而言，該種方法可包括將一懸置于一框架內的塑膠 片壓至一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器上，以至于該多個超研磨顆粒的至少一部分 使該塑膠包覆物變形。隨后，可觀測該變形的塑膠片以自該多個超研磨顆粒中識別多個工 作超研磨顆粒。換言之，因為塑膠片在框架上被拉伸，所以一旦塑膠片被壓至CMP墊修整器 上后，則該塑膠片的變形將具有對應于超研磨顆粒的突出的變形尺寸。因此，過度侵蝕性較 大且因此較突出遠離CMP墊修整器的顆粒將在塑膠片中產生較大變形。隨后可標記塑膠片 以指示過度侵蝕性顆粒的位置。另外，在一方面中，塑膠片可為至少半反射的以幫助識別工 作超研磨顆粒及過度侵蝕性超研磨顆粒。雖然上述的方法是基于刮擦平板塑膠(包含用于制造CMP墊的聚氨酯)，例如PET 薄板，用于本發明的概念亦包含以一光學機器評估鉆石顆粒尖端的位置。舉例而言，FRT公 司制造鉆石顆粒分析，其是著重于不同光波長的距離。FRT的機器可掃描整個鉆石碟盤，并 且量測所有鉆石顆粒尖端的位置，包含量測已損毀的鉆石顆粒。該機器的軟件可決定這些 尖端的共同平面，該平面可能不同于基板背面。接著，每一鉆石晶體的尖端高度根據該共同 平面進行標記。因此，FRT機器可識別鉆石顆粒尖端且根據這些尖端的高度與分布來繪制圖形。因為只有少數的鉆石顆粒尖端在CMP操作期間能夠真正貫穿拋光墊，因此能夠非常 便利地判斷這些少數晶體位于鉆石碟盤平面上的高度與位置。該信息(高度與位置)成為 判斷該拋光墊修整器品質的關鍵偵測數據。許多CMP研究者已發現最高一群的少數晶體導致昂貴的晶片產生缺陷。舉例而 言，ARACA公司已分析許多鉆石碟盤，并且提出報告指出拋光墊修整程序僅通過少數侵略性 的最高晶體來完成。他們其中一份報告宣稱拋光墊超過50%的部分是通過10個最富侵略 性的晶體的切割而完成修整。事實上，單一個最富侵略性的晶體修整了拋光20%到50%的 部分。因此，這類“殺手鉆石顆粒”就在少數最高晶體之中。若是最高的晶體遠高于第二高 的晶體，尤其是當該最高的晶體遠離其他次高的晶體，則該殺手鉆石顆粒會過度深入地穿 進該拋光墊。殺手鉆石過深的穿入不僅會形成拋光墊的深隧道，也會不必要地向上推擠變 形的拋光墊。此會造成所謂的“殺手粗糙度”而刮傷脆弱的晶片。更糟的是，這些殺手鉆石 顆粒遭受過度擠壓而崩出缺口。鉆石顆粒出現缺口后會產生鉆石碎片而嵌入相對軟的拋光 墊內。在制造鉆石碟盤的熱循環期間亦會制造鉆石的微小碎片。此散亂的超硬材料碎片必 定會深深地刮傷晶片。因此，辨識出可能會損毀或是產生殺手粗糙度的殺手鉆石顆粒是極為重要的。除 了上述的刮擦方法，光學方法或是其他的方法(使用在塑膠模造材料中的辨識方法)可用 來分級最高鉆石顆粒的尖端高度。較佳者，該最高晶體高于次高晶體20微米以內，且晶體 的前10%的最高尖端高于平均高度尖端80微米之內。若如此設計，預期可有更多的工作晶 體來修整拋光墊，且可避免少數殺手鉆石顆粒深度切割該拋光墊。對于制造程序，上述方法不僅提供產品的品質量測，亦可識別能夠自鉆石碟盤去 除的殺手鉆石顆粒。舉例而言，可以金屬推擠的方式粉碎該殺手鉆石顆粒，亦可于推擠輔以 超聲波震動。亦可以激光(YAG 釹)照射方式蒸發該殺手鉆石顆粒。一旦去除了殺手鉆石， 次高的晶體則變成最高。若新的最高晶體仍高于次高的晶體，則繼續去除。可重復去除程 序直到沒有殺手鉆石。該后處理程序可使得不合格的鉆石碟盤合格，故通過消除殺手鉆石 晶體可增加工作晶體數量。因此，不僅通過以更多晶體均分工作負載的方式來增加拋光墊 修整器的壽命，亦可通過拋光墊粗糙度的更高數量而使得CMP拋光程序更有效率。當然，通 過減少晶片上的刮痕以及過度拋光部位可提高昂貴晶片的產率。上述兩方法，靜態光學方法以及動態刮擦方法，可單獨執行或是彼此配合執行。本 發明主要是減少在修整CMP墊時的殺手鉆石顆粒以及殺手粗糙度。該測試數據可用于向客 戶提供鉆石碟盤的品質憑證。應了解，上述配置僅說明本發明的原理的應用。本領域的普通技術人員可在不脫 離本發明的精神及范疇下設計出許多變體及替代性配置，且所附權利要求書意欲涵蓋所述 變體及配置。因此，雖然在上文中已結合目前視為本發明的最實用及較佳的具體實例的內 容精確及詳細地描述了本發明，但所屬領域的普通技術人員可顯而易知的是，在不脫離本 文闡述的原理及概念的情況下可進行許多修改，包括(但不限于)在尺寸、材料、形狀、形 式、功能及操作方式、裝配及使用方面作出改變。
權利要求
1.一種用于識別CMP墊修整器中的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其包含將一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器定置于一指示基板上，以使該CMP墊修整器 的該多個超研磨顆粒的至少一部分接觸該指示基板；及在一第一方向上移動該CMP墊修整器經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該部 分在該基板上產生一第一標記圖案，其中該第一標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個 工作超研磨顆粒。
2.根據權利要求1所述的識別CMP墊修整器的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其進一 步包含在一第二方向上移動該CMP墊修整器經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該 部分產生一第二標記圖案，該第二方向大致上處于該第一方向的橫向，其中該第二標記圖 案與該第一標記圖案相比提供該多個工作超研磨顆粒的定位信息。
3.根據權利要求1所述的識別CMP墊修整器的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其中該 指示基板包括一指示標記物，其在使該CMP墊修整器移動經過該指示基板時標記該多個工 作超研磨顆粒。
4.根據權利要求3所述的識別CMP墊修整器的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其中該 指示標記物包括一選自由顏料標記物、螢光標記物、化學標記物、放射性標記物、及其組合 組成的群的成員。
5.根據權利要求1所述的識別CMP墊修整器的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其中該 多個超研磨顆粒相對于該CMP墊修整器具有至少一個校正定位方向，且其中該第一方向并 非該至少一個校正定位。
6.根據權利要求1所述的識別CMP墊修整器的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其進一 步包含自該多個工作超研磨顆粒中識別及除去過度侵蝕性超研磨顆粒。
7.根據權利要求6所述的識別CMP墊修整器的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其進一 步包含將該CMP墊修整器定置于下一指示基板上，以使該CMP墊修整器的該多個超研磨顆粒 的至少一部分接觸該下一指示基板；及在該第一方向上移動該CMP墊修整器經過該下一指示基板，以使該多個超研磨顆粒的 該部分在該基板上產生一后生標記圖案，其中該后生標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別 隨后產生的多個超研磨顆粒。
8.根據權利要求1所述的識別CMP墊修整器的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法，其中該 多個超研磨顆粒為多個超研磨區段，且該多個工作超研磨顆粒為多個工作超研磨區段。
9.一種提高工作超研磨顆粒在一 CMP墊修整器中的比例的方法，其包含將一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器定置于一指示基板上，以使該CMP墊修整器 的該多個超研磨顆粒的至少一部分接觸該指示基板；在一第一方向上移動該CMP墊修整器經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該部 分在該基板上產生一第一標記圖案，其中該第一標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個 工作超研磨顆粒；自該多個工作超研磨顆粒中識別多個過度侵蝕性超研磨顆粒；及除去該多個過度侵蝕性超研磨顆粒的至少一部分，以增加工作超研磨顆粒在該CMP墊 修整器中的比例。
10.根據權利要求9所述的提高工作超研磨顆粒在一CMP墊修整器中的比例的方法，其進一步包含將該CMP墊修整器定置于下一指示基板上，以使該CMP墊修整器的該多個超研磨顆粒 的至少一部分接觸該下一指示基板；及在該第一方向上移動該CMP墊修整器經過該下一指示基板，以使該多個超研磨顆粒的 該部分在該基板上產生一后生標記圖案，其中該后生標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別 隨后產生的多個工作超研磨顆粒。
11.一種CMP墊修整器的修整輪廓，其包含一修整圖案，其自一 CMP墊修整器的多個超 研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。
12.根據權利要求11所述的CMP墊修整器的修整輪廓，其中該修整圖案是呈一選自 由以下組成的群的格式一電子表示、一指示基板上的一標記圖案、一標記圖案的一圖解表 示、一標記圖案的一數值表示、一展示該多個工作超研磨顆粒的位置的CMP墊修整器圖、及 其組合。
13.根據權利要求12所述的CMP墊修整器的修整輪廓，其中該修整圖案為一指示基 板上的一標記圖案，其包括由該多個工作超研磨顆粒在一第一方向上移動經過該指示基板 而產生的一第一標記圖案，且進一步包括由該多個工作超研磨顆粒在一第二方向上移動經 過該指示基板而產生的一第二標記圖案，其中該第二方向至少大致上處于該第一方向的橫 向。
14.一種提高CMP墊修整器性能的方法，其用于整平一CMP墊修整器中的多個超研磨顆 粒尖端，其包含暫時將多個超研磨顆粒耦接至一工具基板；抵靠一指示基板定置該多個超研磨顆粒，以使該多個超研磨顆粒的至少一部分接觸該 指示基板；移動該多個超研磨顆粒經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該部分在該指示基 板上產生一標記圖案，其中該標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個過度侵蝕性超研磨 顆粒；相對于該工具基板調整該多個過度侵蝕性超研磨顆粒的尖端以改變工作超研磨顆粒 與非工作超研磨顆粒的比例；及使該多個超研磨顆粒永久耦接至該工具基板。
15.根據權利要求14所述的提高CMP墊修整器性能的方法，其中用一有機基質使該多 個超研磨顆粒永久耦接至該工具基板，該有機基質包括一選自由以下組成的群的成員胺 基樹脂、丙烯酸酯樹脂、醇酸樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚胺基甲酸酯樹 脂、酚醛樹脂、酚系/乳膠樹脂、環氧樹脂、異氰酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、聚硅氧烷樹脂、 反應性乙烯基樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、苯氧基樹脂、茈樹脂、聚砜樹 脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹酯、聚酰亞胺樹脂、及其組合。
16.根據權利要求14所述的提高CMP墊修整器性能的方法，其中該多個超研磨顆粒為 多個超研磨區段，且該多個工作超研磨顆粒為多個工作超研磨區段。
17.一種評估CMP墊修整器性能的系統，其用于識別一 CMP墊修整器中的工作超研磨顆 粒，其包含一指示基板；一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器，其中該多個超研磨顆粒的一部分與該指示基 板接觸；及一由該多個超研磨顆粒的該部分切入該指示基板中所得的標記圖案，其中該標記圖案 自該多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。
18.根據權利要求17所述的評估CMP墊修整器性能的系統，其中該指示基板包括一指 示標記物，其用以標記該多個工作超研磨顆粒。
19.根據權利要求18所述的評估CMP墊修整器性能的系統，其中該指示標記物包括一 選自由顏料標記物、螢光標記物、化學標記物、放射性標記物、及其組合組成的群的成員。
20.一種評估CMP墊修整器性能的方法，其是用于識別一 CMP墊修整器中的工作超研磨 顆粒，其包含將一懸置于一框架內的塑膠片壓至一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器上，以至于 該多個超研磨顆粒的至少一部分使該塑膠片變形；及觀測該變形的塑膠片以自該多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。
21.一種能在研磨一拋光墊時識別且分級超研磨顆粒尖端高度的方法，其包含讓最高 尖端高于次高尖端20微米以內。
22.根據權利要求21所述的能在研磨一拋光墊時識別且分級超研磨顆粒尖端高度的 方法，其包含識別超研磨顆粒總數前10%的最高尖端高于平均高度尖端80微米之內的情 況。
23.根據權利要求21或22所述的能在研磨一拋光墊時識別且分級超研磨顆粒尖端高 度的方法，其包含識別最高尖端高于次高尖端15微米以內，且超研磨顆粒總數前10%的最 高尖端高于平均高度尖端70微米之內的情況。
24.根據權利要求21所述的能在研磨一拋光墊時識別且分級超研磨顆粒尖端高度的 方法，其包含去除最高的超研磨顆粒以增加工作超研磨顆粒的數量。
25.根據權利要求21所述的能在研磨一拋光墊時識別且分級超研磨顆粒尖端高度的 方法，其包含使用超研磨顆粒尖端的高度與刮痕線的數據來評估品質或是作為給客戶的憑 證。
全文摘要
本發明提供識別和/或提高化學機械研磨(CMP)墊修整器性能的方法及系統。在一方面中，舉例而言，一種識別一CMP墊修整器中的過度侵蝕性超研磨顆粒的方法可包括將一具有多個超研磨顆粒的CMP墊修整器定置于一指示基板上，以使該CMP墊修整器的多個超研磨顆粒的至少一部分接觸該指示基板，及在一第一方向上移動該CMP墊修整器經過該指示基板，以使該多個超研磨顆粒的該部分在該基板上產生一第一標記圖案，其中該第一標記圖案自該多個超研磨顆粒中識別多個工作超研磨顆粒。
文檔編號B24B53/00GK102069452SQ20101029991
公開日2011年5月25日 申請日期2010年9月28日 優先權日2009年9月29日
發明者宋健民, 白陽亮 申請人:宋健民