專利名稱:用于電化學機械拋光的導電拋光用品的制作方法
相關申請的交叉參考本申請涉及2001年12月27日提交的,題目為“用于電化學機械拋光的導電拋光用品”的美國專利10/033,732,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。發明背景發明領域本發明涉及用于平面化基片表面的制造用品和設備。
相關技術的背景亞四分之一微米多層次金屬化是用于下一代超大規模集成(ULSI)的關鍵技術。屬于此技術核心的多層次互連要求在高縮圖率小孔中形成的互連特征或部件(feature),包括接觸,孔道,導線和其它元件的平面化。這些互連特征或部件的可靠形成對于ULSI的成功和對于用于增加單個基片和模塊上的電路密度和質量的連續努力是非常重要的。
在集成電路和其它電子器件的制造中,將多層導電,半導電,和介電材料沉積到基片表面上和從基片表面除去。導電,半導電,和介電材料的薄層由許多沉積技術沉積。在現代加工中通常的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD),也稱為濺射,化學氣相沉積(CVD),等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD),和電化學鍍敷(ECP)。
隨著材料層被連續沉積和除去,基片的最高表面在它的表面可變成非平面的而要求平面化。平面化表面,或“拋光”表面,是將材料從基片表面除去以形成一般均勻,平整表面。平面化在除去不期望的表面構形和表面缺陷,如粗糙表面,附聚材料,晶格損害,劃痕,和污染的層,或材料方面有用的。平面化在通過除去用于填充元件和提供用于隨后金屬化和加工的均勻表面的過量沉積材料而在基片上形成特征或部件。
化學機械平面化,或化學機械拋光(CMP),是用于平面化基片的普通技術。CMP采用化學混合物,通常為漿料或其它流體介質,用于選擇性地從基片除去材料。在常規CMP技術中,將基片支座或拋光頭安裝到支座組件上并設置為與CMP設備中的拋光墊接觸。支座組件向基片提供可控制的壓力,促使基片緊貼著拋光墊。通過外部驅動力襯墊相對于基片移動。CMP設備在產生基片表面和拋光墊之間的拋光或摩擦運動的同時,還分散拋光混合物以影響化學活動和/或機械活動并最終從基片表面除去材料。
由于其可取的電性能而日益用于集成電路制造的一種材料是銅。然而,銅具有它自身的特殊制造問題。例如,銅難以形成圖案和蝕刻及新工藝和技術,如正被用于形成銅基片特征的鑲嵌(damascene)或雙鑲嵌(dual damascene)工藝。
在鑲嵌工藝中,在介電材料中形成特征或部件,隨后由銅填充。具有低介電常數,即約小于3的介電材料,被用于銅鑲嵌的制造。在銅材料的沉積之前,將阻擋層材料一致地沉積到在介電層中形成的特征或部件的表面上。然后將銅材料沉積在阻擋層上和周圍。然而,這些特征或部件的銅填充通常在基片表面上導致過度的銅材料,或裝載過多,必須除去這些材料以在介電材料中形成銅填充的特征或部件和準備并用于下一工序的基片表面做好準備。
出現在拋光銅材料中的一個挑戰在于在導電材料和阻擋層之間的界面一般是非平面的,殘余的銅材料保留在由非平面界面形成的不規則中。此外,導電材料和屏蔽材料通常從基片表面在不同速率下除去,兩者都可導致過量導電材料在基片表面上保持為殘余物。而且,根據其中形成的元件的密度或大小,基片表面可具有不同的表面構形(topography)。銅材料以不同的除去速率下沿基片表面的不同表面構形上除去,這使得從基片表面有效除去銅材料和基片表面的最后的平面性難以達到。
從基片表面除去所有的所需除去的銅材料的一種方案是過度拋光基片表面。然而,一些材料的拋光過度可導致形態缺陷,如器件中的凹洼或凹陷的形成,稱為淺碟(dishing),或介電材料的過度除去,稱為凹蝕(erosion)。淺碟和侵蝕的產生的形態缺陷可進一步導致另外材料,如位于其下的阻擋層材料的非均勻除去,和產生具有較所需少的拋光質量的基片表面。
由于銅表面拋光的另一個問題來自低介電常數(低k)的介電材料的使用以在基片表面中形成銅波紋。低k介電材料,如碳摻雜的氧化硅,可在常規拋光壓力(即,約6psi)下變形或破碎,稱為向下力,它可有害地影響基片拋光質量和有害地影響器件形成例如,在基片和拋光墊之間的相對旋轉運動可沿基片表面誘導剪切力和使低k材料變形以形成表面構形的缺陷,它可有害地影響隨后的拋光。
在低介電材料中拋光銅的一種方案是由電化學機械拋光(ECMP)技術拋光銅。ECMP技術從基片表面通過電化學溶解除去導電材料的同時拋光基片,具有與常規CMP工藝相比降低的機械磨蝕(abrasion)。通過在陰極和基片表面之間施加偏壓以從基片表面除去導電材料到周圍的電解液中而進行電化學溶解。
在ECMP系統的一個實施方案中,由與基片支撐設備,比如基片支座頭中基片表面電連通的導電連接環施加偏壓。然而,已經觀察到連接環顯示在基片表面上的電流分布不均勻,它導致非均勻的溶解。通過基片與常規拋光墊的接觸和在基片和拋光墊之間提供相對運動而進行機械磨蝕。然而,常規的拋光墊通常限制電解液流向基片表面。另外,拋光墊可由絕緣材料組成,它可干擾施加到表面的偏壓并導致材料從基片表面的非均勻或可變溶解。
結果是,有需要改進用于除去基片表面上的導電材料的拋光用品。
發明內容
本發明的方面一般提供使用電化學沉積技術、電化學溶解技術、拋光技術、和/或其結合,用于平面化基片上層的制造用品和設備。
在一個方面,用于拋光基片的拋光用品包括含有適應于拋光基片的表面的主體和至少一個至少部分嵌入主體中的導電元件。導電元件可包括由涂敷有導電材料的纖維,或導電填料、或其組合,它可位于粘合劑材料中。導電元件可包括采用至少部分嵌入主體內的導電材料涂敷的交織纖維的織物,或用涂敷有導電材料的纖維或,或導電填料、或其組合,和至少部分嵌入主體內的粘合劑,或其組合。導電元件可含有在由拋光表面定義的平面上延伸的接觸面和可包括線圈(coils),一個或多個環路,或一個或多個股線(strands),或材料的交織織物,或其組合。可以在拋光用品中形成多個穿孔(perforations)和多個槽以促進材料通過和經過拋光用品的流動。
在另一方面,提供拋光用品用于加工基片表面,如沉積于基片表面上的導電層。拋光用品包括主體,主體包括至少一部分導電填料,或由導電材料涂敷的纖維,或其組合,且適于拋光基片。可以在拋光用品中形成多個穿孔和多個槽以促進材料通過和經過拋光用品的流動。
在另一方面,拋光用品可位于加工基片的設備中,設備包括盆,位于盆中的可滲透圓盤,位于可滲透圓盤上的拋光用品或制造用品,位于盆中在可滲透圓盤和盆底部之間的電極,和適于在加工期間保持基片的拋光頭。
在另一方面,拋光用品可在加工基片的方法中用作導電拋光用品,方法包括提供包含外殼的設備,在外殼中布置導電拋光用品,在至多20加侖每分鐘(GPM)的流量下向外殼中供應導電溶液,在導電溶液中鄰近導電拋光用品布置基片,接觸基片表面于導電溶液中的導電拋光用品,在電極和導電拋光用品之間施加偏壓,并除去基片表面的至少一部分表面。
在另一方面,提供加工基片的拋光用品,包括至少含有適于拋光基片的導電表面的主體,其中導電表面包括至少一個導電元件,導電元件包括位于聚合物材料中的導電填料,或采用導電材料涂敷的纖維,或其組合。
在另一方面,提供加工基片的拋光用品,包括含有適于拋光基片的表面的主體和導電元件,導電元件包括采用導電材料涂敷的交織纖維的織物。
附圖簡述為獲得和詳細理解其中本發明上述各方面方案,以上概述的本發明的更具體情況,可以參考附圖所示的實施方案及其描述。
然而,要注意的是附圖僅顯示本發明的典型實施方案。因此,不要認為它是范圍的限制,對于本發明可允許其它同樣有效的實施方案。
圖1是本發明加工設備一個實施方案的平面圖;圖2是ECMP臺的一個實施方案的剖視圖;
圖3是拋光用品一個實施方案的部分橫截面圖;圖4是帶槽的拋光用品一個實施方案的頂端平面圖;圖5是帶槽的拋光用品另一個實施方案的頂端平面圖;圖6是帶槽的拋光用品另一個實施方案的頂端平面圖;圖7A是在此說明的導電布或織物的頂視圖;圖7B和7C是含有包括導電布或織物的拋光表面的拋光用品的部分橫截面圖;圖7D是包括金屬箔的拋光用品的一個實施方案的部分橫截面圖;圖8A和8B分別是含有導電元件的拋光用品一個實施方案的頂部和橫截面簡圖;圖8C和8D分別是含有導電元件的拋光用品一個實施方案的頂部和橫截面簡圖;圖9A和9B是含有導電元件的拋光用品其它實施方案的透視圖;圖10A是拋光用品另一個實施方案的部分透視圖;圖10B是拋光用品另一個實施方案的部分透視圖;圖10C是拋光用品另一個實施方案的部分透視圖;圖10D是拋光用品另一個實施方案的部分透視圖;圖10E是拋光用品另一個實施方案的部分透視圖;圖11A到11C是與此處所述的拋光用品的一個實施方案接觸的基片一個實施方案的簡要側視圖;圖12A到12D是含有連接到電源的延長件的拋光用品的實施方案的頂端和側面簡圖;和圖12E和12F顯示向拋光用品提供電源的另一個實施方案的側簡圖和分解透視圖。
為促進理解,已經使用相同的參考數字,只要可能,通常對于各圖表示相同元件。
優選實施方案的詳細說明除非另外進一步定義,在此使用的詞匯和詞語應當由本領域技術人員給出它們在本領域普通和通常的意義。化學機械拋光應該廣泛地解釋和包括,但不局限于,由化學活動、機械活動,或化學和機械活動兩者的結合磨蝕基片表面。電拋光應該廣泛地解釋和包括,但不局限于,通過電化學活動的應用,如通過陽極溶解而平面化基片。
電化學機械拋光(ECMP)應該廣泛地解釋和包括,但不局限于,通過應用電化學活動、化學活動、機械活動、或電化學、化學、和機械活動的結合以從基片表面除去材料而平面化基片。
電化學機械鍍覆工藝(ECMPP)應該廣泛地解釋和包括,但不局限于,電化學沉積材料和一般通過應用電化學活動、化學活動、機械活動、或電化學、化學、和機械活動的結合而平面化沉積的材料。
陽極溶解應該廣泛地解釋和包括,但不局限于,陽極偏壓直接地或間接地對基片應用,它導致導電材料從基片表面的除去和進入周圍的電解液溶液。拋光表面廣泛地定義為在加工期間用品的部分至少部分地接觸基片表面或直接或通過導電介質把用品電連接到基片表面。
拋光設備圖1表示含有至少一個適于電化學沉積和化學機械拋光的臺,如電化學機械拋光(ECMP)臺102和至少一個位于單個平臺或工具上的常規拋光或磨光臺106的加工設備100。可適于得益于本發明的一種拋光工具是可從位于Santa Clara,California的Applied Materials公司得到的MIRRAMesaTM化學機械拋光機。
例如,在圖1所示的設備100中,1,設備100包括兩個ECMP臺102和一個拋光臺106。該臺可用于加工基片表面。例如,形成于其中的由阻擋層填充的元件輪廓,然后在阻擋層上沉積導電材料的基片可在兩個步驟中在兩個ECMP臺102中除去導電材料及在拋光臺106中拋光阻擋層以形成平面化的表面。
示例性設備100一般包括支撐一個或多個ECMP臺102的基座108,一個或多個拋光臺106,一個傳輸臺110和圓盤傳送帶112。傳輸臺110一般通過裝載機械臂116幫助基片114向和從設備100上轉移。裝載機械臂116通常在傳輸臺110和工廠界面(factory interface)120之間轉移基片114,工廠界面可包括清洗模塊122,測量設備104和一個或多個基片貯存盒118。測量設備104的一個例子是NovaScanTM集成厚度監測系統,其可從位于亞利桑納鳳凰城的NovaMeasuring Instruments公司得到。
或者,裝載機械臂116(或工廠界面120)可轉移基片到一個或多個其它加工工具(未示出)如化學氣相沉積工具、物理氣相沉積工具、蝕刻工具等等。
在一個實施方案中,傳輸臺110至少包括輸入緩沖臺124,輸出緩沖臺126,轉移機械臂132,和裝載杯組件128。裝載機械臂116將基片114放置到輸入緩沖臺124上。轉移機械臂132含有兩個夾鉗組件,每個含有由基片邊緣保持基片114的氣動夾鉗指。轉移機械臂132從輸入緩沖臺124提升基片114并旋轉夾鉗和基片114到基片114在裝載杯組件128上的位置,然后將基片114放置在裝載杯組件128上。
圓盤傳送帶112一般支撐多個拋光頭130,每個拋光頭在加工期間保持一個基片114。圓盤傳送帶112在傳輸臺110,一個或多個ECMP臺102和一個或多個拋光臺106之間傳輸拋光頭130。可適于受益于本發明的一種圓盤傳送帶112一般說明于1998年9月8日公開的Tolles等人的美國專利No.5,804,507,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
一般情況下,圓盤傳送帶112中心布置在基座108上。圓盤傳送帶112通常包括多個懸臂138。每個懸臂138一般支撐一個拋光頭130。圖1沒顯示所說明的一個懸臂138以便能看見傳輸臺110。圓盤傳送帶112可加索引,使得拋光頭130可以在臺102,106和傳輸臺110之間以由用戶定義的順序移動。
一般地拋光頭130保持基片114的同時,基片114位于ECMP臺102或拋光臺106中。ECMP臺106和拋光臺102在設備100上的布置允許基片114通過在臺之間移動而連續鍍敷或拋光的同時保留在相同的拋光頭130中。可適于本發明的一種拋光頭是TITAN HEADTM基片支座,由位于California Santa Clara的Applied Materials公司制造。
可與在此說明的拋光設備100一起使用的拋光頭130的實施方案的例子說明于2000年2月25日公開的Shendon等人的美國專利No.6,024,630,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
為促進拋光設備100和在其上進行的工藝的控制,將包括中央處理器(CPU)142,存儲器144,和配套電路146的控制器140連接到拋光設備100。CPU142可以是任何一種形式的計算機處理器,該處理器可用于控制各種驅動和壓力的工業設定。存儲器144連接到CPU142。存儲器144,或電腦可讀介質,可以是容易獲得的存儲器如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、或任何其它數字存儲器,本地或遠程的一種或多種。配套電路146連接到CPU142用于以常規的方式支撐處理器。這些電路包括超高速緩沖存儲器,電源,時鐘電路,輸入/輸出電路,子系統等等。
用于操作拋光設備100和/或控制器140的動力由電源150提供。說明性地顯示電源150連接到拋光設備100的多個組件,包括傳輸臺110,工廠界面120,裝載機械臂116和控制器140。在其它實施方案中,提供分立的電源用于拋光設備100的兩個或更多組件。
圖2顯示支撐在ECMP臺102上的拋光頭130的剖視圖。ECMP臺102一般包括盆202,電極204,拋光用品205,圓盤206和蓋子208。在一個實施方案中,盆202連接到拋光設備100的基座108上。盆202一般確定容器或電解液池,其中可以限定導電流體如電解液220。用于加工基片114的電解液220可用于加工金屬如銅、鋁、鎢、金、銀、或可電化學沉積到基片114上或從基片114電化學除去的任何其它材料。
盆202可以是由塑料如氟聚合物、TEFLON、PFA、PE、PES組成的碗形元件,或其它與電鍍和電拋光化學相容的材料。盆202含有底部210,底部包括小孔216和排水口214。小孔216一般位于底部210的中心和允許軸212通過其間。密封件218布置在小孔216和軸212以下和允許軸212旋轉的同時防止位于盆202中的流體通過小孔216。
盆202通常包括電極204,圓盤206,和位于其中的拋光用品205。拋光用品205,如拋光墊布置和支撐在圓盤206上的盆202中。
電極204是對基片114和/或接觸基片表面的拋光用品205的反電極。拋光用品205至少部分是導電的和可在如下電化學工藝期間與基片結合用作電極如電化學機械鍍覆工藝(ECMPP),它包括電化學沉積和化學機械拋光,或電化學溶解。根據在電極204和拋光用品405之間施加的正偏壓(陽極)或負偏壓(陰極),電極204可能是陽極或陰極。
例如,從電解液沉積材料到基片表面上,電極204用作陽極和基片表面和/或拋光用品205用作陰極。當從基片表面除去材料,如通過施加偏壓溶解時,電極204用作陰極和基片表面和/或拋光用品205可用作溶解過程的陽極。
電極204一般位于圓盤206和盆202的底部210之間,其中它可浸入電解液220中。電極204可以是盤狀元件,盤子含有形成于其中的多個小孔,或位于滲透膜或容器中的多個電極片。滲透膜(未顯示)可位于圓盤206和電極204或電極204和拋光用品205之間以過濾來自晶片表面的氣泡,如氫氣泡以減少缺陷形成和穩定或更均勻地在其間施加電流或電力。
對于電沉積工藝,電極204由如下物質組成要沉積或除去的材料,如銅、鋁、金、銀、鎢和可以電化學沉積到基片114上的其它材料。對于電化學除去工藝,如陽極溶解,電極204可包括不是沉積材料的材料,例如,鉑、碳、或鋁的非消耗電極,用于銅溶解。
拋光用品205可以是(材料的)襯墊、網或帶,它與流體環境和工藝規格相容。在圖2所示的實施方案中,拋光用品205是圓形和位于盆202的上端,盆由圓盤206支撐在它的下表面上。拋光用品205至少包括導電材料,如一種或多種導電元件的部分導電表面,用于在加工期間與基片表面接觸。拋光用品205可以是拋光材料的部分或全部或嵌入常規拋光材料中或位于常規拋光材料上的導電拋光材料的復合材料。例如導電材料可以位于布置在圓盤206和拋光用品205之間的“襯里”材料上以在加工期間適應拋光用品205的柔量和/或硬度(durometer)。
盆202,蓋子208,和圓盤206可以移動地布置在基座108上。當圓盤傳送帶112索引ECMP和拋光臺102,106之間的基片114時,盆202,蓋子208和圓盤206可以向基座108軸向移動以促進拋光頭130的清潔。圓盤206位于盆202中并連到軸212。軸212一般結合到位于基座108下的電機224上。電機224,響應于來自控制器140的信號,在預定速率下旋轉圓盤206。
圓盤206可以是由與電解液220相容的材料制造的穿孔用品支撐,它不會有害地影響拋光。圓盤206可以從如下聚合物制造例如氟聚合物、PE、TEFLON、PFA、PES、HDPE、UHMW等。圓盤206可以使用緊固件如螺栓或其它裝置如撳鈕固定在盆202中或與外殼干涉配合,懸置于其中等。圓盤206優選與電極204分隔以提供更寬的工藝窗口,因此減少沉積材料和從基片表面除去材料對電極204尺寸的敏感性。
圓盤206一般可滲透電解液220。在一個實施方案中,圓盤206包括多個形成于其中穿孔或通道222。穿孔包括部分或完全通過物體,如拋光用品形成的小孔,孔,開口,或通道。選擇穿孔尺寸和密度以提供電解液220通過圓盤206到基片114上的均勻分布。
在一個方面,圓盤206包括直徑約為0.02英寸(0.5毫米)到約0.4英寸(10mm)的穿孔。穿孔可具有占拋光用品約20%到約80%的穿孔密度。已經觀察到約50%的穿孔密度提供對拋光工藝具有最小的不利影響的電解液液流。一般地,對準圓盤206和拋光用品205的穿孔以提供通過圓盤206和拋光用品205到基片表面的電解液的足夠質量流量。拋光用品205可以由機械夾子或導電粘合劑布置在圓盤206上。
盡管在此針對電化學機械拋光(ECMP)工藝說明拋光用品,本發明設想在涉及電化學活動的其它制造過程中使用導電拋光用品。使用電化學活動的這樣工藝的例子包括電化學沉積,它涉及施加均勻偏壓到基片表面用于沉積導電材料的拋光用品205,而不使用常規偏壓應用設備,如邊緣接觸,和電化學機械鍍覆工藝(ECMPP),它包括電化學沉積和化學機械拋光的結合。
在操作中,拋光用品205位于盆202中電解液中的圓盤206上。將在拋光頭中的基片114在電解液中布置并與拋光用品205接觸。電解液流過圓盤206和拋光用品205的穿孔流動并通過形成于其中的槽在基片表面上分布。然后將來自電源的電力施加到導電拋光用品205和電極204,由陽極溶解方法除去在電解液中的導電材料,如銅。
將電解液220從儲槽233通過噴嘴270流入容積232。由位于邊緣254的多個孔234防止電解液220溢出容積232。孔234一般提供通過蓋子208的通路用于電解液220離開容積232和流入盆202的下部分。至少一部分孔234一般位于凹陷258的下表面236和中心部分252之間。當孔234通常高于凹陷258的下表面236時,電解液220注入容積232和因此與基片214和拋光介質205接觸。因此,基片214通過在蓋子208和圓盤206之間的相對間距的整個范圍內維持與電解液220的接觸。
在盆202中收集的電解液220一般通過位于底部210的排水口214流入液體輸送系統272。液體輸送系統272通常包括儲槽233和泵242。在儲槽233中收集流入液體輸送系統272的電解液220。泵242從儲槽233通過供應線244傳輸電解液220到噴嘴270,其中電解液220通過ECMP臺1 02循環。過濾器240一般位于儲槽233和噴嘴270之間以除去可在電解液220中存在的粒子和附聚材料。
電解液溶液可包括市售電解液。例如,含銅材料除去中,電解液可包括硫酸基電解液或磷酸基電解液,如磷酸鉀(K3PO4),或其組合。電解液也可包含硫酸基電解液的衍生物,如硫酸銅,和磷酸基電解液的衍生物,如磷酸銅。也可以使用含有高氯酸到乙酸溶液及其衍生物的電解液。
另外,本發明設想使用通常用于電鍍或電拋光工藝的電解液混合物,包括通常使用的電鍍或電拋光添加劑,如尤其增亮劑。用于電化學工藝,如銅鍍敷,銅陽極溶解,或其結合的電解液溶液的一個來源是Shipley Leonel,Rohm and Haas的一個部門,其總部在Philadelphia,Pennsylvania,商品名為Ultrafill 2000。合適的電解液混合物的例子說明于2002年1月3日提交的美國專利申請10/038,066,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
向電化學池(electrochemical cell)提供電解液溶液以在至多約20加侖每分鐘(GPM),如約在0.5GPM到約在20GPM之間,例如,約2GPM,在基片表面上或在基片表面和電極之間提供動態流量。相信電解液的這樣流量從基片表面排空拋光材料和化學副產物并允許電解液材料的更新用于改進的拋光速率。
當在拋光工藝中使用機械磨蝕時,基片料114和拋光用品205相對于彼此旋轉以從基片表面除去材料。可以如在此所述的通過與導電拋光材料和常規拋光材料兩者的物理接觸而提供機械磨蝕。基片114和拋光用品205分別在約5rpms或更大,如約10rpms到約50rpms下旋轉。
在一個實施方案中,可以使用高旋轉速度拋光工藝。高旋轉速度工藝包括在約150rpm或更大,如約150rpm到約750rpm的壓盤速度下旋轉拋光用品205;和基片114可以在約150rpm到約500rpm,如約300rpm到約500rpm的旋轉速度下旋轉。可以采用在此所述拋光用品,工藝,和設備而使用的高旋轉速度拋光工藝的進一步說明公開于2001年7月25日提交的,題目為“半導體基片化學機械拋光的方法和設備”的美國專利60/308,030。也可以在工藝期間進行其它運動,包括軌道運動或經過基片表面的掃描運動。
當接觸基片表面時,在拋光用品205和基片表面之間施加約6psi或更小,如約2psi或更小的壓力。在基片的拋光期間,使用在約2psi或更小,如約0.5psi或更小之間的壓力到在基片114和拋光用品205之間與包含低介電常數材料的基片上。在一個方面,約0.1psi到約0.2psi之間的壓力可用于使用此處所述的導電拋光用品拋光的基片。
在陽極溶解中,在作為陰極的電極204,和作為陽極的拋光用品205的拋光表面310之間施加電勢差或偏壓。在偏壓施加到導電導電性用品支撐元件上的同時,與拋光用品接觸的基片被極化。偏壓的施加允許在基片表面上形成的導電材料,如含銅材料的除去。建立偏壓可包括約15伏或更小電壓于向基片表面。約0.1伏到約10伏的電壓可用于將含銅材料從基片表面溶解而進入電解液。偏壓也可產生約0.1毫安/cm2到約50毫安/cm2的電流密度,或對于200mm的基片約0.1安培到約20安培。
可以根據從基片表面除去材料的要求,改變由電源150提供以建立電勢差和進行陽極溶解工藝的信號。例如,隨時間變化的陽極信號可以提供到導電拋光介質205。信號也可由電脈沖調制技術施加。電脈沖改變技術包括在基片上施加恒定電流密度或電壓于第一時間段,然后在第二時間段在基片上施加恒定反電壓,并重復第一個和第二個步驟。例如,電脈沖調制技術可使用從約-0.1伏和約-15伏到約0.1伏和約15伏的可變電勢。
借助拋光介質上的正確穿孔圖案和密度,相信基片對拋光用品205施加偏壓偏離基片提供導電材料,如金屬從基片表面向電解液均勻溶解,可比于來自常規邊緣接觸銷偏壓(contact-pins bias)的更高的邊緣除去速率和更低中心除去速率。
可以從至少基片表面的一部分在約15,000/min或更小,如約100/min到約15,000/min的速率下除去導電材料,如含銅材料。在本發明一個實施方案中,其中要除去的銅材料約12,000厚,可以將電壓施加到導電拋光用品205以提供約100/min到約8,000/min的除去速率。
按照電拋光工藝,可以將基片進一步拋光或磨光以除去阻擋層材料,從介電材料除去表面缺陷,或使用拋光用品改進拋光工藝的平面性。合適的磨光工藝和混合物的例子公開于2000年5月11日提交的在先未決的美國專利申請系列No.09/569,968,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
拋光用品材料在此所述的拋光用品可以是從導電材料形成的,導電材料可包括導電拋光材料或可包括位于介電或導電拋光材料中導電元件。在一個實施方案中,導電拋光材料可包括導電纖維,或導電填料,或其組合。導電纖維,或導電填料,或其組合可以分散在聚合物材料中。
導電纖維可包括導電或介電材料,如介電或導電聚合物或碳基材料,導電纖維至少部分地由包括金屬,或碳基材料,或導電陶瓷材料,或導電合金,或其組合的導電材料涂敷或覆蓋。導電纖維的形式可以為纖維或絲,導電織物或布,導電纖維做成的一個或多個環狀物,線圈,或環。多層導電材料,例如多層導電布或織物可用于形成導電拋光材料。
導電纖維包括由導電材料涂敷的介電或導電纖維材料。介電聚合物材料可以用作纖維材料。合適的介電纖維材料的例子包括聚合物材料,如聚酰胺、聚酰亞胺、尼龍聚合物、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、含二烯烴的聚合物,如AES(聚丙烯腈乙烯苯乙烯)、丙烯酸類聚合物,或其組合。
導電纖維材料可包括本征導電聚合物材料,本征導電聚合物材料包括聚乙炔、聚乙烯二氧噻吩(PEDT),市售的商品名為BaytronTM、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、碳基纖維、或其組合。導電聚合物的另一個例子是聚合物-貴金屬混合材料。聚合物-貴金屬混合材料一般對周圍的電解液呈化學惰性,如含有抗氧化的貴金屬的那些。一個聚合物-貴金屬混合材料的例子是鉑-聚合物混合材料。導電拋光材料,包括導電纖維的例子更完全地說明于2001年12月27日提交的,題目為“用于電化學機械拋光的導電拋光用品”的在先未決美國專利10/033,732,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。本發明也設想使用可用作此處所述纖維的有機或無機材料。
纖維材料本質上可以是固體或中空的。纖維長度約為1μm到約1000mm及直徑約為0.1μm到約1mm。一個方面,對于導電聚合物復合材料和泡沫,如分散在聚氨酯中的導電纖維,纖維的直徑可以為5μm到約200μm及長度對直徑的縱橫比約為5或更大,如約10或更大。纖維的橫截面可以是圓形、橢圓形、星形、“雪片狀”、或制造的介電或導電纖維的任何其它形狀。長度約為5mm到約1000mm和直徑約為5μm到約1000μm的高縱橫比纖維可用于形成導電纖維的網、環狀物、織物或布。纖維的彈性模量也可約為104psi到約108psi。然而,本發明設想使用此處所述的為提供柔順所需的,何彈性模量的彈性纖維。
布置在導電或介電纖維材料中的導電材料一般包括導電無機化合物,如金屬、碳基材料、導電陶瓷材料、金屬無機化合物、或其組合。可用于此處導電材料涂層的金屬的例子包括貴金屬、銅、鎳、鈷、及其組合。貴金屬包括金、鉑、鈀、銥、錸、銠、釕、餓、及其組合,其中優選的是金和鉑。本發明也設想使用其它金屬作為導電金屬涂層,而不是在此說明的那些。碳基材料包括炭黑、石墨、和能夠固定到纖維表面上的碳粒子。陶瓷材料的例子包括碳化鈮(NbC)、碳化鋯(ZrC)、碳化鉭(TaC)、碳化鈦(TiC)、碳化鎢(WC)及其組合。本發明也設想使用用于導電材料涂層的其它金屬、其它碳基材料、及其它陶瓷材料而不是在此說明的那些。
金屬無機化合物包括,布置在聚合物纖維,如丙烯酸類或尼龍纖維上的硫化銅或五硫化九銅,Cu9S5。五硫化九銅涂敷的纖維以商品名Thunderon購自日本的Nihon Sanmo Dyeing公司。Thunderon纖維通常含有約0.03μm到約0.1μm厚的五硫化九銅,Cu9S5涂層且已經觀察到其具有約40Ω/cm的電導率。
可以通過導電材料的鍍敷、涂敷、物理氣相沉積、化學沉積、結合、或粘合直接在纖維上布置導電涂層。另外,成核,或晶種,導電材料層如銅、鈷或鎳可用于改進在導電金屬和纖維材料之間的粘合。導電材料可布置在可變長度的單個介電或導電纖維以及從介電或導電纖維材料制備的成形環狀物、泡沫、和布或織物上。
合適導電纖維的例子是涂敷金的聚乙烯纖維。導電纖維的另外例子包括由金屬鍍敷的丙烯酸類纖維和由銠涂敷的尼龍纖維。一個使用成核材料的導電纖維的例子是由銅晶種層和布置在銅層上的金涂敷層的尼龍纖維。
導電填料可包括碳基材料或導電粒子和纖維。導電碳基材料的例子包括碳粉、碳纖維、碳納米管、碳納米泡沫、碳氣凝膠、石墨、及其組合。導電粒子或纖維的例子包括本征導電聚合物、采用導電材料涂敷的介電或導電粒子、導電材料涂敷的介電填料材料、導電無機粒子、導電陶瓷粒子、及其組合。導電填料可以由如下物質部分或完全涂敷在此說明的金屬,如貴金屬、碳基材料、導電陶瓷材料、金屬無機化合物、或其組合。一個填料材料的例子是采用銅或鎳涂敷的碳纖維或石墨。導電填料可以是球形、橢圓形、具有某些縱橫比,如2或更大的長形,或制造的任何其它形狀的填料。填料材料在此廣泛定義為可布置在第二材料中以改變第二材料物理,化學或電性能的材料。同樣,填料材料也可包括在此處說明的導電金屬或導電聚合物部分或完全涂敷的介電或導電纖維材料。導電金屬或導電聚合物部分或完全涂敷的介電或導電纖維的填料也可以完全是纖維或纖維片。
導電材料用于涂敷介電和導電纖維和填料以提供用于形成導電拋光材料所需的電導率水平。一般情況下,將導電材料的涂料沉積到纖維和/或填料材料上,其厚約0.01μm到約50μm,如約0.02μm到約10μm的厚度。涂層通常導致電阻率小于約100Ω-cm,如約0.001Ω-cm到約32Ω-cm的纖維或填料。本發明設想電阻率依賴于纖維或填料和使用的涂料的材料,且可顯示導電材料涂層,例如,鉑的電阻率,它在0℃下的電阻率為9.81μΩ-cm。一個合適的導電纖維的例子包括由約0.1μm厚的銅、鎳、或鈷,和銅、鎳、或鈷層上約2μm厚的金涂敷的尼龍纖維,及纖維的總直徑約為30μm到約90μm。
導電拋光材料可包括如下物質的組合至少部分由另外導電材料涂敷或覆蓋的導電或介電材料和用于達到所需電導率或其它拋光用品性能的導電填料。一個組合的例子是石墨和金涂敷的尼龍纖維用作包括至少一部分導電拋光材料的導電材料。
導電纖維材料、導電填料材料、或其組合可以分散在粘合劑材料中或形成復合導電拋光材料。一種形式的粘合劑材料是常規的拋光材料。常規拋光材料一般是介電材料如介電聚合物材料。介電聚合物拋光材料的例子包括聚氨酯和與填料混合的聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚(PPS)、TeflonTM聚合物、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯烴-亞甲基(EPDM)、或其組合,和用于拋光基片表面的其它拋光材料。常規拋光材料也可包括在尿烷中浸漬的或為發泡狀態的縮絨纖維。本發明設想任何常規拋光材料可以用作與在此所述導電纖維和填料的粘合劑材料。
可以將添加劑加入到粘合劑材料中以協助導電纖維、導電填料或其組合在聚合物材料中的分散。添加劑可用于改進從纖維和/或填料和粘合劑材料形成的拋光材料的機械、熱、和電性能。添加劑包括改進聚合物交聯的交聯劑和更均勻地在粘合劑材料中分散導電纖維或導電填料的分散劑。交聯劑的例子包括氨基化合物、硅烷交聯劑、多異氰酸酯化合物、及其組合。分散劑的例子包括N-取代長鏈烯基琥珀酰亞胺、高分子量有機酸的胺鹽、包含極性基團如胺、酰胺、亞胺、酰亞胺、羥基、醚的甲基丙烯酸或丙烯酸共聚物衍生物、包含極性基團如胺、酰胺、亞胺、酰亞胺、羥基、醚的乙烯到丙烯共聚物。此外,含硫化合物,如硫代乙醇酸和相關酯已經觀察為金涂敷纖維和填料在粘合劑材料中的有效分散劑。本發明設想添加劑的數量和類型隨纖維或填料材料以及使用的粘合劑材料而變化,以上例子是說明性的且不應當認為或解釋為限制本發明的范圍。
此外,可以通過提供足夠數量的導電纖維和/或導電填料以在粘合劑材料中形成物理連續或電連續介質或相,而在粘合劑材料中形成導電纖維和/或填料材料的網。當與聚合物粘合劑材料結合時,導電纖維和/或導電填料一般包括約2wt.%到約85wt.%,如約5wt.%到約60wt.%的拋光材料。
可以在粘合劑中布置由導電材料,可選地導電填料涂敷的纖維材料的交織織物或布。可以交織由導電材料涂敷的纖維材料以形成紗。可以借助于粘合劑或涂料將紗壓擠在一起以制備導電網。紗可以作為導電元件布置在拋光墊中或可以織造成布或織物。
或者,導電纖維和/或填料可以與粘合劑結合以形成復合導電拋光材料。合適粘合劑的例子包括環氧物、硅氧烷、聚氨酯、聚酰亞胺、聚酰胺、氟聚合物、氟化衍生物、或其組合。其它的導電材料,如導電聚合物、其它的導電填料,或其組合可以與粘合劑一起使用以達到所需的電導率或其它拋光用品性能。導電纖維和/或填料可包括約2wt.%到約85wt.%,如約5wt.%到約60wt.%復合導電拋光材料。
導電纖維和/或填料材料可用于形成約為50Ω-cm或更小,如約3Ω-cm或更小的體電阻率或面電阻率的導電拋光材料或用品。拋光用品的一個方面,拋光用品或拋光用品的拋光表面的電阻率約為1Ω-cm或更小。一般地,提供導電拋光材料或導電拋光材料和常規拋光材料的復合材料以生產體電阻率或體表面電阻率約為50Ω-cm或更小的導電拋光用品。一個導電拋光材料和常規拋光材料的復合材料的例子包括以足夠數量布置在聚氨酯常規拋光材料中的金或碳涂敷的纖維,它顯示1Ω-cm或更小的電阻率,以提供體電阻率約為10Ω-cm或更小的拋光用品。
在此所述導電纖維和/或填料形成的導電拋光材料一般具有在持續電場下不劣化和在酸性或堿性電解液抗劣化的機械性能。結合導電材料和使用的任何粘合劑材料以具有(如果可以)用于常規拋光用品的常規拋光材料的相等機械性能。
例如,導電拋光材料,單獨或與粘合劑材料結合,在用于聚合材料的Shore D硬度標度上具有約100或更小的硬度,如由總部在賓夕法尼亞的費城的美國測試和材料學會(ASTM)說明和測量的那樣。一個方面,導電材料在用于聚合材料的Shore D硬度標度上的硬度約為80或更小,同樣,常規硬拋光墊的Shore D硬度為約50到約80。例如,導電拋光墊的Shore D硬度可約為50到約70。導電拋光部分110一般包括約500微米或更小的表面粗糙度。一般設計拋光墊的性能以降低或最小化在機械拋光期間和向基片表面施加偏壓時,基片表面的劃痕。
拋光用品結構一個方面,拋光用品由位于支撐件上的在此所述導電拋光材料的單層組成。另一方面,拋光用品可包括多個材料層,包括在基片表面上的至少一種導電材料或提供接觸基片的導電表面和至少一種用品支撐部分或輔助襯墊。
圖3A是拋光用品205一個實施方案的部分橫截面圖。圖3所示的拋光用品205包括一個復合拋光用品,復合拋光用品含有用于拋光基片表面的導電拋光部分310和用品支撐,或輔助襯墊部分320。
導電拋光部分310可包括導電拋光材料,導電拋光材料包括在此所述的導電纖維和/或導電填料。例如,導電拋光部分310可包括導電材料,導電材料包括分散在聚合材料中的導電纖維和/或導電填料。此外,導電拋光部分可包括導電纖維的一個或多個環狀物,線圈,或環,或交織的導電纖維以形成導電織物或布。導電拋光部分310也可由多層導電材料,例如,多層導電布或織物。
導電拋光部分310的一個例子包括石墨粒子和布置在聚氨酯中的金涂敷的尼龍纖維。另一個例子包括布置在聚氨酯或硅氧烷中的石墨粒子、碳納米管、碳纖維、及其組合。
用品支撐部分320一般具有和導電拋光部分310相同或更小的直徑或寬度。然而,本發明設想用品支撐部分320具有比導電拋光部分310更大的寬度或直徑。盡管此圖說明了圓形的導電拋光部分310和用品支撐部分320,本發明設想導電拋光部分310,用品支撐部分320,或兩者具有不同的形狀如矩形表面或橢圓表面。本發明還設想導電拋光部分310,用品支撐部分320,或兩者可形成材料的線性網或帶。
用品支撐部分320可包括拋光工藝中的惰性物質和在ECMP期間耐消耗或損壞。例如,用品支座部分可能由如下物質組成常規拋光材料,包括聚合物材料,例如聚氨酯和與填料混合的聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚(PPS)、乙烯-丙烯-二烯烴-亞甲基(EPDM)、TeflonTM聚合物、或其組合,和用于拋光基片表面的其它拋光材料。用品支撐部分320可以是常規的軟材料,如由尿烷浸漬的壓縮縮絨纖維,用于在工藝期間吸收在拋光用品205和支座頭130之間施加的一些壓力。軟材料的Shore A硬度可約為20到約90。
或者,用品支撐部分320可以由與周圍電解液相容但不會有害地影響拋光包括導電貴金屬或導電聚合物的導電材料制成,以提供經過拋光用品的電導。貴金屬的例子包括金、鉑、鈀、銥、錸、銠、錸、釕、鋨、及其組合,其中優選金和鉑。如果這樣的材料由惰性材料,如常規拋光材料或貴金屬與周圍電解液隔離,可以使用與周圍電解液反應的材料,如銅。
當用品支撐部分320導電時,用品支撐部分320可比導電拋光部分310具有更大的電導率,即,更低的電阻率。例如,與包括鉑的用品支撐部分320相比,它在0℃下的電阻率為9.81μΩ-cm,導電拋光部分310的電阻率約為1.0Ω-cm或更小。導電用品支撐部分320可提供均勻的偏壓或電流以最小化拋光期間沿用品表面,例如,用品半徑的電阻,以均勻地陽極溶解基片表面。導電用品支撐部分320可連到電源上以傳輸電力到導電拋光部分310。
一般地,導電拋光部分310由適于在拋光工藝中與拋光材料一起使用的常規粘合劑粘合到用品支撐部分320。根據工藝要求或制造商所需,粘合劑可以是導電的或介電的。支撐部分320可以通過粘合劑或機械夾子固定到支撐上,如圓盤206。或者,如果拋光用品205僅包括導電拋光部分310,導電拋光部分可以由粘合劑或機械的夾子固定到一個支撐件上,比如圓盤206。
拋光用品205的導電拋光部分310和用品支撐部分320一般能滲透電解液。可以分別在導電拋光部分310和用品支撐部分320中形成多個穿孔以促進流體通過其間流動。多個穿孔允許電解液在工藝期間流過并接觸表面。穿孔可以在制造期間自然地形成,如在導電織物或布的編織期間,或可以由機械法形成和形成圖案并通過材料。穿孔可部分或完全穿過拋光用品205的每個層而形成。可以對準導電拋光部分310的穿孔和用品支撐部分320的穿孔以促進流體通過其間的流動。
在拋光用品205中形成的穿孔350的例子可包括在拋光用品中直徑約為0.02英寸(0.5毫米)到約0.4英寸(10毫米)的小孔。拋光用品205的厚度可以約為0.1mm到約5mm。例如,穿孔可以彼此間隔約0.1英寸到約1英寸。
拋光用品205可具有拋光用品約20%到約80%的穿孔密度以提供足夠質量流量的電解液經過表面。然而,本發明設想小于或大于在此所述穿孔密度以控制通過它的流體流動。在一個例子中,已經觀察到約50%的穿孔密度提供足夠的電解液流動以促進基片表面的均勻的陽極溶解。穿孔密度在此處廣泛地敘述為穿孔所占的拋光用品體積。當在拋光用品205中形成穿孔時,穿孔密度包括拋光用品表面或主體的穿孔的總數和直徑或大小。
選擇穿孔尺寸和密度以提供電解液通過拋光用品205到基片表面的均勻分布。一般地,將導電拋光部分310和用品支撐部分320兩者的孔眼尺寸,穿孔密度,和穿孔的安排經配置以彼此對準而提供足夠質量流量的電解液通過導電拋光部分310和用品支撐部分320到基片表面。
可以在拋光用品205中布置槽以促進電解液沿拋光用品205流過而以為陽極溶解或電鍍工藝提供有效或均勻的電解液流于基片表面。槽可能部分地在單層中或通過多層形成。本發明設想槽在上層或與基片表面接觸的拋光表面中形成。為向拋光用品表面提供增加或受控的電解液液流,一部分或多個穿孔可以與槽互連。或者,全部穿孔或沒有穿孔可以與位于拋光用品205中的槽互連。
用于促進電解液流動的槽的例子包括線性槽、弧形槽、環形同心槽、徑向槽、和螺旋槽。在用品205中形成的槽的橫截面可以是正方形、圓形、半圓形、或可促進經過拋光用品表面的流體流動的任何其它形狀。槽可彼此相交。槽可能形成圖案,如位于拋光表面上的相交X-Y圖案或在拋光表面上形成的相交的三角形圖案,或其結合,以促進電解液在基片表面上的流動。
槽可以彼此間隔約30密耳到約300密耳。一般地,在拋光用品中形成的槽的寬度約為5密耳到約30密耳,但尺寸可按用于拋光的需要而變化。一個槽圖案的例子包括寬約10密耳彼此間隔約60密耳的槽。任何合適的槽構型,大小,直徑,橫截面形狀,或間隔可用于提供所需的電解液流動。別的橫截面和槽構型更完全地說明于2001年10月11日提交,題目為“用于拋光基片的方法和設備”在先未決的美國專利臨時申請60/328,434,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
向基片表面輸送電解液可以由如下方式增強讓一些穿孔與槽相交以允許電解液通過一套穿孔進入,由用于加工基片的槽圍繞基片表面均勻分布,然后由流過穿孔的另外的電解液更新加工電解液。一個襯墊穿孔和開槽的例子更完全地敘述于2001年12月20日提交的美國專利10/026,854,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
含有穿孔和槽的拋光用品的例子如下。圖4是帶槽的拋光用品一個實施方案的頂端平面圖;顯示拋光用品205的圓襯墊440含有多個具有足夠尺寸和安排的穿孔446允許電解液向基片表面流動。穿孔446可以彼此間隔約0.1英寸到約1英寸。穿孔可以是直徑約為0.02英寸(0.5毫米)到約0.4英寸(10mm)的圓形穿孔。此外穿孔的數目和形狀可根據設備,工藝參數,和使用的ECMP混合物而變化。
在拋光用品205的拋光表面448中形成槽442,其中有助于來自本體溶液的新鮮電解液從盆202向在基片和拋光用品之間的間隙的輸送。槽442可具有各種圖案,包括如圖4所示的在拋光表面448上基本圓形同心槽圖案,如圖5所示的X-Y圖案和如圖6所示的三角形圖案。
圖5是含有以X-Y圖案布置在拋光墊540的拋光部分548上的槽542的拋光墊的另一個實施方案的頂端平面圖。穿孔546可以布置在縱向和橫向布置的槽的交叉處,也可以布置在縱槽、橫槽上,或位于槽542以外的拋光用品548中。穿孔546和槽542布置在拋光用品的內徑544上而拋光墊540的外徑550上可以沒有穿孔和槽。
圖6是形成圖案的拋光用品640的另一個實施方案。在該實施方案中,槽可以采用X-Y圖案和與X-Y圖案的槽642相交的對角排列的槽645而布置。對角槽645可以與任何X-Y槽642成一角度,例如,與任何X-Y槽642約成30°到約成60°而布置。穿孔646可以布置在X-Y槽642的交叉處,X-Y槽642和對角線槽645的交叉處,沿任何槽642和645布置,或布置在槽642和645以外的拋光用品648中。穿孔646和槽642布置在拋光用品的內徑644上而拋光墊640的外徑650上可以沒有穿孔和槽。
槽圖案的別的例子,如螺旋式槽、蛇紋石槽、和渦輪式槽,更完全地敘述于2001年10月11日提交的題目為“用于拋光基片的方法和設備”的在先未決的美國專利臨時申請60/328,434中,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
導電拋光表面圖7A是可用于形成拋光用品205的導電拋光部分310的導電布或織物700一個實施方案的頂端剖視圖。導電布或織物由此處所述導電材料涂敷的交織纖維710組成。該涂敷有導電材料的交織的纖維可以包含多種涂敷有導電材料的纖維并交織以形成織物。該織物也包含多種交織的纖維以形成一織物,然后其被涂敷導電材料。該織物也可由形成涂敷由導電材料的交織纖維的兩個工藝的組合形成。
在一個實施方案中,交織纖維710在垂直720和水平730方向上的編織或方平編織圖案見圖7A。本發明設想其它形式的織物,如紗,或不同交織的網或篩網圖案以形成導電布或織物700。一個方面,交織纖維710以在織物700中提供通道740。通道740允許電解液或液體流過,包括離子和電解液組分通過織物700。導電織物700可以布置在聚合物粘合劑,如聚氨酯中。導電填料也可以布置在這樣的聚合物粘合劑中。
圖7B是位于用品205的用品支撐部分320上的導電布或織物700的部分橫截面圖。導電布或織物700可以在用品支撐部分320上布置為一個或多個連續層,用品支撐部分320包括形成于其上的任何穿孔350。布或織物700可以由粘合劑固定到用品支撐部分320上。當浸入電解液溶液時,織物700適于允許電解液流過纖維,編織物,或在布或織物700中形成的通道。
或者,如果確定通道740不足以允許有效流量的電解液通過織物700,即,金屬離子通過其擴散,也可以將織物700穿孔以增加通過其的電解液流量。織物700通常適應或被穿孔以允許電解液溶液的流速約達到每分鐘20加侖。
圖7C是布或織物700的部分的橫截面圖,布或織物可以由穿孔750形成圖案以和用品支撐部分320中穿孔350的圖案匹配。或者,導電布或織物700的一些或所有穿孔750可不與用品支撐部分320的穿孔350對準。穿孔的對準或非對準允許操作員或制造者控制電解液通過拋光用品以接觸基片表面的流量或流速。
一個織物700的例子是約8到約10個纖維寬的方平交織物,其纖維包括由金涂敷的尼龍纖維。纖維的例子是尼龍纖維,約0.1μm厚的鈷、銅、或鎳材料,和沉積在鈷、銅、或鎳材料上的約2μm厚金沉積在尼龍纖維上。
或者,導電篩網可用于代替導電布或織物700。導電篩網可包括導電纖維、導電填料、或至少一部分位于導電粘合劑中或由導電粘合劑涂敷的導電布700。導電粘合劑可包括非金屬導電聚合物或位于聚合物中的導電材料的復合物。導電填料,如石墨粉、石墨片、石墨纖維、碳纖維、碳粉、炭黑、或在導電材料中涂敷的纖維,和聚合物材料,如聚氨酯的混合物可用于形成導電粘合劑。采用此處所述導電材料涂敷的纖維可用作導電粘合劑的導電填料。例如,碳纖維或金涂敷的尼龍纖維可用于形成導電粘合劑。
如需要協助導電填料和/或纖維的分散,導電粘合劑也可包括添加劑,以改進聚合物和填料和/或纖維之間的粘合,和改進導電箔和導電粘合劑之間的粘合,以及改進導電粘合劑的機械、熱和電性能,。用于改進粘合的添加劑的例子包括環氧樹脂類、硅氧烷、聚氨酯、聚酰亞胺、或其用于改進粘合的組合。
導電填料和/或纖維和聚合物材料的復合物可適于提供特定的特性,如電導率,磨損特性,耐久性系數。例如包括約2wt.%到約85wt.%導電填料的導電粘合劑可與在此說明的用品和工藝一起使用。可用作導電填料和導電粘合劑的材料的例子更完全地說明于2001年12月27日提交的美國專利10/033,732,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
導電粘合劑的厚度可以約為1微米到10毫米,如約10微米到約1毫米厚。多層導電粘合劑可施加到導電篩網上。導電篩網可以導電布或織物700相同的方式使用,如圖7B和7C所示。導電粘合劑可以在導電篩網上以多層涂敷。一個方面,在已經篩網形成孔后,將導電粘合劑涂敷到導電篩網上以保護篩網部分因孔形成工藝而暴露的部分,。
另外,導電底層涂料可以在導電粘合劑的涂敷之前位于導電篩網上以促進導電粘合劑對導電篩網的粘合。導電底層涂料可以由和導電粘合劑纖維相似材料組成,改良組成以生產具有比導電粘合劑更大材料間粘合的性能。合適的導電底層涂料材料的電阻率可以小于約100Ω-cm,如0.001Ω-cm到約32Ω-cm。
或者,可以使用導電箔代替導電布或織物700,如圖7D所示。導電箔一般包括位于支座層320上導電粘合劑790中或由該導電粘合劑涂敷的金屬箔780。形成金屬箔的材料的例子包括金屬涂敷的織物、導電金屬如銅、鎳、和鈷,和貴金屬、如金、鉑、鈀、銥、錸、銠、錸、釕、鋨、及其組合,其中優選是金和鉑。
導電箔也可包括非金屬導電箔片,如銅片、碳纖維織造片箔。導電箔也可包括金屬涂敷的介電或導電材料的布,如銅、鎳、或金涂敷的尼龍纖維布。導電箔也可包括由此處所述導電粘合劑涂敷的導電或介電材料。導電箔也可包括互連導電金屬線或條,如銅絲的線框、篩子或篩網,它可以由此處所述的導電粘合劑材料涂敷。本發明設想使用其它材料形成此處所述的金屬箔。
在此所述的導電粘合劑790可封囊金屬箔780,它允許金屬箔780為導電金屬,該金屬,如銅與周圍的電解液反應,。導電箔可以被穿多個穿孔750,如此處所述的穿孔。盡管未顯示,導電箔可連接到電源的導線上以偏壓拋光表面。盡管未顯示,金屬箔也可以是有槽的。
導電粘合劑可以如對于導電篩網或織物700所述和可以在金屬箔780上以多層涂敷。一個方面,在已經將金屬箔780穿孔以保護金屬箔780部分不曝露于穿孔工藝之后,將導電粘合劑790涂敷到金屬箔780上。
可以通過將液體狀態粘合劑或粘結劑流延到織物700、箔780或篩網上,將在此所述的導電粘結劑布置到導電織物700、箔780、或篩網上。然后在干燥和固化之后,粘合劑在織物,箔或篩網上固化。包括注塑、壓縮塑模、層壓、高壓釜、擠出、或其結合的其它合適的加工方法可用于封囊導電織物、篩網或箔。熱塑性和熱固性粘合劑兩者可用于此應用。
可以通過在金屬箔上穿多個直徑或寬度約為0.1μm到約1mm的穿孔,或通過在金屬箔和導電粘合劑之間施加導電底層涂料,增強在導電粘合劑和導電箔的金屬箔組分之間的粘合。該導電底層涂料可以是與此處所述的篩網導電底層涂料相同的材料。
拋光表面中的導電元件另一方面,在此所述的導電纖維和填料可用于形成位于拋光材料上顯著的導電元件以形成本發明的導電拋光材料205。拋光材料可以是常規拋光材料或導電拋光材料,例如,位于此處所述聚合物中的導電填料或纖維的導電復合材料。導電元件的表面可與拋光用品的表面形成平面或可以在拋光用品表面的平面上延伸。導電元件可延伸到拋光用品表面以上至多約5毫米。
盡管以下部分說明了具有特殊結構和布置的導電元件在拋光材料中的使用,本發明設想單個導電纖維和填料,和從其制備的材料,如織物也可認為是導電元件。此外,盡管未顯示,以下的拋光用品的說明可包括具有在此所述和圖4到6所示的穿孔和帶槽圖案的拋光用品,及用于引入在此所述的導電元件的圖案構型如下。
圖8A到8B表示含有其中布置的導電元件的拋光用品800的一個實施方案的頂端和橫截面簡圖。拋光用品800一般包括含有在加工時適于接觸基片的拋光表面820的主體810。主體810通常包括電介質或聚合物材料,如介電聚合物材料,例如,聚氨酯。
拋光表面820形成于其中的一個或多個孔,槽,溝槽,或凹陷以至少部分接收導電元件840。一般可以布置導電元件840以使接觸表面850共平面或在由拋光表面820確定的平面上延伸。通常配置接觸表面850,如通過含有柔順,彈性,柔軟的,或可壓力模塑表面,以當接觸基片時最大化導電元件840的電接觸。在拋光期間,接觸壓力可用于推動接觸表面850進入與拋光表面820共平面的位置。
一般由在此所述的形成于其中的多個穿孔860使主體810能滲透電解液。拋光用品800可具有拋光用品810表面積約20%到約80%的穿孔密度以提供足夠的電解液流量以促進基片表面的均勻陽極溶解。
主體810一般包括介電材料如在此所述的常規拋光材料。一般在主體810中形成的凹陷830以在加工期間保持導電元件840,且因此形狀和方向可變化。在圖8A所示的實施方案中,凹陷830是具有矩形橫斷面位于拋光用品表面上和在拋光用品800中心形成互連“X”或十字紋870的槽。本發明設想另外的橫截面,如倒置的梯形和圓形彎曲,其中槽接觸在此所述的基片表面。
或者,凹陷830(和位于其中的導電元件840)可以在不定間隔下布置,為放射狀、平行、或垂直取向,且可另外是線性、彎曲、同心、漸開線、或其它橫截面。
圖8C是放射狀布置在主體810中一系列單個導電元件840的頂端簡圖,每個元件840由隔片875物理或電隔離。隔片875可以是介電拋光材料或介電互連件,如塑料互連件。或者,隔片875可以是無拋光材料或導電元件840的拋光用品的截面以提供在導電元件840之間無物理連接。在這樣的分離元件構型中,每個導電元件840可以單獨由導電通路890,如導線連接到電源。
往回參考圖8A和8B,一般被置于主體810中的導電元件840以產生約20Ω-cm或更小的體電阻率或體表面電阻率。在拋光用品的一個方面,拋光用品的電阻率約為2Ω-cm或更小。導電元件840一般具有在持續電場下不退化和在酸性和堿性電解液中耐劣化的機械性能。導電元件840由壓配合、夾緊、粘合劑、或通過其它方法保持在凹陷830中。
在一個實施方案中,導電元件840是足夠柔順的,彈性,或柔軟的以在加工期間在接觸表面850和基片之間維持電接觸。相比于拋光材料,用于導電元件840的足夠柔順,彈性,或柔軟的材料可具有在Shore D硬度標度上約100或更小的模擬硬度(analogous hardness)。可以使用在用于聚合物材料的Shore D硬度標度上具有約80或更小模擬硬度的導電元件840。柔順材料,如柔軟或可彎的纖維材料也可用作導電元件840。
在圖8A和8B所示的實施方案中,導電元件840嵌入位于用品支撐或輔助襯墊815上的拋光表面810。穿過拋光表面810和導電元件840周圍的用品支撐815形成穿孔860。
一個導電元件840的例子包括采用導電材料或導電填料和聚合物材料,如聚合物基粘合劑混合物涂敷的介電或導電纖維,以制備在此所述的導電(和耐磨的)復合材料。導電元件840也可包括導電聚合物材料或在此所述的其它導電材料以改進電學性能。例如,導電元件包括導電環氧物和導電纖維的復合材料,導電纖維包括由金涂敷的尼龍纖維,如由位于尼龍纖維上厚約0.1μm鈷、銅、或鎳涂敷的尼龍纖維,和位于尼龍纖維上厚約2μm金涂敷的尼龍纖維,和碳或石墨填料以改進復合材料的電導率,它沉積在聚氨酯主體中。
圖8D是含有位于其中的導電元件的拋光用品800另一個實施方案的橫截面簡圖。一般可以布置導電元件800以使接觸表面850共平面或在由拋光表面820確定的平面上延伸。導電元件840可包括在此所述的,在導電元件845周圍布置,封囊或包裹的導電織物700。或者可以在導電元件845的周圍布置,封囊,或包裹單個導電纖維和/或填料。導電元件845可包括金屬,如在此所述的貴金屬,或適用于電拋光工藝的其它導電材料,如銅。導電元件840也可包括織物和在此所述的粘合劑材料與形成導電元件860外接觸部分的織物和通常形成內部支撐結構的粘合劑的復合材料。導電元件860也可包括具有矩形橫截面積及由剛性導電織物700和在此所述的粘合劑形成的管壁的中空管。
連接器890用于連接導電元件840到電源(未顯示)以在加工期間電偏壓導電元件840。連接器890一般是導線,導帶或與工藝流體相容或含有覆蓋物或涂層的其它導體,涂層保護連接器890不受工藝流體影響。連接器890可以通過模塑、錫焊、堆積、硬釬焊、夾緊、壓接、鉚接、扣緊、導電粘合劑或通過其它方法或裝置連接到導電元件840上。可用于連接器890的材料的例子包括絕緣銅、石墨、鈦、鉑、金、鋁、不銹鋼、和尤其是導電材料HASTELOY。
在連接器890周圍布置的涂層可包括聚合物如氟碳、聚氯乙烯(PVC)和聚酰亞胺。在圖8A所示的實施方案中,一個連接器890在拋光用品800的外圍連接到每個導電元件840上。或者,可以通過拋光用品800的主體810布置連接器890。然在另一個實施方案中,連接器890可連接到位于袋中的導電柵(未顯示)和/或通過電連接導導電元件840的主體810。
圖9A顯示拋光材料900的另一個實施方案。拋光材料900包括主體902,主體包括一個或多個至少部分位于拋光表面906上的導電元件。導電元件904一般包括多個纖維,條,和/或撓性指桿,撓性指桿是柔順或彈性的且適于在加工同時接觸基片表面。纖維由如下物質組成至少部分地導電的材料,如由在此所述的導電材料涂敷的介電材料組成的纖維。纖維也可在本質上是固體或中空的以降低或增加纖維柔量或柔韌性。
在圖9A所示的實施方案中,導電元件904是多個連接到基座909上的多個導電輔助元件913。導電輔助元件913包括在此所述的至少部分導電的纖維。輔助元件913的例子包括在此所述的由金涂敷的尼龍纖維或碳纖維。基座909也包括導電材料且連接到連接器990上。基座909也可由在拋光期間從拋光墊用品溶解的導電材料,如銅層涂敷,相信它延長導電纖維的加工持續時間。
導電元件904一般位于拋光表面906中形成的凹陷908中。導電元件904可以在相對于拋光表面906的0到90度之間取向。在其中平行于拋光表面906取向導電元件904的實施方案中,導電元件904可部分地位于拋光表面906上。
凹陷908含有下裝配部分910和上清潔部分912。將裝配部分910配置以接收導電元件904的基座909,通過壓配合、夾緊、粘合劑、或通過其它方法保持導電元件904。間隙部分912位于凹陷908和拋光表面906相交處。間隙部分912一般在橫截面上比裝配部分910大以當拋光時接觸基片而不位于基片和拋光表面906之間時,允許導電元件904彎曲。
圖9B顯示含有導電表面940和在其上形成有多個分離的導電元件920的拋光用品900的另一個實施方案。包括垂直放置于拋光用品205的導電表面940的由導電材料涂敷的介電材料纖維的導電元件920,且彼此水平放置。拋光用品900的導電元件920一般在相對于導電表面940的0到90度取向和可以相對于導電表面垂直線的任何極性傾斜取向。導電元件920可以經過拋光墊的長度形成,如圖9B所示或僅可位于拋光墊的選擇區域中。導電元件920在拋光表面以上的接觸高度可以至多約為5毫米。包括導電元件920的材料直徑約為1密耳(千分之一英寸)到約10密耳。在拋光表面以上的高度和導電元件920的直徑可根據執行的拋光工藝而變化。
導電元件920足夠柔順或彈性以在接觸壓力下變形同時保持與基片表面的電接觸,以減少或最小化基片表面的劃痕。在圖9A和9B所示的實施方案中,基片表面可僅接觸拋光用品205的導電元件920。布置導電元件920以在拋光用品205表面上提供均勻的電流密度。
導電元件920由非導電的,或介電粘合劑或粘結劑粘合到導電表面上。非導電粘合劑可向導電表面940提供介電涂層以在導電表面940和任何周圍電解液之間提供電化學阻擋層。導電表面940可以為圓拋光墊或拋光用品205的線性網或帶的形式。一系列穿孔(未顯示)可位于導電表面940中用于向其中提供電解液液流。
盡管未顯示,導電板可位于常規拋光材料的支撐墊上用于拋光用品900在旋轉或線性拋光壓盤上的定位和處理。
圖10A顯示由導電元件1004組成的拋光用品1000一個實施方案的簡要透視圖。每個導電元件1004一般包括一個環狀物或環1006,環狀物或環含有第一端1008和位于在拋光表面1024中形成的凹陷1012中的第二端1010。每個導電元件1004可以連接到相鄰的導電元件上以形成在拋光表面1024上延伸的多個環狀物1006。
在圖10A所示的實施方案中,每個環狀物1006由導電材料涂敷的纖維制造且由粘合到凹陷1012的扎線基座1014連接。環狀物1006的例子是由金涂敷的尼龍纖維。
環狀物1006在拋光表面上的接觸高度可以是約0.5毫米到約2毫米,和包括環狀物的材料直徑可以是約1密耳(千分之一英寸)到約50密耳。扎線基座1014可以是導電材料,如鈦、銅、鉑、或鉑涂敷的銅。扎線基礎1014也可以由在拋光期間從拋光墊用品溶解的導電材料,如銅的涂敷層。導電材料層在扎線基礎1014上的使用被認為是優選溶解其下的環狀物1006材料或扎線基座1014材料以延長導電元件1004壽命的犧牲層。導電元件1004可以在相對于拋光表面1024的0到90度取向和可以相對于拋光表面1024垂直線的任何極性取向傾斜。導電元件1004由電連接器1030連接到電源上。
圖10B顯示由導電元件1004組成的拋光用品1000另一個實施方案的簡要透視圖。導電元件1004包括導線的單個線圈1005,導線由在此所述的導電材料涂敷的纖維組成。線圈1005連接到位于基座1014上的導電元件1007。線圈1005可圍繞導電元件1007,圍繞基座1014,或粘合到基座1014的表面上。導電條可包括導電材料,如金,和一般包括化學惰性的導電材料,如金或鉑,與用于拋光工藝的任何電解液。或者,犧牲材料層1009位于基座1014上。犧牲材料層1009一般是比導電元件1007更化學活性的材料,如銅,用于在拋光工藝的電拋光方面,或陽極溶解方面期間相比于導電元件1007和線圈1005的材料,優先除去化學活性材料。導電元件1007可以由電連接器1030連接到電源上。
偏壓元件可位于導電元件和主體之間以提供推動導電元件遠離主體及在拋光期間與基片表面接觸的偏壓。偏壓元件1018的例子見圖10B。然而,本發明設想在此所示,例如在圖8A到8D,9A,10A到10D所示的導電元件可使用偏壓元件。偏壓元件可以是彈性材料或包括壓縮彈簧、扁彈簧、盤簧、發泡聚合物如泡沫聚氨酯(如,PORON聚合物)、彈性體,氣囊或其它元件的設備或能夠偏壓導電元件的設備。偏壓元件也可以是能夠抗要拋光的基片表面偏壓導電元件和改進與要拋光的基片表面的接觸的柔順或彈性材料,如柔順泡沫或有空氣的軟管。偏壓的導電元件可與拋光用品的表面形成平面或可以在拋光用品表面的平面上延伸。
圖10C顯示含有多個放射型從基片中心向邊緣布置的導電元件1004的拋光用品1000另一個實施方案的簡要透視圖。多個導電元件可以在15°、30°、45°、60°、和90°,或任何其它所需組合的間隔下彼此間隔。一般間隔導電元件1004以提供電流或電力均勻施加于基片的拋光。導電元件可以進一步間隔以不彼此接觸。可以配置主體1026的介電拋光材料的楔形部分1004以電絕緣導電元件1004。在拋光用品中形成隔片或凹陷的區域1060也以將導電元件1004彼此隔離。導電元件1004的形式可以為圖10A所示的環狀物或圖9B所示的垂直延伸纖維。
圖10D顯示圖10A另外實施方案的簡要透視圖。導電元件1004包括在此所述的交織導電纖維1006的篩網或織物,該交織導電纖維含有第一端1008和位于在拋光表面1024中形成的凹陷1012中的第二端以形成一個連續導電表面用于與基片接觸。篩網或織物可以是交織纖維的一個或多個層。包括導電元件1004的篩網或織物在圖10D中說明為單層。導電元件1004可以連接到導電基座1014上和可以在拋光表面1024上延伸,如圖10所示。導電元件1004可以由連接到導電基座1014的電連接器1030連接到電源。
圖10E顯示形成形成于其中的環狀物1006和固定導電元件到拋光用品主體1026上的導電元件的另一個實施方案的部分簡要透視圖。在相交導電元件1004的槽1070的拋光用品的主體1024中形成通道1050。電極頭(insert)1055位于通道1050中。電極頭1055包括導電材料,如金或與導電元件1006相同的材料。連接器1030則可以位于通道1050中且與電極頭1055接觸。連接器1030連接到電源。導電元件1004的端部1075可以與電極頭1055接觸以便于電力流過其間。然后由介電電極頭1060將導電元件1004的端部10751和連接器1030固定到導電電極頭1055上。本發明設想對于導電元件1004的每個環狀物1006,在沿導電元件1004長度的間隔下,在導電元件1004的最末端使用通道。
圖11A-C是說明在此所述導電材料的環狀物或環彈性能力的簡要側視圖。拋光用品1100包括位于在襯墊支座上形成的輔助襯墊1120上的拋光表面1110及其中的槽或凹陷1140。包括由導電材料涂敷的介電材料的環狀物或環1150的導電元件1140位于凹陷1170中的拉線基座1155上和與電氣連接器1145連接。基片1160與拋光用品1100接觸且對拋光用品1100表面做相對運動。當基片接觸導電元件1140時,環狀物1150被壓縮入凹陷1140中同時保持與基片1160的電接觸,如圖11B所示。當基片移動足夠的距離以不再接觸導電元件1440時,彈性環狀物1150返回到未壓縮的形狀用于另外的加工,如圖11C所示。
導電拋光墊的進一步例子說明于2001年12月27日提交的,美國臨時專利申請10/033,732,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
電力應用可以通過使用在此所述的連接器或電力轉移設備將電力連接到上述拋光用品205。電力轉移設備更完全地說明于2001年12月27日提交的美國臨時專利申請10/033,732,該文獻在此引入作為參考,可見與本文要求方面和說明書不一致的程度。
往回參考圖11A-11C,可以通過使用包括位于在拋光墊中形成的槽或凹陷1170中的導電板或導電載片的電氣連接件1145,將電力連接到導電元件1140。在圖11A所示的實施方案中,導電元件1140安裝在金屬板,如金板上,金屬板安裝在支撐上,如圓盤206上,其中拋光用品1100如圖2所示。或者,電氣連接件可位于在導電元件和拋光墊材料之間,例如,在導電元件840和如圖8A和8B所示的主體810之間的拋光墊材料上。然后由如以上在圖8A-8D中所說明的引線(未示出)將電氣連接件連接到電源。
圖12A-12D是含有連接到電源(未示出)的延伸件的拋光用品的實施方案的頂端和側面簡圖。電源向基片表面提供載流能力,即陽極偏壓用于在ECMP工藝中的陽極溶解。電源可以由位于導電拋光部分和/或拋光用品的用品支撐部分周圍的一個或多個導電連接件連接到拋光用品。一個或多個電源可以由一個或多個連接件連接到拋光用品以允許產生經過基片表面部分的可變偏壓或電流。或者,一個或多個引線可以在導電拋光部分和/或支撐部分中形成,其連接到電源。
圖12A是由導電連接器連接到電源的導電拋光墊的一個實施方案的頂端平面圖。導電拋光部分含有在導電拋光部分1210中形成的寬度或直徑比用品支撐部分1220更大的延伸件,例如,臺肩(shoulder)或單個塞子(plug)。延伸件由連接器1225連接到電源以向拋光用品205提供電流。在圖12B中,可以形成延伸件1215以從導電拋光部分1210的平面平行或橫向擴展和延伸過拋光支撐部分1220的直徑。穿孔和槽的圖案如圖6所示。
圖12B是通過導電通路1232,如導線連接到電源(未示出)的連接器1225的一個實施方案的橫截面簡圖。該連接器包括連接到導電通路1232和由導電緊固件1230,如螺釘電連接到延伸件1215的導電拋光部分1210的電連接器1234。螺栓1238可連接到在其間固定導電拋光部分1210的導電緊固件1230。隔片1236,如墊圈,可位于導電拋光部分1210和緊固件1230和螺栓1238之間。隔片1236可包括導電材料。緊固件1230,電連接器1234,隔片1236,和螺栓1238可以由導電材料,例如,金、鉑、鈦、鋁、或銅組成。如果使用可與電解液反應的材料,如銅,該材料可以采用對與電解液的反應為惰性的材料,如鉑覆蓋。盡管未示出,導電緊固件的別的實施方案可包括導電夾子、導電粘合帶、或導電粘合劑。
圖12C是通過支撐1260,如圖2所示壓盤或圓盤206的上表面連接到電源(未示出)的連接器1225的一個實施方案的橫截面簡圖。連接器1225包括緊固件1240,如具有足夠長度的螺釘或螺栓以穿過延伸件1215的導電拋光部分1210而與支撐1260連接。隔片1242可位于導電拋光部分1210和緊固件1240之間。
支撐一般適于接收緊固件1240。可以在支撐1260的表面中形成小孔1246以接收如圖12C所示的緊固件。或者,電連接器可位于緊固件1240和導電拋光部分1210之間及緊固件與支撐1260連接。支撐1260可以由導電通道1232,如導線連接到電源,連接到在拋光壓盤或腔室以外的電源或集成到拋光壓盤或腔室中的電源以提供與導電拋光部分1210的電氣連接。導電通路1232可以與支撐1260為整體或從如圖12B所示的支撐1260上延伸。
在進一步的實施方案中,緊固件1240可以是通過導電拋光部分1215延伸和由如圖12D所示的螺栓1248固定的支撐1260的集成的延伸件。
圖12E和12F顯示向含有位于拋光部分1280和用品支撐部分1290之間的電力連接器1285的拋光用品1270提供電力的另一個實施方案的簡要和分解透視圖。拋光部分1280可由在此所述的導電拋光材料組成或包括多個在此所述的導電元件1275。導電元件1275相互之間可以如圖12F所示的方式物理隔離。在拋光表面中形成的導電元件1275適于與電力連接器1285電接觸,如通過元件的導電基座。
電力連接器1285可包括導線互連元件1275,多個平行線互連元件1275,獨立地連接元件1275的多個導線,或連接元件1275到一個或多個電源的導線篩網互連元件。連接到獨立導線和元件上的獨立電源可改變施加的電力而互連的導線和元件可向元件提供均勻的電力。電力連接器可覆蓋拋光用品的一部分或所有的直徑或寬度。圖12F中的電力連接器1285是連接元件1275的導線篩網互連元件的一個例子。電力連接器1285可以由導電通道1287,如導線連接到在拋光壓盤或腔室以外的電源或集成到拋光壓盤或腔室中的電源。
盡管以上內容針對本發明的各種實施方案,可以設計本發明的其它的和進一步的實施方案而不背離其基本范圍,且其范圍由根據權利要求確定。
權利要求
1.一種加工基片的拋光用品,包括一主體,其有適于拋光基片的一個表面,和至少一個至少部分嵌入所述主體內的導電元件,所述導電元件包括由導電材料涂敷的纖維和導電填料中的至少一種,或其組合。
2.根據權利要求1所述的拋光用品,其中纖維包括選自如下的聚合物材料群聚酰胺、尼龍聚合物、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、含二烯烴的聚合物、聚苯乙烯、聚丙烯腈乙烯苯乙烯、丙烯酸類聚合物,或其組合;其中導電材料包括金屬、碳材料、導電陶瓷材料、金屬無機材料中的至少一種,或其組合;其中導電填料包括碳粉、碳纖維、碳納米管、碳納米泡、碳凝膠、石墨、導電聚合物、導電纖維、由導電材料涂敷的介電或導電粒子、由導電材料涂敷的介電填料材料、導電無機粒子、導電陶瓷粒子中的至少一種,或其組合。
3.根據權利要求1所述的拋光用品,其中主體包括選自如下的聚合物材料群聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、采用尿烷浸漬的縮絨纖維,或其組合。
4.根據權利要求1所述的拋光用品,其中導電材料涂敷的纖維還包括位于纖維和導電材料之間的成核材料或粘合劑材料。
5.根據權利要求1所述的拋光用品,其中拋光用品包括其上含有金的聚酰胺纖維和位于聚氨酯粘合劑中的石墨或位于聚氨酯或硅氧烷中的石墨、碳納米管、碳纖維、及其組合。
6.根據權利要求1所述的拋光用品,其中主體還包括在其中至少部分上形成的許多槽或穿孔。
7.根據權利要求6所述的拋光用品,其中至少一個導電元件設置于所述至少部分上形成的許多槽的一個或多個中。
8.根據權利要求1所述的拋光用品,其中至少一個導電元件要延伸出所述主體表面定義的平面。
9.根據權利要求8所述的拋光用品,其中至少一個導電元件包括一個或多個延伸出所述主體表面確定的表面的導電纖維,所述一個或多個導電纖維的形狀為線圈、一個或多個環狀物、一個或多個條狀物、交織織物中的至少一種,或其組合,且所述延伸出所述主體表面確定的表面的一個或多個導電纖維是耦合到導電基座上。
10.根據權利要求1所述的拋光用品,還包括位于所述至少一個導電元件和所述主體之間的一個偏壓元件,且所述偏壓元件適于朝拋光表面激勵所述導電元件以電接觸位于拋光表面上的基片。
11.根據權利要求1所述的拋光用品,其中所述主體還包括用于連接所述用品到電源的連接器。
12.根據權利要求1所述的拋光用品,其中所述主體包括位于一個支撐部分上的一個拋光部分,所述至少一個導電元件位于所述導電拋光部分上。
13.根據權利要求12所述的拋光用品,其中用于連接所述用品到電源的連接器位于所述拋光部分和支撐部分之間且電連接到所述至少一個導電元件。
14.根據權利要求1所述的拋光用品,其中所述至少一個導電元件包括由導電材料涂敷的纖維復合物、導電填料復合物中的至少一種,或其組合,和粘合劑,且所述復合物至少部分地嵌入所述主體內。
15.根據權利要求14所述的拋光用品,其中所述粘合劑包括選自如下聚合物基粘合試劑環氧樹脂、硅氧烷、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺、聚酰胺、氟聚合物、氟化衍生物中的至少一種,或其組合;或所述粘合劑包括選自如下的聚合物材料聚氨酯、與填料混合的聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚(PPS)、乙烯-丙烯-二烯烴-亞甲基(EPDM)、TeflonTM聚合物、聚苯乙烯中的至少一種,及其組合。
16.根據權利要求1所述的拋光用品,其中所述至少一個導電元件電連接到位于在拋光用品的所述主體中形成的一個槽中的一個導電部件。
17.根據權利要求16所述的拋光用品,其中所述至少一個導電元件包括一個或多個同心地圍繞所述導電部件且由導電材料涂敷的線圈狀纖維,或一同心地圍繞所述導電部件且由導電材料涂敷的纖維交織織物,或一種或多種金屬,或同心地位于由導電粘合劑涂敷的金條或金屬箔上的一根銅線或銅箔,或其組合。
18.根據權利要求1所述的拋光用品,其中主體包括由導電材料涂敷的纖維導電網、或導電填料、或其組合,和用于其上的粘合劑。
19.一種加工基片的拋光用品,包括一個主體,其有至少一個適于拋光基片的導電表面,其中導電表面包括至少一個導電元件,所述導電元件包括位于聚合物材料中的導電填料,或由導電材料涂敷的纖維,或其組合。
20.根據權利要求19所述的拋光用品,其中所述導電材料涂敷的纖維還包括位于纖維和導電材料之間的成核材料或粘合劑材料。
21.根據權利要求19所述的拋光用品,其中拋光用品包括其上有金的聚酰胺纖維和位于聚氨酯粘合劑中的石墨,或包括位于聚氨酯或硅樹脂中的石墨顆粒、或碳納米管、或碳纖維中的至少一種,或其組合。
22.根據權利要求19所述的拋光用品,其中主體還包括在其至少部分上形成的多個槽或孔眼,且部分孔眼和部分槽相交。
23.根據權利要求19所述的拋光用品,其中主體還包括將用品連接到電源的連接器。
24.根據權利要求19所述的拋光用品,其中導電表面的電阻率約為50Ω-cm或更小。
25.根據權利要求19所述的拋光用品,其中拋光用品在Shore D硬度標度上的硬度約為100或更小。
26.根據權利要求19所述的拋光用品,其中拋光墊包括一個主體,其有位于支撐件部分上的導電拋光部分,導電拋光部分包括至少一個導電元件,所述導電元件包括位于聚合物材料中的導電填料,或由導電材料涂敷的纖維,或其組合;且主體包括許多孔眼,拋光部分包括許多槽,并且部分孔眼和槽相交。
27.根據權利要求26所述的拋光用品,其中主體還包括用于連接用品至位于拋光部分和支撐部分之間的電源上的連接器,且電連接到所述至少一個導電元件。
28.一種加工基片的拋光用品,包括一個主體,其含有適于拋光基片的一個表面的,和包括一個導電元件,其包括由導電材料涂敷的交織纖維的織物。
29.根據權利要求28所述的拋光用品,其中由導電材料涂敷的交織纖維的織物包括用于交織形成織物且由導電材料涂敷的許多纖維,或用于形成由導電材料涂敷的織物的許多交織纖維,或其組合。
30.根據權利要求28所述的拋光用品,其中交織纖維的織物被加工成有孔眼,或編織形成通道,或其結合,用于流體電解液通過其間流動。
31.根據權利要求28所述的拋光用品,其中主體包括位于一個支撐部分上的導電拋光部分,其中所述導電元件包括所述導電拋光部分。
32.根據權利要求28所述的拋光用品,其中導電表面的電阻率約為50Ω-cm或更小。
33.根據權利要求28所述的拋光用品,其中拋光用品在Shore D硬度標度上的硬度約為100或更小。
34.根據權利要求28所述的拋光用品,其中主體還包括位于導電元件上的金屬箔。
35.根據權利要求34所述的拋光用品,其中金屬箔包括許多孔眼,或許多凹槽,或其組合。
全文摘要
一種用于平面化基片表面的制造用品、方法和設備。一方面,本發明提供一種用于拋光基片的制造用品,其包括有一主體的拋光用品,該主體包括至少一部分由導電材料涂敷的纖維、或導電填料、或其結合物,且適于拋光基片。另一方面,拋光用品包括一個主體,該主體有適于拋光基片的一個表面,和至少一個嵌入拋光表面的導電元件,該導電元件包括由導電材料、導電填料、或其組合涂敷的介電或導電纖維。該導電元件可含有在由拋光表面確定的一個平面上延伸的接觸表面。可以在拋光用品中形成許多穿孔和多個凹槽以促進材料通過和在拋光用品的周圍流動。
文檔編號B24B37/04GK1458671SQ0312341
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月7日 優先權日2002年5月7日
發明者Y·胡, Y·王, A·迪布斯特, F·Q·劉, R·馬夫列夫, L-Y·陳, R·莫拉德, S·索梅克 申請人:應用材料有限公司