專利名稱：具有用于降低漿液消耗的凹槽的拋光墊的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及化學機械拋光(CMP)領域。具體來說，本發明涉及具有降 低漿液消耗的凹槽的CMP墊。
背景技術：
在半導體晶片上的集成電路和其他電子器件的制造中，在晶片的表面上沉 積多層導電材料、半導體材料和介電材料，或者將多層導電材料、半導體材料 和介電材料從晶片的表面上蝕刻除去。這些材料的薄層可通過許多種沉積技術 沉積。現代晶片處理中常規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。 一般的蝕刻技術包括濕法和干法的各向同性蝕刻和各向異性蝕刻等。隨著材料層按照順序被沉積和蝕刻，晶片的表面變得不平坦。由于隨后的 半導體加工(例如光刻)要求該晶片具有平坦表面，所以需要對晶片周期性地進 行平面化。平面化可用于除去不希望有的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、 成團材料、晶格損壞、劃痕和被污染的層或材料。化學機械平面化，或稱化學機械拋光(CMP)是一種用來對半導體晶片和其 它工件進行平面化的普通技術。在使用雙軸旋轉拋光機的常規CMP中，在支架 組件上安裝有晶片支架或拋光頭。所述拋光頭保持晶片，使晶片定位在與拋光 機中拋光墊的拋光層相接觸的位置。所述拋光墊的直徑大于被平面化晶片的直 徑的兩倍。在拋光過程中，拋光墊和晶片圍繞它們各自的同心中心旋轉，同時 使晶片與拋光層相嚙合。所述晶片的旋轉軸線相對于拋光墊的旋轉軸線偏移一 段大于晶片半徑的距離，使得拋光墊的旋轉在拋光墊的拋光層上掃出一個環形 的"晶片軌道"。當晶片僅進行旋轉運動的時候，所述晶片軌道的寬度等于晶 片的直徑。但是，在一些雙軸拋光機中，所述晶片在垂直于其旋轉軸線的平面內進行振動。在此情況下，晶片軌道的寬度比晶片直徑寬，所寬出的量表示振 動造成的位移。所述支架組件在所述晶片和拋光墊之間提供了可控的壓力。在 拋光過程中，漿液或其它拋光介質流到拋光墊上，流入晶片和拋光層之間的間 隙中。通過拋光層和拋光介質對晶片表面的化學作用和機械作用，晶片表面被 拋光并變平。人們對CMP過程中拋光層、拋光介質和晶片表面之間相互作用的研究越來 越多，以努力使得拋光墊的設計最優化。這些年來，大部分的拋光墊開發是經 驗性的。許多拋光面或拋光層的設計將注意力集中在為這些層提供各種空隙圖 案和凹槽排列，并聲稱這些設計能夠提高漿液利用能力和拋光的均勻性。這些 年來，人們使用了許多種不同的凹槽和空隙的圖案和排列。現有技術的凹槽圖 案包括輻射形、同心圓形、笛卡爾格柵形和螺旋形等。現有技術的凹槽構型包 括所有凹槽的寬度和深度均一的構型，以及凹槽的寬度和深度彼此不同的構 型。但是，這些凹槽的圖案和構型忽略了與具有活性晶片支架環的CMP拋光機 有關的漿液的使用。與前幾代的CPM拋光設備不同，這些支架環獨立地面對拋 光面，并且處于比被拋光的晶片高得多的壓力下。這些因素通常在晶片的前緣 (leading edge)造成擠壓效應，其中所述拋光墊質地上的很多液體(例如漿液) 薄膜被支架環清除。這些有潛在用途的漿液的損失會降低拋光過程的效率和可 預測性，同時導致明顯的額外處理成本。目前，從加利福尼亞州的圣克拉拉的 應用材料有限公司(Applied Materials, Inc.)購得某些晶片支架具有支架環，所述 支架環包括可通過使額外的漿液進入晶片表面以下的區域來減弱擠壓效應的 凹槽。盡管拋光墊具有多種凹槽圖案，但是這些凹槽圖案的效率彼此不同，并且 在不同的拋光工藝中效率也不同。拋光墊的設計者們一直在尋求凹槽圖案，該 凹槽圖案使得所述拋光墊比現有的拋光墊設計更有效、更有用。發明內容在本發明的一個方面，提供一種與支架環聯合使用的拋光墊，所述支架環 具有至少一個支架凹槽和在存在拋光介質的情況下使用拋光墊和支架環對磁 性基材、光學基材和半導體基材中的至少一種進行拋光時相對于所述拋光墊的 前緣，所述至少一個支架凹槽相對于所述支架環具有取向，所述拋光墊具有從拋光墊的中心延伸出來的半徑，所述半徑具有一定長度，所述拋光墊包括構 造成用來在存在拋光介質的情況下對磁性基材、光學基材和半導體基材中的至 少一種進行拋光的拋光層，所述拋光層包括圓形拋光面，該拋光面在拋光過程 中具有環形拋光軌道；以及至少一個拋光墊凹槽，所述凹槽在拋光軌道內具有 與支架相容的凹槽形狀，至少一部分的與支架相容的凹槽形狀是放射狀的 (radial)或弧形放射狀的(curved radial)，所述與支架相容的凹槽形狀在沿著半徑 長度的至少一個位置與拋光墊的半徑相切，與支架相容的凹槽形狀確定為至少 一個支架凹槽的取向的函數，從而使得當所述至少一個支架凹槽在拋光過程中 處于支架環的前緣上時，至少一個支架凹槽與所述至少一個拋光墊凹槽在沿著 與所述與支架相容的凹槽形狀的許多位置對準(align)。在本發明的另一個方面，設計了一種與支架環協作的拋光墊，所述支架環 具有至少一個支架凹槽和在存在拋光介質的情況下使用拋光墊和支架環對磁 性基材、光學基材和半導體基材中的至少一種進行拋光時相對于所述拋光墊的 前緣，所述至少一個支架凹槽相對于所述支架環具有取向，所述拋光墊具有從 拋光墊的中心延伸出來的半徑，所述半徑具有一定長度，所述拋光墊包括構 造成用來在存在拋光介質的情況下對磁性基材、光學基材和半導體基材中的至 少一種進行拋光的拋光層，所述拋光層包括圓形拋光面，該拋光面在拋光過程 中具有環形拋光軌道；以及具有兩個或多個拋光墊凹槽的至少一個拋光墊凹槽 組，所述兩個或多個拋光墊凹槽形成于拋光層中，并且兩個或多個拋光墊凹槽 中的每一個都具有與支架相容的凹槽形狀，至少一部分的與支架相容的凹槽形 狀是放射狀的或弧形放射狀的，所述與支架相容的凹槽形狀在沿著半徑長度的 至少一個位置與拋光墊的半徑相切，并且當所述至少一個支架凹槽在拋光過程 中處于沿著支架環的前緣的位置時，在所述拋光軌道內的與支架相容的凹槽形 狀與作為至少一個支架凹槽的取向的函數的至少一個支架凹槽對準。在本發明的再一個方面，提供一種制造和支架環一起使用的旋轉拋光墊的 方法，所述支架環具有至少一個支架凹槽和在存在拋光介質的情況下使用拋光 墊和支架環對磁性基材、光學基材和半導體基材中的至少一種進行拋光時相對 于所述拋光墊的前緣，所述至少一個支架凹槽相對于所述支架環具有取向，所 述拋光墊具有從拋光墊的中心延伸出來的半徑，所述半徑具有一定長度，所述 方法包括確定與支架相容的凹槽形狀，當所述至少一個支架凹槽在拋光過程 中處于沿支架環的前緣時，所述與支架相容的凹槽形狀與作為至少一個支架凹槽的取向的函數的至少一個支架凹槽基本對準；以及在所述旋轉拋光墊內形成至少一個拋光墊凹槽，所述拋光墊凹槽具有與支架相容的凹槽形狀，至少一部 分的與支架相容的凹槽形狀是放射狀的或弧形放射狀的，所述與支架相容的凹 槽形狀在沿著半徑長度的至少一個位置與拋光墊的半徑相切。
圖l是在有凹槽的支架的存在下按照本發明制造的拋光墊的俯視圖； 圖2是沿著圖1的線2-2所示的圖1中的拋光墊的放大的截面圖； 圖3是一張俯視圖，示出了圖l中拋光墊和有凹槽的支架的凹槽的幾何形狀；圖4是按照本發明制造的另一種拋光墊的俯視圖，只示出了一個凹槽； 圖5是圖4的拋光墊的俯視圖，示出了拋光墊的完整形式； 圖6是按照本發明制造的另一種拋光墊的俯視圖，只示出了一個凹槽； 圖7是圖6的拋光墊的俯視圖，示出了拋光墊的完整形式； 圖8是按照本發明制造的另一種拋光墊的俯視圖，只示出了一個凹槽； 圖9是圖8的拋光墊的俯視圖，示出了拋光墊的完整形式； 圖10是按照本發明制造的另一種拋光墊的俯視圖，只示出了一個凹槽； 圖11是圖10的拋光墊的俯視圖，示出了拋光墊的完整形式； 圖12是按照本發明制造的另一種拋光墊的俯視圖，只示出了一個凹槽； 圖13是圖12的拋光墊的俯視圖，示出了拋光墊的完整形式； 圖14是按照本發明制造的另一種拋光墊的俯視圖，只示出了部分的拋光墊 -支架凹槽排列；圖15是圖14的拋光墊的局部放大圖，示出了部分的拋光墊-支架凹槽排列； 圖16是按照本發明制造的另一種拋光墊的俯視圖，只示出了完整的拋光墊 -支架凹槽排列；圖17是圖16的拋光墊的局部放大圖，示出了完整的拋光墊-支架凹槽排列； 圖18是本發明的拋光系統的示意圖。
具體實施方式
現在參見附圖，圖1示出了按照本發明制造的拋光墊100的一種實施方式。 如下所討論，拋光墊100被具體設計為與相應的支架104，例如晶片支架相協作，所述支架104具有支架環108，支架環108含有許多個支架凹槽112，該支架凹槽 112在拋光過程中面對拋光墊。更具體地，拋光墊100包括許多拋光墊凹槽116， 所述拋光墊凹槽116構造成與支架凹槽112相協作，以使得當拋光墊從支架104 下面掃過時，拋光介質(未示出)如漿液更容易到達被拋光的制品，例如半導體 晶片120。 一般而言，拋光墊凹槽116與支架凹槽112之間的協作(cooperation)以 以下形式發生當拋光墊100和支架104分別在預定的方向D拋光塾，D支架旋轉時， 拋光墊凹槽與支架凹槽中的一些沿著至少一部分的前緣124彼此對準。對于本 說明書，拋光墊凹槽與支架凹槽的對準指的是在拋光過程中的瞬間條件，其中 從支架環外面的拋光墊表面到支架環里面的基片，通過與拋光墊凹槽在至少一 部分支架環凹槽的寬度上重疊支架環凹槽的整個長度來形成連續路徑，使得拋 光介質從支架環外面流到支架環里面時的流動通道(flow channel)的可用高度大 于支架凹槽單獨的高度。由于當兩個凹槽對準時比不對準時增大了各凹槽的凹 槽體積，拋光墊凹槽116與支架凹槽112的分別對準有效地提供了穿過支架環 108的更大的液流通道(flow passage)。下面詳細描述拋光墊100上的各種示范性 的拋光墊凹槽116的幾何形狀，所述幾何形狀與支架凹槽112的各種幾何形狀相 匹配。然而，在描述其它示范性的實施方式中的拋光墊凹槽116和其它類似的 凹槽的幾何形狀的變體之前，接下來描述拋光墊100的一些物理性質。參見圖2和圖1，如圖2所示，拋光墊100還可包括具有拋光面132的拋光層 128。在一個實施例中，拋光層128可由背襯層136支持，該背襯層136可以與拋 光層128—體形成，或者與拋光層128分開形成。拋光墊100通常為圓盤狀，這 樣拋光面132具有同心中心(concentric center)O和圓形外周(circular periphery) 140。后者可以位于遠離O的徑向距離上，如用具有特定長度的半徑R 拋光勢所示。至少一部分的與支架相容的凹槽116具有放射狀或弧形放射狀的形 狀。本說明書中，放射狀或弧形放射狀形狀與拋光墊100的半徑R^，在沿著半 徑R^，的長度的至少一個位置上相切。拋光層128可由適合用來對被拋光的制 品進行拋光的任何材料制成，所述制品例如半導體晶片、磁性介質制品(例如計 算機硬盤驅動器的磁盤)或者鏡片(例如折射鏡頭、反射鏡頭)、平面反射器或透 明的平面制品等。用于拋光層128的材料的例子包括但不限于，各種聚合物塑 料，例如聚氨酯、聚丁二烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸酯等。拋光墊凹槽116可以任何適合的方式排列在拋光面312上。在一個實施例 中，拋光墊凹槽116可以是圍繞著同心中心0周向重復單一凹槽形狀的結果，例如使用恒定的角節距(angular pitch)。在另一實施例中，如圖1所示，拋光墊凹 槽116可以至少一個凹槽組144的形式排列，該凹槽組114圍繞著同心中心0周向 重復，例如以恒定的角節距重復。在一個實施例中，凹槽組144包括多個獨立 的拋光墊凹槽116，所述拋光墊凹槽116具有類似的形狀，但是延伸量不同。如 所理解的，由于拋光墊100的圓形性質，從拋光墊的最近的同心中心O延伸到拋 光墊的外周或外周附近并且具有恒定的角節距的多個凹槽之間的間距朝著拋 光墊的外周自然地增大。因此，為了提供更均勻的凹槽，在一些設計中，當間 距超過某一量時，希望提供具有更多但更短拋光墊凹槽116的拋光墊100。很容 易理解，可以按照需要，圍繞著同心中心0形成若干凹槽組144。此外，參見圖2以及圖1，可以任何適當的方式在拋光層132中形成多個凹 槽116中的每一個，例如通過碾磨、模塑等。可以按照需要形成具有橫截面形 狀148的多個拋光墊凹槽116中的每一個，以滿足一組具體的設計標準。在一個 實施例中，所述多個拋光墊凹槽116中的每一個都具有長方形的橫截面，例如 凹槽橫截面形狀148a(圖2)。在另一實施例中，各拋光墊凹槽116的橫截面形狀 148可各異沿著凹槽的長度變化。在再一實施例中，拋光墊凹槽116的橫截面形 狀可以相互不同。在再一實施例中，如果具有多個凹槽組144，各凹槽組之間 的橫截面形狀148可以相互不同。本領域技術人員將會理解設計者設計拋光墊 凹槽116的橫截面形狀148所用的寬范圍的橫截面形狀。現在參見圖3，各拋光墊凹槽116(圖1)具有與支架相容的凹槽形狀152，該 凹槽形狀定義為支架凹槽112的構型的函數。在高水平上，與支架相容的凹槽 形狀152由描述各相應的凹槽116的方向、位置和輪廓的許多點156所限定。各 個點156可由從軸向(例如，水平軸160)測定的局部凹槽角(local groove angle) 0 和從同心中心O測定的拋光墊半徑r來限定。在一個實施例中，與支架相容的凹 槽形狀152可在拋光面132的整個或基本上整個徑向距離(即I^錢)上被限定。在 另一實施例中，與支架相容的凹槽形狀152可相對于被拋光的制品(即晶片120) 的位置來限定。在再一實施例中，與支架相容的凹槽形狀152可以在拋光面132 上的一部分拋光軌道164內限定，即在拋光過程中面對晶片120或其它被拋光的 制品的拋光面的區域。拋光軌道164可以由內部邊界164a和外部邊界164b來限 定。本領域技術人員很容易理解盡管內部邊界164a和外部邊界164b主要是圓形 的，但是在拋光者賦予被拋光的制品和/或拋光墊100軌道或振蕩移動的情況下， 這些邊界可以是波浪形的。如上面所提到的，與支架相容的凹槽形狀152可確定為支架凹槽112的取向 的函數，支架凹槽112可被認為是以與軸(例如水平軸160)形成局部角(local angle) 《c的方式定向在支架環108上。在這種情況中，支架凹槽112的取向如圖所示， 支架凹槽112a的局部角《c為0。，支架凹槽112b的局部角^c為45。，支架凹槽 112c的局部角^c為-45。。本領域技術人員應很容易地理解如何測定所示出的 其余支架凹槽112的局部角9c。可以相同的方式測定具有其它支架凹槽取向的 其它支架環的支架凹槽的局部角^c。此外，沿著具有與支架相容的凹槽形狀152的各支架凹槽112的一部分或全 部的各個點可用支架角0c來描述，并且對著支架半徑Re，所述支架角^c是相 對于位于水平軸160上的晶片支架104的旋轉中心(T測定的。通常，支架半徑 Rc表示從旋轉中心O"則定的支架環108的外徑。然而，本領域技術人員應理解， 支架半徑Re也可以表示從旋轉中心O'到支架環108上的另一位置的徑向距離， 例如，支架環108的中間寬度(mid-width)或支架環的內徑，如圖3所示。通常，但不是必需的，支架凹槽112可對稱地排列在支架環108上。 一般而 言，在局部角^c和支架角0c之間存在固定的偏移，例如當局部角^c相對于水 平軸160成45°時，支架角^c通常可用下面的方程式l來表示。么=《-王 方程式{1}此外，拋光墊半徑r可以表示為徑向距離R、支架半徑Re和支架角^c的函 數，如下面的方程式2所示。r "i 2-2朋。cos(A+;r) 方程式 {2}接下來，通過合并方程式1和2，可以得到以下的方程3，局部角^c可表示 為拋光墊半徑r、支架半徑Rc和徑向距離R的函數。= sirfl一,-W2 2肌方程式{3}如上所述，與支架相容的凹槽形狀152的目標是當支架104和拋光墊100在 拋光過程中旋轉時，其與在支架環108的前緣124上的支架凹槽112在沿著支架 環長度的各個點上對準。通過這種方式，當支架凹槽112和相應的各拋光墊凹槽116彼此掃過時，由于加入了支架凹槽112的高度，相應的各拋光墊凹槽116 的總高度有效地增加。在該實施例中，與支架相容的凹槽形狀152和在支架環 108的前緣124上的支架凹槽112的對準可通過使局部凹槽角0等于支架角^c來 實現。 一般地，該相等可以通過以下方式來實現采取針對局部凹槽角-的半 徑增加步驟，如下面的方程式4所示。tan Pc 二 r {4}方程式可通過從O到外周140在整個半徑R拋光塾上積分局部凹槽角0來使得這些增 加步驟形成連續的凹槽軌跡。該積分以下面的方程式5所規定的一系列點(r， ^)(未 示出)的形式提供了與支架相容的凹槽形狀152。圖1的各個拋光墊凹槽116按照 方程式5沿著其整個長度(即按照圖3的與支架相容的凹槽形狀152排布的各個拋 光墊凹槽的整個長度)排布。' 2狄. 、R據光您 十V〗一 w& —2M(V—z一 ( /+VT方程式{5}其中W— 一w =2肌圖4-7示出了按照上述關于圖1的拋光墊100的一般原則制得的兩種其它的 與支架相容的拋光墊200， 300。 一般而言，這些實施方式示出了與支架相容的凹 槽形狀和相應的產生于示范性的支架環的各凹槽，所述支架環包括相對于水平軸 160的局部角^c不是45。的支架凹槽。在圖4和5的實施方式中，支架204包括具有支架凹槽212的支架環208，所 述支架凹槽212相對于水平軸160的均勻局部角(uniform local angel)《c為0。。 對于所示的支架凹槽212(圖5)，使用方程式5確定的相應的與支架相容的凹槽形 狀216示于圖5。按照上述一般原則，與支架相容的凹槽形狀216可用于排列多 個拋光墊凹槽220(圖4)，當支架204旋轉并且拋光墊200沿圖4所示的方向228旋 轉時，所述多個拋光墊凹槽220與支架環208的前緣224上的支架凹槽216相對 準。可以很容易地理解圖4的一組拋光墊凹槽220是圍繞拋光墊200以恒定的角節距周向重復與支架相容的凹槽形狀216的結果(圖5)。當然，在其它實施方式中，可按照需要提供額外的但更短的凹槽(未示出)，以減小拋光墊凹槽220的相 鄰凹槽之間的間距。這些額外的凹槽可包括或不包括與支架相容的凹槽形狀 216。需要注意的是，與圖1中的拋光墊凹槽116—樣，圖4的拋光墊凹槽220沿著 其整個長度具有與支架相容的凹槽形狀216。當然，在其它實施方式中，不是 必須這樣。例如，可能只需要中間三分之二的拋光軌道含有與支架相容的凹槽 形狀216(見圖3，元件164)。另一個例子具有這樣的與支架相容的凹槽形狀216， 其中拋光墊凹槽在穿過至少50%的拋光軌道上與支架凹槽對準。例如，所述與 支架相容的凹槽形狀216可橫貫至少50%或80%的拋光軌道。在這種情況下， 各拋光墊凹槽220位于具有凹槽形狀216的凹槽部分的徑向向內和徑向向外部 分(如果有的話)可以是所需的任何形狀。拋光墊200的其它物理方面可以與上面 關于拋光墊100所述的物理方面一樣。現在參見圖6和7，該實施方式的支架304包括具有支架凹槽312的支架環 308，所述支架凹槽312相對于水平軸160具有均勻的局部角&為-45° ，即局部 角-c大致與圖l中所示的相反。對于所示的支架凹槽312，使用方程式5確定的 相應的與支架相容的凹槽形狀316示于圖7。按照上述一般原則，與支架相容的 凹槽形狀316可用于排列多個拋光墊凹槽320(圖6)，當支架304旋轉并且拋光墊 200沿圖6所示的方向328旋轉時，所述多個拋光墊凹槽320與支架環308的前緣 324上的支架凹槽316相對準。可以很容易地理解圖6的一組拋光墊凹槽320是圍 繞拋光墊300以恒定的角節距周向重復與支架相容的凹槽形狀316的結果(圖7)。 當然，在其它實施方式中，可按照需要提供額外的但更短的凹槽(未示出)，以 減小拋光墊凹槽320的相鄰凹槽之間的間距。這些額外的凹槽可包括或不包括 與支架相容的凹槽形狀316。需要注意的是，與圖1中的拋光墊凹槽116—樣，圖6的拋光墊凹槽320沿著 其整個長度具有與支架相容的凹槽形狀316。當然，在其它實施方式中，不是 必須這樣。例如，可能只需要中間三分之二的拋光軌道含有與支架相容的凹槽 形狀316(見圖3，元件164)。在這種情況下，各拋光墊凹槽320位于具有凹槽形 狀316的凹槽部分的徑向向內和徑向向外的部分(如果有的話)可以是所需的任 何形狀。拋光墊300的其它物理方面可以與上面關于拋光墊100所述的物理方面 一樣。一般而言，上述的方程式5是基于測定合適的與支架相容的凹槽形狀，所 述與支架相容的凹槽形狀是基于支架環前緣上的支架凹槽的實際位置。因此， 方程式5提供了高度精確的與支架相容的凹槽形狀。然而，要注意的是還有其 它的途徑來測定令人滿意的與支架相容的凹槽形狀，所述與支架相容的凹槽形 狀能得到增加通過有凹槽的支架環的前緣到達被拋光的制品的拋光介質的量這一所需的結果。例如，再回去參見圖3，當支架凹槽從前緣124投影(project) 到水平軸160上時，例如作為投影的支架凹槽112a'、 112b，、 112c'、 112d，時，另一與支架相容的凹槽形狀(未示出)可大致地根據支架凹槽112的取向來確定。 在該實施方式中，拋光墊半徑r一般表示為徑向距離R、支架半徑R。和支架角 的函數，如下面的方程式6所示。r = 7 + & cos & 方程式何接下來通過組合方程式1和2，局部角^c可表示為拋光墊半徑r、支架半徑 R。和徑向距離R的函數，如方程式7所示。A =——h cos 4卜A 凡方程式{7}在該實施方式中，從O到外周140在整個半徑R自，上積分局部角規定了與 支架相容的凹槽形狀作為下面的方程式8所限定的一系列點(r， 0)(未示出)。餘:)=■1—:,'■--及— 、*'廠方程式圖8-13示出了按照上述關于圖1的拋光墊100的一般原則制得的三種其它的 與支架相容的拋光墊400， 500， 600，這些拋光墊400， 500， 600具有與支架相容 的凹槽形狀，這些與支架相容的凹槽形狀是基于在支架環的前緣上的支架凹槽的投 影位置(projectedlocation)。 一般而言，這些實施方式示出了與支架相容的凹槽形狀 和相應的產生于示范性的支架環的各凹槽。回去參見附圖，圖8和9示出了這樣一種實施方式，其中支架404包括具有支架凹槽412的支架環408，所述支架凹槽412相對于水平軸160的均勻局部角《 c為O。。對于所示的支架凹槽412，使用方程式8確定的相應的與支架相容的凹 槽形狀416示于圖9。按照上述一般原則，與支架相容的凹槽形狀416可用于排 列多個拋光墊凹槽420(圖8)，當支架404旋轉并且拋光墊400沿圖8所示的方向 428旋轉時，所述多個拋光墊凹槽420與支架環408的前緣424上的支架凹槽416 相對準。可以很容易地理解圖8的一組拋光墊凹槽420是圍繞拋光墊400以恒定 的角節距周向重復與支架相容的凹槽形狀416的結果(圖9)。當然，在其它實施 方式中，可按照需要提供額外的但更短的凹槽(未示出)，以減小拋光墊凹槽420 的相鄰凹槽之間的間距。這些額外的凹槽可包括或不包括與支架相容的凹槽形 狀416。需要注意的是，與圖1中的拋光墊凹槽116—樣，圖8的拋光墊凹槽420沿著 其整個長度具有與支架相容的凹槽形狀416。當然，在其它實施方式中，不是 必須這樣。例如，可能只需要中間三分之二的拋光軌道(見圖3，元件164)含有 與支架相容的凹槽形狀416。在這種情況下，各拋光墊凹槽420位于具有凹槽形 狀416的凹槽部分的徑向向內和徑向向外部分(如果有的話)可以是所需的任何 形狀。拋光墊400的其它物理方面可以與上面關于拋光墊100所述的物理方面一 樣。在圖10和11的實施方式中，支架504包括具有支架凹槽512的支架環508， 所述支架凹槽512相對于水平軸160的均勻局部角e c為-45。。對于所示的支架 凹槽512(圖11)，使用方程式8確定的相應的與支架相容的凹槽形狀516示于圖 11。按照上述一般原則，與支架相容的凹槽形狀516可用于排列多個拋光墊凹 槽520(圖10)，當支架504旋轉并且拋光墊500沿圖10所示的方向528旋轉時，所 述多個拋光墊凹槽520與支架環508的前緣524上的支架凹槽516相對準。可以很 容易地理解圖10的一組拋光墊凹槽520是圍繞拋光墊500以恒定的角節距周向 重復與支架相容的凹槽形狀516的結果(圖11)。當然，在其它實施方式中，可按 照需要提供額外的但更短的凹槽(未示出)，以減小拋光墊凹槽520的相鄰凹槽之 間的間距。這些額外的凹槽可包括或不包括與支架相容的凹槽形狀516。需要注意的是，與圖1中的拋光墊凹槽116—樣，圖10的拋光墊凹槽520沿 著其整個長度具有與支架相容的凹槽形狀516。當然，在其它實施方式中，不 是必須這樣。例如，可能只需要中間三分之二的拋光軌道(見圖3，元件164)含 有與支架相容的凹槽形狀516。在這種情況下，各拋光墊凹槽520位于具有凹槽形狀516的凹槽部分的徑向向內和徑向向外部分(如果有的話)可以是所需的任何形狀。拋光墊500的其它物理方面可以與上面關于拋光墊100所述的物理方面1.、/.一樣。圖12和13示出了另一種實施方式，其中支架604包括具有支架凹槽612的支 架環608，所述支架凹槽612相對于水平軸160的均勻局部角^c為45。。對于所 示的支架凹槽612，使用方程式8確定的相應的與支架相容的凹槽形狀616示于 圖13。按照上述一般原則，與支架相容的凹槽形狀616可用于排列多個拋光墊 凹槽620(圖12)，當支架604旋轉并且拋光墊600沿圖12所示的方向628旋轉時， 所述多個拋光墊凹槽620與支架環608的前緣624上的支架凹槽616相對準。可以 很容易地理解圖12的一組拋光墊凹槽620是圍繞拋光墊600以恒定的角節距周 向重復與支架相容的凹槽形狀616的結果(圖13)。當然，在其它實施方式中，可 按照需要提供額外的但更短的凹槽(未示出)，以減小拋光墊凹槽620的相鄰凹槽 之間的間距。這些額外的凹槽可包括或不包括與支架相容的凹槽形狀616。需要注意的是，與圖1中的拋光墊凹槽116—樣，圖12的拋光墊凹槽620沿 著其整個長度具有與支架相容的凹槽形狀616。當然，在其它實施方式中，不 是必須這樣。例如，可能只需要中間三分之二的拋光軌道(見圖3，元件164)含 有與支架相容的凹槽形狀616。在這種情況下，各拋光墊凹槽620位于具有凹槽 形狀616的凹槽部分的徑向向內和徑向向外部分(如果有的話)可以是所需的任 何形狀。拋光墊600的其它物理方面可以與上面關于拋光墊100所述的物理方面 一樣。圖14和15示出了按照方程式5在拋光墊700和支架環708之間具有部分對準 的實施方式。拋光墊700含有許多組具有不同的長度的凹槽720，以在整個拋光 墊上提高凹槽密度的均勻性。具體地，拋光墊凹槽720從拋光墊700的中心(9出 發，在不同的徑向距離上終止，以提供均勻性并防止凹槽在中心O附近重疊。 在拋光過程中，在拋光墊凹槽720和支架凹槽712之間滿足以下三個條件首先， 一些拋光墊凹槽720A與支架凹槽712A完全對準；第二， 一些支架凹槽712B不 與拋光墊凹槽720對準；第三， 一些拋光墊凹槽720B不與支架凹槽712對準。隨 著拋光墊700和支架環708沿著方向728旋轉，各支架凹槽712周期性地在與拋光 墊凹槽720對準以及不與拋光墊凹槽720對準這兩種狀態之間變化。該實施方式 的功效是使得當至少一個凹槽720與至少一個支架環凹槽712對準時，漿液流動 部分地增加。除了沿著凹槽長度完全對準的該實施方式外，還可以使用沿著拋光墊凹槽長度僅有一部分對準的這種拋光墊凹槽-支架凹槽構型，例如由方程式 8得到的構型。圖16和17示出了按照方程式5在拋光墊800和支架環808之間具有完全的周 期性對準的實施方式。拋光墊800含有許多組具有不同的長度的凹槽820，以在 整個拋光墊上提高凹槽密度的均勻性。具體地，拋光墊凹槽820從拋光墊800的 中心O出發，在不同的徑向距離上終止，以提供均勻性并防止凹槽在中心O附近 重疊。在拋光過程中，在拋光墊凹槽820和支架凹槽812之間滿足以下兩個條件 首先，所有的支架凹槽812同時與拋光墊凹槽820A完全對準，然后所有的支架 凹槽812不與任何的拋光墊凹槽820對準。隨著拋光墊800和支架環808沿著方向 828旋轉，所有的支架凹槽812周期性地在與拋光墊凹槽820同時對準以及與拋 光墊凹槽820同時不對準這兩種狀態之間變化。該實施方式的功效是使得當所 有的支架凹槽812與拋光墊凹槽820對準時，漿液流動周期性或脈沖式地增加。 該實施方式可以不連續的間隔通過所有的前緣支架凹槽812增大漿液流動量。 該漿液進入模式在具有漿液化學的CMP系統中是有利的，所述具有漿液化學的 CMP系統更有利于在一些化學副產物的存在下操作，或在當溫度的周期性向上 擺動(upward swing)使得化學活性或反應動力學提高的情況下操作。除了沿著凹 槽長度完全對準的該實施方式外，還可以使用沿著拋光墊凹槽長度僅有一部分 對準的這種拋光墊凹槽-支架凹槽構型，例如由方程式8得到的構型。圖18顯示了適于使用拋光墊904來拋光制品(例如晶片908)的拋光機900，所 述拋光墊904可以是圖1-13中的拋光墊100、 200、 300、 400、 500、 600、 700、 800中的一種，或者是根據本發明制造的其它拋光墊。拋光機900可包括工作臺 912，拋光墊904安裝在其上。可通過工作臺驅動器(未顯示)使所述工作臺912繞 旋轉軸線A1旋轉。拋光機900還可包括晶片支架920，該支架920可圍繞旋轉軸 線A2旋轉，該旋轉軸線A2與工作臺912的旋轉軸線A1平行，并與之間隔開，該 支架920在拋光過程中支撐晶片908。晶片支架920可以具有萬向連接件(未顯 示)，該萬向連接件允許晶片908呈極輕微地不平行于拋光墊904的拋光面924的 形態，其中旋轉軸A1、 A2可以互相極其輕微地傾斜。晶片908包括被拋光面928， 其朝向拋光面924，在拋光過程中被平面化。晶片支架920可以由支架支撐組件 (未顯示)支撐，所述組件適于使晶片908旋轉，并提供向下的作用力F,以將被 拋光面924壓抵在拋光墊904上，使得在拋光過程中被拋光面和拋光墊之間存在 所需的壓力。拋光機900還可包括拋光介質入口932，用來向拋光面924輸送拋光介質936。本領域技術人員能夠理解，拋光機900可包括其它的部件(未顯示)，例如系 統控制器、拋光介質存儲和分配系統、加熱系統、沖洗系統、以及用來控制拋 光過程各個方面的各種控制器，例如(1)用于晶片908和拋光墊904轉速中一個 或兩者的速度控制器和選擇器；(2)用來改變向拋光墊輸送拋光介質936的速率 和位置的控制器和選擇器；(3)用來控制施加在晶片和拋光墊之間的作用力F的 大小的控制器和選擇器；以及(4)用來控制晶片的旋轉軸線A2相對于拋光墊旋轉 軸線A1的位置的控制器、傳動器和選擇器，等等。本領域技術人員應當理解如 何構造和使用這些部件，因此無需詳細描述，本領域技術人員便可理解和實施 本發明。在拋光過程中，拋光墊904和晶片908圍繞其各自的旋轉軸線A1、 A2旋轉， 從拋光介質進口932將拋光介質936分配在旋轉的拋光墊上。拋光介質936在拋 光面924上展開，包括鋪展在晶片908和拋光墊904之間的間隙內。拋光墊904和 晶片908通常(但不一定)在0.1-750轉/分鐘的選定的速度下旋轉。選定的作用力 F的大小通常(但不一定)在晶片908和拋光墊904之間引發所需的0.1-15磅/英寸 2(6.9-103千帕)的壓力。所述支架-拋光墊凹槽對準可以使得基片除去速率極大地 增加。和不與支架凹槽周期性對準的圓形凹槽得到的除去速率相比，該除去速 率的增加使得操作者使用更少的漿液來實現同樣的除去速率。
權利要求
1.一種與支架環聯合使用的拋光墊，所述支架環具有至少一個支架凹槽和在存在拋光介質的情況下使用拋光墊和支架環對磁性基材、光學基材和半導體基材中的至少一種進行拋光時相對于所述拋光墊的前緣，所述至少一個支架凹槽相對于所述支架環具有取向，所述拋光墊具有從拋光墊的中心延伸出來的半徑，所述半徑具有一定長度，所述拋光墊包括a)構造成用來在存在拋光介質的情況下對磁性基材、光學基材和半導體基材中的至少一種進行拋光的拋光層，所述拋光層包括圓形拋光面，該拋光面在拋光過程中具有環形拋光軌道；以及b)至少一個拋光墊凹槽，所述凹槽在拋光軌道內具有與支架相容的凹槽形狀，至少一部分的與支架相容的凹槽形狀是放射狀的或弧形放射狀的，所述與支架相容的凹槽形狀在沿著半徑長度的至少一個位置與拋光墊的半徑相切，與支架相容的凹槽形狀測定為至少一個支架凹槽的取向的函數，從而使得當所述至少一個支架凹槽在拋光過程中處于支架環的前緣時，至少一個支架凹槽與所述至少一個拋光墊凹槽在沿著所述與支架相容的凹槽形狀的多個位置上對準。
2. 如權利要求l所述的拋光墊，其特征在于，所述與支架相容的凹槽形狀 對應于以下方程式所確定的曲線w<formula>formula see original document page 2</formula>方程式式中w<formula>formula see original document page 2</formula>其中，R是從拋光墊的同心中心到支架環的中心的徑向距離，R。是支架環的半徑， Rms是拋光墊的半徑，r是從拋光墊的同心中心到與支架相容的凹槽形狀上的點的 徑向距離。
3.如權利要求l所述的拋光墊，其特征在于，所述與支架相容的凹槽形狀對應于以下方程式所確定的曲線<formula>formula see original document page 3</formula>其中，R是從拋光墊的同心中心到支架環的中心的徑向距離，Re是支架環的半徑，R拋光塾是拋光墊的半徑，r是從拋光墊的同心中心到與支架相容的凹槽形狀上的點的 徑向距離。
4. 如權利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述與支架相容的凹槽形狀橫 貫拋光軌道的至少50%。
5. 如權利要求l所述的拋光墊，其特征在于，所述拋光墊具有多個拋光墊凹 槽，所述拋光墊凹槽具有與支架相容的凹槽形狀，所述多個拋光墊凹槽圍繞拋光墊 周向分布。
6. —種設計用來與支架環協作的拋光墊，所述支架環具有至少一個支架凹槽 和在存在拋光介質的情況下使用拋光墊和支架環對磁性基材、光學基材和半導體基 材中的至少一種進行拋光時相對于所述拋光墊的前緣，所述至少一個支架凹槽相對 于所述支架環具有取向，所述拋光墊具有從拋光墊的中心延伸出來的半徑，所述半 徑具有一定長度，所述拋光墊包括a) 構造成用來在存在拋光介質的情況下對磁性基材、光學基材和半導體基材中的至少一種進行拋光的拋光層，所述拋光層包括圓形拋光面，該拋光面在拋光過 程中具有環形拋光軌道；以及b) 具有兩個或多個拋光墊凹槽的至少一個拋光墊凹槽組，所述兩個或多個拋 光墊凹槽形成于拋光層中，并且兩個或多個拋光墊凹槽中的每一個都具有與支架相 容的凹槽形狀，至少一部分的與支架相容的凹槽形狀是放射狀的或弧形放射狀的， 所述與支架相容的凹槽形狀在沿著半徑長度的至少一個位置與拋光墊的半徑相切， 當所述至少一個支架凹槽在拋光過程中處于沿著支架環的前緣的位置時，在所述拋 光軌道內的與支架相容的凹槽形狀與作為至少一個支架凹槽的取向的函數的至少 一個支架凹槽對準。
7. 如權利要求6所述的拋光墊，其特征在于，所述與支架相容的凹槽形狀對應于以下方程式所確定的曲線<formula>formula see original document page 4</formula>方程式式中2肌其中，R是從拋光墊的同心中心到支架環的中心的徑向距離，Rc是支架環的半徑， R拋她是拋光墊的半徑，r是從拋光墊的同心中心到與支架相容的凹槽形狀上的點的 徑向距離。
8.如權利要求6所述的拋光墊，其特征在于，所述與支架相容的凹槽形狀 對應于以下方程式所確定的曲線<formula>formula see original document page 4</formula>其中，R是從拋光墊的同心中心到支架環的中心的徑向距離，Re是支架環的半徑，R拋，是拋光墊的半徑，r是從拋光墊的同心中心到與支架相容的凹槽形狀上的點的 徑向距離。
9. 如權利要求6所述的拋光墊，其特征在于，所述與支架相容的凹槽形狀橫 貫了拋光軌道的至少50%。
10. —種制造和支架環一起使用的旋轉拋光墊的方法，所述支架環具有至少-水支架凹槽和在存在拋光介質的情況下使用拋光墊和支架環對磁性基材、光學基材和半導體基材中的至少一種進行拋光時相對于所述拋光墊的前緣，所 述至少一個支架凹槽相對于所述支架環具有取向，所述拋光墊具有從拋光墊的中心延伸出來的半徑，所述半徑具有一定長度，所述方法包括a)確定與支架相容的凹槽形狀，當所述至少一個支架凹槽在拋光過程中處于沿著支架環的前緣的位置時，所述與支架相容的凹槽形狀與作為至少一個支架nn爐凹槽的取向的函數的至少-A支架凹槽基本對準；以及b)在所述旋轉拋光墊內形成至少一個拋光墊凹槽，所述拋光墊凹槽具有與 支架相容的凹槽形狀，至少一部分的與支架相容的凹槽形狀是放射狀的或弧形 放射狀的，所述與支架相容的凹槽形狀在沿著半徑長度的至少一個位置與拋光 墊的半徑相切。
全文摘要
本發明涉及一種與支架環聯合使用的拋光墊、一種設計用來與支架環協作的拋光墊、以及一種制造和支架環一起使用的旋轉拋光墊的方法。本發明提供了一種化學機械拋光墊，該拋光墊具有環形拋光軌道和同心中心O。所述拋光墊包括拋光層，該拋光層具有形成于其中的多個拋光墊凹槽。該拋光墊被設計用來與支架(例如晶片支架)一起使用，所述支架包括具有多個支架凹槽的拋光環。所述多個拋光墊凹槽中的每一個都具有與支架相容的凹槽形狀，該凹槽形狀被構造成提高拋光過程中位于支架環前緣上的支架環下面的拋光介質的傳送。
文檔編號B24B29/00GK101234482SQ20081000542
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月30日 優先權日2007年1月31日
發明者G·P·米多尼 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司