專利名稱：具有改進(jìn)流動(dòng)性的凹槽網(wǎng)絡(luò)的拋光墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及具有凹槽網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)機(jī)械拋光墊，所述凹槽網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)用來(lái)使得拋光介質(zhì)通過(guò)被拋光制品的停留時(shí)間最優(yōu)化。
背景技術(shù)：
在集成電路和其他電子器件的制造過(guò)程中，將多層導(dǎo)電、半導(dǎo)體和介電材料沉積到半導(dǎo)體晶片表面上，然后又從半導(dǎo)體晶片表面上將其清除?？梢允褂迷S多沉積技術(shù)沉積導(dǎo)電、半導(dǎo)體和介電材料薄層?，F(xiàn)代晶片加工中的常規(guī)沉積技術(shù)包括物理蒸氣沉積(PVD)(也稱為濺射)、化學(xué)蒸氣沉積(CVD)、等離子體輔助的化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)和電化學(xué)鍍等。常規(guī)蝕刻技術(shù)包括濕法和干法的各向同性和各向異性蝕刻等。
隨著各材料層按照順序被沉積和蝕刻，晶片的上層表面變得不平坦。由于隨后的半導(dǎo)體加工(例如光刻)要求該晶片具有平坦表面，所以需要對(duì)晶片進(jìn)行平坦化。平坦化適合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(tuán)材料、晶格損壞、劃痕和被污染的層或材料。
化學(xué)機(jī)械平坦化，即化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是用來(lái)對(duì)半導(dǎo)體晶片等工件進(jìn)行平坦化的常用技術(shù)。在常規(guī)CMP中，將雙軸線旋轉(zhuǎn)拋光機(jī)、晶片支架或拋光頭安裝在支架組合件上。拋光頭固定晶片，使晶片與拋光機(jī)中拋光墊的拋光層接觸。拋光墊的直徑大于被拋光晶片直徑的二倍。在拋光過(guò)程中，拋光墊和晶片各自圍繞其中心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)晶片與拋光墊相接。晶片旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于拋光墊旋轉(zhuǎn)軸線的偏置距離大于基片的半徑，使得拋光墊的旋轉(zhuǎn)在墊拋光層上掃出一個(gè)環(huán)形“晶片軌跡”。晶片軌跡的徑向內(nèi)部邊界和外部邊界之間的徑向距離限定了晶片軌跡的寬度。當(dāng)晶片僅發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，晶片軌跡的寬度等于晶片的直徑。支架組合件在晶片和拋光墊之間施加可控的壓力。在拋光過(guò)程中，拋光介質(zhì)之類的新鮮拋光介質(zhì)分散在晶片軌跡內(nèi)邊界之內(nèi)靠近拋光墊旋轉(zhuǎn)軸線的位置。拋光介質(zhì)從內(nèi)部邊界進(jìn)入晶片軌跡，流入晶片和拋光墊之間的間隙，接觸晶片表面，從靠近拋光墊邊緣的晶片軌跡外部邊界流出。由于拋光墊旋轉(zhuǎn)對(duì)拋光介質(zhì)造成的離心力，拋光介質(zhì)的這種運(yùn)動(dòng)基本是沿徑向向外的方向進(jìn)行的。通過(guò)拋光層和拋光介質(zhì)在晶片表面上的化學(xué)作用和機(jī)械作用，對(duì)晶片表面進(jìn)行拋光，使其平整化。
在包括使用包含在拋光介質(zhì)中的反應(yīng)物的常規(guī)CMP法中，當(dāng)拋光介質(zhì)接觸拋光墊的晶片軌跡之內(nèi)的晶片表面的時(shí)候，所述反應(yīng)物與被拋光晶片上的特征結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用，例如銅冶金，從而形成反應(yīng)產(chǎn)物。當(dāng)分散的拋光介質(zhì)從晶片軌跡的內(nèi)部邊界流向外部邊界的時(shí)候，拋光介質(zhì)在晶片表面之下的停留時(shí)間延長(zhǎng)了。拋光介質(zhì)與晶片材料的相互作用使得沿拋光墊半徑測(cè)得的反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物之間的相對(duì)比例發(fā)生變化。晶片軌跡內(nèi)邊界附近的拋光介質(zhì)具有較高比例的反應(yīng)物(很像新鮮的拋光介質(zhì))，晶片軌跡外邊界附近的拋光介質(zhì)具有較低比例的反應(yīng)物，具有較高比例的反應(yīng)產(chǎn)物(很像廢拋光介質(zhì))。
拋光反應(yīng)速率通?？稍诓煌潭壬先Q于拋光介質(zhì)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度。因此，晶片上任意給定位置的拋光效果都會(huì)受到其所接觸的拋光介質(zhì)中反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物之相對(duì)比例的影響。另外，當(dāng)其它的因素都相同的時(shí)候，特定位置上反應(yīng)產(chǎn)物相對(duì)量的增加通常會(huì)增大或減小該位置上的拋光速率。為了在整個(gè)晶片上達(dá)到獲得平坦化表面所需的拋光速率，僅僅控制在特定徑向區(qū)域向晶片提供的拋光介質(zhì)的量是不夠的。相反地，晶片上的所有位置都應(yīng)當(dāng)均勻地接觸含不同濃度的反應(yīng)劑和反應(yīng)產(chǎn)物的拋光介質(zhì)。遺憾的是，已知的CMP系統(tǒng)和相關(guān)的拋光墊通常無(wú)法以這種方式分布拋光介質(zhì)。
已知在拋光墊中提供向外延伸的凹槽，這些凹槽具有較淺的深度，以減緩施加到拋光墊上的漿液的徑向流速。Burke等人在美國(guó)專利第5,645,469中描述了這種凹槽式樣。盡管在第′469號(hào)專利中所述的凹槽式樣能夠在一定程度上減緩漿液的徑向流速，但是該專利是使用直的徑向延伸的凹槽做到這一點(diǎn)的，這些凹槽的深度在與拋光墊中軸相等的徑向距離處開(kāi)始減小。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明一個(gè)方面，涉及一種用來(lái)拋光制品的拋光墊，該拋光墊包括具有旋轉(zhuǎn)軸線和多個(gè)凹槽的拋光部分，每個(gè)凹槽包含(i)第一部分；(ii)在轉(zhuǎn)變位置與所述第一部分連通的第二部分；所述多個(gè)凹槽中至少一個(gè)第一凹槽的轉(zhuǎn)變位置與旋轉(zhuǎn)軸線間隔第一徑向距離，所述多個(gè)凹槽中的至少一個(gè)第二凹槽的轉(zhuǎn)變位置與旋轉(zhuǎn)軸線間隔第二徑向距離，所述第一徑向距離不同于第二徑向距離。
在本發(fā)明另一方面，涉及使用拋光墊和拋光介質(zhì)拋光制品的方法，所述拋光墊具有旋轉(zhuǎn)軸線，所述拋光介質(zhì)包含至少一種能夠與制品中的特征結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用，形成第一產(chǎn)物的組分，該方法包括以下步驟(a)提供具有多個(gè)從旋轉(zhuǎn)軸線向外延伸的凹槽的拋光墊；(b)使拋光墊與制品的表面相接；(c)使拋光墊與制品發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得拋光墊的軌跡與所述制品接觸；(d)使拋光介質(zhì)在拋光墊的軌跡和制品表面之間、在所述多個(gè)凹槽內(nèi)流動(dòng)，拋光介質(zhì)在所述多個(gè)凹槽中的至少兩個(gè)凹槽內(nèi)流動(dòng)時(shí)的停留時(shí)間不同。
在本發(fā)明另一方面中，涉及一種用來(lái)使用拋光介質(zhì)拋光制品的拋光墊，所述拋光墊包括(a)具有旋轉(zhuǎn)軸線和多個(gè)凹槽的拋光部分，各凹槽包含(i)第一部分；(ii)在轉(zhuǎn)變位置與所述第一部分連通的第二部分，所述第二部分具有長(zhǎng)度和沿該長(zhǎng)度的至少一部分變化的橫截面結(jié)構(gòu)，以延長(zhǎng)位于第二部分中的拋光介質(zhì)的停留時(shí)間；(b)所述多個(gè)凹槽中的每個(gè)凹槽的轉(zhuǎn)變位置與旋轉(zhuǎn)軸線隔開(kāi)，間距是多個(gè)不同徑向距離中的一種。


圖1是適用于本發(fā)明的雙軸線拋光機(jī)的一部分的透視圖；圖2是本發(fā)明拋光墊一個(gè)實(shí)施方式的俯視圖，被拋光的晶片的輪廓以透明形式顯示；圖3是圖2所示拋光墊的部分放大俯視圖；圖4是本發(fā)明拋光墊第二實(shí)施方式的俯視圖；圖5是圖4所示拋光墊的一些凹槽的一部分的放大俯視圖；圖6是本發(fā)明拋光墊第三實(shí)施方式的俯視圖；圖7是圖6所示拋光墊的一些凹槽的一部分的放大俯視圖；圖8是本發(fā)明拋光墊的第四實(shí)施方式的俯視圖；圖9是圖8所示拋光墊的一些凹槽的一部分的放大俯視圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明涉及一種可用于對(duì)晶片32或其它工件進(jìn)行平面化的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)機(jī)30的拋光墊20。除非所用的上下文明顯地另有說(shuō)明，晶片32也應(yīng)包括其它工件。如下文所述，設(shè)計(jì)拋光墊20，以最優(yōu)化用于CMP處理的拋光介質(zhì)的滯留時(shí)間，以提高晶片32平面化的均勻性。
在詳細(xì)描述拋光墊20之前，首先簡(jiǎn)要描述拋光機(jī)30。拋光機(jī)30可包括在其上安裝拋光墊20的臺(tái)板34。臺(tái)板34可通過(guò)臺(tái)板驅(qū)動(dòng)器(未顯示)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線36旋轉(zhuǎn)。晶片32可由晶片支架38所支承，所述晶片支架38可圍繞與臺(tái)板34的旋轉(zhuǎn)軸線36平行，并與之隔開(kāi)的旋轉(zhuǎn)軸線40旋轉(zhuǎn)。晶片支架38可具有裝有萬(wàn)向接頭的連接(未顯示)，使得晶片32可以具有與拋光墊20輕微不平行的取向，在此情況下，旋轉(zhuǎn)軸線36和40可以非常輕微地傾斜。晶片32包括被拋光的表面42，該表面42朝向拋光墊20，在拋光過(guò)程中被平面化。晶片支架38可以被支架支承組件(未顯示)所支承，該組件適于在拋光過(guò)程中使晶片32旋轉(zhuǎn)，并提供向下的作用力F，將被拋光的表面42壓向拋光墊20，使得在被拋光表面和拋光墊之間存在所需的壓力。拋光機(jī)30還可包括用來(lái)向拋光墊20輸送拋光介質(zhì)46的拋光介質(zhì)入口44。拋光介質(zhì)44通常應(yīng)置于旋轉(zhuǎn)軸線36處或旋轉(zhuǎn)軸線36附近，以最優(yōu)化拋光墊20的效果，但是這種設(shè)置并非拋光墊操作的必需要求。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，拋光機(jī)30可包括其它的部件(未顯示)，例如系統(tǒng)控制器、拋光介質(zhì)存儲(chǔ)和分配系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、淋洗系統(tǒng)和用來(lái)控制拋光過(guò)程各方面的各種控制裝置，例如(1)用來(lái)控制晶片32和拋光墊20中一者或二者的轉(zhuǎn)速的速度控制器和選擇器；(2)用來(lái)改變向拋光墊輸送拋光介質(zhì)46的速率和位置的控制器和選擇器；(3)用來(lái)控制向晶片和拋光墊之間施加的力F的大小的控制器和選擇器，(4)以及用來(lái)控制晶片旋轉(zhuǎn)軸線40相對(duì)于拋光墊旋轉(zhuǎn)軸線36的位置的控制器、調(diào)節(jié)器和選擇器，等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解這些部件如何構(gòu)建，以及如何運(yùn)行，因此無(wú)需詳細(xì)解釋這些內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員便可理解和實(shí)施本發(fā)明。盡管拋光墊20可以在上述拋光機(jī)30之類的拋光機(jī)中有效地工作，但是該拋光墊也可用于其它拋光機(jī)。
在拋光過(guò)程中，拋光墊20和晶片32圍繞它們各自的旋轉(zhuǎn)軸線36和40旋轉(zhuǎn)，拋光介質(zhì)46從拋光介質(zhì)入口44分散到旋轉(zhuǎn)的拋光墊上。拋光介質(zhì)46在拋光墊20上鋪展開(kāi)來(lái)，包括進(jìn)入晶片32下表面和拋光墊之間的間隙中。拋光墊20和晶片32通常以0.1-150rpm的轉(zhuǎn)度旋轉(zhuǎn)，但是并非必須如此。通常通過(guò)選擇力F的大小，使得晶片32和拋光墊20之間達(dá)到0.1-15psi(0.7-103千帕)的所需壓力，但是并非必須如此。
拋光墊20具有拋光層50，該拋光層用來(lái)與半導(dǎo)體晶片32(處理過(guò)的或未處理的)或其它工件，例如玻璃、平板顯示器或信息存儲(chǔ)磁盤等制品接觸，從而在拋光介質(zhì)46或其它拋光介質(zhì)的存在下對(duì)工件的待拋光表面進(jìn)行拋光。為了方便起見(jiàn)，在下文中使用術(shù)語(yǔ)“晶片”和“拋光介質(zhì)”而不失其普遍性。
下面來(lái)看圖1-3，拋光墊20包括凹槽網(wǎng)絡(luò)60，設(shè)計(jì)該凹槽網(wǎng)絡(luò)60以增加由于拋光介質(zhì)46中的反應(yīng)劑與被拋光晶片32的某些部分之間發(fā)生相互作用而形成的反應(yīng)產(chǎn)物在凹槽網(wǎng)絡(luò)中的滯留時(shí)間。拋光墊20包括由假想的徑向外部圓周64和假想的徑向內(nèi)部圓周66限定的晶片軌跡62。晶片軌跡62是拋光墊20實(shí)際拋光晶片32的部分。外部圓周64通常位于拋光墊20周邊68的徑向內(nèi)側(cè)，內(nèi)部圓周66通常位于拋光墊旋轉(zhuǎn)軸線36的徑向外側(cè)。
凹槽網(wǎng)絡(luò)60包括多個(gè)凹槽70，其有助于將拋光介質(zhì)46沿徑向向外快速地輸送到拋光墊20的周邊68。凹槽70包括由旋轉(zhuǎn)軸線36基本沿徑向向外延伸的第一部分72。出于本說(shuō)明書(shū)的目的，第一部分72的主軸線72′表示當(dāng)凹槽70從旋轉(zhuǎn)軸線36附近的區(qū)域向周邊68延伸時(shí)的中線。在本文中，“基本沿徑向”包括精確地沿徑向發(fā)散到與軸向呈最大30°角發(fā)散的情況。通常第一部分72的主軸線72′基本為直的結(jié)構(gòu)，但是該第一部分的主軸線還可具有彎曲的結(jié)構(gòu)。彎曲的結(jié)構(gòu)可包括例如和緩曲線或部分或完全圍繞旋轉(zhuǎn)軸線36的曲線。第一部分72的曲線可完全或部分地包括在內(nèi)部圓環(huán)66中。在拋光墊20的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，第一部分72中的凹槽70的寬度為5-50密耳(0.127-1.27毫米)，深度為10-50密耳(0.254-1.27毫米)。
第一部分72中凹槽70的寬度和深度將根據(jù)所需的拋光性能、提供的凹槽70的數(shù)量、所需的拋光介質(zhì)停留時(shí)間和其它因素變化。
通常形成的第一部分72使得其徑向內(nèi)端73(圖3)沿徑向位于內(nèi)部圓周66以內(nèi)，位于較靠近旋轉(zhuǎn)軸線36的位置。內(nèi)端73的確切位置將受拋光介質(zhì)入口44的位置影響，通常需要將內(nèi)端73置于拋光介質(zhì)入口沿徑向的外部。但是這種相對(duì)位置并非必需的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)決定內(nèi)端73相對(duì)于拋光介質(zhì)入口44最佳的相對(duì)位置。在圖3中，以透視圖的形式顯示出了拋光介質(zhì)入口44的合適位置。這種定位僅應(yīng)視作例舉性的，而不是限制性的。
凹槽70還包括沿徑向位于第一部分72以外的第二部分74。第一部分72在轉(zhuǎn)變位置76與第二部分74連通，與所述第二部分液體連通。如圖2和圖3所示，在一個(gè)實(shí)施方式中，第二部分74具有正弦曲線構(gòu)型，隨著其從旋轉(zhuǎn)軸線36向外延伸，其振幅可以增大。作為一種替代或另外的特征，第二部分74可以設(shè)計(jì)成隨著從旋轉(zhuǎn)軸線36向外延伸，其正弦曲線構(gòu)型的頻率增大。出于本說(shuō)明書(shū)的目的，頻率表示沿第二部分74的主軸線75每單位距離的周期數(shù)。頻率與第二部分74的波長(zhǎng)成反比，波長(zhǎng)表示第二部分74沿主軸線75延伸一個(gè)周期的距離。盡管在許多應(yīng)用中不是優(yōu)選的，但是在一些情況下可適當(dāng)?shù)貙?duì)一個(gè)或多個(gè)凹槽70的第二部分74的一些部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得在從旋轉(zhuǎn)軸線36沿軸向向外延伸的同時(shí)，振幅和頻率中的一者或二者發(fā)生變化。第二部分74的振幅和頻率的變化通常是線性的，但是本發(fā)明包括階躍函數(shù)和其它非線性變化。根據(jù)在旋轉(zhuǎn)軸線36和周邊68之間進(jìn)行的測(cè)定，第二部分74的波長(zhǎng)通常小于且經(jīng)常顯著小于拋光墊20的半徑。
在拋光墊20的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，從轉(zhuǎn)變位置76附近到第二部分沿徑向最靠外的部位之間，第二部分74的振幅從0.1-2.0英寸(2.54-50毫米)增大到1-5英寸(25.4-126毫米)。在此實(shí)施方式中，根據(jù)沿第二部分74的主軸線75在轉(zhuǎn)變位置76和第二部分徑向最靠外部位之間進(jìn)行的測(cè)定，第二部分74的頻率每厘米增加0.1-1個(gè)周期。振幅和頻率取決于凹槽70的尺寸(寬度和深度)。
第二部分74具有從旋轉(zhuǎn)軸線36向外延伸的主軸線75。主軸線75可以基本上沿徑向從旋轉(zhuǎn)軸線36向外延伸。在本文中，“基本沿徑向”包括主軸線75完全沿徑向發(fā)散至沿與徑向成30°夾角的方向發(fā)散的情況。通常第二部分74的主軸線75具有基本筆直的構(gòu)型，但是第二部分的主軸線也可具有彎曲的構(gòu)型。
對(duì)于許多應(yīng)用，如圖2和圖3所示，凹槽70在形成第二部分74的正弦結(jié)構(gòu)的波峰和波谷部分具有平滑彎曲的構(gòu)型。然而，在一些實(shí)施方式中，在波峰和波谷部分可以提供尖銳的轉(zhuǎn)變，使得第二部分74具有鋸齒狀構(gòu)型。
如圖2和圖3所示，第二部分74中的凹槽70通常具有恒定的寬度。但是本發(fā)明并不限于這種情況。如下文關(guān)于本發(fā)明其它實(shí)施方式所述，凹槽70可具有沿凹槽長(zhǎng)度變化的寬度。另外，同樣如下文關(guān)于本發(fā)明其它實(shí)施方式所述，可通過(guò)改變第二部分74中凹槽70的深度來(lái)影響滯留時(shí)間。在本發(fā)明一示例性的實(shí)施方式中，凹槽在第二部分74中具有均勻的寬度，寬度為10-100密耳(0.254-2.54毫米)。對(duì)于寬度發(fā)生變化的凹槽70，凹槽70的寬度通常從轉(zhuǎn)變位置76處的寬度逐漸增大到最大寬度點(diǎn)的寬度。凹槽70的最大寬度點(diǎn)通常位于外部圓周64，如果需要的話，寬度可以隨著凹槽繼續(xù)沿徑向朝著周邊68向外延伸而減小。
如圖2所示，凹槽70可分布在凹槽組78中。在凹槽組78中，凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76與旋轉(zhuǎn)軸線36相隔的徑向距離可以變化。例如，參見(jiàn)圖3，第一部分721的轉(zhuǎn)變位置761與旋轉(zhuǎn)軸線36相隔的徑向距離R1，大于第一部分722的轉(zhuǎn)變位置762與旋轉(zhuǎn)軸線36相隔的徑向距離R2。通常轉(zhuǎn)變位置76位于內(nèi)部圓周66的徑向外側(cè)，但是在一些情況下可能需要使一些轉(zhuǎn)變位置76位于內(nèi)部圓周66的徑向內(nèi)側(cè)。通常與旋轉(zhuǎn)軸線36最接近的凹槽70的第一部分72的轉(zhuǎn)變位置76與旋轉(zhuǎn)軸線36的間隔約為0.25-3英寸(6.35-76.2毫米)。
在特定的凹槽組78內(nèi)，從凹槽組的一側(cè)向另一側(cè)測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)變位置76與旋轉(zhuǎn)軸線36的徑向間隔通常逐漸變大，但不是必須如此。例如，如圖3所示，從左到右，第二凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76要比第一凹槽的轉(zhuǎn)變位置更接近旋轉(zhuǎn)軸線36，第三凹槽的轉(zhuǎn)變位置比第二凹槽的轉(zhuǎn)變位置更接近旋轉(zhuǎn)軸線36。由于這種結(jié)構(gòu)，從晶片軌跡62內(nèi)部看，某些凹槽70主要由第一部分72組成，另外的凹槽70將主要由第二部分74組成，而其它的凹槽70將同時(shí)包括第一部分和第二部分。本發(fā)明還包括轉(zhuǎn)變位置76的其它結(jié)構(gòu)。在下文中將更詳細(xì)地討論到，在任意的情況下，對(duì)凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76進(jìn)行選擇，以使得拋光介質(zhì)46的組分在凹槽70中的停留時(shí)間最優(yōu)化。
拋光墊20經(jīng)常包括多個(gè)的凹槽組78，例如凹槽組781和相鄰的凹槽組782。較佳的是，所述拋光墊具有至少兩個(gè)凹槽組78。最佳的是，凹槽組78包含相同的凹槽圖案。凹槽組78通常具有類似的構(gòu)型，拋光墊20上凹槽組的數(shù)量是會(huì)受到經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)影響的設(shè)計(jì)選擇的問(wèn)題。通常，凹槽組78覆蓋整個(gè)拋光墊20，使得拋光墊不存在缺少凹槽70的部分。另外，凹槽組78中的凹槽70通常盡可能互相靠近，但是這并非本發(fā)明的要求。
本發(fā)明包括多個(gè)凹槽組78，在拋光墊20上的各凹槽組具有不同的構(gòu)型，所述構(gòu)型是相對(duì)于轉(zhuǎn)變位置76的位置和第二部分74的存在及其構(gòu)型而言的。例如，一些凹槽組78中凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76與旋轉(zhuǎn)軸線36相隔的徑向距離沿一定的方向(例如順時(shí)針?lè)较?逐漸增大或減小。例如，沿一定的方向(例如順時(shí)針?lè)较?測(cè)得，其它凹槽組78中凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76與旋轉(zhuǎn)軸線36相隔的徑向距離以不規(guī)則的形式發(fā)生差異。例如其它的凹槽組78可包括一個(gè)或多個(gè)僅有第一部分72或僅有第二部分74的凹槽70。
第二部分74可沿徑向朝外延伸到周邊68、外部圓周64，或外部圓周64徑向內(nèi)側(cè)的一個(gè)點(diǎn)。拋光介質(zhì)46的所需滯留時(shí)間將會(huì)是對(duì)第二部分74終止位置的主要影響因素，但是其它的設(shè)計(jì)和操作標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)影響這些定位。
當(dāng)?shù)诙糠?4終止于周邊68的徑向內(nèi)側(cè)時(shí)，可能需要提供與第二部分74流體連通的周邊部分80。周邊部分80缺少第二部分74的振蕩路徑結(jié)構(gòu)。周邊部分80可以相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線36筆直地沿徑向向外延伸到周邊68，可以是筆直的，但是沿與從旋轉(zhuǎn)軸線36延伸出的半徑成一角度的方向向外延伸，或者可以以彎曲的方式向外延伸到周邊。盡管經(jīng)常需要周邊部分80，但是周邊部分是凹槽網(wǎng)絡(luò)60的一個(gè)任選的特征。
繼續(xù)參見(jiàn)圖1-3，下面將討論拋光墊20的使用和操作。如上所述，拋光墊20特別、但是并不一定適于與包含磨料、反應(yīng)劑和(使用一段時(shí)間后得到的)反應(yīng)產(chǎn)物的拋光介質(zhì)46一起使用。例如，通過(guò)拋光介質(zhì)入口44在旋轉(zhuǎn)軸線36附近引入拋光介質(zhì)46，然后通過(guò)拋光墊20的旋轉(zhuǎn)使拋光介質(zhì)具有離心力，使其沿徑向向外流動(dòng)。拋光介質(zhì)46基本上在凹槽70的第一部分72中沿徑向向外流動(dòng)，但是少量拋光介質(zhì)也可在凹槽之間的區(qū)域向外輸送。
當(dāng)拋光介質(zhì)46接觸晶片32時(shí)，拋光介質(zhì)中的反應(yīng)劑與晶片上的結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用，例如銅冶金，從而形成反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)拋光介質(zhì)46的化學(xué)性質(zhì)、晶片32中與反應(yīng)劑發(fā)生相互作用的特征結(jié)構(gòu)的組成，以及其它的因素，所述反應(yīng)物和產(chǎn)物會(huì)對(duì)拋光反應(yīng)速率產(chǎn)生不同的作用?？傮w拋光速率會(huì)隨著拋光介質(zhì)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的相對(duì)比例的變化減小或增大。已知的拋光墊中的凹槽結(jié)構(gòu)通常無(wú)法確保包含不同濃度的反應(yīng)物和產(chǎn)物的拋光介質(zhì)均勻分布在晶片軌跡中。由于上述反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)拋光速率的影響，當(dāng)使用會(huì)形成反應(yīng)產(chǎn)物的拋光介質(zhì)組合物進(jìn)行拋光的時(shí)候，很難對(duì)晶片進(jìn)行均勻的平整化。通過(guò)控制拋光介質(zhì)在拋光墊晶片軌跡中的停留時(shí)間的分布，可以控制包含不同濃度的反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的拋光介質(zhì)的分布。
在各個(gè)凹槽70中，第二部分74通過(guò)使拋光介質(zhì)沿振蕩路徑移動(dòng)，相對(duì)于這些拋光介質(zhì)在第一部分72中的運(yùn)動(dòng)，減緩了拋光介質(zhì)沿徑向向外的運(yùn)動(dòng)。這種拋光介質(zhì)46的路徑變化通常會(huì)在轉(zhuǎn)變位置76很快地發(fā)生，即以階躍函數(shù)的形式發(fā)生。換而言之，通常是在拋光介質(zhì)46沿徑向從轉(zhuǎn)變位置76向外流動(dòng)的時(shí)候，拋光介質(zhì)的滯留時(shí)間立刻增大。但是如果對(duì)于某些應(yīng)用需要較慢的轉(zhuǎn)變，可以很容易地進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如使轉(zhuǎn)變位置76附近的振蕩部分74的一些部分具有非常緩和的曲率，其振幅和頻率從旋轉(zhuǎn)軸線36向外逐漸增大。根據(jù)凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76的位置，晶片32的某些區(qū)域可與僅在第一部分72中流動(dòng)的拋光介質(zhì)相接觸，而其它區(qū)域?qū)?huì)與流過(guò)第一部分和第二部分的拋光介質(zhì)相接觸。
通過(guò)增加拋光介質(zhì)46在沿與第二部分74相交的半徑的任意給定位置上的滯留時(shí)間，拋光介質(zhì)46中反應(yīng)劑和反應(yīng)產(chǎn)物保持在晶片32附近的時(shí)間通常要長(zhǎng)于本領(lǐng)域已知凹槽式樣的情況。根據(jù)拋光介質(zhì)在凹槽70的第一部分和第二部分之間每單位徑向距離的停留時(shí)間的差異，在第一部分和第二部分之間，每單位徑向距離內(nèi)，拋光介質(zhì)中反應(yīng)物和產(chǎn)物之間相對(duì)比例的變化是不同的。由于拋光反應(yīng)速率取決于拋光介質(zhì)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的相對(duì)比，晶片表面上僅與流過(guò)凹槽70的第一部分的拋光介質(zhì)相接觸的位置的拋光速率，與晶片表面上與流經(jīng)第一部分和第二部分的拋光介質(zhì)相接觸的位置的拋光速率不同。由于具有分布在凹槽組78中的凹槽70，每個(gè)凹槽在晶片軌跡中第一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙糠值膹较蛭恢貌煌系牟煌恢每筛鶆虻亟佑|拋光介質(zhì)，所述拋光介質(zhì)具有不同的與晶片接觸的停留時(shí)間。
在決定第二部分74的最佳構(gòu)型、轉(zhuǎn)變位置76的最佳定位以及設(shè)計(jì)拋光墊20的其它方面的時(shí)候，設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供能夠使包含不同濃度的反應(yīng)物和產(chǎn)物的拋光介質(zhì)在整個(gè)晶片軌跡62上分布。通過(guò)逐漸增大凹槽組78內(nèi)轉(zhuǎn)變位置76與旋轉(zhuǎn)軸線36的徑向間隔，使拋光介質(zhì)在晶片下獲得混合的停留時(shí)間。這將使得晶片下不同的位置更均勻地接觸包含不同濃度的反應(yīng)物和產(chǎn)物的拋光介質(zhì)。還可利用轉(zhuǎn)變位置76與旋轉(zhuǎn)軸線36的其它間隔樣式或者布局獲得這種混合的停留時(shí)間。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，可以通過(guò)評(píng)價(jià)拋光介質(zhì)46的化學(xué)性質(zhì)及其與晶片32的相互作用，考慮和分析晶片中所含的材料，對(duì)拋光墊20進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，以及經(jīng)驗(yàn)性地采用具有上述不同設(shè)計(jì)特征的圓形拋光墊，來(lái)達(dá)成使得包含不同濃度的反應(yīng)物和產(chǎn)物的拋光介質(zhì)在晶片軌跡62中均勻分布的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
下面來(lái)看圖1、圖4和圖5，在本發(fā)明另一實(shí)施方式中，提供了具有另一種凹槽網(wǎng)絡(luò)160的拋光墊120。凹槽網(wǎng)絡(luò)160包括多個(gè)凹槽170，每個(gè)凹槽具有與上述第一部分72相同的第一部分172。在轉(zhuǎn)變位置176，各凹槽170的寬度增大，以形成第二部分174。凹槽170的第一部分172與凹槽的第二部分174流體連通。
從轉(zhuǎn)變位置176至少到與外部圓周64徑向相交的第二部分174處，第二部分174通常具有基本均勻的寬度和深度。但是在一些情況下，第二部分174中凹槽170的寬度和深度中的一種或兩種可以變化，這種變化可沿從旋轉(zhuǎn)軸線36向外徑向延伸的直線確定。在拋光墊120的一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，第二部分174中凹槽170的寬度為5-100密耳(0.127-2.54毫米)，深度為10-30密耳(0.254-0.762毫米)。第二部分174通常具有基本筆直的結(jié)構(gòu)，從旋轉(zhuǎn)軸線36沿徑向向外延伸。但是本發(fā)明包括彎曲的第二部分174。所述第二部分174的寬度任選沿徑向朝著外部圓周64的向外方向減小，減小到與第一部分172接近的寬度。
凹槽170排列在凹槽組178中，使得轉(zhuǎn)變位置176通常與旋轉(zhuǎn)軸線36間隔不同的徑向距離。這種結(jié)構(gòu)與上文所述凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76的相對(duì)定位是相同的。與凹槽70的情況一樣，拋光墊160上的凹槽170是盡可能致密地設(shè)置的，但是這種凹槽的設(shè)置并不是必需的。
在操作中，拋光墊120的凹槽170通過(guò)與上述凹槽70基本相同的方式控制凹槽中拋光介質(zhì)46內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的滯留時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，由于第二部分174的寬度大于第一部分172的寬度，假定凹槽具有恒定的深度，當(dāng)拋光介質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)變位置176并進(jìn)入第二部分的時(shí)候，拋光介質(zhì)在凹槽中流過(guò)的速率將會(huì)減小。如上文關(guān)于凹槽70所述，凹槽170的確切結(jié)構(gòu)通常會(huì)受拋光介質(zhì)46的化學(xué)性質(zhì)、晶片32的組成以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它因素的影響。
下面來(lái)看圖1、圖6和圖7，在本發(fā)明另一實(shí)施方式中，提供了一種具有另外的凹槽網(wǎng)絡(luò)260的拋光墊220。凹槽網(wǎng)絡(luò)260包括多個(gè)凹槽270，每個(gè)凹槽270具有與上述第一部分72相同的第一部分272。在轉(zhuǎn)變位置276，各凹槽270的寬度增大，以形成第二部分274。凹槽270的第一部分272與凹槽的第二部分274流體連通。從轉(zhuǎn)變位置276至少到與外部圓周64徑向相交的第二部分274處，第二部分274具有逐漸增大的寬度。對(duì)于一些應(yīng)用，從旋轉(zhuǎn)軸線36徑向向外，可以首先緩慢地增大第二部分274的寬度，然后更快地增大寬度，或者以相反的形式增大寬度。第二部分274還通常具有均勻的深度，但是本發(fā)明并不限于此。第二部分274通常具有基本筆直的結(jié)構(gòu)，從旋轉(zhuǎn)軸線36沿徑向向外延伸。但是本發(fā)明包括彎曲的第二部分274。
凹槽270排列在凹槽組278中，使得轉(zhuǎn)變位置276通常、但不一定與旋轉(zhuǎn)軸線36間隔不同的徑向距離。這種結(jié)構(gòu)與上文所述凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76的相對(duì)定位是相同的。與凹槽70的情況一樣，拋光墊260上的凹槽270是盡可能致密地設(shè)置的，但是本發(fā)明包括凹槽不是最緊密設(shè)置的情況。
在操作中，拋光墊220的凹槽270通過(guò)與上述凹槽70基本相同的方式控制凹槽中拋光介質(zhì)46內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的滯留時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，由于第二部分274的寬度大于第一部分272的寬度，假定凹槽具有恒定的深度，當(dāng)拋光介質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)變位置276并進(jìn)入第二部分的時(shí)候，拋光介質(zhì)在凹槽中流過(guò)的速率將會(huì)減小。凹槽270在第二部分274的寬度的逐漸增大以越來(lái)越大的程度減緩了拋光介質(zhì)46沿徑向向外的流動(dòng)，這使得在凹槽中傳輸?shù)膾伖饨橘|(zhì)46的停留時(shí)間逐漸增加。如上文關(guān)于凹槽70所述，凹槽270的確切結(jié)構(gòu)通常會(huì)受拋光介質(zhì)46的化學(xué)性質(zhì)、晶片32的組成以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它因素的影響。
下面來(lái)看圖1、圖8和圖9，在本發(fā)明另一實(shí)施方式中，提供了一種具有另外的凹槽網(wǎng)絡(luò)360的拋光墊320。凹槽網(wǎng)絡(luò)360包括多個(gè)凹槽370，所述凹槽各自具有與上述第一部分72相同的第一部分372。在轉(zhuǎn)變位置376，各凹槽370的深度增加，從而形成第二部分374。這種深度的變化通常是逐漸實(shí)現(xiàn)的，但是在一些情況下，階躍式轉(zhuǎn)變也是可以接受的。凹槽370的第一部分372與凹槽的第二部分374流體連通。
在轉(zhuǎn)變位置376、或更具體來(lái)說(shuō)靠近第二部分具有完全深度的轉(zhuǎn)變位置的位置，與至少外部圓周64之間，所述第二部分374從旋轉(zhuǎn)軸線36徑向向外測(cè)得的深度是均勻的。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，第一部分372的深度為5-10密耳(0.127-0.254毫米)，第二部分374的深度為10-40密耳(0.254-1.016毫米)。但是對(duì)于一些應(yīng)用，可能需要形成第二部分374，使得從旋轉(zhuǎn)軸線36軸向向外測(cè)定，其深度從轉(zhuǎn)變位置376到外部圓周64逐漸增大。當(dāng)這樣構(gòu)成第二部分374時(shí)，在轉(zhuǎn)變位置376和外部圓周66之間測(cè)定，其深度增大了5-40密耳(0.127-1.016毫米)。第二部分374還通常具有均勻的寬度，但是本發(fā)明并不限于此。第二部分374經(jīng)常具有基本筆直的結(jié)構(gòu)，從旋轉(zhuǎn)軸線36沿軸向向外延伸。但是本發(fā)明包括彎曲的第二部分374。
凹槽370排列在凹槽組378中，使得轉(zhuǎn)變位置376與旋轉(zhuǎn)軸線36間隔的徑向距離通常、但不一定從凹槽組的一側(cè)向另一側(cè)逐漸增大。這種結(jié)構(gòu)與上文所述凹槽70的轉(zhuǎn)變位置76的相對(duì)定位是相同的。與凹槽70的情況一樣，拋光墊360上的凹槽370是盡可能致密地設(shè)置的，但是本發(fā)明包括凹槽不是最緊密設(shè)置的情況。
在操作中，拋光墊320的凹槽370通過(guò)與上述凹槽70基本相同的方式控制凹槽中拋光介質(zhì)46內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的滯留時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，由于第二部分374的深度大于第一部分372的深度，假定凹槽370具有恒定的寬度，當(dāng)拋光介質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)變位置376并進(jìn)入第二部分的時(shí)候，拋光介質(zhì)在凹槽中流過(guò)的速率將會(huì)減小。如上文關(guān)于凹槽70所述，凹槽370的確切結(jié)構(gòu)通常會(huì)受拋光介質(zhì)46的化學(xué)性質(zhì)、晶片32的組成以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它因素的影響。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)拋光制品的拋光墊，該拋光墊包括a.具有旋轉(zhuǎn)軸線和多個(gè)凹槽的拋光部分，每個(gè)凹槽包含i.第一部分；ii.在轉(zhuǎn)變位置與所述第一部分連通的第二部分；b.其中，所述多個(gè)凹槽中至少第一個(gè)凹槽的轉(zhuǎn)變位置與旋轉(zhuǎn)軸線間隔第一徑向距離，所述多個(gè)凹槽中至少第二個(gè)凹槽的轉(zhuǎn)變位置與旋轉(zhuǎn)軸線間隔第二徑向距離，所述第一徑向距離不同于第二徑向距離。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述多個(gè)凹槽排列成至少兩個(gè)凹槽組，所述至少兩個(gè)凹槽組中的每個(gè)凹槽具有轉(zhuǎn)變位置，所述轉(zhuǎn)變位置與旋轉(zhuǎn)軸線之間間隔一定的徑向距離，該距離不同于所述至少兩個(gè)凹槽組中至少一個(gè)另外的凹槽的轉(zhuǎn)變位置。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述拋光部分具有晶片軌跡，所述多個(gè)凹槽的多個(gè)轉(zhuǎn)變位置位于所述晶片軌跡之內(nèi)，與所述旋轉(zhuǎn)軸線相距有兩種以上不同的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述多個(gè)凹槽的轉(zhuǎn)變位置與所述旋轉(zhuǎn)軸線相隔的徑向距離有多種，在這些轉(zhuǎn)變位置處，拋光介質(zhì)在穿過(guò)拋光部分的多個(gè)凹槽內(nèi)的停留時(shí)間不同。
5.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，所述第一部分的構(gòu)型不同于第二部分，所述第一部分和第二部分中的至少一個(gè)部分具有從旋轉(zhuǎn)軸線向外延伸的主軸線。
6.一種使用具有旋轉(zhuǎn)軸線的拋光墊和拋光介質(zhì)拋光制品的方法，該方法包括以下步驟a.提供具有多個(gè)從旋轉(zhuǎn)軸線向外延伸的凹槽的拋光墊；b.使所述拋光墊與制品表面相接；c.使所述拋光墊和制品發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，使得拋光墊的軌跡接觸所述制品；d.使拋光介質(zhì)在所述拋光墊的拋光軌跡和制品表面之間、在多個(gè)凹槽內(nèi)流動(dòng)，所述介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，在所述多個(gè)凹槽的至少兩個(gè)之內(nèi)的停留時(shí)間不同。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)凹槽排列成至少兩個(gè)凹槽組，所述至少兩個(gè)凹槽組中的各個(gè)凹槽具有轉(zhuǎn)變位置，所述轉(zhuǎn)變位置與旋轉(zhuǎn)軸線之間間隔一定的徑向距離，該距離不同于所述至少兩個(gè)凹槽組中的至少一個(gè)另外的凹槽的轉(zhuǎn)變位置。
8.一種使用拋光介質(zhì)拋光制品的拋光墊，所述拋光墊包含a.包含旋轉(zhuǎn)軸線和多個(gè)凹槽的拋光部分，每個(gè)凹槽包含i.第一部分；ii.在轉(zhuǎn)變位置與所述第一部分連通的第二部分，所述第二部分具有長(zhǎng)度和沿該長(zhǎng)度的至少一部分發(fā)生變化的橫截面結(jié)構(gòu)，以延長(zhǎng)位于第二部分中的拋光介質(zhì)的停留時(shí)間；b.其中，所述多個(gè)凹槽中的每個(gè)凹槽的轉(zhuǎn)變位置與所述旋轉(zhuǎn)軸線的徑向距離是多種徑向距離中的一種。
9.如權(quán)利要求8所述的拋光墊，其特征在于，所述第二部分的橫截面結(jié)構(gòu)的寬度從轉(zhuǎn)變位置起開(kāi)始增大。
10.如權(quán)利要求8所述的拋光墊，其特征在于，所述橫截面結(jié)構(gòu)從第一寬度增大到第二寬度，所述第二寬度從轉(zhuǎn)變位置向轉(zhuǎn)變位置徑向外側(cè)的位置逐漸增大。
全文摘要
一種用來(lái)拋光晶片(32)或其它制品的拋光墊(20)，所述拋光墊具有凹槽網(wǎng)絡(luò)(60)，這些凹槽網(wǎng)絡(luò)(60)設(shè)計(jì)用來(lái)改變由拋光介質(zhì)(46)中的反應(yīng)物與晶片上結(jié)構(gòu)之間相互作用形成的反應(yīng)產(chǎn)物在晶片軌跡上的停留時(shí)間。所述凹槽網(wǎng)絡(luò)具有第一部分(72)和第二部分(74)，所述第一部分(72)可基本沿徑向向外延伸，第二部分(74)設(shè)計(jì)成用來(lái)改變拋光介質(zhì)沿徑向向外流動(dòng)的速率。
文檔編號(hào)B24D13/14GK1984750SQ200580023746
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月19日
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