專利名稱：化學(xué)機(jī)械拋光墊及化學(xué)機(jī)械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及化學(xué)機(jī)械拋光墊以及相關(guān)的化學(xué)機(jī)械裝置。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械平整(CMP)用于在集成電路和顯示器的制造中平整襯底的表面。典型的CMP裝置包括拋光頭，該拋光頭振蕩襯底以及拋光墊并壓迫襯底和拋光墊使其相互抵靠，同時(shí)在其間施加研磨顆粒漿液。CMP可以用于平整電介質(zhì)層、填充有多晶硅或氧化硅的深或淺溝槽、金屬膜和其他這樣的層的表面。人們認(rèn)為，CMP拋光通常是作為化學(xué)和機(jī)械作用的結(jié)果而發(fā)生，例如在要拋光的材料表面處反復(fù)形成化學(xué)改性層并隨后被拋光掉。例如，在金屬特征或?qū)拥膾伖庵校瑥囊獟伖獾慕饘俦砻娣磸?fù)形成和去除金屬氧化層。
為了控制漿液分布，拋光墊表面通常具有穿孔或凹槽圖案，以控制沿襯底的拋光漿液分布。CMP拋光結(jié)果取決于壓靠襯底的拋光墊的拋光表面、拋光漿液的研磨顆粒以及襯底的反應(yīng)性材料之間的化學(xué)和機(jī)械接觸。沿襯底表面的拋光漿液的不均勻分布可能導(dǎo)致襯底表面的不均勻拋光。因此，希望具有能夠提供沿襯底表面的漿液均勻分布的拋光墊的拋光表面。
已經(jīng)發(fā)展出幾個(gè)墊設(shè)計(jì)，以提供沿襯底表面的更均勻的拋光漿液分布。關(guān)于例子，共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利號(hào)5,984,769中公開的一種墊設(shè)計(jì)使用同心圓凹槽或螺旋凹槽，該專利通過(guò)引用而全部包含于此。圓凹槽在拋光處理期間填充有拋光漿液，以保持沿襯底表面的拋光漿液的更均勻分布。雖然這樣的墊設(shè)計(jì)改進(jìn)了整個(gè)拋光均勻性，它們還傾向于在墊的拋光表面的特定區(qū)域內(nèi)捕獲漿液，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)襯底區(qū)域的過(guò)拋光。另外，因?yàn)闈{液被捕獲在閉合的圓凹槽中，拋光漿液被阻止從墊的中心繼續(xù)流到其外邊緣，這對(duì)去除拋光副產(chǎn)品及磨損的漿液顆粒是有利的。在另一個(gè)墊設(shè)計(jì)中，X-Y開槽圖案以不同槽道長(zhǎng)度提供在拋光表面上。然而，當(dāng)拋光墊和襯底以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)振蕩時(shí)，X-Y圖案產(chǎn)生由凹槽圖案的軸對(duì)稱性引起的拋光漿液流動(dòng)不平衡，并還可能導(dǎo)致漿液快速地從墊表面的邊緣噴射。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閴|必須具有足夠剛性以平整襯底表面并且具有足夠柔性以用均勻壓力將拋光墊壓靠在襯底表面上。為了適當(dāng)?shù)仄秸r底，拋光墊應(yīng)該僅拋光襯底外形的尖峰，而不拋光其凹部。然而，如果拋光墊在施加到直接位于襯底外形中的尖峰上方的墊區(qū)域的局部化應(yīng)力下很容易壓縮，則圍繞尖峰的襯底區(qū)域開始過(guò)拋光，這是不希望的。墊必須具有足夠剛性，以使其在由襯底上的外形尖峰施加的負(fù)載下不會(huì)被過(guò)度壓縮，但亦要具有足夠柔性以符合并均勻拋光稍微翹曲的襯底。
為了同時(shí)滿足柔性和剛性的要求，拋光墊通常制作有不同材料的兩個(gè)堆疊層，底層由柔軟彈性的材料制成，而頂層由充當(dāng)拋光表面的硬材料制成。然而，在使用中，拋光漿液傾向于通過(guò)毛細(xì)作用從一層的外邊緣向兩層的中心傳送到兩層之間的界面中。這種毛細(xì)作用在柔軟彈性層的可壓縮性中引起不希望的改變。過(guò)多的毛細(xì)作用可能還引起拋光漿液在層之間滲透足夠深而到達(dá)并改變墊中墊窗口的光學(xué)特性。
因此，希望具有一種拋光墊，該拋光墊具有提供均勻和襯底的可重復(fù)平整的拋光表面。還希望在拋光墊的拋光表面上具有引起漿液沿襯底表面均勻分布的圖案特征。還希望具有柔性但仍提供充分剛性的拋光表面的拋光墊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在化學(xué)機(jī)械裝置中的拋光墊的拋光表面上提供均勻的拋光漿液。
在一個(gè)方案中，一種用于化學(xué)機(jī)械拋光裝置的化學(xué)機(jī)械拋光墊具有主體，該主體具有拋光表面，拋光表面具有半徑、中心區(qū)域以及周邊區(qū)域。拋光表面具有從中心區(qū)域徑向地向外延伸到周邊區(qū)域的多個(gè)主徑向線槽道，每個(gè)主徑向線槽道在周邊區(qū)域具有傾斜外部分，該傾斜外部分以相對(duì)于拋光表面的半徑的一角導(dǎo)向。拋光表面還具有每個(gè)由傾斜過(guò)渡部分連接到主徑向線槽道的多個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道，該初級(jí)分支徑向線槽道與主徑向線槽道間隔開。拋光墊在拋光期間提供拋光漿液改進(jìn)的分布和流動(dòng)。
在另一個(gè)方案中，拋光墊還具有與拋光表面相反的底部表面，底部表面具有壓力負(fù)載調(diào)節(jié)特征的圖案，該特征包括多個(gè)突出和凹陷，其中凹陷的大小和形狀被設(shè)計(jì)成容納突出在施加壓力到拋光表面時(shí)的側(cè)向膨脹。
拋光墊還可以用于化學(xué)機(jī)械裝置，該化學(xué)機(jī)械裝置包括拋光站、漿液分配器以及拋光馬達(dá)，其中拋光站包括保持拋光墊的壓板以及保持襯底抵靠拋光墊的支撐；漿液分配器在拋光墊上分配漿液；拋光馬達(dá)驅(qū)動(dòng)壓板和支撐中的至少一個(gè)，以使振蕩拋光墊和襯底相互抵靠。
在一種制造的方法中，該拋光墊可以通過(guò)以下制造從拋光表面切削材料，以形成主徑向線槽道以及分支徑向線槽道，其中，材料以這樣的切削速度切削，切削速度足夠高以加熱主徑向線槽道以及分支徑向線槽道中的材料到熔化材料以基本密封槽道底部的溫度。
在再一個(gè)方案中，化學(xué)機(jī)械拋光墊包括主體，該主體具有拋光表面，拋光表面具有半徑、中心區(qū)域以及周邊區(qū)域。該拋光表面具有從拋光表面的中心區(qū)域向外徑向地延伸到周邊區(qū)域的多個(gè)主徑向線槽道，每個(gè)主徑向線槽道在周邊區(qū)域具有傾斜外部分，傾斜外部分以相對(duì)于拋光表面的半徑的一角導(dǎo)向，主徑向線槽道的長(zhǎng)度L1、傾斜外部分的長(zhǎng)度L2以及傾斜外部分和主徑向線槽道之間形成的角α被選擇以提供沿襯底表面的拋光漿液的均勻分布。
在再一個(gè)方案中，主徑向線槽道的長(zhǎng)度L1、傾斜外部分的長(zhǎng)度L2以及傾斜外部分和主徑向線槽道之間形成的角α被選擇以致于作用在傾斜外部分中拋光漿液的向心力Fc被控制以提供通過(guò)槽道的希望的漿液流動(dòng)速率，其中Fc＝mv2/r，m是槽道中的漿液的質(zhì)量，v是漿液的速度，r是傾斜外部分沿拋光墊的平均徑向距離。
在再一個(gè)方案中，主徑向線槽道的長(zhǎng)度L1、傾斜外部分的長(zhǎng)度L2以及傾斜外部分和主徑向線槽道之間形成的角α被選擇以致于作用在傾斜外部分中拋光漿液的向心力Fc由相反力Fo平衡，相反力Fo作用在槽道的傾斜外部分中的漿液，以提供通過(guò)槽道的希望的漿液流動(dòng)速率，
其中Fc＝mv2/r，m是槽道中的漿液的質(zhì)量，v是漿液的速度，r是傾斜外部分沿拋光墊的平均徑向距離，以及Fo＝mr(dθ/dt)2coS(α-(π/2))，其中dθ/dt是拋光墊的角速度，而α是主徑向線槽道和傾斜外部分之間的角。
根據(jù)本發(fā)明的上述設(shè)置，可獲得一種拋光墊，相較于現(xiàn)有技術(shù)，該拋光墊具有提供均勻和襯底的可重復(fù)平整的拋光表面，此外在拋光墊的拋光表面上具有引起漿液沿襯底表面均勻分布的圖案特征，此外還可獲得具有柔性但仍提供充分剛性的拋光表面的拋光墊。


參考以下說(shuō)明書、所附權(quán)利要求和圖示本實(shí)用新型示例的附圖將更好地理解本實(shí)用新型的這些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。但是，應(yīng)該理解到每個(gè)特征都可以一般地而非僅僅在特定附圖的上下文中使用，并且本發(fā)明包括這些特征的任意組合，其中圖1-4是包括圖案化拋光漿液凹槽的拋光墊的實(shí)施例的局部俯視圖；圖5a是具有壓力負(fù)載調(diào)節(jié)特征的拋光墊的局部截面?zhèn)纫晥D；圖5b是圖5a中示出的實(shí)施例在施加負(fù)載壓力情況下的局部截面?zhèn)纫晥D；圖6a和6b是具有壓力負(fù)載調(diào)節(jié)特征的不同圖案的拋光墊的實(shí)施例的局部仰視圖；圖7a是CMP拋光器的實(shí)施例的立體圖；圖7b是圖7a的CMP拋光器的局部分解立體圖；圖7c是圖7b的CMP拋光器的概略俯視圖；以及圖8a和圖8b是具有改進(jìn)漿液流動(dòng)槽道的拋光墊表面的實(shí)施例的局部俯視圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種用于化學(xué)機(jī)械拋光裝置(圖7a-7b)的拋光墊20包括具有拋光表面24的墊主體22，例如，如圖1中所示。拋光墊通常包括平坦圓主體22，其具有盤狀形狀以及大小設(shè)計(jì)成在拋光期間提供襯底表面足夠覆蓋的半徑。例如，墊20可以至少比襯底140大幾倍。拋光表面24用于接觸襯底140并抵靠襯底140旋轉(zhuǎn)，以例如通過(guò)從襯底140上去除不均勻的外形特征來(lái)拋光襯底。拋光表面24包括足夠研磨的材料，以在基本沒(méi)有過(guò)分刮痕或其他損傷襯底表面的情況下從襯底140上拋光和去除不希望的材料。例如，拋光墊20的拋光表面24可以由聚合物、油毛氈(felt)、紙、織物、陶瓷、或其他這樣的材料制成。拋光漿液流動(dòng)于拋光表面24和襯底140之間，同時(shí)它們振蕩以化學(xué)和機(jī)械地拋光襯底140。例如，合適的拋光漿液可以包括懸浮在溶液中的漿液顆粒，該漿液顆粒包括氧化鋁、氧化硅、碳化硅、或其他陶瓷粉末的至少一種，溶液例如包括水、酒精、緩沖劑以及懸浮化學(xué)品的一種或更多種。
拋光墊20的拋光表面24包括形成于其中的一個(gè)或更多個(gè)凹槽26，以增強(qiáng)沿拋光表面24上的拋光漿液流動(dòng)，例如，如圖1-4中所示。例如，凹槽26可以提供沿表面24的漿液更均勻的分布，由此提供襯底140的更均勻的拋光。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)成形凹槽26提供改進(jìn)的拋光表面24，以提供通過(guò)凹槽26的拋光漿液的控制的分布和流動(dòng)速率。包括這樣改進(jìn)的凹槽26的拋光表面24的示例在圖1-4中示出。凹槽26形成為希望的形狀及尺寸以在襯底拋光處理期間有利地提供沿拋光表面24的拋光漿液的良好分布。凹槽26還有利地允許希望量的用過(guò)的漿液和漿液副產(chǎn)品在拋光處理期間從墊在拋光平面24的周邊區(qū)域28處釋放。
改進(jìn)的凹槽26包括多個(gè)主徑向線槽道30，其從拋光墊20的中心區(qū)域32徑向地向外延伸到拋光墊的周邊區(qū)域28，例如，如圖1中所示。主徑向線槽道30每個(gè)都沿表示拋光表面24的半徑r的徑向線39延伸，并在槽道30之間間隔開希望的距離。在圖1-3中，槽道30基本上與徑向線一致。在圖4中，槽道30具有沿徑向線39的整個(gè)流動(dòng)方向，但提供繞徑向線39振蕩的回旋拋光漿液流動(dòng)。例如，在襯底140的拋光期間，在拋光表面24旋轉(zhuǎn)的情況下，施加到主徑向線槽道30的拋光漿液由向心力沿槽道30并朝著拋光表面24的周邊部分28被向外推進(jìn)。因此，由拋光表面24的旋轉(zhuǎn)引起的向心力導(dǎo)致通過(guò)主徑向槽道30的拋光漿液流動(dòng)，因此圍繞拋光表面24從墊內(nèi)部到墊周邊38分布拋光漿液。拋光墊20希望地包括足夠數(shù)量和密度的主徑向線槽道30，以沿拋光表面上的多個(gè)半徑分布拋光漿液。例如，拋光墊20可以沿拋光表面24的每10度弧包括從約2到約12個(gè)主徑向槽道30。
主徑向線槽道30還包括在周邊區(qū)域28的傾斜外部分34，其與每個(gè)主徑向線槽道30的徑向線r以一個(gè)角導(dǎo)向，例如，如圖1中所示。例如，傾斜外部分34可以包括切線弧36，其以遠(yuǎn)離主徑向線槽道30同時(shí)接近拋光表面24的周邊38的弧彎曲，例如，如圖1、2和3中所示。這樣的切線弧36的長(zhǎng)度和切角可以選擇，以提供希望的漿液流動(dòng)特性。例如，切線弧36可以從半徑r清除從約5°到約60°的平均切向角θ。傾斜外部分34還可以包括基本直線、非弧形部分40，其從主徑向線槽道30的徑向線39彎曲，以致于傾斜部分34以基本非垂直角度接近拋光表面24的周邊38，例如，如圖4所示。例如，部分34可以從主徑向線槽道30通過(guò)其的徑向線39彎曲，以至于傾斜外部分34和主徑向線槽道30形成從約2°到約45°的角α，例如，如圖8a所示。
傾斜外部分34被希望地沿這樣的方向彎曲或折彎，該方向與拋光平面24在襯底拋光期間的旋轉(zhuǎn)方向一致，以提供將漿液流動(dòng)減速到希望的速率的“葉輪片”型力。例如，在圖1-4中，拋光旋轉(zhuǎn)方向是理想地逆時(shí)針，以控制通過(guò)傾斜外部分34的漿液流動(dòng)的速率，其中傾斜外部分34沿逆時(shí)針?lè)较騼A斜。主徑向線槽道30的長(zhǎng)度和大小同傾斜外部分的長(zhǎng)度、大小和角度一樣也可以選擇，以在拋光處理期間提供與希望的拋光墊旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的希望的漿液分布和流動(dòng)速率。相反地，可以通過(guò)以在拋光處理期間使用的相反的方向(例如，圖1-4的用于墊20的順時(shí)針?lè)较?旋轉(zhuǎn)拋光墊以促進(jìn)從拋光表面24的剩余拋光漿液的排出，來(lái)實(shí)現(xiàn)以去除剩余量的拋光漿液的拋光墊20清潔。
包括傾斜外部分34的主徑向線槽道30提供沿拋光表面24的拋光漿液流動(dòng)的改進(jìn)控制。傾斜外部分34起減速沿槽道30的徑向向外的漿液流動(dòng)的作用。在拋光表面24的旋轉(zhuǎn)期間，拋光漿液由向心力朝拋光表面24的周邊38推進(jìn)。然而，一旦流動(dòng)進(jìn)傾斜外部分34，向心力由沿相反方向推動(dòng)拋光漿液的“葉輪狀”力抵消。傾斜外部分34對(duì)拋光漿液流動(dòng)的影響在圖8a和圖8b中概略地示出。如圖8a中所示，主徑向線槽道30包括長(zhǎng)度L1，傾斜外部分34包括長(zhǎng)度L2，槽道30和部分34被連接在其間形成驅(qū)動(dòng)角α，其中長(zhǎng)度L1和L2以及驅(qū)動(dòng)角α可以選擇以提供希望幅度的相反力，以使得通過(guò)主槽道30的漿液流動(dòng)具有希望的速度。當(dāng)一定質(zhì)量的拋光漿液行進(jìn)通過(guò)槽道30時(shí)其受到的向心力可以由Fc＝mv2/r來(lái)限定，其中m是漿液的質(zhì)量，v是漿液在墊上的速度，而r是漿液質(zhì)量在拋光表面上的一點(diǎn)處的平均徑向距離，可以作為示例的是包含漿液質(zhì)量的傾斜部分沿拋光表面的平均徑向距離。
然而，當(dāng)漿液進(jìn)入傾斜外部分34時(shí)，該部分的角度減速漿液流動(dòng)。與通過(guò)傾斜外部分34的漿液流動(dòng)相反的力可以表達(dá)為F0＝mr(dθ/dt)2cos(α-(π/2))，其中r是漿液體在拋光墊上的半徑，dθ/dt是拋光墊的角速度，而α是傾斜外部分34和主徑向槽道之間的驅(qū)動(dòng)角。因此，通過(guò)選擇更小的驅(qū)動(dòng)角α，拋光漿液減速地引入到傾斜外部分34，而更大的驅(qū)動(dòng)角導(dǎo)致拋光液的更少減速。類似地，長(zhǎng)度L1和L2可以被選擇，以改變傾斜部分開始處的半徑，并由此改變拋光液體通過(guò)漿液的流動(dòng)速率。在一個(gè)方案中，長(zhǎng)度L1和L2以及角α可以被選擇，以提供基本等于向心力的相反力，以平衡該力。其他相反力也可以減速通過(guò)傾斜部分的拋光漿液流動(dòng)，例如，諸如相反的摩擦力或空氣進(jìn)入具有一定壓力的旋轉(zhuǎn)部分34的相反力。
傾斜部分34的減速作用還可以參考圖8b來(lái)理解。在這個(gè)圖中，主徑向線槽道30a、30b間隔開從約1°到約45°的角。拋光漿液體m1的按照施加在該漿液體上的向心力從傾斜過(guò)渡部分向線槽道30的位置行進(jìn)到墊在傾斜外部分34中的周邊區(qū)域28附近的位置，表示為m2。然而，拋光墊的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致槽道位置在主徑向線槽道30a旋轉(zhuǎn)進(jìn)先前由鄰近主徑向槽道30b所占據(jù)的位置中時(shí)的同時(shí)改變，漿液體m2經(jīng)歷沿拋光墊的半徑R的位移dR，該位移dR將漿液體的位置改變到離周邊區(qū)域28的更遠(yuǎn)的位置m2’。這個(gè)位移由向心力平衡，如上所述。因此，拋光墊的傾斜外部分34導(dǎo)致拋光漿液的減速，以提供槽道中希望的漿液流動(dòng)和分布。其他流動(dòng)控制特征(例如，諸如用于集中或收集漿液的漿液池52)也可以沿主徑向線槽道30和/或傾斜部分提供，例如，如圖8a所示。
在一個(gè)方案中，主徑向線槽道30和傾斜外部分34的長(zhǎng)度L1和L2以及其間的驅(qū)動(dòng)角α可以選擇，使得拋光漿液的流動(dòng)速率被減速到不浪費(fèi)漿液的離開傾斜部分34的凈流動(dòng)。當(dāng)漿液流動(dòng)速率是希望地慢時(shí)，流動(dòng)速率還可以希望地比零大，以致于用過(guò)的漿液和漿液副產(chǎn)品可以旋轉(zhuǎn)離開拋光表面24以提供干凈的表面。因此，包括傾斜外部分34的主徑向線槽道30提供通過(guò)槽道30的拋光漿液的改進(jìn)流動(dòng)，其在槽道30中保持希望程度的拋光漿液，基本沒(méi)有在拋光表面24上捕獲漿液，以致于用過(guò)的漿液和漿液副產(chǎn)品可以旋轉(zhuǎn)離開拋光表面24。
在拋光表面24上的拋光漿液的分布和流動(dòng)可以通過(guò)提供多個(gè)初級(jí)分支徑向槽道42來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)，多個(gè)初級(jí)分支徑向槽道42中的每個(gè)都由傾斜過(guò)渡部分44連接到主徑向線槽道30。例如，過(guò)渡部分44可以包括彎曲部分45，例如，如圖1、2和3所示，其以偏離主槽道30的一個(gè)角彎曲，并且還可以包括基本直線部分47，其從主徑向線槽道30偏離傾斜，例如，如圖4中所示。初級(jí)分支徑向線槽道42可以基本平行于主徑向線槽道30，以在拋光平面24上提供更均勻分布的拋光漿液流動(dòng)。初級(jí)分支徑向線槽道42還可以包括傾斜外部分3 4，其有助于控制在分支槽道42中的拋光液體的流動(dòng)。過(guò)渡部分44可以通過(guò)阻止過(guò)多的拋光漿液流動(dòng)進(jìn)入初級(jí)分支徑向線槽道42內(nèi)而產(chǎn)生類似于傾斜外部分34的作用。例如，過(guò)渡部分44可以僅允許約5％到約75％的拋光漿液流動(dòng)進(jìn)入初級(jí)分支徑向線槽道42，以提供通過(guò)主徑向線槽道30和初級(jí)分支徑向線槽道42的漿液的控制流動(dòng)速率。
初級(jí)分支徑向線槽道42與主槽道30間隔開一定距離，該距離被選擇成改進(jìn)在拋光表面24上的漿液流動(dòng)分布。例如，初級(jí)分支徑向線槽道42可以平分相鄰主槽道之間的距離變得太大而不能提供希望的拋光漿液分布的區(qū)域。初級(jí)分支徑向槽道42的數(shù)量和密度此外還被選擇以提供拋光漿液沿拋光表面24的希望分布。例如，拋光表面24可以沿拋光表面24的每10度弧上包括從1個(gè)到10個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道42。主槽道30還可以包括從1個(gè)到10個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道42，諸如2個(gè)分支徑向線槽道42，例如，如圖1-4所不。
在一個(gè)方案中，拋光表面24還包括多個(gè)次級(jí)分支徑向線槽道46，其每個(gè)通過(guò)第二過(guò)渡部分48(諸如彎曲或其他傾斜過(guò)渡部分)連接到初級(jí)分支徑向線槽道46。次級(jí)分支徑向線槽道46可以進(jìn)一步在拋光表面24上分布拋光漿液流動(dòng)，并且大小和形狀可以設(shè)計(jì)成提供從中心區(qū)域32到周邊區(qū)域28的拋光漿液的整個(gè)流動(dòng)速率的進(jìn)一步控制。在一個(gè)方案中，拋光表面24沿拋光表面24的每10度弧包括從1個(gè)到10個(gè)次級(jí)分支槽道。
每個(gè)主徑向線槽道30還可以包括多個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道42，該初級(jí)分支徑向槽道42沿拋光表面24的半徑在主槽道30的不同長(zhǎng)度處分叉。例如，如圖1所示，主槽道30包括第一初級(jí)分支徑向線槽道42a和第二初級(jí)分支徑向線槽道42b，其中第一初級(jí)分支徑向線槽道42a在第一半徑的第一分叉點(diǎn)50處從主槽道30分叉，而第二初級(jí)分支徑向線槽道42b在第二半徑的第二分叉點(diǎn)55處從主槽道30分叉，其中第二半徑的第二分叉點(diǎn)55距離拋光墊20的中心區(qū)域32比第一分叉點(diǎn)50更遠(yuǎn)。例如，第一分叉點(diǎn)50可以出現(xiàn)于從約5％到約60％的整個(gè)半徑的第一半徑處，而第二分叉點(diǎn)55可以出現(xiàn)于從約30％到約95％的墊的整個(gè)半徑的第二半徑處。圖1中所示的第一初級(jí)分支徑向線槽道42a還包括次級(jí)分支徑向線槽道46，該次級(jí)分支徑向線槽道46從初級(jí)槽道42在第三分叉點(diǎn)51處分叉，雖然第三分叉點(diǎn)還可以出現(xiàn)在不同半徑處，但是該第三分叉點(diǎn)與第二分叉點(diǎn)55約處于相同的半徑處。因此，主槽道30和分支42a、42b和46提供沿拋光表面24上拋光漿液流動(dòng)的良好分布。在分叉點(diǎn)50、54、55之前和之間的槽道30、42a、42b、46的長(zhǎng)度以及過(guò)渡部分44的角度和長(zhǎng)度可以選擇(例如，與拋光表面在拋光期間旋轉(zhuǎn)的速度相關(guān)聯(lián))，以提供沿拋光表面24的拋光漿液的基本均勻分布。
此外，主和分支槽道30、42、46之間的寬度可以被選擇成提供拋光漿液的改進(jìn)分布。例如，主徑向線槽道30之間的寬度w1和主徑向線槽道30與表面24上相同半徑處的初級(jí)分支徑向線槽道42之間的寬度w2的比可以從約1到約30。此外，槽道本身的寬度可以選擇，以提供希望的拋光漿液流動(dòng)特性。在一個(gè)方案中，主徑向支線槽道30可以包括大于分支槽道的寬度，以在其間容納更多的拋光漿液流動(dòng)。例如，主徑向線槽道30的寬度與初級(jí)分支徑向線槽道42的寬度比可以是至少約2∶1，諸如從約3∶1到約6∶1。在一個(gè)方案中，凹槽26(包括主和分支徑向線槽道40、42、46)的長(zhǎng)度和寬度可以選擇，以在槽道中提供通常從約1ml到約300ml的拋光漿液體積，然而，取決于應(yīng)用，其他體積也是希望的。
此外，主和分支槽道30、42、46的寬度和深度中的至少一個(gè)可以在槽道的長(zhǎng)度上變化，以提供希望的拋光漿液流動(dòng)特性。例如，槽道的寬度和深度中的至少一個(gè)可以在槽道的某個(gè)區(qū)域中增加，以在該區(qū)域中提供拋光漿液池52。在一個(gè)方案中，槽道的寬度可以增加至少約2倍，以在槽道的區(qū)域中提供漿液池52。漿液池52可以提供希望的漿液流動(dòng)特性，并且可以抑制在拋光表面24的關(guān)鍵區(qū)域中漿液的損耗。在圖2中所示的方案中，漿液池52可以設(shè)置在拋光表面24的周邊區(qū)域28處的主和分支槽道30、42、46的端部處，以抑制由于拋光墊20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的拋光漿液從表面24的過(guò)分損失。漿液池52還在槽道30、42、46的開始處向拋光表面24的中心區(qū)域32設(shè)置，并包括足夠充當(dāng)用于向槽道30、42、46提供拋光漿液的漿液支管。在圖3中，漿液池52設(shè)置在周邊區(qū)域28和中心區(qū)域32之間的區(qū)域中，以當(dāng)其向拋光墊20的周邊38行進(jìn)時(shí)減速漿液流動(dòng)，并且漿液池52還設(shè)置朝向拋光表面24的中心區(qū)域32。
圖4示出了具有主和分支徑向線槽道30、42、46的拋光墊表面24的又一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)方案中，主和分支徑向線槽道30、42、46包括回旋路徑，該回旋路徑圍繞徑向線39從拋光表面24的中心區(qū)域32到拋光表面24的周邊區(qū)域28振蕩。回旋路徑可以包括一系列由轉(zhuǎn)角54連接的傾斜內(nèi)部分56a、56b，轉(zhuǎn)角54從一個(gè)部分56a到另一個(gè)部分56b繞給定徑向線39重新定向拋光漿液，例如，形成如圖4中所示的“Z字形曲折”形狀。傾斜內(nèi)部分56a、56b相互之間可以包括例如從約2°到約60°的角。傾斜部分56a、56b減速和控制沿槽道30、42、46的液體流動(dòng)，以提供希望的流動(dòng)，并且傾斜內(nèi)部分56a、56b的長(zhǎng)度、角度和頻率可以根據(jù)希望的流動(dòng)速率選擇。圖4還示出在拋光墊20的周邊區(qū)域28中的每個(gè)槽道30、42、46端部處的漿液池52，以減速在這些區(qū)域中的漿液的流動(dòng)。
包括主和分支徑向線槽道的凹槽26可以由合適方法形成，例如，諸如通過(guò)利用切削工具以從拋光表面24切削墊材料以形成凹槽26。在一個(gè)方案中，形成凹槽的方法改進(jìn)了通過(guò)凹槽26的拋光漿液的流動(dòng)。例如，切削工具可以用這樣的參數(shù)來(lái)操作，該參數(shù)加熱凹槽26中的拋光墊材料到足以影響墊材料中的有利結(jié)構(gòu)改變的溫度。增加的溫度希望地基本密封凹槽26中的表面58，例如，通過(guò)基本密封凹槽26的墊材料中的暴露氣孔，以抑制拋光漿液滲透到此氣孔中。因此，加熱處理的凹槽26吸收更少的拋光漿液進(jìn)入墊材料中，由此改進(jìn)了通過(guò)凹槽26的漿液流動(dòng)。在一個(gè)方案中，切削工具可以操作以通過(guò)使用這樣的切削工具的切削速度來(lái)加熱凹槽26中的墊材料，該切削速度足夠加熱墊材料到希望的溫度同時(shí)切削希望的凹槽形狀。足以基本密封凹槽的表面58的溫度可以為至少約100℃。
在另一個(gè)方案中，改進(jìn)的拋光墊20被設(shè)計(jì)成提供良好的壓力負(fù)載能力，例如，如圖5a和5b所示。在這個(gè)方案中，與拋光表面24相反的墊20的背側(cè)60包括壓力負(fù)載調(diào)節(jié)特征69的圖案68，該圖案68形成于拋光墊20的背表面64中。特征69包括多個(gè)切掉或另外地形成于拋光墊62的背表面64的切口62，以及多個(gè)繞切口62的凸起的突出66(諸如多個(gè)凸起的裝置)。多個(gè)切口62和突起66的大小和形狀設(shè)計(jì)成容納墊20在拋光處理期間所承受的壓力負(fù)載。例如，如圖5a和5b中所示，特征69可以被設(shè)計(jì)成適當(dāng)大小和形狀，以致于凸起特征66在拋光處理期間的側(cè)向膨脹(例如，由襯底40抵靠拋光表面24的壓力引起的)由切口62所提供的空間容納。凸起特征66可以被從圖5a中所示的第一長(zhǎng)度L1到圖5b中所示的第二較小長(zhǎng)度L2之間的拋光壓力負(fù)載垂直地壓縮，迫使突起66的側(cè)壁79凸出至鄰近的切口62中。形成于背表面64中的切口62寬度可以從約1mm到約100mm，并且在拋光墊20的背側(cè)60中的切口62的合適深度可以從約1mm到約25mm，其中切口62在拋光處理期間向拋光表面24施加壓力的情況下適于容納突出的側(cè)向膨脹。
利用與包括不同材料的堆疊體相對(duì)的墊材料的單一體22，特征69的改進(jìn)的壓力負(fù)載調(diào)節(jié)形式允許墊20的壓力負(fù)載。這是因?yàn)樘卣?9的形式能夠提供希望的柔性及彈性，同時(shí)還能保持足夠剛性的拋光表面24。因此，拋光墊20不需要在相對(duì)用于拋光表面24的硬材料下方的相對(duì)更柔軟和彈性以提供希望的壓力負(fù)載承受的額外層，并且不存在諸如此堆疊拋光墊層之間的漿液的毛細(xì)作用的問(wèn)題。在一個(gè)方案中，切口62開放至大氣壓下，并且拋光壓力的衰減主要通過(guò)突出66的壓縮獲得。在一個(gè)方案中，切口62可以氣密封，以在切口62中提供俘獲空氣的袋，當(dāng)壓縮時(shí)其充當(dāng)衰減機(jī)構(gòu)。
圖6a和6b提供包括背側(cè)60的拋光墊20的示例，其中背側(cè)60具有形成于墊背側(cè)60的背表面64中的壓力負(fù)載調(diào)節(jié)特征69。在圖6a中，特征69的圖案包括方形凸起的突出66的柵格74，其中突出66由包括凹入的柵格狀線72a、72b的切口62所分開。切口62包括多個(gè)沿背表面64延伸并且相互垂直相交以形成柵格圖案的水平和垂直線72a、72b?；蛘?，柵格線72a、72b可以沿背表面24以其他圖案(例如，諸如沿徑向線)延伸。突出66在施加拋光壓力的情況下側(cè)向延伸到水平和垂直柵格狀線中。突出66每個(gè)都可以包括從約1mm到約100mm的寬度。柵格狀線72a、72b可以包括從約1mm到約100mm的寬度、從約1mm到約25mm的深度以及沿拋光墊20延伸的長(zhǎng)度。在圖6中，切口62包括方形孔76，在方形孔76處，墊材料已經(jīng)從背表面24中切掉?？?6以棋盤方式切削，留有交替于孔76之間的方形凸起的突出66。突出包括從約1mm到約100mm的寬度，而孔76包括從約1mm到約100mm的寬度以及從約1mm到約25mm的深度。上面描述的壓力負(fù)載調(diào)節(jié)特征69的形式能夠通過(guò)允許凸起特征66的壓縮而提供拋光墊的希望的柔性以及彈性。除詳細(xì)描述過(guò)的那些，切口62以及突出66的形式還可以形成以提供希望的拋光特性。例如，壓力負(fù)載調(diào)節(jié)圖案68可以根據(jù)希望的拋光參數(shù)包括沿背表面64的突出66和切口62的均勻或不均勻分布。圖案68還可以包括“x-y”開槽凹入孔、同心圓凹槽、同心弧或其組合中的一個(gè)或更多個(gè)。
這里描述的拋光墊20可以用于任何類型的CMP拋光器；因此，這里描述以解釋拋光墊20的使用的CMP拋光器不應(yīng)該被用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。圖7a-7c圖示了能夠使用拋光墊20的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的一個(gè)實(shí)施例。例如，CMP裝置100可以是從Santa Clara，California的應(yīng)用材料公司獲得的MireCMP系統(tǒng)。一般地，拋光裝置100包括外殼104、襯底傳送站112以及旋轉(zhuǎn)的傳送盤116，其中外殼包含多個(gè)拋光站108a-108c，而傳送盤116獨(dú)立地操作旋轉(zhuǎn)的襯底保持器120。襯底裝載裝置124包括包含液浴132的浴盆126，包含襯底140的盒子136沉浸于液浴132中，其中浴盆126連接到外殼104上。例如，浴盆126可以包括清洗溶液或甚至可以是在拋光前或后使用超聲聲波來(lái)清潔襯底140超聲清洗清潔器，或者甚至是空氣或液體干燥器。臂144沿線性軌道148行進(jìn)，并支撐腕組件152，其包括用于從一個(gè)保持站155將盒136移動(dòng)進(jìn)入浴盆126的盒爪154以及用于從浴盆126將襯底傳送到傳送站112的襯底葉片156。
傳送盤116具有支撐板160，該支撐板160具有狹槽162，襯底保持器120的軸172延伸穿過(guò)狹槽162，如圖7a和7b中所示。襯底保持器120可以在狹槽162中獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)以及前后振蕩，以獲得均勻拋光的襯底表面。襯底保持器120由各個(gè)馬達(dá)176旋轉(zhuǎn)，其通常隱藏在傳送盤116的可移動(dòng)側(cè)壁178后面。在操作中，襯底140從浴盆126裝載到傳送站112，襯底從該傳送站被傳送到襯底保持器10，在保持器10中，襯底最初由真空保持。傳送盤116然后將襯底140傳送通過(guò)一系列一個(gè)或更多個(gè)拋光站108a-108c，并最終將拋光的襯底返回到傳送站112。
每個(gè)拋光站108a-108c包括可旋轉(zhuǎn)的壓板182a-182c以及墊調(diào)節(jié)組件188a-188c，其中壓板182a-182c支撐拋光墊20a-20c，如圖10b中所示。壓板182a-182c和墊調(diào)節(jié)組件188a-188c都安裝在拋光裝置100的臺(tái)面192。在拋光期間，襯底保持器120保持、旋轉(zhuǎn)襯底140以將襯底140壓靠固定到旋轉(zhuǎn)的拋光壓板182上的拋光墊20a-20c上。拋光壓板182還具有環(huán)繞壓板182的保持環(huán)，以保持襯底140并阻止其在襯底140拋光期間滑出。因?yàn)橐r底140和拋光墊20a-20c相互對(duì)逆著旋轉(zhuǎn)，例如具有硅膠或氧化鋁的消電離的水的拋光漿液的測(cè)量的量根據(jù)選擇的漿液配方(例如，通過(guò)漿液分配器90a-90c)來(lái)供應(yīng)。壓板182和襯底保持器120可以被程序化，以根據(jù)處理配方在不同的旋轉(zhuǎn)速度和方向上旋轉(zhuǎn)。
CMP裝置100的每個(gè)墊調(diào)節(jié)組件188包括調(diào)節(jié)器頭196、臂200以及基體204，如圖7b和7c中所示。墊調(diào)節(jié)器50安裝在調(diào)節(jié)器頭196上。臂200具有耦合到調(diào)節(jié)器頭196的遠(yuǎn)端198a以及耦合到基體204的近端198b，其沿拋光墊表面24掃過(guò)調(diào)節(jié)器頭196，使得墊調(diào)節(jié)器53a-53c的調(diào)節(jié)面通過(guò)研磨拋光表面以去除污染物以及重處理表面來(lái)調(diào)節(jié)拋光墊20的拋光表面24。每個(gè)拋光站108還包括杯208，其包含用于沖洗或清潔安裝在調(diào)節(jié)器頭196上的墊調(diào)節(jié)器50的清潔液體。
已經(jīng)參考本發(fā)明的優(yōu)選方案描述了本發(fā)明，但是，其他方案亦是可行的。如本領(lǐng)域一般技術(shù)人員顯而易見的，例如墊調(diào)節(jié)器可以用于不同類型的應(yīng)用中，例如用作砂磨表面。還可以使用其他構(gòu)造的CMP拋光器。此外，如本領(lǐng)域一般技術(shù)人員顯而易見的，根據(jù)描述的實(shí)施中的參數(shù)，還可以使用等同于描述的那些的另外的槽道構(gòu)造。因此，所附的權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)該局限于這里包含的優(yōu)選方案的描述。
權(quán)利要求1.一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，該化學(xué)機(jī)械拋光墊包括(a)主體，包括具有半徑以及中心區(qū)域和周邊區(qū)域的拋光表面，所述拋光表面包括(i)多個(gè)主徑向線槽道，其從所述中心區(qū)域徑向地向外延伸到所述周邊區(qū)域，每個(gè)主徑向線槽道都在所述周邊區(qū)域具有傾斜外部分；以及(ii)多個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道，其每個(gè)都通過(guò)傾斜過(guò)渡部分而連接到主徑向線槽道，所述初級(jí)分支徑向線槽道與所述主徑向線槽道間隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，其中所述初級(jí)分支徑向槽道基本平行于所述主徑向線槽道。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，還包括多個(gè)次級(jí)分支徑向線槽道，其每個(gè)都通過(guò)第二傾斜過(guò)渡部分而連接到初級(jí)徑向線槽道。
4.如權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，其中選擇所述初級(jí)和次級(jí)分支徑向線槽道的長(zhǎng)度和分叉點(diǎn)以使得沿所述拋光墊表面提供拋光漿液的均勻分布。
5.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，其中所述傾斜外部分形成包括從約5°到約60°的平均切向角的切向弧。
6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，其中所述主徑向線槽道包括多個(gè)傾斜內(nèi)部分，其包括彼此相對(duì)的從約2°到約45°的角。
7.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，包括沿所述拋光表面的每10度弧的從1個(gè)至10個(gè)的主徑向線槽道。
8.如權(quán)利要求7所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，包括沿所述拋光表面的每10度弧的從1個(gè)至10個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道。
9.如權(quán)利要求8所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，包括沿所述拋光表面的每10度弧的從1個(gè)至10個(gè)次級(jí)分支徑向線槽道。
10.一種化學(xué)機(jī)械裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述的拋光墊，并且還包括(i)拋光站，其包括保持所述拋光墊的壓板以及保持襯底抵靠所述拋光墊的支撐；(ii)漿液分配器，其在所述拋光墊上分配漿液；以及(iii)拋光馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)所述壓板和所述支撐中的至少一個(gè)，以相互抵靠地振蕩所述拋光墊和所述襯底。
11.一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，包括(a)主體，包括(i)拋光表面，其具有半徑、中心區(qū)域以及周邊區(qū)域，所述拋光表面包括從所述中心區(qū)域向外徑向地延伸到所述周邊區(qū)域的多個(gè)主徑向線槽道以及多個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道，每個(gè)主徑向線槽道在所述周邊區(qū)域具有傾斜外部分，所述傾斜外部分以相對(duì)于所述拋光表面的半徑的一角度導(dǎo)向，每個(gè)所述初級(jí)分支徑向線槽道通過(guò)傾斜過(guò)渡部分而連接到主徑向線槽道；以及(ii)底部表面，與所述拋光表面相反，所述底部表面包括壓力負(fù)載調(diào)節(jié)特征的形式，所述特征包括多個(gè)突出和凹陷，其中所述凹陷的大小和形狀被設(shè)計(jì)成容納所述突出在施加壓力到所述拋光表面時(shí)的側(cè)向膨脹。
12.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，其中所述特征的形式包括由多個(gè)垂直和水平線性凹陷分開的突出柵格。
13.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，其中所述特征的形式包括多個(gè)與孔交替的凸起的突出。
14.一種化學(xué)機(jī)械裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求11所述的拋光墊，并且還包括(i)拋光站，其包括保持所述拋光墊的壓板以及保持襯底抵靠所述拋光墊的支撐；(ii)漿液分配器，其在所述拋光墊上分配漿液；以及(iii)拋光馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)所述壓板和所述支撐中的至少一個(gè)，以相互抵靠地振蕩所述拋光墊和所述襯底。
15.一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，包括(a)主體，包括具有半徑以及中心區(qū)域和周邊區(qū)域的拋光表面，所述拋光表面包括(i)從所述拋光表面的所述中心區(qū)域向外徑向地延伸到所述周邊區(qū)域的多個(gè)主徑向線槽道，每個(gè)主徑向線槽道在所述周邊區(qū)域具有傾斜外部分，所述傾斜外部分以相對(duì)于所述拋光表面的半徑的一角度導(dǎo)向，所述主徑向線槽道以及所述傾斜外部分用于通過(guò)其流動(dòng)拋光漿液，其中所述主徑向線槽道的長(zhǎng)度L1、所述傾斜外部分的長(zhǎng)度L2以及所述傾斜外部分和所述主徑向線槽道之間形成的角α被選擇以提供沿所述襯底表面的拋光漿液的均勻分布。
16.一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，包括(a)主體，包括具有半徑以及中心區(qū)域和周邊區(qū)域的拋光表面，所述拋光表面包括(i)從所述拋光表面的所述中心區(qū)域向外徑向地延伸到所述周邊區(qū)域的多個(gè)主徑向線槽道，每個(gè)主徑向線槽道在所述周邊區(qū)域具有傾斜外部分，所述傾斜外部分以相對(duì)于所述拋光表面的半徑的一角茺導(dǎo)向，其中所述主徑向線槽道的長(zhǎng)度L1、所述傾斜外部分的長(zhǎng)度L2以及所述傾斜外部分和所述主徑向線槽道之間形成的角α被選擇以使得作用在所述傾斜外部分中的拋光漿液上的向心力Fc被控制以提供通過(guò)所述槽道的希望的漿液流動(dòng)速率，其中Fc＝mv2/r，m是所述槽道中的所述漿液的質(zhì)量，v是所述漿液的速度，r是所述傾斜外部分沿所述拋光墊的平均徑向距離。
17.一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，包括(a)主體，包括具有半徑、中心區(qū)域以及周邊區(qū)域的拋光表面，所述拋光表面包括(i)從所述拋光表面的所述中心區(qū)域向外徑向地延伸到所述周邊區(qū)域的多個(gè)主徑向線槽道，每個(gè)主徑向線槽道在所述周邊區(qū)域具有傾斜外部分，所述傾斜外部分以相對(duì)于所述拋光表面的半徑的一角度導(dǎo)向，其中所述主徑向線槽道的長(zhǎng)度L1、所述傾斜外部分的長(zhǎng)度L2以及所述傾斜外部分和所述主徑向線槽道之間形成的角α被選擇以使得作用在所述傾斜外部分中的拋光漿液上的向心力Fc由相反力Fo平衡，所述相反力Fo作用在所述槽道的所述傾斜外部分中的所述漿液上，以提供通過(guò)所述槽道的希望的漿液流動(dòng)速率，其中Fc＝mv2/r，m是所述槽道中的所述漿液的質(zhì)量，v是所述漿液的速度，r是所述傾斜外部分沿所述拋光墊的平均徑向距離，并且Fo＝mr(dθ/dt)2cos(α-(π/2))，其中dθ/dt是所述拋光墊的角速度，而α是所述主徑向線槽道和所述傾斜外部分之間的角。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光墊及化學(xué)機(jī)械裝置，該化學(xué)機(jī)械拋光墊具有主體，該主體具有拋光表面，該拋光表面具有半徑、中心區(qū)域以及周邊區(qū)域。拋光表面具有從中心區(qū)域徑向地向外延伸到周邊區(qū)域的多個(gè)主徑向線槽道，每個(gè)主徑向線槽道在周邊區(qū)域具有傾斜外部分，該傾斜外部分以相對(duì)于拋光表面的半徑的一角導(dǎo)向。拋光表面還具有每個(gè)由傾斜過(guò)渡部分連接到主徑向線槽道的多個(gè)初級(jí)分支徑向線槽道，該初級(jí)分支徑向線槽道與主徑向線槽道間隔開。拋光墊在拋光期間提供拋光漿液改進(jìn)的分布和流動(dòng)。
文檔編號(hào)B24B37/04GK2915378SQ20062000047
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月14日
發(fā)明者蒂莫西·詹姆斯·多諾休, 文卡塔·R·巴拉伽納, 羅麥恩·比優(yōu)·德·洛莫尼 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司