專利名稱：帶槽的拋光墊及其使用方法
相關(guān)申請本申請根據(jù)35U.S.C.§119(e)的規(guī)定，要求于2000年6月29日提交的題為“帶槽的拋光墊及其使用方法”的序列號為No.60/214,774的臨時申請的權(quán)利。
在金屬間介質(zhì)層的上表面中的階梯高度變化具有若干不希望的特征。這些非平面化介質(zhì)表面可能影響其后的光刻加工步驟的光學(xué)分辨率，使得極難印出高分辨率線。另一個問題涉及到在金屬間介質(zhì)層上覆蓋的第二金屬層中產(chǎn)生的階梯。如果該階梯高度較大，金屬覆蓋可能會不完全，以致于在第二金屬層內(nèi)會形成開路。
為了解決這些問題，已開發(fā)了各種各樣的技術(shù)以使金屬間介質(zhì)層的上表面平面化。其中一種方法就是利用磨料拋光除去沿介質(zhì)層的上表面的突出的階梯。根據(jù)這種方法，將一硅基底晶片面朝下安裝于一載體(托架)下側(cè)，并壓在載體與工作臺或壓盤(壓板)之間，工作臺或壓盤之上覆蓋有以漿狀磨料連續(xù)涂布的拋光墊。
還提供了將磨料漿(拋光漿)沉積于墊的上表面以及強(qiáng)制地將基底晶片壓向拋光墊的手段，以便在磨料漿存在的情況下壓盤和基底晶片彼此相對的運(yùn)動導(dǎo)致晶片接觸面的平坦化。晶片和工作臺兩者可以彼此相對地旋轉(zhuǎn)，以擦掉突出的階梯。該磨料拋光加工一直繼續(xù)到介質(zhì)層的上表面基本上平坦為止。
拋光墊可以由均質(zhì)的材料制成，例如，聚氨酯或合成樹脂粘結(jié)劑浸漬的無紡纖維，或者可以由在整個墊厚度具有非均勻物理特性的多層疊片結(jié)構(gòu)制成。聚氨酯拋光墊通常通過在模子里放置一反應(yīng)成份，固化該成份以形成墊材，然后沖切該墊材成所期望的尺寸與形狀。構(gòu)成聚氨酯或樹脂粘結(jié)劑的試劑也可以在一圓柱形容器中反應(yīng)。成形之后，圓柱形的墊材被切成薄片，以供此后作為拋光墊使用。一典型的層壓墊可以有多層，例如將一海綿或彈性的微孔聚氨酯層層壓到一堅固但有彈性的支承層上，該支承層包括一使用聚氨酯粘結(jié)劑的多孔聚酯氈。通常拋光墊的厚度范圍為50-80密耳(mil)，優(yōu)選的是大約55密耳，直徑范圍為10-36英寸，例如為大約22.5英寸。
拋光墊也可以具有通過使用各種技術(shù)的表面加工做成的宏觀結(jié)構(gòu)工作表面，這些技術(shù)中許多費(fèi)用高，并產(chǎn)生所不希望的深度大幅變化的表面特征。表面特征，包括波紋、孔、皺紋、脊、裂口、凹陷、隆起、縫和凹坑。其他一些影響拋光墊的宏觀表面結(jié)構(gòu)的因素為尺寸、形狀、和這些表面特征的分布頻率或間隔。拋光墊通常也可以具有由加工過程內(nèi)在的因素造成的墊的微觀體部結(jié)構(gòu)引起的微觀結(jié)構(gòu)表面。因為拋光通常不會在墊的整個表面進(jìn)行，墊的任何微觀結(jié)構(gòu)以及由表面加工制成的宏觀結(jié)構(gòu)，可以只形成在將要進(jìn)行拋光的墊的那一部分中。
在拋光過程中，從晶片表面除去的材料和磨料，例如，磨料漿中的硅石，易于壓進(jìn)并嵌埋在拋光墊的表面或其附近的微觀和宏觀體部結(jié)構(gòu)中的凹坑、毛孔中，以及其他自由空間內(nèi)。一個實現(xiàn)并保持高而穩(wěn)定的拋光速率的因素是提供和保持墊表面處于清潔的狀態(tài)。另一個因素是減少或防止因在墊和晶片對接表面之間形成的一層水而造成的液面滑行(水上滑行)效應(yīng)。而且早已確認(rèn)以一控制的方式增加墊的柔韌性將會增加拋光的均勻度，即，拋光過的晶片表面的均勻度。
因此，利用傳統(tǒng)的墊來保持實現(xiàn)均勻而高質(zhì)量的晶片表面拋光帶來了三個問題。第一，在墊和晶片之間的磨料顆粒以及碎片的形成導(dǎo)致不均勻的拋光以及對墊和晶片的損傷。第二，由于在傳統(tǒng)方法中在墊和晶片之間的液面滑行導(dǎo)致的不均勻拋光造成了由于制成的晶片損傷而帶來的較高的產(chǎn)量損失。第三，不均勻拋光和晶片損傷也是由現(xiàn)有技術(shù)加工的過于剛硬的墊造成的。所以，需要一種方法和裝置，用以提供能夠確保生產(chǎn)具有均勻拋光的表面的高質(zhì)量晶片的拋光墊。
將墊置于壓盤的支承表面上，使其工作表面相對于銑刀間隔開。銑刀卡盤和驅(qū)動馬達(dá)由一框架支承在墊的對面。間距機(jī)構(gòu)包括至少一個，優(yōu)選的是兩個或更多個，安裝在供銑刀頭穿過的一開口附近的框架上的止動部件。該銑刀的外端部分伸出到止動部件外，優(yōu)選的是，止動部件為用螺紋擰在框架中的銷子，以便可以軸向調(diào)節(jié)。一真空系統(tǒng)設(shè)置成給墊的工作表面施加一真空，以吸引該墊首先靠在銑刀的外端，然后靠在止動部件上。
在真空作用于墊時，由馬達(dá)驅(qū)動銑刀的旋轉(zhuǎn)使得銑刀的外端切出墊的初始凹坑(孔)進(jìn)到其工作表面之下的一個深度。凹坑深度由止動部件精確限制，該止動部件在旋轉(zhuǎn)的銑刀切入到墊中以形成初始凹坑時開始接觸墊的工作表面。在形成初始凹坑后，當(dāng)真空保持墊與止動部件接觸時，一橫向(側(cè)向)運(yùn)動機(jī)構(gòu)引起旋轉(zhuǎn)銑刀與墊之間的相對橫向運(yùn)動。
該橫向運(yùn)動使得旋轉(zhuǎn)的銑刀在墊中切出一條從初始凹坑延伸離開的槽，該槽具有與初始凹坑基本相同的深度。該橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括懸掛在頂梁上的上部和下部板，它們布置成用于在x-y平面內(nèi)相對運(yùn)動。例如，上部板可以安裝在頂梁上，并由一或多個馬達(dá)驅(qū)動的絲杠沿X-方向(沿X-軸)驅(qū)動；銑刀框架懸掛在下部板上，而下部板又安裝在上部板上，并由一或多個馬達(dá)驅(qū)動的絲杠沿Y-方向(沿Y-軸)驅(qū)動?？蛇x擇地，壓盤可以代替銑刀框架類似地安裝用于此類x-y運(yùn)動，或壓盤和銑刀框架兩者可以安裝用于此類運(yùn)動。此外，壓盤可以由馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，用以提供使銑刀和墊之間橫向運(yùn)動的額外手段。
從上可見，在止動部件與墊之間的在Z-方向(沿Z-軸)的相對運(yùn)動可以由真空向銑刀和止動部件吸引墊時提供。在拋光墊由于其大直徑和小厚度而柔韌的情況下，可以無需引導(dǎo)該種墊的運(yùn)動。另外，墊沿Z-軸的大幅運(yùn)動可以代替地通過沿Z-軸移動銑刀來避免，然后，在銑刀與墊之間的橫向運(yùn)動中利用真空來保持銑刀深度。
然而，墊沿Z-軸的運(yùn)動可以由多個，優(yōu)選的是兩個或更多，從壓盤沿與銑刀的旋轉(zhuǎn)軸平行的軸線方向伸出的立柱導(dǎo)向。當(dāng)壓盤由一壓盤驅(qū)動馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時，這些導(dǎo)向立柱也可確保墊一同旋轉(zhuǎn)，并對給盤而非給拋光墊開槽特別有效，例如，給較大厚度和較小直徑的剛性盤開槽。如已經(jīng)指出的，上部與下部橫向運(yùn)動板提供銑刀相對于墊沿X-軸和Y-軸方向的橫向運(yùn)動。因此，銑刀可以根據(jù)直角坐標(biāo)系x，y和z，或根據(jù)圓柱形坐標(biāo)系R，θ和Z相對墊移動。
前述相對橫向運(yùn)動允許在拋光表面或墊的相對后表面切割溝槽，以具有左旋或右旋圖案，各處在不同半徑上圍繞著墊按一恒定的半徑的鋸齒形圖案，同心圓槽，十字形線性槽，在其間的區(qū)域中具有螺旋槽或鋸齒形的內(nèi)和外圓槽，具有不同半徑以及不同螺旋或鋸齒形圖案的內(nèi)和外環(huán)段，或任意上述以及其他圖案的組合，以在拋光表面上提供均勻的槽密度，或具有不同槽密度的拋光表面部分。另外，墊的拋光表面的帶圖案部分可以只局限于那些其上將要進(jìn)行晶片拋光的區(qū)域。
在墊的背面或后表面切出槽圖案的一個目的在于增加其柔韌性。另一個目的是提供后槽，該后槽通過鉆出的或銑出的通道與前面或拋光表面槽相連接，從而形成外出口流道，將用于磨料漿排出拋光表面槽。
前和/或后槽的深度也可以通過軸向調(diào)節(jié)止動部件的伸出長度來為不同的圖案而改變，止動部件優(yōu)選的是對稱的銷；或通過軸向調(diào)節(jié)相對于軸向固定的止動部件的銑刀的伸出長度實現(xiàn)這種改變。為了提供柔韌性提高的墊，槽可以穿進(jìn)墊到墊厚度的80％。墊的柔韌性也可以通過提供的槽的全部數(shù)目來調(diào)節(jié)，例如，8，32，或64螺旋的圖案。
在CMP墊的工作或拋光表面中的槽，既可單獨(dú)也可與后槽組合，顯著地減少晶片拋光時的液面滑行效應(yīng)，結(jié)果可以實現(xiàn)更高的拋光率。一具有較多螺旋槽的圖案可以比具有較少螺旋槽的圖案更有效地減少液面滑行效應(yīng)，因為在同一時間段有較多的槽將經(jīng)過正在拋光的晶片表面。由于選定的槽圖案而導(dǎo)致的墊柔韌性的提高也有助于改進(jìn)晶片表面拋光的均勻度。鋸齒形槽圖案的槽密度也可以變化，以控制拋光墊表面的不同區(qū)段內(nèi)的拋光率分布，這可以提高晶片表面內(nèi)的拋光均勻度。
為了進(jìn)一步優(yōu)化拋光加工，墊的主體可以由實心或多孔的有機(jī)材料制成，例如，由于強(qiáng)力交聯(lián)而十分耐用的聚氨酯；或由一纖維有機(jī)材料，例如人造纖維和聚酯纖維中的至少一種制成，該材料也可以包含一粘合劑以及實心或多孔聚氨酯。墊主體可以制成一單層，或可以包括如美國專利申請No.09/599,514中所述的多層，該申請于2000年6月23日提交，題為“多層拋光墊，制造方法及其用途”，其全部內(nèi)容結(jié)合于此并作為參考。
本發(fā)明提供的拋光墊對于介質(zhì)材料，例如，二氧化硅，鉆石狀碳(DLC)，自旋玻璃(spin-on-glass)(SOG)，多晶硅，和氮化硅等材料的晶片拋光是理想的。此拋光墊還可以用于拋光其他那些例如由銅、鋁、鎢、以及這些或其他金屬的合金制成的薄片或盤。
圖8示意地示出了通過一通道連接到墊的拋光表面的未開槽部分的背面槽；圖9示意地示出了通過一通道連接到墊的拋光表面的前面槽的背面槽；

圖10示意地示出了拋光墊的背面上交叉的槽；圖11示意地示出了由單層均勻材料制成的墊的拋光表面的槽的不同截面形狀；圖12示意地示出了由一種材料的頂部墊與另一種材料的底部墊制成的復(fù)合墊的拋光表面的不同深度的槽；圖13示意地示出了由一種材料的頂部墊與另一種材料的底部墊制成的復(fù)合墊的拋光表面的槽的不同截面形狀；和圖14示意地示出了用根據(jù)本發(fā)明的有槽墊拋光一工件的方法。
與墊12的工作表面22相對安裝的是一銑刀24，它可以被更換地保持在卡盤26內(nèi)，并由銑刀馬達(dá)28驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。銑刀馬達(dá)28由被箱體32環(huán)繞的框架30承載，在框架與箱體的同心壁之間形成了一環(huán)形空間34，框架和箱體兩者優(yōu)選地都是圓柱形。一由箭頭V表示的真空V在環(huán)形空間34之中由通過一軟管38連接到箱體32上的風(fēng)機(jī)36提供。壓盤10被承載成可由壓盤馬達(dá)20驅(qū)動的驅(qū)動軸18驅(qū)動以任一方向旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)20和28二者都可以是可逆類型，以便銑刀24可以沿任一方向旋轉(zhuǎn)，如箭頭R1所示；而壓盤10也可沿任一方向旋轉(zhuǎn)，如箭頭R2所示。
多個止動銷33安裝于框架30的底壁31之上，并與用于銑刀24的通道35相鄰。這些止動銷平行于銑刀伸出，且其伸出距離小于銑刀本身的伸出距離。銷33的伸出距離與銑刀的伸出距離之間的差限定了刀頭端部37的長度，該長度等于由該刀頭端部切割的槽的期望深度，對此可參照下文中與本發(fā)明的操作有關(guān)的更詳細(xì)的說明。刀頭端部37的伸出長度可以通過旋轉(zhuǎn)一對小齒輪27和27而改變，這對小齒輪與一對與其相對應(yīng)的安裝于如圖1所示的銑刀馬達(dá)上的齒條29和29相嚙合。優(yōu)選地，銷33以螺紋擰到底壁31之中用于軸向調(diào)節(jié)，以作為改變刀頭端部37的伸出長度的另一種手段。銷33可以有一個六角形的頭部39，允許由一相應(yīng)工具旋擰接合。
銑刀通過一橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)安裝在一上置支承或承載部件40上，統(tǒng)稱為42，用以使銑刀在與銑刀的旋轉(zhuǎn)軸線和拋光墊的相應(yīng)中心軸C相垂直的x-y平面內(nèi)橫向運(yùn)動。橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)42可以是使銑刀24在x-y平面內(nèi)進(jìn)行精確的橫向運(yùn)動的任意結(jié)構(gòu)，但在銑刀支承部件40本身可在x-y平面內(nèi)運(yùn)動時可不需要它，例如，當(dāng)該部件40安裝到一個精密控制的機(jī)械手上或其一部分上時。
作為示例，如圖1和2所示的運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括一下部板44，它通過兩對螺紋套環(huán)48、48和50、50懸掛在上部板46上。上部板46本身又通過兩對螺紋套環(huán)54、54和56、56懸掛在兩對托架52、52和53、53之上。每一螺紋套環(huán)對48、48和50、50與由一可逆y-軸馬達(dá)59驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的對應(yīng)的驅(qū)動絲杠58螺紋接合，以使下部板44沿y-軸往返運(yùn)動，如在圖中以雙向箭頭Y所示。同樣地，每個螺紋套環(huán)對54、54和56、56與由一可逆x-軸馬達(dá)62驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的對應(yīng)的驅(qū)動絲杠60螺紋接合，以使上部板46沿x-軸往返運(yùn)動，如在圖2中以雙向箭頭X所示。
下面將參照附圖1至3對墊開槽裝置的操作進(jìn)行詳細(xì)說明。開啟風(fēng)機(jī)36在環(huán)形通道34內(nèi)產(chǎn)生真空V。該真空產(chǎn)生沿箭頭Z方向的一向上的力Z，以提升和/或保持墊12靠在軸向可調(diào)的止動銷33上，銷33在此用以控制開槽深度。銑刀24以刀頭端部37的長度伸出止動銷33的末端，并將在銑刀由銑刀馬達(dá)28驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時切入墊12。優(yōu)選地，在施加真空后，啟動銑刀并垂直調(diào)節(jié)。墊響應(yīng)于真空V的任意向上運(yùn)動，由保持立柱14和可以在墊12的主體內(nèi)或周邊中的對應(yīng)的凹陷或通道16之間的接合來導(dǎo)向。銑刀24的端部37以可達(dá)到墊的厚度80％的長度伸出銷33的頂端，以便銑刀的端部可以穿入墊80％的厚度。銑刀端部37的伸出長度可以通過旋轉(zhuǎn)小齒輪27、27或旋轉(zhuǎn)銷33、33，或通過這些調(diào)節(jié)的組合來改變，從而改變開槽深度。
當(dāng)銑刀24完全穿入墊后—這由止動銷33頂端和墊12的工作表面22之間的對接來決定，銑刀在x-y平面內(nèi)相對墊作徑向運(yùn)動，如圖2中的雙向箭頭X和Y所示。該x-y運(yùn)動可以僅通過馬達(dá)59和62彼此相對移動下部板44和上部板46來實現(xiàn)，或者這些橫向運(yùn)動可以與壓盤10繞中心軸C的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動相組合，而同時銑刀24沿徑向移動以形成螺旋槽。
下部板44沿y-軸方向的橫向運(yùn)動由與相應(yīng)的螺紋套環(huán)48、48和50、50螺紋接合的絲杠58、58的旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生。上部板46沿x-軸方向的橫向運(yùn)動由與螺紋套環(huán)對54、54和56、56螺紋接合的絲杠60、60的旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生。壓盤10的轉(zhuǎn)動由壓盤馬達(dá)20驅(qū)動的軸18的轉(zhuǎn)動來提供。相應(yīng)地，銑刀24可以相對于拋光墊12在直角坐標(biāo)系x，y的x，y平面內(nèi)或圓柱坐標(biāo)系R，θ內(nèi)橫向運(yùn)動。另外，銑刀可以沿Z-軸在直角或圓柱坐標(biāo)系內(nèi)由未示出的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)手動或馬達(dá)旋轉(zhuǎn)小齒輪27而上下移動。
在直角與圓柱坐標(biāo)系內(nèi)沿Z-軸的向上運(yùn)動也由響應(yīng)于環(huán)形通道34內(nèi)真空的形成墊12離開壓盤10的表面22并靠在銷33的末端的運(yùn)動來實現(xiàn)。當(dāng)真空因停止風(fēng)機(jī)36而終了時墊沿z-軸向下運(yùn)動。因此，墊12沿z-軸的這種運(yùn)動由真空V產(chǎn)生的跨過墊的厚度的壓力差產(chǎn)生。作為可選方案，一引起墊上述運(yùn)動的壓力差可以通過一系列氣孔或噴嘴(未示出)在墊下面噴射壓縮空氣體而形成。
這樣，由本發(fā)明形成的螺旋槽，優(yōu)選地(但不是必須的)起始于墊的中心并終止于其外邊緣附近。螺旋圖案的方向可以是左旋的，如圖4中的8條螺旋槽和圖5中的32條螺旋槽所示；或者為右旋的，如圖6中的64條螺旋槽所示。在圖4-7中，為清楚起見，槽由粗黑實線表示，因為實際槽的相對邊緣靠得太近以至于難于用雙線表示。仔細(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn)，一單個連續(xù)的槽形成了圖4的圖案70、圖5的圖案72和圖6的圖案74，因此，銑刀一旦插入就可以直到完成該圖案而不必縮回。
墊表面的螺旋槽將減少拋光時的液面滑行現(xiàn)象，其結(jié)果是，可達(dá)到一個更高的拋光率。相同表面面積內(nèi)的較多數(shù)目的螺旋槽可以比較少數(shù)目的螺旋槽更有效地減少液面滑行現(xiàn)象，這是因為在同一時間段內(nèi)，在用前者拋光時有更多的槽經(jīng)過壓靠在墊表面上的晶片的表面。由此可見，在墊的加工表面的每單位面積上的螺旋槽越多，與墊相結(jié)合用于晶片拋光的漿化磨料的除去速率就將越高。槽越多，墊也就越柔韌，這有助于提高晶片拋光的均勻度。
圖7示出了一個由一外部槽76，一內(nèi)部槽78與三個中間槽80、81和82組成的鋸齒形槽圖案。這些槽分別通過停止風(fēng)機(jī)將銑刀從墊縮回，重新相對于墊橫向定位銑刀，然后重新啟動風(fēng)機(jī)將銑刀穿入墊中而做成。然而，槽76、78、80、81和82可以相互連接，在這種情況下圖案就可以是由一單個連續(xù)的槽形成，以消除從墊縮回銑刀的動作。圖7的槽圖案示出了槽密度可以在墊表面的不同部分上改變。槽密度的這種變化可以用來根據(jù)晶片與拋光墊表面壓靠的部位來控制拋光率分布，并且，這也可有助于提高晶片拋光的均勻度。為了生成如圖4至7所示圖案或其他復(fù)雜的槽圖案，定位馬達(dá)20、59和62優(yōu)選地由一微處理器(未示出)控制。
通常，拋光均勻度通過改變參數(shù)，例如，晶片旋轉(zhuǎn)速度，拋光墊旋轉(zhuǎn)速度或拋光帶速度，或者由從晶片后面或從墊或帶下面改變壓力所產(chǎn)生的拋光壓力，或通過改變其他工具參數(shù)來控制。其他影響拋光均勻度的變量包括耗材(即，墊，底墊和磨料漿)的特性等。
為了與墊或帶一起使用磨料漿，磨料顆粒的尺寸和類型(即，礬土、二氧化鈰或硅顆粒的不同相和形態(tài))可以被改變，以獲得不同的拋光速度與平面化率?？梢詫⒒瘜W(xué)添加劑添加到磨料漿中，以保持磨料顆粒懸浮，以提高拋光率，以改變不同材料的相對拋光率，并保護(hù)拋光后的工件不受刮傷與腐蝕。磨料漿中化學(xué)物質(zhì)與磨料的混合，可以通過使拋光速度在晶片邊緣處進(jìn)行得快而在中心處進(jìn)行得慢，或者相反，對拋光均勻度產(chǎn)生影響。常常關(guān)鍵的參數(shù)，例如在不同材料的拋光率之間的選擇性，在磨料漿設(shè)計中起決定(支配)作用，并會使拋光均勻度的程度固定下來。另外，幾乎不可能開發(fā)并使用被優(yōu)化用于目前在工業(yè)中使用的不同拋光工具的輕微不同的磨料漿成份。
對墊與底墊而言，墊的硬度和孔隙度是與拋光均勻度相關(guān)的最共同的控制特性。通常，還有分布在墊表面的穿孔，槽或凹痕，以便在為了在晶片上各處獲得均勻的拋光去除率的拋光過程中，有助于確保將磨料漿均勻分布在晶片表面上。在墊開槽的情況下，至今為止所有使用的圖案都是相等間隔的直線、同心圓或柵格圖案的均勻圖案。
本發(fā)明改變墊上的槽的密度以提高拋光均勻度。下面將具體闡述改變槽圖案的密度對拋光均勻度的作用。在拋光墊的一區(qū)域的拋光表面上相對于另一區(qū)域增加槽密度，可使得在較高槽密度的區(qū)域比在較低槽密度的區(qū)域分布有更多的磨料漿。這樣，在較高的槽密度區(qū)域比在較低的槽密度區(qū)域能實現(xiàn)高的拋光去除率。墊上的上述不均勻槽密度可以補(bǔ)償由于拋光工具與磨料漿的缺陷產(chǎn)生的拋光不均勻，甚至可以補(bǔ)償不均勻厚度的預(yù)先拋光膜或先前的不均勻拋光速率。例如，一具有邊緣厚而中心薄的初始膜厚度的晶片，通過使用與圖7中類似的在墊的邊緣和中心處(即，在拋光時晶片軌跡的內(nèi)邊緣和外邊緣)槽密度最高的墊，可以被拋光成使整個晶片具有均勻的厚度。
可以選擇地，在中心相對于邊緣具有較高槽密度的墊將在中心具有更快的拋光速率，并因此適用于中心輪廓較厚的膜。另外，該改變墊上槽密度的構(gòu)思可以用于線性拋光帶或墊，并可用于不同的槽圖案與形狀。其他可能的槽圖案包括，但不限于，一單個連續(xù)的與圖4-6中所示的相似的螺旋槽，但其中相鄰螺旋間的間距在墊的不同區(qū)域內(nèi)改變，以達(dá)到不同的槽密度；或在墊的一些區(qū)域內(nèi)細(xì)密地分開而在墊的其他一些區(qū)域粗疏地分開的同心圓(或在帶式拋光墊的情況下為直線)。
改變槽圖案密度也可以影響拋光墊的性能。如圖8和9各自所示，槽84可以單獨(dú)或與前側(cè)槽86結(jié)合加到墊的后側(cè)?？梢宰龀龊髠?cè)槽84和85，如圖10所示，在例如不希望有前側(cè)槽的時候，用以增加墊的柔韌性。在墊的后側(cè)上的槽還可以通過使用一個或多個穿過墊的孔88(圖8)連通到墊的前側(cè)，以釋放對晶片的吸引或作為一種用于從墊的后側(cè)到前表面通過空氣、氣體或液體，或它們的混合物的方法。另外，從后側(cè)到前側(cè)槽的孔或開口可以用作探針的接收器，該探針能夠探測拋光加工的終點或完成，或探測指示墊的過度磨損的最小槽深。在沒有后側(cè)槽時，上述孔或其他開口還可以轉(zhuǎn)而用于與支承墊的壓盤的排放孔或通道對齊。墊后側(cè)的槽可以通過一個或多個開口89與拋光側(cè)上的槽連通，以釋放對晶片的吸引，如圖9所示，例如，這里頂側(cè)槽是端部封閉的。這是一種重要的考慮，因為對晶片的吸引可能在CMP步驟完成時阻止晶片從拋光墊上移除。從后側(cè)穿過連通通道的一股空氣或液體可以將晶片及時地從拋光墊上卸下。
另外，前側(cè)和后側(cè)槽的底部可以做成一半圓形S2或一倒角形S3而代替矩形S1，如圖11和13中所示，以使拋光屑更難于在槽中積聚，和/或有利于將屑從槽中清除出去。為了優(yōu)化具有一復(fù)合主體90的墊的柔韌性，槽的深度可以小于或等于或大于粘接到或固定到一底部墊94的上表面的頂部墊92的厚度，分別如圖12的槽G1、G2和G3所示。對于圖13，也可以讓底部墊94或在墊92和底部墊94之間的中間層具有與墊92不同的顏色，以提供一種用于現(xiàn)場確定為保持墊的拋光功效所允許的墊的最小磨損度的手段?？蛇x擇地，任一槽的底部帶顏色的部分，或在槽底部或附近的各種類型的底部顏色指示器可以用于此目的。為了優(yōu)化拋光均勻度并使液面滑行效應(yīng)最小，槽可以是連續(xù)的(端部開口的)或分段成一或多個端部封閉的順序段。
上述說明涉及到用于優(yōu)化CMP拋光墊的性能的方法。當(dāng)這些優(yōu)化的墊與選擇的合適磨料顆粒尺寸、pH值等的磨料漿結(jié)合使用時，可以進(jìn)一步改進(jìn)一種用于金屬和介質(zhì)膜的CMP拋光加工。要進(jìn)一步優(yōu)化該拋光加工，墊的主體可以用實心或多孔有機(jī)材料，例如因強(qiáng)力的交聯(lián)而十分耐用的聚氨酯做成，或用纖維有機(jī)材料例如人造纖維和聚酯纖維的至少一種—而且該材料也可以包含粘接劑以及實心或多孔聚氨酯—做成。
圖14示出了用磨料漿S和拋光墊96拋光晶片95，該拋光墊96具有兩個螺旋槽97和98并安裝到壓盤100上。在拋光墊96之上，是一個保持架102，它用于承載晶片95并將其壓靠在拋光墊96的拋光表面99上。在拋光過程中，保持架102可由一驅(qū)動軸104驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，而壓盤100可由一驅(qū)動軸106驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。保持架102和壓盤100可以如箭頭R1和R2所示順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，而保持架102可與壓盤100以相同的方向旋轉(zhuǎn)，或者以相反的方向旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，保持架102與壓盤100兩者以與螺旋槽的從其內(nèi)端向其外端的方向相同的方向旋轉(zhuǎn)，例如，根據(jù)如圖14所示的槽逆時針旋轉(zhuǎn)。另外如圖14所示，槽97和98具有出口(開口末端)114和116，墊96在槽的內(nèi)端有孔118和120，壓盤100具有用于提供磨料漿從槽流出的路徑的流體通道122和124。
當(dāng)保持架與壓盤旋轉(zhuǎn)時，保持架102可以如箭頭O1所示沿拋光墊來回擺動。磨料顆粒的料漿由軟管110供應(yīng)的噴管108以噴霧S排出，沉積在拋光表面99上。噴嘴108安裝在一擺動部件112之上，以便噴霧S也可以如箭頭O2所示沿拋光墊來回擺動。
傳統(tǒng)地，CMP涉及到各種磨料漿的開發(fā)，每種磨料漿具有不同的磨料，例如，W，SiO2，Al或Cu，還涉及到用于每種晶片或其他工件材料的各種墊的開發(fā)。該做法的一個主要弊端在于CMP對于磨料漿與工件之間的化學(xué)反應(yīng)，以及墊、磨料漿和工件之間的相互機(jī)械作用的依賴性。這導(dǎo)致了本發(fā)明的帶槽拋光墊的開發(fā)，用以改善磨料漿在墊的拋光表面來回流動，并防止導(dǎo)致無效拋光率的不希望的機(jī)械效應(yīng)，例如，其中墊與被拋光的工件相互以微小的摩擦相對滑過的液面滑行現(xiàn)象。
本發(fā)明還結(jié)合使用特定磨料漿與帶槽拋光墊的組合，以增強(qiáng)不同材料的拋光率，并提高拋光均勻度。通過選擇一特定的磨料漿/墊組合，可以通過增強(qiáng)磨料漿在被拋光材料上的來回流動有效地增強(qiáng)拋光加工，并通過避免液面滑行區(qū)域來增強(qiáng)機(jī)械摩擦。一個這樣的例子是，對于氧化物晶片拋光，使用帶槽的聚氨酯基的墊和硅土基的磨料漿。另一個例子是，由粘接劑和/或聚氨酯浸漬纖維做成的拋光墊與礬土(鋁氧土)基磨料漿一同使用，用以Cu和W金屬拋光。為了避免由天然或合成軟纖維做成的復(fù)合墊的撕裂，聚氨酯涂覆的纖維被證明可以用于墊的修整和開槽。這樣，通過結(jié)合用于特殊工件材料的最佳拋光化學(xué)作用和本發(fā)明的帶槽墊，可以獲得顯著的拋光率和拋光均勻度的優(yōu)點。
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在獲得本公開內(nèi)容之后，將會認(rèn)識到，在不對本發(fā)明的部件和步驟的功能產(chǎn)生大的影響的情況下，可以對它們進(jìn)行各種變化與變更。例如，用于墊和銑刀的支承結(jié)構(gòu)，用于控制槽深度的止動部件的特性與形狀，用于施加將墊保持靠在止動部件上的壓力差的結(jié)構(gòu)，和用于提供銑刀與墊之間相對橫向運(yùn)動的結(jié)構(gòu)，以及所有如上舉例所述的，可以根據(jù)當(dāng)前或?qū)淼挠糜谔峁┻@些系統(tǒng)與部件的功能的技術(shù)作較大的改動。例如，壓盤可以包括一排用于在墊之下提供一壓縮空氣墊的空氣通道與出口，用以提供用于將墊保持在止動部件上的全部或部分壓力差。另外，除被旋轉(zhuǎn)之外，壓盤與墊兩者都可以通過將壓盤驅(qū)動馬達(dá)安裝在一與上述安裝銑刀馬達(dá)的機(jī)構(gòu)42相似的橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)上在x-y平面內(nèi)運(yùn)動。除上述的前和/或后槽圖案、深度和/或形狀的結(jié)合之外，它們另外的結(jié)合和在墊和/或其支承壓盤內(nèi)的其他類型的液體通道，也可以是所希望的。因此，盡管上面以舉例方式對優(yōu)選的實施例予以詳細(xì)示出并說明，但進(jìn)一步的改動與實施例是可能的，而不會脫離開本發(fā)明如下述權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于給工件拋光的墊，它包括一個主體，該主體具有一個基本上平坦的拋光表面和至少一個位于上述拋光表面的一個開槽部分中的延長的槽，以便當(dāng)上述墊旋轉(zhuǎn)時，該開槽部分掃過與上述拋光表面接觸的整個工件表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，它與沉積于上述拋光表面的磨料漿一起使用，其中上述螺旋槽與至少一個流體出口連通，以便當(dāng)上述拋光表面與上述工件表面接觸時上述磨料漿可以通過上述出口流出上述槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，上述槽具有一個在相對的側(cè)壁間延伸的底表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，它具有多個徑向延伸的槽或一個連續(xù)的徑向延伸的槽，所述槽提供了多個槽通道以通過與上述旋轉(zhuǎn)拋光表面接觸的工件表面，其中上述通道的數(shù)目是距上述墊的中心部分的距離的一個函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，上述墊的拋光表面具有至少1個螺旋槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的墊，其特征在于，上述墊的拋光表面具有至少8個螺旋槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的墊，其特征在于，上述墊的拋光表面具有至少32個螺旋槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的墊，其特征在于，上述墊的拋光表面具有至少64個螺旋槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，上述墊的拋光表面具有至少一個鋸齒形槽，該鋸齒形槽向一基本恒定的半徑的任一側(cè)延伸，以提供一個具有鋸齒形槽圖案的上述拋光表面的環(huán)狀區(qū)段。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的墊，其特征在于，上述墊的拋光表面有多個各自向一基本恒定的半徑的任一側(cè)延伸的上述鋸齒形槽，以提供上述拋光表面的多個環(huán)狀區(qū)段，上述環(huán)狀區(qū)段各有一個不同的槽圖案用以改變上述環(huán)狀區(qū)段間的槽密度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，還包括在上述槽中用以確定由使用中的上述墊引起的上述拋光表面的磨損程度的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于還包括至少一個在上述墊的背面上用以增強(qiáng)墊的柔韌性的槽。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于還包括至少一個在上述墊的背面上的槽，及一個將上述背面槽與至少一個上述拋光面上的槽相連接的流體通道，以提供上述拋光表面與環(huán)境壓力之間的流體流通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的墊，其特征在于，上述墊的背面上的上述槽與在上述拋光面上的上述槽連通，用以將上述磨料漿從上述拋光側(cè)上的槽排放出去。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于還包括至少一個將上述墊的背面與上述拋光面相連的流體通道，用以提供上述拋光表面與環(huán)境壓力之間的流體連通。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于還包括至少一個在上述墊的背面上的槽，其中上述背面槽與上述拋光面通過一流體通道相連通，用以通過氣體、液體或它們的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求3所述的墊，其特征在于，上述槽的底表面具有一半圓形或一倒角形，以便容易地將拋光屑從上述槽去除。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，上述墊主體包括一頂部墊和一底部墊，該槽的深度小于、等于或大于上述頂部墊的厚度，上述深度被選擇成用以優(yōu)化墊的柔韌性。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，其中上述槽是端部開口的以成為連續(xù)的槽，或具有多個封閉的端部以提供多個順序的槽段。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊，其特征在于，上述墊的主體包括一種實心有機(jī)材料，一種多孔有機(jī)材料，或一種包含一種粘接劑以及人造纖維和聚酯纖維中的至少一種的纖維有機(jī)材料。
21.一種用于拋光工件表面的方法，它包括選擇一個拋光墊，該拋光墊包括一個主體，該主體具有基本上平坦的拋光表面和至少一個位于上述拋光表面的一個開槽部分中的延長的槽，以便當(dāng)上述墊旋轉(zhuǎn)時，該開槽部分掃過與上述拋光表面接觸的整個工件表面。將上述墊放置于一個拋光工具中的旋轉(zhuǎn)壓盤上；將上述工件安裝于上述拋光工具的一個保持裝置中；向上述墊的表面供應(yīng)磨料漿；并當(dāng)上述拋光表面與上述工件表面相接觸時，運(yùn)動上述工件、上述墊、或上述工件和上述墊兩者。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，上述墊或上述墊和上述壓盤兩者包括至少一個用于將上述磨料漿從上述槽排放出去的流體通道。
全文摘要
通過將一個CMP墊(12)定位在一個支承表面上，使該墊的一個工作表面(22)與一個銑刀(24)和至少一個鄰近該銑刀的突出的止動部件(33)相對間隔開，且使銑刀的外端部分伸出該止動部件，而在該墊中形成槽。當(dāng)銑刀轉(zhuǎn)動時，在銑刀與墊之間的相對軸向運(yùn)動使銑刀的外端部分在墊上切出一初始凹陷。然后，在旋轉(zhuǎn)的銑刀和墊之間的相對橫向運(yùn)動形成一槽，該槽從上述凹陷離開橫向延伸，并與該凹陷具有基本相等的深度。銑刀與墊之間不同的橫向運(yùn)動用于形成各種各樣的槽圖案，槽的深度由所述止動部件來精確地控制。該槽可以形成于拋光表面和/或墊的后相對表面上；可以設(shè)置通道，用以提供后槽與拋光表面或前槽之間的相互連接。拋光表面中的槽可設(shè)有出口，通過該出口，可以在拋光表面與工件表面相接觸時使磨料漿流出。
文檔編號H01L21/304GK1449322SQ01814572
公開日2003年10月15日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者S·T·陳, K·M·戴維斯, K·P·羅德貝爾 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司