專利名稱：具有取決于工藝的槽結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械拋光基臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域。更特別的是，本發(fā)明涉及一種具有取決于工藝的槽結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械拋光基臺(tái)。
背景技術(shù)：
在集成電路和其它電子裝置的制造中，要將多層導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣材料涂覆在半導(dǎo)體晶片的表面上并由該表面進(jìn)行刻蝕?？梢岳枚喾N涂覆技術(shù)涂覆薄層體、半導(dǎo)體和絕緣材料。在目前的晶片處理工藝中常用的涂覆技術(shù)包括也被稱為濺鍍的物理蒸敷(PVD)，化學(xué)蒸敷(CVD)，等離子-增強(qiáng)式化學(xué)蒸敷(PECVD)以及電化學(xué)鍍敷。常用的刻蝕技術(shù)包括濕式和干式同位素和各向異性刻蝕。
由于是按順序涂覆和刻蝕材料層的，因此，晶片的最上側(cè)表面是非平面的。由于隨后的半導(dǎo)體處理(例如，光刻法)要求晶片具有平坦的表面，因此，必須對晶片實(shí)施形成平面化加工。平面化用于除去不理想的表面以及表面缺陷，如粗糙表面，集塊材料，晶格缺陷，劃痕以及被污染的層或材料。
化學(xué)機(jī)械平面化或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種用于使工件(如半導(dǎo)體晶片)實(shí)現(xiàn)平面化的常規(guī)技術(shù)。在使用了雙軸旋轉(zhuǎn)拋光器的傳統(tǒng)CMP中，晶片承載架或拋光頭安裝在承載架組件上。拋光頭固定晶片并使晶片位于與拋光器內(nèi)拋光基臺(tái)的拋光層接觸的位置。拋光頭的直徑為被進(jìn)行平面加工的晶片的直徑的兩倍以上。在拋光期間，拋光基臺(tái)和晶片中的每一個(gè)均繞其同軸中心轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，使晶片與拋光層接合。晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相對于拋光基臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏離大于晶片半徑的距離，以便基臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)掠過基臺(tái)的拋光層上的環(huán)形“晶片軌跡”。在晶片的運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，晶片軌跡的寬度等于晶片的直徑。但是，在某些雙軸拋光器中，使晶片在與其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直的平面內(nèi)振動(dòng)。在這種情況下，晶片軌跡的寬度比晶片的直徑寬，寬的量為由于振動(dòng)所產(chǎn)生的位移的量。承載架組件在晶片和拋光基臺(tái)之間提供了可控制的壓力。在拋光期間，使?jié){料或其它拋光介質(zhì)流至拋光基臺(tái)上并使其流入晶片和拋光層之間的間隙內(nèi)。通過拋光層和表面上的漿料的化學(xué)和機(jī)械作用，對晶片的表面進(jìn)行拋光并使其形成平面。
在使拋光基臺(tái)的設(shè)計(jì)達(dá)到最佳方面，人們逐漸增加對拋光層、拋光漿料和晶片表面在CMP期間的相互作用的研究。事實(shí)上，多年以來，大量拋光基臺(tái)的研發(fā)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。大量拋光表面的設(shè)計(jì)已著眼于使這些表面具有能夠增強(qiáng)漿料的利用和拋光均勻性的各種圖案的空隙以及槽的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。多年以來，已提供了大量的槽和空隙圖案和結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中的槽圖案包括徑向同心圓，笛卡兒(Cartesian)格柵以及螺旋形?，F(xiàn)有技術(shù)中的槽結(jié)構(gòu)包括所有槽的深度均是相等的結(jié)構(gòu)以及槽的深度彼此之間是變化的結(jié)構(gòu)。
轉(zhuǎn)動(dòng)CMP的一些設(shè)計(jì)已披露了具有兩種或更多種結(jié)構(gòu)的槽的基臺(tái)，這些結(jié)構(gòu)彼此之間根據(jù)距離基臺(tái)中心的一個(gè)或多個(gè)徑向距離變化。這些基臺(tái)能夠根據(jù)拋光均勻性和漿料的利用提供優(yōu)良的特性。例如在Osterheld等人的美國專利NO.6,520,847中，Osterheld等披露了幾種基臺(tái)，這些基臺(tái)具有三個(gè)環(huán)狀的同心區(qū)，每一區(qū)均包括結(jié)構(gòu)不同于另外兩個(gè)區(qū)的槽結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)在不同的實(shí)施例中，以不同的方式變化。所述結(jié)構(gòu)變化的方式包括槽的數(shù)量、剖面面積、間距以及類型的變化。
雖然，迄今為止，基臺(tái)的設(shè)計(jì)者已提出了包括兩種或更多種槽結(jié)構(gòu)的CMP基臺(tái)，這些結(jié)構(gòu)根據(jù)距離所述基臺(tái)的同軸中心的一個(gè)或多個(gè)徑向距離彼此不同，但是，這些設(shè)計(jì)均未直接考慮被拋光的晶片以及所述基臺(tái)的轉(zhuǎn)速。因此，需要一種根據(jù)被拋光物件的轉(zhuǎn)速以及基臺(tái)相對于所述物件運(yùn)動(dòng)的速率，能至少部分達(dá)到最佳的CMP拋光基臺(tái)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種拋光基臺(tái)，其用于對以預(yù)定第一轉(zhuǎn)速繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的物件進(jìn)行拋光，其包括(a)一個(gè)拋光層，其可操縱地相對于第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以預(yù)定速率移動(dòng)，所述拋光層包括(i)一個(gè)位于臨界半徑0.5～2倍處的邊界，所述臨界半徑被計(jì)算作為物件的預(yù)定第一轉(zhuǎn)速和拋光層的預(yù)定速率的函數(shù)，所述邊界具有第一側(cè)和與第一側(cè)相對的第二側(cè)；(ii)第一組槽，這些槽位于邊界的第一側(cè)上并具有第一結(jié)構(gòu)；以及(iii)第二組槽，這些槽位于邊界的第二側(cè)上并具有不同于第一結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造拋光基臺(tái)的方法，其中，所述拋光基臺(tái)具有一個(gè)拋光層，所述拋光層用于對以預(yù)定第一轉(zhuǎn)速繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的物件進(jìn)行拋光，同時(shí)，拋光層以預(yù)定速度相對于第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線運(yùn)動(dòng)，所述方法包括以下步驟(a)以臨界半徑的0.5～2倍確定邊界在拋光層上的位置，所述臨界半徑被計(jì)算作為物件的預(yù)定第一轉(zhuǎn)速和拋光層的預(yù)定速率的函數(shù)；(b)在邊界的第一側(cè)上提供具有第一結(jié)構(gòu)的第一組槽；以及(c)在與第一側(cè)相對的邊界的第二側(cè)上提供第二組槽，第二組槽的結(jié)構(gòu)不同于第一結(jié)構(gòu)。


圖1為適用于本發(fā)明的雙軸拋光器中一部分的透視圖。
圖2A為圖1中晶片和拋光基臺(tái)的剖面圖，其顯示了在回混不存在的漿料層的區(qū)域內(nèi)的速度分布圖。
圖2B為圖1中晶片和拋光基臺(tái)的剖面圖，其顯示了在存在回混的漿料層的區(qū)域內(nèi)的速度分布圖。
圖3為圖1中拋光器的晶片和拋光基臺(tái)的平面圖，其顯示了在拋光基臺(tái)的拋光層上存在漿料回混區(qū)。
圖4A、4B和4C均為本發(fā)明中轉(zhuǎn)動(dòng)拋光基臺(tái)的平面圖，所述拋光基臺(tái)具有用于用過漿料的存在會(huì)對拋光造成不利影響的CMP工藝的槽結(jié)構(gòu)。
圖5為本發(fā)明中轉(zhuǎn)動(dòng)拋光基臺(tái)的平面圖，所述拋光基臺(tái)具有用于拋光副產(chǎn)物有利于拋光的CMP工藝的槽結(jié)構(gòu)。
圖6A為本發(fā)明的拋光帶的平面圖，所述拋光帶具有用于拋光副產(chǎn)物有利于拋光的CMP工藝的槽結(jié)構(gòu)；圖6B為本發(fā)明的拋光帶的平面圖，所述拋光帶具有用于用過漿料的存在不利于拋光的CMP工藝的槽結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
參見附圖，圖1顯示了一種適用于本發(fā)明的雙軸化學(xué)機(jī)械拋光器(CMP)100。拋光器100通常包括一個(gè)拋光基臺(tái)104，該基臺(tái)具有一拋光層108，其用于接合如半導(dǎo)體晶片112(經(jīng)處理或未經(jīng)處理)這樣的物件或其它工件(例如，玻璃、平板顯示器或磁信息存儲(chǔ)盤)，以便在存在漿料116或拋光介質(zhì)的情況下，對工件的拋光表面進(jìn)行拋光。為了簡化，下面在不損失概括性的情況下，使用了術(shù)語“晶片”和“漿料”。另外，對于包括權(quán)利要求書的本說明書而言，術(shù)語“拋光介質(zhì)”和“漿料”并不排除不含磨料的活性拋光劑。
如在下面詳細(xì)說明的那樣，本發(fā)明包括提供具有槽結(jié)構(gòu)的拋光基臺(tái)104，所述槽結(jié)構(gòu)取決于將利用所述基臺(tái)進(jìn)行的CMP的類型。在一個(gè)實(shí)施例中，如果在晶片112和拋光基臺(tái)104之間存在用過的漿料116對拋光帶來不利影響，那么所述基臺(tái)可以在影響最大的區(qū)域包括某一種槽結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，如果一種或多種拋光副產(chǎn)物存在于用過的漿料中有利于拋光，那么拋光基臺(tái)104可以在受影響的區(qū)域包括一種不同的槽結(jié)構(gòu)。每一種槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均取決于在拋光基臺(tái)104和晶片112之間的區(qū)域中的漿料116內(nèi)出現(xiàn)的“回混”，在所述區(qū)域，晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向通常與拋光基臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。
通常，回混是這樣一種狀態(tài)，即，當(dāng)在基臺(tái)和晶片之間的漿料的速度或其分量與拋光基臺(tái)的切向速度方向相反并且數(shù)值足夠大時(shí)，回混能夠在拋光基臺(tái)104和晶片112之間的漿料116內(nèi)發(fā)生。除對晶片112的影響以外，在拋光層108上的漿料116通常在穩(wěn)定的狀態(tài)下、以與拋光基臺(tái)104相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，當(dāng)漿料116接觸晶片112的被拋光表面120時(shí)，由于漿料和被拋光表面的相互作用所產(chǎn)生的粘著、摩擦和其它的力會(huì)導(dǎo)致漿料116沿晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向加速。當(dāng)然，所述加速在距離漿料116和晶片112的被拋光表面120之間的界面處最顯著，并且隨著從拋光表面測得的漿料內(nèi)深度的增加，加速度會(huì)減小。加速度減小的速率將取決于漿料116的各種特性，如動(dòng)態(tài)粘性。這種現(xiàn)象被稱為“界面層”的流體力學(xué)的原有狀況。
拋光器100可包括一塊臺(tái)板124，其上安裝有拋光基臺(tái)104。通過一臺(tái)板驅(qū)動(dòng)器(未示出)，臺(tái)板124可繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線128轉(zhuǎn)動(dòng)。晶片112可由一晶片承載架132支承，該承載架可繞與臺(tái)板124的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線128平行且與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線128分離的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線136轉(zhuǎn)動(dòng)。晶片承載架132可以具有的一個(gè)特征為萬向連桿(未示出)，所述連桿允許晶片112呈現(xiàn)出非常小地不平行于拋光層108的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動(dòng)軸線128、136可以非常小地傾斜。晶片112包括被拋光表面120，該表面在拋光期間面向拋光層108并且使其形成平面狀。晶片承載架132可由一適于使晶片112轉(zhuǎn)動(dòng)的承載架支承組件(未示出)支承并提供向下的力F以將被拋光表面120壓靠在拋光層108上，以便在進(jìn)行拋光期間，在被拋光表面和拋光層之間存在理想的壓力。拋光器100還可包括一個(gè)用于向拋光層108供給漿料116的漿料輸入管140。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，拋光器100可包括其它的部件(未示出)，如系統(tǒng)控制器，漿料存儲(chǔ)和分配系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)以及各種用于控制拋光工藝的不同狀況的控制器，其中，例如有(1)晶片112和拋光基臺(tái)104中的一個(gè)或全部轉(zhuǎn)動(dòng)速度的速度控制器和選擇器；(2)用于改變向基臺(tái)輸送漿料116的速度和位置的控制器和選擇器；(3)用于控制在晶片和基臺(tái)之間施加的力F的數(shù)值的控制器和選擇器；以及(4)用于控制晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線136相對于基臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線128的位置的控制器、致動(dòng)器和選擇器。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解構(gòu)成和提供這些部件的方式，因此，對它們的詳細(xì)解釋對于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明而言不是必需的。
在拋光期間，使拋光基臺(tái)104和晶片112繞它們相應(yīng)的軸線128、136轉(zhuǎn)動(dòng)，并且從漿料輸入管140、將漿料116分配至轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光基臺(tái)上。漿料116在拋光層108(包括在晶片112和拋光基臺(tái)104下方的間隙)上擴(kuò)散開。拋光基臺(tái)104和晶片112通常但不是必須地以0.1rpm～150rpm之間的限定速度轉(zhuǎn)動(dòng)。力F通常但不是必須地具有能夠在晶片112和拋光基臺(tái)104之間引入0.1psi～15psi(6.9～103kPa)理想壓力的限定數(shù)值。
如上面提到的那樣，本發(fā)明包括多個(gè)拋光基臺(tái)，這些基臺(tái)具有考慮了拋光基臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度或/和被拋光的晶片而設(shè)計(jì)的槽結(jié)構(gòu)，以便使將利用所述基臺(tái)的相應(yīng)拋光工藝達(dá)到最佳。通常，各種槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)取決于在拋光層108的回混區(qū)域(在該區(qū)域內(nèi)，回混可能在上述條件下發(fā)生)內(nèi)和外側(cè)的漿料116的特性。由于拋光速度，即在某一時(shí)刻從晶片112的被拋光表面120上除去材料的速度取決于漿料116內(nèi)的活性化學(xué)物質(zhì)的濃度，因此，回混與CPM相關(guān)，并且與非回混區(qū)域相比，回混區(qū)域具有不同的穩(wěn)定狀態(tài)的活性化學(xué)濃度。
為了說明回混的原理，圖2A顯示了在回混不存在的條件下，晶片112和基臺(tái)之間的漿料116中的切向速度(相對于拋光基臺(tái)104)的速度分布圖144。在速度分布圖144中描述的晶片112的轉(zhuǎn)動(dòng)方向通常與拋光基臺(tái)104的是相同的，但是，在貼近晶片的漿料116中的晶片速度VSW的數(shù)值小于貼近基臺(tái)的漿料中的切向速度VSP。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí)間，在研究中，最接近晶片112和最接近拋光基臺(tái)104的漿料的速度VSW和VSP的差異大致等于在晶片和基臺(tái)相應(yīng)點(diǎn)處的所述切向速度V基臺(tái)減去切向速度V晶片。
另一方面，圖2B顯示了在形成回混的條件下，在晶片112和拋光基臺(tái)104之間的漿料116中，仍相對于拋光基臺(tái)104的所述切向速度的速度分布圖148。此處，切向晶片速度V′晶片處于與切向基臺(tái)速度V′基臺(tái)相反的方向并且具有大于切向基臺(tái)速度V′基臺(tái)的值。因此，差值V′基臺(tái)-V′晶片為負(fù)值，如由接近晶片112的漿料116的速度V′SW的方向與接近拋光基臺(tái)104的漿料中的速度V′SP的方向相反所表示的那樣。當(dāng)速度V′SW、速度V′SP彼此相反時(shí)，由于通過晶片112，即至少沿與拋光基臺(tái)104以及接近基臺(tái)的漿料的運(yùn)動(dòng)方向相反的方向“向后”部分驅(qū)動(dòng)漿料116的上側(cè)部分，因此，將會(huì)發(fā)生回混。
參見圖3，不存在回混時(shí)，相對于新漿料的注入而言，回混能夠在回混區(qū)152中減緩新漿料注入晶片112和拋光基臺(tái)104之間的間隙中。同樣，由于回混會(huì)逆著拋光基臺(tái)104的方向，向后驅(qū)動(dòng)一部分用過的漿料，因此，當(dāng)存在回混時(shí)，用過的漿料在所述間隙內(nèi)的滯留時(shí)間會(huì)比不存在回混時(shí)長。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將能認(rèn)識(shí)到的那樣，CMP的除去率通常由以下“普雷斯頓(Preston)”公式表示除去率＝K化學(xué)(K機(jī)械)P[V基臺(tái)-晶片]{1}該公式用晶片和基臺(tái)之間的相對速度(V基臺(tái)-晶片)、晶片和基臺(tái)之間的壓力P、與通過化學(xué)作用從晶片除去材料相關(guān)的參數(shù)K化學(xué)以及與通過機(jī)械作用從晶片除去材料相關(guān)的參數(shù)K機(jī)械的函數(shù)表示從晶片112的被拋光表面除去材料的除去率。在回混時(shí)，化學(xué)物質(zhì)的濃度在晶片112下方的不同位置處是不同的，從而會(huì)導(dǎo)致橫切晶片112的不均勻拋光。
計(jì)算流體動(dòng)態(tài)模擬揭示在晶片112的前緣156(相對于拋光基臺(tái)104的轉(zhuǎn)動(dòng)方向)，在基臺(tái)中的槽(未示出)與基臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)相匹配的區(qū)域中，更強(qiáng)烈地趕走試圖進(jìn)入回混區(qū)152的漿料。如果保持在拋光層108的“凹凸”或表面組織之間中，那么與在所述槽中的漿料相比，通過拋光基臺(tái)104克服晶片112反向轉(zhuǎn)動(dòng)的牽引的轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠更有效地輸送槽間區(qū)域中的漿料。在晶片112下方注入并替代用過漿料的新漿料的瞬時(shí)模擬顯示了在回混區(qū)域152中遠(yuǎn)長于其它地方的槽中的混合尾流。
解釋基臺(tái)-晶片間隙中的流態(tài)的理論流體力學(xué)(那維爾-斯托克斯)公式會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)公式，其使回混區(qū)域152的范圍與兩個(gè)參數(shù)相關(guān)(1)拋光基臺(tái)104的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線128與晶片112的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線136之間的分離距離(S)；以及(2)基臺(tái)和晶片之間的轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω基臺(tái)、Ω晶片的速率。對于半徑為R晶片的晶片而言，如果晶片112和拋光基臺(tái)104的轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω基臺(tái)、Ω晶片為
那么漿料回混會(huì)在由位于晶片周邊內(nèi)的由 限定的圓圈158部分中發(fā)生。當(dāng)拋光基臺(tái)104轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由公式{3}限定的圓圈158移出圓圈160，在該圓圈160內(nèi)，所述基臺(tái)通過基片112下方的回混區(qū)。在圓圈160的外側(cè)，所述基臺(tái)不會(huì)通過基片112下方的回混區(qū)。圓圈160的臨界半徑為 雖然在CMP拋光器上，分離距離S通常(但不是必須)是近似固定的，但是，經(jīng)常在所述分離距離S中存在小于10％變化的晶片112的較小橫向振蕩。因此，通常，對于給定的拋光器而言，將會(huì)存在臨界基臺(tái)-晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，若小于該速率，則會(huì)發(fā)生回混。
因此，對于低于回混極限的給定基臺(tái)-晶片轉(zhuǎn)動(dòng)速率而言，將存在由拋光基臺(tái)104的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線128測得的臨界半徑R臨界，其大致限定了回混區(qū)152和非回混區(qū)164之間的邊界160。在邊界160內(nèi)，在希望更換時(shí)，可能會(huì)不成比例地難以用漿料更換用過的漿料，并且在希望更換時(shí)，可能會(huì)不成比例地難以除去拋光副產(chǎn)物。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是當(dāng)晶片112除了轉(zhuǎn)動(dòng)以外，還橫向振動(dòng)時(shí)，存在兩個(gè)臨界半徑(未示出)。這些臨界半徑對應(yīng)于晶片112沿相對于拋光基臺(tái)104的半徑方向的兩個(gè)振動(dòng)端點(diǎn)。提供等于利用公式{4}計(jì)算出的臨界半徑或?yàn)樵撆R界半徑0.5～2倍的R臨界能夠提高拋光性能。最好，R臨界等于利用公式{4}計(jì)算出的臨界半徑的0.75～1.5倍。更為特別的是，R臨界等于利用公式{4}計(jì)算出的臨界半徑的0.9～1.1倍。
通常，根據(jù)被拋光的材料和漿料的化學(xué)性質(zhì)，回混在拋光性能上的效果可能是理想或不理想的。對于多種工藝而言，從晶片112的被拋光表面120(圖1)上除去材料的除去速率將會(huì)在用過的漿料存在的情況下減小，以致會(huì)增大不均勻性，并且拋光碎屑可能會(huì)聚集在更慢更新的區(qū)域，從而增大了缺陷產(chǎn)生的可能性(例如，宏觀劃痕)。但是，其它的工藝，例如銅的CMP可通過在出現(xiàn)最小濃度的拋光副產(chǎn)物時(shí)可能增強(qiáng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行，以維持某些或所有拋光所必須的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。在這些工藝中，沒有任何回混將會(huì)阻止拋光化學(xué)反應(yīng)并以遠(yuǎn)低于回混極限的除去速率表現(xiàn)出來。
通常，本發(fā)明包括向位于在上述條件下回混可能發(fā)生的回混區(qū)152內(nèi)的拋光層108提供第一槽結(jié)構(gòu)，并且可選擇地向回混通常不會(huì)發(fā)生的非回混區(qū)164提供拋光層中的第二槽結(jié)構(gòu)。如下面論述的那樣，本發(fā)明還提供了一種將拋光基臺(tái)的回混區(qū)(例如，轉(zhuǎn)動(dòng)拋光基臺(tái)104的回混區(qū)152)位置確定為晶片112的設(shè)想或預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω晶片以及基臺(tái)的設(shè)想或預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω基臺(tái)的函數(shù)。
對于由拋光副產(chǎn)物的緩慢或不完全除去削弱的工藝而言，本發(fā)明包括向拋光基臺(tái)104的回混區(qū)152內(nèi)的拋光層108提供第一槽結(jié)構(gòu)(未示出)，該結(jié)構(gòu)包括多個(gè)槽，這些槽能夠向漿料提供較小的阻力，以致其能夠流出回混區(qū)，以便基臺(tái)或/和晶片112的運(yùn)動(dòng)能夠有助于從回混區(qū)除去漿料。第一槽結(jié)構(gòu)中的槽借助它們的數(shù)量、縱向尺寸、方位或剖面面積或這些方面的組合，可以實(shí)現(xiàn)較小的流動(dòng)阻力。非回混區(qū)164可選擇地包括不同于第一槽結(jié)構(gòu)的第二槽結(jié)構(gòu)(未示出)。第二槽結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)槽，這些槽在數(shù)量、縱向形狀、方位、剖面面積中的任意一個(gè)或多個(gè)方面及它們的組合上不同于第一槽結(jié)構(gòu)中的槽。可以將第二槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成能夠?qū)崿F(xiàn)由設(shè)計(jì)者選擇的任意一個(gè)或多個(gè)目的。例如，第二槽結(jié)構(gòu)提供非回混區(qū)164，所述非回混區(qū)對于漿料流動(dòng)具有較高的阻力，優(yōu)良的漿料利用能力以及增大的漿料分布。
圖4A-4C顯示了示意性的轉(zhuǎn)動(dòng)拋光基臺(tái)200、230、260，這些基臺(tái)包括用于所述工藝的根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的各種槽結(jié)構(gòu)，在所述工藝中，在每一回混區(qū)域202、232、262中存在用過的漿料均不利于相應(yīng)晶片204、234、264的拋光。圖4A說明了本發(fā)明的拋光基臺(tái)200，其中，第一槽結(jié)構(gòu)206和第二槽結(jié)構(gòu)208彼此的主要不同在于在拋光層214的相應(yīng)區(qū)域中的槽210、212的縱向尺寸和方位。在回混區(qū)216內(nèi)的第一槽結(jié)構(gòu)206中的槽210可以是直線狀的并且從拋光基臺(tái)200的中心向外輻射。通過提供橫切基臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的槽，這些槽能夠以容積泵的方式使?jié){料運(yùn)動(dòng)并且減小晶片反向轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，這種結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)從回混區(qū)216除去用過的漿料。
另一方面，除了第一槽結(jié)構(gòu)206中的槽210的縱向形狀和方位以外，非回混區(qū)218的第二槽結(jié)構(gòu)208中的槽212可以采用任意的縱向形狀或/和任意方位。在本實(shí)施例中，槽212可具有除直線和徑向以外的任意縱向形狀和方位，如通常以拋光基臺(tái)200的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向彎曲的弧線狀縱向形狀。這種槽結(jié)構(gòu)往往能夠減緩非回混區(qū)218內(nèi)漿料的徑向流動(dòng)并延長漿料在拋光基臺(tái)200上的滯留時(shí)間。當(dāng)然，槽212可具有任意一種或多種縱向形狀，如圓環(huán)狀、波紋狀或鋸齒狀，此處只列舉了一些，并且可具有相對于拋光基臺(tái)200的多種其它方位的一種，如與基臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反或以格柵圖案沿徑向延伸。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解對于第一和第二槽結(jié)構(gòu)206、208中每一結(jié)構(gòu)的槽210、212而言，存在多種縱向形狀和方位的變型。
當(dāng)使第一槽結(jié)構(gòu)206中的一個(gè)或多個(gè)槽210與第一和第二槽結(jié)構(gòu)208的一個(gè)或多個(gè)槽212相連時(shí)，拋光層214可包括一個(gè)會(huì)出現(xiàn)所述連接的過渡區(qū)220。過渡區(qū)220可通常具有所述過渡必需的任意寬度W。根據(jù)第一和第二槽結(jié)構(gòu)206、208，對于急劇過渡而言，過渡區(qū)220的寬度W可以為零。如上所述，在研究中，回混區(qū)216的外側(cè)邊界220可以由一個(gè)或兩個(gè)可由上面的公式{4}確定的臨界半徑R臨界(取決于除轉(zhuǎn)動(dòng)外，晶片204是否振動(dòng))，以及基臺(tái)-晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)速率以及拋光器的分離距離S(圖3)。
圖4B說明了本發(fā)明的拋光基臺(tái)230，其中，第一槽結(jié)構(gòu)236與第二槽結(jié)構(gòu)238的不同之處主要在于每一組中槽240、242的數(shù)量，而且還有(可選擇)縱向形狀和方位。第一槽結(jié)構(gòu)236中每一槽240可以但不是必須地具有與第二槽結(jié)構(gòu)238中每一槽242大致相同的橫向剖面形狀和面積。在所示的實(shí)施例中，第一槽結(jié)構(gòu)236中槽240的數(shù)量是第二槽結(jié)構(gòu)238中槽242數(shù)量的兩倍。因此，槽240、242中每一個(gè)槽的橫向剖面面積均彼此相同，第一槽結(jié)構(gòu)236提供了兩倍于第二槽結(jié)構(gòu)238的流動(dòng)槽面積，以有助于從回混區(qū)232除去用過的漿料。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是第一槽結(jié)構(gòu)236中槽240的大致徑向定位以及它們沿與拋光基臺(tái)230的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向的曲率可進(jìn)一步促進(jìn)從回混區(qū)232除去用過的漿液。過渡區(qū)246通常包含回混區(qū)232的外側(cè)邊界248并具有容納分支槽部分250的寬度W′，所述分支槽部分使第一槽結(jié)構(gòu)236中成對的相鄰槽240與第二槽結(jié)構(gòu)238中對應(yīng)的相應(yīng)槽242相連。
圖4C說明了本發(fā)明的拋光基臺(tái)260，其具有位于回混區(qū)262內(nèi)的第一槽結(jié)構(gòu)266，其與位于回混區(qū)262外側(cè)的第二槽結(jié)構(gòu)268的不同之處主要在于槽270、272的剖面面積。雖然第一槽結(jié)構(gòu)266的槽270類似于第二槽結(jié)構(gòu)268中的槽272，是直線狀和徑向的，并且具有與第二槽結(jié)構(gòu)中的槽相同的深度，但是，第一槽結(jié)構(gòu)中每個(gè)槽的寬度均比第二槽結(jié)構(gòu)中每個(gè)槽寬。因此，第一槽結(jié)構(gòu)266的槽流動(dòng)面積大于第二槽結(jié)構(gòu)268的槽流動(dòng)面積。與如果第一和第二槽結(jié)構(gòu)266、268的槽270、272具有彼此相同的橫向剖面面積，則會(huì)發(fā)生用過的漿料從回混區(qū)排出相比，在回混區(qū)262中較大的槽流動(dòng)面積能夠增強(qiáng)從回混區(qū)除去用過漿料的效果。在所示的實(shí)施例中，過渡區(qū)274包含回混區(qū)262的外側(cè)邊界276并具有一定寬度W，以適應(yīng)在槽270、272的對應(yīng)相應(yīng)槽之間的橫向剖面面積中的逐步過渡278。
圖4A～4C說明了為存在用過漿料可能不利于拋光的工藝而設(shè)計(jì)的各種拋光基臺(tái)200、230、260，圖5說明了一種拋光基臺(tái)300，其是為一種或多種拋光副產(chǎn)物有利于拋光的工藝而設(shè)計(jì)的，例如，為了維持從晶片304上除去材料所必須的一些或所有化學(xué)反應(yīng)。銅的CMP是可得益于存在拋光副產(chǎn)物的工藝的一個(gè)值得注意的例子。在一種或多種拋光副產(chǎn)物有利于拋光的情況下，有利于延長“用過”的漿液在回混區(qū)308內(nèi)的滯留時(shí)間，以便延長用過漿料中的副產(chǎn)物適于拋光的時(shí)間。其一種實(shí)現(xiàn)方式為提供具有第一槽結(jié)構(gòu)312的回混區(qū)308，所述第一槽結(jié)構(gòu)具有多個(gè)槽316，這些槽能夠阻止從回混區(qū)除去用過的漿料。沿拋光基臺(tái)300的轉(zhuǎn)動(dòng)方向彎曲的大致切向槽316提供了一種槽結(jié)構(gòu)，這種槽結(jié)構(gòu)能夠阻止從回混區(qū)308除去用過的漿料。當(dāng)然，其它的阻止槽結(jié)構(gòu)也是可行的。
與存在用過的漿料不利于拋光的工藝相關(guān)的上述第二槽結(jié)構(gòu)208、238、268相似，在回混區(qū)308外側(cè)的第二槽結(jié)構(gòu)320可采用不同于第一槽結(jié)構(gòu)312的任意適當(dāng)結(jié)構(gòu)，如所示的大致徑向弧形結(jié)構(gòu)。在所示的實(shí)施例中，過渡區(qū)324包括回混區(qū)308的外側(cè)邊界328并具有容納槽部分332的寬度W，所述槽部分332在第一槽結(jié)構(gòu)312的槽316和第二槽結(jié)構(gòu)320的槽336之間提供了過渡部分。雖然第一和第二槽結(jié)構(gòu)312、320如圖所示，其不同之處主要在于相應(yīng)槽316、336的縱向形狀和方位，但是，這些槽可以采用其它或可選擇的方式形成差異(如數(shù)量和剖面面積)，或可采用與為用過漿料不利于拋光的工藝而設(shè)計(jì)的圖4A～4C中拋光基臺(tái)200、230、260相關(guān)的上述方式相似的方式，形成數(shù)量和/或剖面面積的差異。
雖然上面已根據(jù)旋轉(zhuǎn)式拋光器對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明可適用于其它類型的拋光器，如線性帶式拋光器。圖6A顯示了一種本發(fā)明的拋光帶400，其具有可操縱地對晶片408或其它工件進(jìn)行拋光的拋光層404，其中，所述晶片408或其它工件在存在漿料(未示出)或其它拋光介質(zhì)的情況下，通常與拋光層接觸并以轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω′晶片繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線412轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，拋光層以線速度U帶相對于晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
漿液的回混可能在一部分晶片408的下方發(fā)生，在該處，晶片的切向速度分量處于與拋光帶的線速度U帶相反的方向，并且晶片的轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω′晶片大于Ω′晶片臨界，其中Ω′晶片臨界＝U帶/R＇晶片{5}因此，根據(jù)拋光帶400的線速度U帶與晶片408的轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω′晶片之比以及晶片的半徑R′晶片(通常，它們?nèi)际穷A(yù)先確定的)，拋光層404具有能夠發(fā)生回混的回混區(qū)416以及通常不會(huì)發(fā)生回混的非回混區(qū)420。
通常，在回混區(qū)416以及非回混區(qū)420之間的邊界424的位置位于距離晶片408中心、穿過所述帶的寬度測得的距離R′臨界處，所述R′臨界由以下公式給定R′臨界＝ U帶/Ω′晶片{6}因此，象圖4A～4C和圖5中的旋轉(zhuǎn)式拋光基臺(tái)200，230，260，300那樣，圖6A的拋光帶400可以在回混區(qū)416具有第一槽結(jié)構(gòu)428，其在一個(gè)或多個(gè)方面不同于非回混區(qū)420中的第二槽結(jié)構(gòu)432。另外，如同上述旋轉(zhuǎn)式拋光基臺(tái)一樣，可以將拋光帶400的第一槽結(jié)構(gòu)428設(shè)計(jì)成特別適用于所述類型的拋光工藝。在這方面，圖6A說明本發(fā)明的拋光帶400，其具有第一槽結(jié)構(gòu)428，該結(jié)構(gòu)是為拋光得益于在回混區(qū)存在拋光副產(chǎn)物而設(shè)計(jì)的。在這種情況下，與旋轉(zhuǎn)式拋光基臺(tái)一樣，希望提供具有槽436的回混區(qū)416，所述槽能夠減緩用過的漿料從回混區(qū)排出。適于該目的的槽包括比較寬且通常相對于縱向邊界424以較小角度定位的槽436。與圖4C中類似的槽結(jié)構(gòu)相反，在以圖6A中所示的帶運(yùn)動(dòng)方向使用的槽436的方位能夠阻止?jié){料朝拋光帶400的邊緣向外運(yùn)動(dòng)。其它的槽結(jié)構(gòu)包括與邊界424平行的槽。第二槽結(jié)構(gòu)432可包括不同于第二槽結(jié)構(gòu)428結(jié)構(gòu)的任意的槽結(jié)構(gòu)。例如，如圖所示，槽440可以比較狹窄并傾斜。另外，槽440可采用其它的結(jié)構(gòu)，例如，波浪狀或弧形，以適應(yīng)特定的設(shè)計(jì)。與上述旋轉(zhuǎn)式拋光基臺(tái)類似，第二槽結(jié)構(gòu)432的槽440可以采用以下任意一種或多種方式不同于第二槽結(jié)構(gòu)428中的槽436，即數(shù)量；剖面面積；縱向尺寸；以及相對于縱向邊界424的方位。另外，拋光帶400可以包括一個(gè)過渡區(qū)444，其含有邊界424并具有適于容納槽436和槽440之間的過渡區(qū)448的寬度W″″。
另一方面，圖6B顯示了一種本發(fā)明的拋光帶500，其為在回混區(qū)508中存在用過的漿料可能會(huì)對拋光造成不利影響的工藝而設(shè)計(jì)的回混區(qū)508中具有第一槽結(jié)構(gòu)504。因此，第一槽結(jié)構(gòu)504中的槽512的結(jié)構(gòu)通過提供與以容積泵和輸送器的方式使?jié){料移動(dòng)的帶運(yùn)動(dòng)方向橫切的槽，能夠增強(qiáng)用過的漿料從回混區(qū)508排出，并且還能減小晶片的反向轉(zhuǎn)動(dòng)影響。還可以采用其它結(jié)構(gòu)。按照上面結(jié)合旋轉(zhuǎn)拋光基臺(tái)200、230、260、300以及拋光帶400所描述的方式，第二槽結(jié)構(gòu)520可以采用與第一槽結(jié)構(gòu)504不同的任意結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種拋光基臺(tái)，其用于對以預(yù)定的第一轉(zhuǎn)速繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的物件進(jìn)行拋光，其包括(a)一個(gè)拋光層，其可操縱地相對于第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以預(yù)定的速率移動(dòng)，所述拋光層包括(i)一個(gè)位于臨界半徑0.5～2倍處的邊界，所述臨界半徑被計(jì)算作為物件的預(yù)定的第一轉(zhuǎn)速和拋光層的預(yù)定的速率的函數(shù)，所述邊界具有第一側(cè)和與第一側(cè)相對的第二側(cè)；(ii)第一組槽，這些槽位于邊界的第一側(cè)上并具有第一結(jié)構(gòu)；以及(iii)第二組槽，這些槽位于邊界的第二側(cè)上并具有不同于第一結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光基臺(tái)，其特征在于所述第一組槽中的至少一些槽穿過邊界與第二組槽中對應(yīng)的相應(yīng)槽相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光基臺(tái)，其特征在于所述拋光層為圓形并且可以以預(yù)定方向繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并且拋光層的預(yù)定速率為繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的預(yù)定第二轉(zhuǎn)動(dòng)速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拋光基臺(tái)，其特征在于第一組槽位于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線附近，并且包括大致正切于預(yù)定方向的槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拋光基臺(tái)，其特征在于第一組槽位于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線附近，并且包括相對于拋光層大致為徑向的槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光基臺(tái)，其特征在于拋光層是細(xì)長的，并且拋光層的預(yù)定速率為線性速度。
7.一種制造拋光基臺(tái)的方法，其中，所述拋光基臺(tái)具有一個(gè)拋光層，所述拋光層用于對以預(yù)定的第一轉(zhuǎn)速繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的物件進(jìn)行拋光，同時(shí)，拋光層以預(yù)定速度相對于第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線運(yùn)動(dòng)，所述方法包括以下步驟(a)以臨界半徑的0.5～2倍確定邊界在拋光層上的位置，所述臨界半徑被計(jì)算作為物件的預(yù)定第一轉(zhuǎn)速和拋光層的預(yù)定速率的函數(shù)；(b)向在邊界的第一側(cè)上的拋光層提供具有第一結(jié)構(gòu)的第一組槽；以及(c)在與第一側(cè)相對的邊界的第二側(cè)上提供具有第二結(jié)構(gòu)的第二組槽，第二結(jié)構(gòu)不同于第一結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其還包括以下步驟，即，穿過邊界，使第一組槽中的一部分槽至少與第二組槽中的相對應(yīng)的相應(yīng)一部分槽相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在第一組槽中出現(xiàn)拋光介質(zhì)的回混。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中選擇第一結(jié)構(gòu)的步驟包括根據(jù)拋光副產(chǎn)物有利于拋光的一種拋光類型的處理方法選擇第一結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種拋光體，例如基臺(tái)(200，230，260，300)或帶(400，500)，其具有一拋光層(214，404)，該拋光層包括一個(gè)回混區(qū)(202，232，262，308，416，508)，其中，在某些條件下，回混發(fā)生在晶片(204，234，264，304，408)或工件與拋光層之間的漿料(116)內(nèi)。拋光層包括在回混區(qū)內(nèi)的第一槽結(jié)構(gòu)(206，236，266，312，428，504)以及在回混區(qū)外側(cè)的第二槽結(jié)構(gòu)(208，238，268，320，432，520)，該結(jié)構(gòu)與第一槽結(jié)構(gòu)(206，236，266，312，428，504)不同。第一槽結(jié)構(gòu)是存在于回混區(qū)內(nèi)的用過漿料是否有利或有損于拋光晶片設(shè)計(jì)的。
文檔編號B24B29/00GK1626316SQ20041010074
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者格雷戈里·P·馬爾多奈伊 申請人:Cmp羅姆和哈斯電子材料控股公司