CN1233508C - 带槽的抛光垫及其使用方法 - Google Patents

Abstract

通过将一个CMP垫(12)定位在一个支承表面上，使该垫的一个工作表面(22)与一个铣刀(24)和至少一个邻近该铣刀的突出的止动部件(33)相对间隔开，且使铣刀的外端部分伸出该止动部件，而在该垫中形成槽。当铣刀转动时，在铣刀与垫之间的相对轴向运动使铣刀的外端部分在垫上切出一初始凹陷。然后，在旋转的铣刀和垫之间的相对横向运动形成一槽，该槽从上述凹陷离开横向延伸，并与该凹陷具有基本相等的深度。铣刀与垫之间不同的横向运动用于形成各种各样的槽图案，槽的深度由所述止动部件来精确地控制。该槽可以形成于抛光表面和/或垫的后相对表面上；可以设置通道，用以提供后槽与抛光表面或前槽之间的相互连接。抛光表面中的槽可设有出口，通过该出口，可以在抛光表面与工件表面相接触时使磨料浆流出。

Description

带槽的抛光垫及其使用方法

相关申请

本申请根据35U.S.C.§119(e)的规定，要求于2000年6月29日提交的题为“带槽的抛光垫及其使用方法”的序列号为No.60/214,774的临时申请的权利。

技术领域

本发明涉及制作抛光垫的领域，更具体地，涉及为用于半导体基底的化学机械平面化(CMP)的抛光垫提供宏观结构表面。

发明背景

化学机械抛光多年以来被作为一种光学透镜和半导体晶片的抛光技术使用。最近，化学机械抛光被开发为一种用于将二氧化硅的金属间介质层平面化，以及当集成电路装置被制作在不同的基底上时用于除去集成电路装置内的导电层部分的手段。例如，可以将二氧化硅层相适应地覆盖一金属互连，以使得二氧化硅层的上表面的特征是具有一系列在高度和宽度上与下面的金属互连相对应的非平面的阶梯(台阶)。

在金属间介质层的上表面中的阶梯高度变化具有若干不希望的特征。这些非平面化介质表面可能影响其后的光刻加工步骤的光学分辨率，使得极难印出高分辨率线。另一个问题涉及到在金属间介质层上覆盖的第二金属层中产生的阶梯。如果该阶梯高度较大，金属覆盖可能会不完全，以致于在第二金属层内会形成开路。

为了解决这些问题，已开发了各种各样的技术以使金属间介质层的上表面平面化。其中一种方法就是利用磨料抛光除去沿介质层的上表面的突出的阶梯。根据这种方法，将一硅基底晶片面朝下安装于一载体(托架)下侧，并压在载体与工作台或压盘(压板)之间，工作台或压盘之上覆盖有以浆状磨料连续涂布的抛光垫。

还提供了将磨料浆(抛光浆)沉积于垫的上表面以及强制地将基底晶片压向抛光垫的手段，以便在磨料浆存在的情况下压盘和基底晶片彼此相对的运动导致晶片接触面的平坦化。晶片和工作台两者可以彼此相对地旋转，以擦掉突出的阶梯。该磨料抛光加工一直继续到介质层的上表面基本上平坦为止。

抛光垫可以由均质的材料制成，例如，聚氨酯或合成树脂粘结剂浸渍的无纺纤维，或者可以由在整个垫厚度具有非均匀物理特性的多层叠片结构制成。聚氨酯抛光垫通常通过在模子里放置一反应成份，固化该成份以形成垫材，然后冲切该垫材成所期望的尺寸与形状。构成聚氨酯或树脂粘结剂的试剂也可以在一圆柱形容器中反应。成形之后，圆柱形的垫材被切成薄片，以供此后作为抛光垫使用。一典型的层压垫可以有多层，例如将一海绵或弹性的微孔聚氨酯层层压到一坚固但有弹性的支承层上，该支承层包括一使用聚氨酯粘结剂的多孔聚酯毡。通常抛光垫的厚度范围为50-80密耳(mil)，优选的是大约55密耳，直径范围为10-36英寸，例如为大约22.5英寸。

抛光垫也可以具有通过使用各种技术的表面加工做成的宏观结构工作表面，这些技术中许多费用高，并产生所不希望的深度大幅变化的表面特征。表面特征，包括波纹、孔、皱纹、脊、裂口、凹陷、隆起、缝和凹坑。其他一些影响抛光垫的宏观表面结构的因素为尺寸、形状、和这些表面特征的分布频率或间隔。抛光垫通常也可以具有由加工过程内在的因素造成的垫的微观体部结构引起的微观结构表面。因为抛光通常不会在垫的整个表面进行，垫的任何微观结构以及由表面加工制成的宏观结构，可以只形成在将要进行抛光的垫的那一部分中。

在抛光过程中，从晶片表面除去的材料和磨料，例如，磨料浆中的硅石，易于压进并嵌埋在抛光垫的表面或其附近的微观和宏观体部结构中的凹坑、毛孔中，以及其他自由空间内。一个实现并保持高而稳定的抛光速率的因素是提供和保持垫表面处于清洁的状态。另一个因素是减少或防止因在垫和晶片对接表面之间形成的一层水而造成的液面滑行(水上滑行)效应。而且早已确认：以一控制的方式增加垫的柔韧性将会增加抛光的均匀度，即，抛光过的晶片表面的均匀度。

因此，利用传统的垫来保持实现均匀而高质量的晶片表面抛光带来了三个问题。第一，在垫和晶片之间的磨料颗粒以及碎片的形成导致不均匀的抛光以及对垫和晶片的损伤。第二，由于在传统方法中在垫和晶片之间的液面滑行导致的不均匀抛光造成了由于制成的晶片损伤而带来的较高的产量损失。第三，不均匀抛光和晶片损伤也是由现有技术加工的过于刚硬的垫造成的。所以，需要一种方法和装置，用以提供能够确保生产具有均匀抛光的表面的高质量晶片的抛光垫。

发明概述

因此，本发明提供一带槽的抛光垫，它能够在高质量晶片上确保形成均匀抛光的表面。用于制作垫的装置包括一压盘，该压盘有一定位柱，用于将一抛光垫保持在与一铣刀接触的位置上，以便在垫的工作表面上加工槽。为了在对垫铣槽时精确地控制槽的深度，一间距机构规定使垫的工作表面与用于保持并旋转铣刀的卡盘恒定而精确地分开。在2000年6月29目提交的题为“抛光垫铣槽方法和装置”的美国专利申请No.09/605,869中描述了一种此类装置，该申请的全部内部被包含在这里用作参考。

将垫置于压盘的支承表面上，使其工作表面相对于铣刀间隔开。铣刀卡盘和驱动马达由一框架支承在垫的对面。间距机构包括至少一个，优选的是两个或更多个，安装在供铣刀头穿过的一开口附近的框架上的止动部件。该铣刀的外端部分伸出到止动部件外，优选的是，止动部件为用螺纹拧在框架中的销子，以便可以轴向调节。一真空系统设置成给垫的工作表面施加一真空，以吸引该垫首先靠在铣刀的外端，然后靠在止动部件上。

在真空作用于垫时，由马达驱动铣刀的旋转使得铣刀的外端切出垫的初始凹坑(孔)进到其工作表面之下的一个深度。凹坑深度由止动部件精确限制，该止动部件在旋转的铣刀切入到垫中以形成初始凹坑时开始接触垫的工作表面。在形成初始凹坑后，当真空保持垫与止动部件接触时，一横向(侧向)运动机构引起旋转铣刀与垫之间的相对横向运动。

该横向运动使得旋转的铣刀在垫中切出一条从初始凹坑延伸离开的槽，该槽具有与初始凹坑基本相同的深度。该横向运动机构包括悬挂在顶梁上的上部和下部板，它们布置成用于在x-y平面内相对运动。例如，上部板可以安装在顶梁上，并由一或多个马达驱动的丝杠沿X-方向(沿X-轴)驱动；铣刀框架悬挂在下部板上，而下部板又安装在上部板上，并由一或多个马达驱动的丝杠沿Y-方向(沿Y-轴)驱动。可选择地，压盘可以代替铣刀框架类似地安装用于此类x-y运动，或压盘和铣刀框架两者可以安装用于此类运动。此外，压盘可以由马达驱动旋转，用以提供使铣刀和垫之间横向运动的额外手段。

从上可见，在止动部件与垫之间的在Z-方向(沿Z-轴)的相对运动可以由真空向铣刀和止动部件吸引垫时提供。在抛光垫由于其大直径和小厚度而柔韧的情况下，可以无需引导该种垫的运动。另外，垫沿Z-轴的大幅运动可以代替地通过沿Z-轴移动铣刀来避免，然后，在铣刀与垫之间的横向运动中利用真空来保持铣刀深度。

然而，垫沿Z-轴的运动可以由多个，优选的是两个或更多，从压盘沿与铣刀的旋转轴平行的轴线方向伸出的立柱导向。当压盘由一压盘驱动马达旋转时，这些导向立柱也可确保垫一同旋转，并对给盘而非给抛光垫开槽特别有效，例如，给较大厚度和较小直径的刚性盘开槽。如已经指出的，上部与下部横向运动板提供铣刀相对于垫沿X-轴和Y-轴方向的横向运动。因此，铣刀可以根据直角坐标系x，y和z，或根据圆柱形坐标系R，θ和Z相对垫移动。

前述相对横向运动允许在抛光表面或垫的相对后表面切割沟槽，以具有左旋或右旋图案，各处在不同半径上在一环状方向上延伸的锯齿形图案，同心圆槽，十字形线性槽，在其间的区域中具有螺旋槽或锯齿形的内和外圆槽，具有不同半径以及不同螺旋或锯齿形图案的内和外环段，或任意上述以及其他图案的组合，以在抛光表面上提供均匀的槽密度，或具有不同槽密度的抛光表面部分。另外，垫的抛光表面的带图案部分可以只局限于那些其上将要进行晶片抛光的区域。

在垫的背面或后表面切出槽图案的一个目的在于增加其柔韧性。另一个目的是提供后槽，该后槽通过钻出的或铣出的通道与前面或抛光表面槽相连接，从而形成外出口流道，将用于磨料浆排出抛光表面槽。

前和/或后槽的深度也可以通过轴向调节止动部件的伸出长度来为不同的图案而改变，止动部件优选的是对称的销；或通过轴向调节相对于轴向固定的止动部件的铣刀的伸出长度实现这种改变。为了提供柔韧性提高的垫，槽可以穿进垫到垫厚度的80％。垫的柔韧性也可以通过提供的槽的全部数目来调节，例如，8，32，或64螺旋的图案。

在CMP垫的工作或抛光表面中的槽，既可单独也可与后槽组合，显著地减少晶片抛光时的液面滑行效应，结果可以实现更高的抛光率。一具有较多螺旋槽的图案可以比具有较少螺旋槽的图案更有效地减少液面滑行效应，因为在同一时间段有较多的槽将经过正在抛光的晶片表面。由于选定的槽图案而导致的垫柔韧性的提高也有助于改进晶片表面抛光的均匀度。锯齿形槽图案的槽密度也可以变化，以控制抛光垫表面的不同区段内的抛光率分布，这可以提高晶片表面内的抛光均匀度。

为了进一步优化抛光加工，垫的主体可以由实心或多孔的有机材料制成，例如，由于强力交联而十分耐用的聚氨酯；或由一纤维有机材料，例如人造纤维和聚酯纤维中的至少一种制成，该材料也可以包含一粘合剂以及实心或多孔聚氨酯。垫主体可以制成一单层，或可以包括如美国专利申请No.09/599,514中所述的多层，该申请于2000年6月23日提交，题为“多层抛光垫，制造方法及其用途”，其全部内容结合于此并作为参考。

本发明提供的抛光垫对于介质材料，例如，二氧化硅，钻石状碳(DLC)，自旋玻璃(spin-on-glass)(SOG)，多晶硅，和氮化硅等材料的晶片抛光是理想的。此抛光垫还可以用于抛光其他那些例如由铜、铝、钨、以及这些或其他金属的合金制成的薄片或盘。

附图的简要说明

通过参照附图对优选实施例进行的详细说明可以对本发明的特性、操作以及优点有一个更好的理解。其中：

图1是示出了局部剖切的本发明的立面图，其中示意地示出了主要部件；

图2是沿图1中线2-2截取的平面截面图；

图3是图1中一部分的放大的局部剖视图；

图4示出了一种根据本发明制造的抛光垫，其中，槽图案包括8个起始于垫的中心附近并终止于垫的工作表面的外边缘附近的左旋螺旋槽；

图5示出了一种根据本发明制造的抛光垫，其中，槽图案包括32个起始于中心附近并终止于垫的工作表面的外边缘附近的左旋螺旋槽；

图6示出了一种根据本发明制造的抛光垫，其中，槽图案包括64个起始于中心附近并终止于垫的工作表面的外边缘附近的右旋螺旋槽；

图7示出了一种根据本发明制造的抛光垫，其中，槽图案包括多个径向间隔分布的锯齿形槽，每个槽绕着垫的表面沿基本恒定的半径对称地形成，并且其中，最内部与最外部槽的密度彼此不同，且也与中间槽的不同。

图8示意地示出了通过一通道连接到垫的抛光表面的未开槽部分的背面槽；

图9示意地示出了通过一通道连接到垫的抛光表面的前面槽的背面槽；

图10示意地示出了抛光垫的背面上交叉的槽；

图11示意地示出了由单层均匀材料制成的垫的抛光表面的槽的不同截面形状；

图12示意地示出了由一种材料的顶部垫与另一种材料的底部垫制成的复合垫的抛光表面的不同深度的槽；

图13示意地示出了由一种材料的顶部垫与另一种材料的底部垫制成的复合垫的抛光表面的槽的不同截面形状；和

图14示意地示出了用根据本发明的有槽垫抛光一工件的方法。

优选实施例的详细说明

图1至3最好地示出了本发明的抛光垫铣槽方法与装置。抛光装置具有一压盘10，一个抛光垫12支承在压盘上并由若干保持立柱14保持在一固定的径向位置。每个保持立柱14插配在形成于垫的主体内或垫的外周边中的通道或凹槽16(图4)内，并沿与垫的中心轴C平行的方向延伸，以便垫可以被导向作离开压盘表面的轴向运动，如图3中的箭头Z和空气间隙17所示。然而，对轴向可调的铣刀和/或具有足够大直径和小厚度的以允许被开槽部分运动的柔性垫而言，保持立柱14可以由非导向夹具代替。

与垫12的工作表面22相对安装的是一铣刀24，它可以被更换地保持在卡盘26内，并由铣刀马达28驱动旋转。铣刀马达28由被箱体32环绕的框架30承载，在框架与箱体的同心壁之间形成了一环形空间34，框架和箱体两者优选地都是圆柱形。一由箭头V表示的真空V在环形空间34之中由通过一软管38连接到箱体32上的风机36提供。压盘10被承载成可由压盘马达20驱动的驱动轴18驱动以任一方向旋转。马达20和28二者都可以是可逆类型，以便铣刀24可以沿任一方向旋转，如箭头R1所示；而压盘10也可沿任一方向旋转，如箭头R2所示。

多个止动销33安装于框架30的底壁31之上，并与用于铣刀24的通道35相邻。这些止动销平行于铣刀伸出，且其伸出距离小于铣刀本身的伸出距离。销33的伸出距离与铣刀的伸出距离之间的差限定了刀头端部37的长度，该长度等于由该刀头端部切割的槽的期望深度，对此可参照下文中与本发明的操作有关的更详细的说明。刀头端部37的伸出长度可以通过旋转一对小齿轮27和27而改变，这对小齿轮与一对与其相对应的安装于如图1所示的铣刀马达上的齿条29和29相啮合。优选地，销33以螺纹拧到底壁31之中用于轴向调节，以作为改变刀头端部37的伸出长度的另一种手段。销33可以有一个六角形的头部39，允许由一相应工具旋拧接合。

铣刀通过一横向运动机构安装在一上置支承或承载部件40上，统称为42，用以使铣刀在与铣刀的旋转轴线和抛光垫的相应中心轴C相垂直的x-y平面内横向运动。横向运动机构42可以是使铣刀24在x-y平面内进行精确的横向运动的任意结构，但在铣刀支承部件40本身可在x-y平面内运动时可不需要它，例如，当该部件40安装到一个精密控制的机械手上或其一部分上时。

作为示例，如图1和2所示的运动机构包括一下部板44，它通过两对螺纹套环48、48和50、50悬挂在上部板46上。上部板46本身又通过两对螺纹套环54、54和56、56悬挂在两对托架52、52和53、53之上。每一螺纹套环对48、48和50、50与由一可逆y-轴马达59驱动旋转的对应的驱动丝杠58螺纹接合，以使下部板44沿y-轴往返运动，如在图中以双向箭头Y所示。同样地，每个螺纹套环对54、54和56、56与由一可逆x-轴马达62驱动旋转的对应的驱动丝杠60螺纹接合，以使上部板46沿x-轴往返运动，如在图2中以双向箭头X所示。

下面将参照附图1至3对垫开槽装置的操作进行详细说明。开启风机36在环形通道34内产生真空V。该真空产生沿箭头Z方向的一向上的力Z，以提升和/或保持垫12靠在轴向可调的止动销33上，销33在此用以控制开槽深度。铣刀24以刀头端部37的长度伸出止动销33的末端，并将在铣刀由铣刀马达28驱动旋转时切入垫12。优选地，在施加真空后，启动铣刀并垂直调节。垫响应于真空V的任意向上运动，由保持立柱14和可以在垫12的主体内或周边中的对应的凹陷或通道16之间的接合来导向。铣刀24的端部37以可达到垫的厚度80％的长度伸出销33的顶端，以便铣刀的端部可以穿入垫80％的厚度。铣刀端部37的伸出长度可以通过旋转小齿轮27、27或旋转销33、33，或通过这些调节的组合来改变，从而改变开槽深度。

当铣刀24完全穿入垫后—这由止动销33顶端和垫12的工作表面22之间的对接来决定，铣刀在x-y平面内相对垫作径向运动，如图2中的双向箭头X和Y所示。该x-y运动可以仅通过马达59和62彼此相对移动下部板44和上部板46来实现，或者这些横向运动可以与压盘10绕中心轴C的旋转运动相组合，而同时铣刀24沿径向移动以形成螺旋槽。

下部板44沿y-轴方向的横向运动由与相应的螺纹套环48、48和50、50螺纹接合的丝杠58、58的旋转来产生。上部板46沿x-轴方向的横向运动由与螺纹套环对54、54和56、56螺纹接合的丝杠60、60的旋转来产生。压盘10的转动由压盘马达20驱动的轴18的转动来提供。相应地，铣刀24可以相对于抛光垫12在直角坐标系x，y的x，y平面内或圆柱坐标系R，θ内横向运动。另外，铣刀可以沿Z-轴在直角或圆柱坐标系内由未示出的传统机构手动或马达旋转小齿轮27而上下移动。

在直角与圆柱坐标系内沿Z-轴的向上运动也由响应于环形通道34内真空的形成垫12离开压盘10的表面22并靠在销33的末端的运动来实现。当真空因停止风机36而终了时垫沿z-轴向下运动。因此，垫12沿z-轴的这种运动由真空V产生的跨过垫的厚度的压力差产生。作为可选方案，一引起垫上述运动的压力差可以通过一系列气孔或喷嘴(未示出)在垫下面喷射压缩空气体而形成。

这样，由本发明形成的螺旋槽，优选地(但不是必须的)起始于垫的中心并终止于其外边缘附近。螺旋图案的方向可以是左旋的，如图4中的8条螺旋槽和图5中的32条螺旋槽所示；或者为右旋的，如图6中的64条螺旋槽所示。在图4-7中，为清楚起见，槽由粗黑实线表示，因为实际槽的相对边缘靠得太近以至于难于用双线表示。仔细观察就会发现，一单个连续的槽形成了图4的图案70、图5的图案72和图6的图案74，因此，铣刀一旦插入就可以直到完成该图案而不必缩回。

垫表面的螺旋槽将减少抛光时的液面滑行现象，其结果是，可达到一个更高的抛光率。相同表面面积内的较多数目的螺旋槽可以比较少数目的螺旋槽更有效地减少液面滑行现象，这是因为在同一时间段内，在用前者抛光时有更多的槽经过压靠在垫表面上的晶片的表面。由此可见，在垫的加工表面的每单位面积上的螺旋槽越多，与垫相结合用于晶片抛光的浆化磨料的除去速率就将越高。槽越多，垫也就越柔韧，这有助于提高晶片抛光的均匀度。

图7示出了一个由一外部槽76，一内部槽78与三个中间槽80、81和82组成的锯齿形槽图案。这些槽分别通过停止风机将铣刀从垫缩回，重新相对于垫横向定位铣刀，然后重新启动风机将铣刀穿入垫中而做成。然而，槽76、78、80、81和82可以相互连接，在这种情况下图案就可以是由一单个连续的槽形成，以消除从垫缩回铣刀的动作。图7的槽图案示出了槽密度可以在垫表面的不同部分上改变。槽密度的这种变化可以用来根据晶片与抛光垫表面压靠的部位来控制抛光率分布，并且，这也可有助于提高晶片抛光的均匀度。为了生成如图4至7所示图案或其他复杂的槽图案，定位马达20、59和62优选地由一微处理器(未示出)控制。

通常，抛光均匀度通过改变参数，例如，晶片旋转速度，抛光垫旋转速度或抛光带速度，或者由从晶片后面或从垫或带下面改变压力所产生的抛光压力，或通过改变其他工具参数来控制。其他影响抛光均匀度的变量包括耗材(即，垫，底垫和磨料浆)的特性等。

为了与垫或带一起使用磨料浆，磨料颗粒的尺寸和类型(即，矾土、二氧化铈或硅颗粒的不同相和形态)可以被改变，以获得不同的抛光速度与平面化率。可以将化学添加剂添加到磨料浆中，以保持磨料颗粒悬浮，以提高抛光率，以改变不同材料的相对抛光率，并保护抛光后的工件不受刮伤与腐蚀。磨料浆中化学物质与磨料的混合，可以通过使抛光速度在晶片边缘处进行得快而在中心处进行得慢，或者相反，对抛光均匀度产生影响。常常关键的参数，例如在不同材料的抛光率之间的选择性，在磨料浆设计中起决定(支配)作用，并会使抛光均匀度的程度固定下来。另外，几乎不可能开发并使用被优化用于目前在工业中使用的不同抛光工具的轻微不同的磨料浆成份。

对垫与底垫而言，垫的硬度和孔隙度是与抛光均匀度相关的最共同的控制特性。通常，还有分布在垫表面的穿孔，槽或凹痕，以便在为了在晶片上各处获得均匀的抛光去除率的抛光过程中，有助于确保将磨料浆均匀分布在晶片表面上。在垫开槽的情况下，至今为止所有使用的图案都是相等间隔的直线、同心圆或栅格图案的均匀图案。

本发明改变垫上的槽的密度以提高抛光均匀度。下面将具体阐述改变槽图案的密度对抛光均匀度的作用。在抛光垫的一区域的抛光表面上相对于另一区域增加槽密度，可使得在较高槽密度的区域比在较低槽密度的区域分布有更多的磨料浆。这样，在较高的槽密度区域比在较低的槽密度区域能实现高的抛光去除率。垫上的上述不均匀槽密度可以补偿由于抛光工具与磨料浆的缺陷产生的抛光不均匀，甚至可以补偿不均匀厚度的预先抛光膜或先前的不均匀抛光速率。例如，一具有边缘厚而中心薄的初始膜厚度的晶片，通过使用与图7中类似的在垫的边缘和中心处(即，在抛光时晶片轨迹的内边缘和外边缘)槽密度最高的垫，可以被抛光成使整个晶片具有均匀的厚度。

可以选择地，在中心相对于边缘具有较高槽密度的垫将在中心具有更快的抛光速率，并因此适用于中心轮廓较厚的膜。另外，该改变垫上槽密度的构思可以用于线性抛光带或垫，并可用于不同的槽图案与形状。其他可能的槽图案包括，但不限于，一单个连续的与图4-6中所示的相似的螺旋槽，但其中相邻螺旋间的间距在垫的不同区域内改变，以达到不同的槽密度；或在垫的一些区域内细密地分开而在垫的其他一些区域粗疏地分开的同心圆(或在带式抛光垫的情况下为直线)。

改变槽图案密度也可以影响抛光垫的性能。如图8和9各自所示，槽84可以单独或与前侧槽86结合加到垫的后侧。可以做出后侧槽84和85，如图10所示，在例如不希望有前侧槽的时候，用以增加垫的柔韧性。在垫的后侧上的槽还可以通过使用一个或多个穿过垫的孔88(图8)连通到垫的前侧，以释放对晶片的吸引或作为一种用于从垫的后侧到前表面通过空气、气体或液体，或它们的混合物的方法。另外，从后侧到前侧槽的孔或开口可以用作探针的接收器，该探针能够探测抛光加工的终点或完成，或探测指示垫的过度磨损的最小槽深。在没有后侧槽时，上述孔或其他开口还可以转而用于与支承垫的压盘的排放孔或通道对齐。垫后侧的槽可以通过一个或多个开口89与抛光侧上的槽连通，以释放对晶片的吸引，如图9所示，例如，这里顶侧槽是端部封闭的。这是一种重要的考虑，因为对晶片的吸引可能在CMP步骤完成时阻止晶片从抛光垫上移除。从后侧穿过连通通道的一股空气或液体可以将晶片及时地从抛光垫上卸下。

另外，前侧和后侧槽的底部可以做成一半圆形S2或一倒角形S3而代替矩形S1，如图11和13中所示，以使抛光屑更难于在槽中积聚，和/或有利于将屑从槽中清除出去。为了优化具有一复合主体90的垫的柔韧性，槽的深度可以小于或等于或大于粘接到或固定到一底部垫94的上表面的顶部垫92的厚度，分别如图12的槽G1、G2和G3所示。对于图13，也可以让底部垫94或在垫92和底部垫94之间的中间层具有与垫92不同的颜色，以提供一种用于现场确定为保持垫的抛光功效所允许的垫的最小磨损度的手段。可选择地，任一槽的底部带颜色的部分，或在槽底部或附近的各种类型的底部颜色指示器可以用于此目的。为了优化抛光均匀度并使液面滑行效应最小，槽可以是连续的(端部开口的)或分段成一或多个端部封闭的顺序段。

上述说明涉及到用于优化CMP抛光垫的性能的方法。当这些优化的垫与选择的合适磨料颗粒尺寸、pH值等的磨料浆结合使用时，可以进一步改进一种用于金属和介质膜的CMP抛光加工。要进一步优化该抛光加工，垫的主体可以用实心或多孔有机材料，例如因强力的交联而十分耐用的聚氨酯做成，或用纤维有机材料例如人造纤维和聚酯纤维的至少一种—而且该材料也可以包含粘接剂以及实心或多孔聚氨酯—做成。

图14示出了用磨料浆S和抛光垫96抛光晶片95，该抛光垫96具有两个螺旋槽97和98并安装到压盘100上。在抛光垫96之上，是一个保持架102，它用于承载晶片95并将其压靠在抛光垫96的抛光表面99上。在抛光过程中，保持架102可由一驱动轴104驱动旋转，而压盘100可由一驱动轴106驱动旋转。保持架102和压盘100可以如箭头R1和R2所示顺时针或逆时针旋转，而保持架102可与压盘100以相同的方向旋转，或者以相反的方向旋转。优选地，保持架102与压盘100两者以与螺旋槽的从其内端向其外端的方向相同的方向旋转，例如，根据如图14所示的槽逆时针旋转。另外如图14所示，槽97和98具有出口(开口末端)114和116，垫96在槽的内端有孔118和120，压盘100具有用于提供磨料浆从槽流出的路径的流体通道122和124。

当保持架与压盘旋转时，保持架102可以如箭头O1所示沿抛光垫来回摆动。磨料颗粒的料浆由软管110供应的喷管108以喷雾S排出，沉积在抛光表面99上。喷嘴108安装在一摆动部件112之上，以便喷雾S也可以如箭头O2所示沿抛光垫来回摆动。

传统地，CMP涉及到各种磨料浆的开发，每种磨料浆具有不同的磨料，例如，W，SiO2，Al或Cu，还涉及到用于每种晶片或其他工件材料的各种垫的开发。该做法的一个主要弊端在于CMP对于磨料浆与工件之间的化学反应，以及垫、磨料浆和工件之间的相互机械作用的依赖性。这导致了本发明的带槽抛光垫的开发，用以改善磨料浆在垫的抛光表面来回流动，并防止导致无效抛光率的不希望的机械效应，例如，其中垫与被抛光的工件相互以微小的摩擦相对滑过的液面滑行现象。

本发明还结合使用特定磨料浆与带槽抛光垫的组合，以增强不同材料的抛光率，并提高抛光均匀度。通过选择一特定的磨料浆/垫组合，可以通过增强磨料浆在被抛光材料上的来回流动有效地增强抛光加工，并通过避免液面滑行区域来增强机械摩擦。一个这样的例子是，对于氧化物晶片抛光，使用带槽的聚氨酯基的垫和硅土基的磨料浆。另一个例子是，由粘接剂和/或聚氨酯浸渍纤维做成的抛光垫与矾土(铝氧土)基磨料浆一同使用，用以Cu和W金属抛光。为了避免由天然或合成软纤维做成的复合垫的撕裂，聚氨酯涂覆的纤维被证明可以用于垫的修整和开槽。这样，通过结合用于特殊工件材料的最佳抛光化学作用和本发明的带槽垫，可以获得显著的抛光率和抛光均匀度的优点。

本技术领域的技术人员，在获得本公开内容之后，将会认识到，在不对本发明的部件和步骤的功能产生大的影响的情况下，可以对它们进行各种变化与变更。例如，用于垫和铣刀的支承结构，用于控制槽深度的止动部件的特性与形状，用于施加将垫保持靠在止动部件上的压力差的结构，和用于提供铣刀与垫之间相对横向运动的结构，以及所有如上举例所述的，可以根据当前或将来的用于提供这些系统与部件的功能的技术作较大的改动。例如，压盘可以包括一排用于在垫之下提供一压缩空气垫的空气通道与出口，用以提供用于将垫保持在止动部件上的全部或部分压力差。另外，除被旋转之外，压盘与垫两者都可以通过将压盘驱动马达安装在一与上述安装铣刀马达的机构42相似的横向运动机构上在x-y平面内运动。除上述的前和/或后槽图案、深度和/或形状的结合之外，它们另外的结合和在垫和/或其支承压盘内的其他类型的液体通道，也可以是所希望的。因此，尽管上面以举例方式对优选的实施例予以详细示出并说明，但进一步的改动与实施例是可能的，而不会脱离开本发明如下述权利要求所限定的范围。

Claims (24)

1.一种用于给工件抛光的垫，它包括：

一个主体，该主体具有一个配置为抛光表面的基本上平坦的前面，其中至少一个延长的抛光槽设置在上述抛光表面的一个开槽部分中，以便当上述垫旋转时，该开槽部分扫过与上述抛光表面接触的整个工件表面；

一个基本上平行于上述前面的背面，其中至少一个背面槽设置在上述背面中；和

至少一个连接上述至少一个背面槽和上述至少一个抛光槽的流体通道。

2.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，它与沉积于上述抛光表面的磨料浆一起使用，其中上述至少一个抛光槽与至少一个流体出口连通，以便当上述抛光表面与上述工件表面接触时上述磨料浆可以通过上述出口流出上述槽。

3.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述至少一个抛光槽具有一个在相对的侧壁间延伸的底表面。

4.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，它具有多个径向延伸的抛光槽或一个连续的径向延伸的抛光槽，所述抛光槽提供了多个槽通道以通过与上述旋转抛光表面接触的工件表面，其中上述通道的数目是距上述垫的中心部分的距离的一个函数。

5.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述垫的抛光表面具有至少1个螺旋槽。

6.根据权利要求5所述的垫，其特征在于，上述垫的抛光表面具有至少8个螺旋槽。

7.根据权利要求5所述的垫，其特征在于，上述垫的抛光表面具有至少32个螺旋槽。

8.根据权利要求5所述的垫，其特征在于，上述垫的抛光表面具有至少64个螺旋槽。

9.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述至少一个抛光槽是锯齿形槽，该锯齿形槽在一环状方向上延伸，以提供一个具有锯齿形槽图案的上述抛光表面的环状区段。

10.根据权利要求9所述的垫，其特征在于，上述垫的抛光表面有多个各自在一环状方向上延伸的上述锯齿形槽，以提供上述抛光表面的多个环状区段，上述环状区段各有一个不同的槽图案用以改变上述环状区段间的槽密度。

11.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，还包括在至少一个上述抛光槽中用以确定由使用中的上述垫引起的上述抛光表面的磨损程度的装置。

12.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，磨料浆被用于放在所述抛光面上，其中上述垫的背面上的上述槽与在上述抛光面上的上述槽连通，上述磨料浆从上述抛光面上的槽排放出去。

13.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述流体通道提供上述抛光表面与环境压力之间的流体连通。

14.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述背面槽与上述抛光面通过所述流体通道相连通，所述流体通道通过气体、液体或它们的混合物。

15.根据权利要求3所述的垫，其特征在于，上述抛光槽的底表面具有一半圆形或一倒角形，以便容易地将抛光屑从上述抛光槽去除。

16.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述垫主体包括一顶部垫和一底部垫，上述抛光槽或上述背面槽的深度小于、等于或大于上述顶部垫的厚度，上述深度被选择成用以优化垫的柔韧性。

17.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述至少一个抛光槽是端部开口的以成为连续的槽，或具有多个封闭的端部以提供多个顺序的槽段。

18.根据权利要求1所述的垫，其特征在于，上述垫的主体包括一种实心有机材料，一种多孔有机材料，或一种包含一种粘接剂以及人造纤维和聚酯纤维中的至少一种的纤维有机材料。

19.一种用于抛光工件表面的方法，它包括：

提供一个抛光垫，该抛光垫包括：

一个主体，该主体具有一个配置为抛光表面的基本上平坦的前面，其中至少一个延长的抛光槽设置在上述抛光表面的一个开槽部分中，以便当上述垫旋转时，该开槽部分扫过与上述抛光表面接触的整个工件表面，

一个基本上平行于上述前面的背面，其中至少一个背面槽设置在上述背面中，和

至少一个连接上述至少一个背面槽和上述至少一个抛光槽的流体通道；

将上述垫放置于一个抛光工具中的旋转压盘上；

将上述工件安装于上述抛光工具的一个保持装置中；

向上述垫的抛光表面供应磨料浆；并

当上述抛光表面与上述工件表面相接触时，运动上述工件、上述垫、或上述工件和上述垫两者。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，至少一个上述背面槽与上述抛光工具的至少一个流体出口连通。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，上述垫或上述垫和上述压盘两者包括至少一个用于将上述磨料浆从上述抛光槽排放出去的流体通道。

22.一种用于给工件抛光的垫，它包括：

一个主体，该主体具有一个配置为抛光表面的基本上平坦的前面，其中至少一个延长的抛光槽设置在上述抛光表面的一个开槽部分中，以便当上述垫旋转时，该开槽部分扫过与上述抛光表面接触的整个工件表面，其中上述至少一个抛光槽是锯齿形槽，该锯齿形槽在一环状方向上延伸，以提供一个具有锯齿形槽图案的上述抛光表面的环状区段。

23.根据权利要求22所述的垫，其特征在于，上述垫的抛光表面有多个各自在一环状方向上延伸的上述锯齿形槽，以提供上述抛光表面的多个环状区段，上述环状区段各有一个不同的槽图案用以改变上述环状区段间的槽密度。

24.一种用于给工件抛光的垫，它包括：

一个主体，该主体具有一个配置为抛光表面的基本上平坦的前面，其中至少一个延长的抛光槽设置在上述抛光表面的一个开槽部分中，以便当上述垫旋转时，该开槽部分扫过与上述抛光表面接触的整个工件表面；和

在至少一个上述抛光槽中用以确定由使用中的上述垫引起的上述抛光表面的磨损程度的装置。

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