具有徑向交替凹槽段結構的化學機械拋光墊的製作方法

2023-05-05 01:42:36

專利名稱：具有徑向交替凹槽段結構的化學機械拋光墊的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及拋光領域。具體來說，本發明涉及具有徑向交替凹槽段(segment)結構的化學機械拋光(CMP)墊。
背景技術：
在集成電路和其他電子器件的製造過程中，將多層導電材料、半導體材料和介電材料沉積到半導體晶片表面上，然後又在半導體晶片表面上進行蝕刻。可以使用許多種沉積技術來沉積出導電材料，半導體材料和介電材料薄層。現代晶片加工中的常規沉積技術包括物理蒸氣沉積(PVD)(也被稱為濺射)，化學蒸氣沉積(CVD)，等離子體輔助的化學蒸氣沉積(PECVD)和電化學鍍等。常規蝕刻技術包括溼法和幹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，晶片的層表面變得不平坦。由於隨後的半導體加工(例如光刻)要求該晶片具有平坦表面，所以需要周期性地對晶片進行平面化。平面化適合於除去不希望有的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，成團材料，晶格損壞，劃痕和被汙染的層或材料。
化學機械平面化即化學機械拋光(CMP)是用來使半導體晶片等工件平面化的常用技術。在使用雙軸旋轉拋光機的常規CMP中，將晶片載體即拋光頭安裝在載體組合件上。拋光頭固定晶片，使晶片與拋光機中拋光墊的拋光層接觸。拋光墊的直徑大於需要進行平面化的晶片直徑的2倍。在拋光過程中，拋光墊和晶片分別圍繞各自的中心旋轉，同時使晶片壓在拋光層上。晶片旋轉軸相對於拋光墊旋轉軸的偏置距離大於基片的半徑，使得拋光墊的旋轉在墊拋光層上掃出一個環形「晶片軌跡」。當晶片僅發生旋轉運動時，晶片軌跡的寬度等於晶片的直徑。然而，在一些雙軸拋光機中，晶片在垂直於其旋轉軸的平面內發生振蕩。在此情況下，晶片軌跡的寬度大於晶片的直徑，所超出的程度取決于振蕩的位移。載體組合件在晶片和拋光墊之間施加可控的壓力。在拋光過程中，使漿料或其他拋光介質流到拋光墊上，流入晶片和拋光層之間的間隙中。晶片表面因拋光層和表面上拋光介質的化學和機械作用被拋光而變平。
正在越來越多地對CMP過程中拋光層、拋光介質和晶片表面之間的相互作用進行研究，以便優化拋光墊的結構。這些年來的大多數拋光墊的改進實際上還是經驗性的。拋光面或拋光層的許多結構將重點集中在使這些拋光層具有各種據稱能夠提高漿料利用率和拋光均勻性的空隙圖案和凹槽排列。這些年來，已經實現了相當多的不同凹槽和間隙的圖案和排列。現有技術的凹槽圖案包括徑向，同心圓狀，笛卡兒格子狀和螺旋形狀等。現有技術的凹槽結構包括所有凹槽的深度和寬度都相同，以及各個凹槽深度和寬度都不相同的結構。
一些旋轉CMP墊的設計者設計出了具有包括兩種或多種凹槽結構的拋光墊，所述兩種或多種凹槽結構互相之間根據它們距離拋光墊中心的一個或多個徑向距離而發生改變。設計者稱這些拋光墊具有出眾的拋光均勻性和漿料利用率等性能。例如，Osterheld等人的美國專利第6520847號揭示了幾種具有三個同心環形區域的拋光墊，每個區域的凹槽結構都與另兩個區域不同。在不同的實施方式中，這些結構的差異是不同方面的。結構差異的方面包括凹槽數量、凹槽橫截面積、凹槽間隔和凹槽類型等方面。現有技術CMP拋光墊的另一個例子是，Kim等人在韓國專利申請公開第1020020022198號中揭示了具有許多一般為徑向非線性凹槽的拋光墊，所述凹槽具有以下特徵(1)在拋光墊的徑向內部部分在拋光墊設計的旋轉方向上彎曲；(2)在晶片軌跡內反向彎曲；(3)在靠近拋光墊外邊的部分，在與拋光墊設計的旋轉方向相反的方向上彎曲。Kim等人指出這種凹槽結構能快速除去拋光過程的副產物而使產生的缺陷最小。
儘管迄今為止拋光墊設計者們已經設計了包括兩種或多種互不相同凹槽結構或凹槽結構在拋光墊的不同區域不同的CMP墊，但是這些設計並未直接考慮通過改變拋光介質在晶片軌跡的寬度範圍內在晶片和拋光墊之間的間隙流動的速率所帶來的益處。目前本發明人的研究表明，使拋光介質以較快的速率在一個或多個晶片軌跡區域內的拋光墊-晶片間隙內流動，同時限制拋光墊在晶片軌跡的一個或多個其它區域內的流動的速率，可以使拋光得到改進。因此，需要有能夠控制並改變拋光介質在拋光墊-晶片間隙內流動速率的CMP拋光墊結構。

發明內容
本發明一方面提供了一種拋光墊，它包括a)一個拋光層，它構造為在拋光介質存在的條件下，對磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一種進行拋光，該拋光層具有旋轉中心，還包含與該旋轉中心同心的環狀拋光軌跡，該拋光軌跡具有一寬度；b)位於所述拋光層中的許多凹槽，各個凹槽橫穿所述環形拋光軌跡的整個寬度，所述凹槽的非本徵曲率(extrinsic curvature)在所述環形拋光軌跡內具有至少兩個突變(discontinuity)，所述至少兩個突變的方向互相相反，能增大或減小非本徵曲率值，並包括從第一突變徑向向內的第一方向，位於第一突變和第二突變之間的第二方向，以及從第二突變徑向向外的第三方向，並且至少一對相鄰方向之間的方向改變為-85°至85°。
在本發明的另一方面中，拋光墊如上所述，用N表示一個數字，各凹槽具有N個突變，在這N個突變發生N個過渡，與N次過渡區在位置上交替的N+1個流動控制段，這N個過渡區的寬度不大於拋光軌跡的寬度除以2N。
在本發明的另一方面中，提供了一種在拋光介質存在的條件下，對磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一種進行拋光的方法，該方法包括用拋光墊進行拋光，所述拋光墊包括i)構造為用來在拋光介質存在的條件下對磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一種進行拋光的拋光層，該拋光層具有一個旋轉中心，並包含與旋轉同心的具有一寬度的環形拋光軌跡，所述環形軌道具有至少3個流動控制區；ii)位於所述拋光層中的許多凹槽，各個凹槽橫跨所述環形拋光軌跡的整個寬度，所述凹槽的非本徵曲率在所述環形拋光軌跡內具有至少兩個突變，所述至少兩個突變是方向相反的，能增大或減小非本徵曲率的值，並具有從第一突變徑向向內的第一方向，位於第一突變和第二突變之間的第二方向，以及從第二突變徑向向外的第三方向，至少一對相鄰方向之間的方向改變為-85°至85°；以及b)使用所述至少三個流動控制區中的每一個區調節基片的拋光去除速率。


圖1是適用於本發明的雙軸拋光機的一部分的透視圖；圖2A是本發明拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的三個流動控制段和兩個斜率逐漸變化的突變；圖2B是圖2A各凹槽軌道的圖；圖2C是圖2A各凹槽軌道的斜率圖；圖2D是圖2A各凹槽軌道的非本徵曲率圖；
圖3A是本發明拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的三個正曲率流動控制段和兩個斜率急劇變化的突變；圖3B是圖3A各凹槽軌道的圖；圖3C是圖3A各凹槽軌道的斜率圖；圖3D是圖3A各凹槽軌道的非本徵曲率圖；圖4A是本發明拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的三個正曲率流動控制段和兩個斜率逐漸變化的突變；圖4B是圖4A各凹槽軌道的圖；圖4C是圖4A各凹槽軌道的斜率圖；圖4D是圖4A各凹槽軌道的非本徵曲率圖；圖5A是本發明拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的兩個正曲率流動控制段、一個負曲率流動控制段和兩個不等寬度的斜率逐漸變化的突變；圖5B是圖5A各凹槽軌道的圖；圖5C是圖5A各凹槽軌道的斜率圖；圖5D是圖5A各凹槽軌道的非本徵曲率圖；圖6A是本發明拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的一個正曲率流動控制段、兩個負曲率流動控制段和兩個斜率逐漸變化的突變；圖6B是圖6A各凹槽軌道的圖；圖6C是圖6A各凹槽軌道的斜率圖；圖6D是圖6A各凹槽軌道的非本徵曲率圖；圖7A是本發明拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的三個圓弧形流動控制段和兩個斜率逐漸變化的突變；圖7B是圖7A各凹槽軌道的圖；圖7C是圖7A各凹槽軌道的斜率圖；圖7D是圖7A各凹槽軌道的非本徵曲率圖；圖8A是現有技術拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的兩個圓弧形段和一個斜率逐漸變化的突變；圖8B是圖8A各現有技術凹槽軌道的圖；圖8C是圖8A各現有技術凹槽軌道的斜率圖；圖8D是圖8A各現有技術凹槽軌道的非本徵曲率圖；圖9A是本發明拋光墊的俯視圖，該拋光墊包括大量凹槽，每個凹槽具有位於拋光軌跡內的五個正曲率流動控制段和四個斜率急劇變化的突變；圖9B是圖9A各凹槽軌道的圖；圖9C是圖9A各凹槽軌道的斜率圖；圖9D是圖9A各凹槽軌道的非本徵曲率圖。
具體實施例方式
參見附圖，圖1一般性地顯示了適合使用本發明拋光墊104的雙軸化學機械拋光(CMP)機100的主要結構。拋光墊104通常包括用來與半導體晶片112(處理過或未處理過的)或其它工件(例如玻璃、平板顯示器或磁性信息儲存碟片等)之類的製品接觸，從而在拋光介質120的存在下對工件的拋光表面116進行拋光的拋光層108。為了方便起見，在本說明中使用術語「晶片」進行泛指。另外，在包括權利要求書在內的本說明書中，術語「拋光介質」包括含顆粒的拋光溶液和不含顆粒的溶液，後者例如是不含磨料的活性液體拋光溶液。拋光層108通常包括環形晶片軌跡即拋光軌跡122，隨著拋光機100的拋光墊104旋轉，且晶片112壓在拋光墊上時，晶片112掃出該拋光軌跡122。
如上文所述，接下來還將詳細描述，本發明包括提供具有凹槽結構(例如見圖2A的凹槽結構144)的拋光墊104，這種結構能很大地改變拋光介質120在拋光軌跡122寬度範圍內在拋光墊-晶片間隙內的速率。根據本發明改變拋光介質120的速率，拋光墊104的設計者能夠以另一種方式改變拋光介質在拋光軌跡122的不同區域的停留時間，使得設計者能夠更好地控制拋光過程。
拋光機100可包括臺板124，拋光墊104安裝在臺板上。可通過臺板驅動機構(未顯示)使臺板124繞旋轉軸128旋轉。將晶片112安裝在可繞旋轉軸136旋轉的晶片載體132上，旋轉軸136與臺板124的旋轉軸128平行，並與其相隔一定距離。晶片載體132的特徵是裝有萬向架聯動裝置(未顯示)，可使晶片112略微不平行於拋光層108，在此情況下旋轉軸128、136會是略微傾斜的。晶片112具有面對著拋光層108的拋光表面116，該表面就在拋光過程中被平面化。可用載體支架組合件(未顯示)來支承晶片載體132，在拋光過程中，載體支架組合件使晶片112旋轉，並施加向下的力F將拋光表面116壓在拋光層108上，使拋光表面和拋光層之間存在所需的壓力。拋光機100還可包括用來為拋光層108提供拋光介質120的拋光介質入口140。
本領域的技術人員能夠理解，拋光機100可包括其它部件(未顯示)，例如系統控制器、拋光介質的儲存器和輸入系統、加熱系統、淌洗系統和用來控制拋光過程各種方面的各種控制系統，例如(1)用來控制晶片112和拋光墊104中一者或兩者的旋轉速率的速率控制器和選擇器；(2)用來改變向拋光墊輸送拋光介質120的速率和位置的控制器和選擇器；(3)用來控制施加在晶片和拋光墊之間力F大小的控制器和選擇器；以及(4)用來控制晶片旋轉軸136相對於拋光墊旋轉軸128的位置的控制器、致動器和選擇器等。本領域的技術人員能夠理解這些部件的結構和運行，因此不需要對其進行詳細解釋，本領域技術人員便可理解和實施本發明。
在拋光過程中，拋光墊104和晶片112圍繞其各自的旋轉軸128、136旋轉，從拋光介質入口140將拋光介質120輸送到旋轉的拋光墊上。拋光介質120在拋光層108上散布開，包括散布到晶片112下面和拋光墊104之間的間隙內。拋光墊104和晶片112通常以0.1-150rpm的選定轉速旋轉，但並非必須以此轉速旋轉。通常對力F進行選擇，使晶片112和拋光墊104之間產生所需的0.1-15磅/平方英尺(6.9-103千帕)的壓力，但是並非必須在此範圍內。
圖2A顯示圖1的拋光墊104，拋光墊上具有凹槽144結構，該結構是具有大量凹槽148，這些凹槽148包含多個其形狀能用來控制拋光過程中拋光介質120(圖1)流速的流動控制段CS1-CS3。可以認為各個流動控制段CS1-CS3位於相應的拋光介質流動控制區CZ1-CZ3內，根據這些控制區內各自的控制段的形狀和方向(將在下文進一步討論)，拋光介質(未顯示)在這些控制區內以不同的速率流動。
在圖2A的拋光墊中，在拋光介質流動控制區CZ1中的流動控制段CS1的形狀用來促進拋光介質在拋光過程中的流動。具體來說，流動控制段CS1呈直線形，相對於拋光墊104的旋轉中心200是徑向的。當拋光墊104以勻速旋轉時(在拋光過程中通常如此)，會使拋光介質在離心力的作用下產生徑向流，徑向流就沿著徑向的凹槽段CS1所提供的與拋光介質的這種徑向流成一直線的路徑，從而促進了拋光介質的流動。本領域技術人員可以理解，如果希望流動控制段CS1促進流動，這些控制段不一定是徑向的，也不一定是直線形的。例如，控制段可以是彎曲和「蜿蜒」的，即通常在與設定的旋轉方向204(所述設定的旋轉方向204即在拋光過程中設定的拋光墊旋轉方向)相同或相反的方向上延伸，從而得到流動控制段CS1-CS3的所需效果。
如圖所示的拋光墊104的流動控制段CS2的形狀能用來在拋光過程中當拋光墊在設定的旋轉方向204旋轉時抑制拋光介質的流動。在此情況下，控制段CS2略微彎曲並朝著設定的旋轉方向204彎曲。在拋光過程中，拋光墊104在設定的旋轉方向204旋轉，上述結構有助於將拋光介質保留在拋光介質流動控制區CZ2內，直至受到晶片壓在拋光墊上進行旋轉的晶片112的作用。本領域技術人員可以理解，流動控制段CS2的的變量包括曲率(或不存在曲率)和取向(相對於幅射狀線的方向)即彎曲方向(順時針方向表示負角度，逆時針方向表示正角度)，如果有彎曲的話。與流動控制段CS1相似，控制段CS2不必抑制拋光介質的流動。相反的，這些控制段的形狀可以促進拋光介質的流動。例如，流動控制段CS2可以是徑向的，或者背著設計旋轉方向204彎曲。
在所示的實施方式中，在拋光介質流動控制區CZ3中的流動控制段CS3，其形狀與控制段CS1基本相同，即流動控制段CS3是直線形，並相對於拋光墊104的旋轉中心200是徑向的。在拋光過程中，這種徑向延伸的流速控制段結構有助於促進拋光介質的流動。與流動控制段CS1和CS2類似，控制段CS3實際可具有能夠促進或抑制拋光介質流動的任意形狀。應當注意流動控制段CS1-CS3的促進流動或抑制流動的效果是相對的而非絕對的。也即是說，無論將任何一個拋光介質流動控制區CZ1-CZ3中的流動控制段看作是「促進流動的」或「抑制流動的」，都是相對於下一個相鄰流動控制區中的流動控制段衡量的。例如，在另一種結構(未顯示)中，從絕對意義上講，三個相鄰的拋光介質流動控制區CZ1-CZ3中的凹槽段CS1-CS3均可看作是促進流動的，例如一個控制區內的控制段是徑向的，另一個控制區內的控制段朝著與設定的旋轉方向相反的方向彎曲，但是從相對意義上講，某一個控制段相對於另一個控制段可以是促進流動的或抑制流動的。換而言之，一種結構可以比其它結構更好地促進流動。
由於在拋光過程中，流動控制段CS1和CS3分別控制在晶片112徑向內邊緣208和徑向外邊緣212(相對於拋光墊104)下面和相鄰的區域內拋光介質的流動，因此將流動控制段CS1和CS3分別稱為「內邊緣流動控制段」和「外邊緣流動控制段」。尤其是當拋光介質輸送到拋光墊104上的拋光軌跡122圓環形內邊界216以內時，內邊緣流動控制段CS1可延伸越過內部邊界進入拋光墊的中心區220。這樣，內邊緣流動控制段CS1可促進拋光介質進入拋光軌跡122的移動。類似的，當拋光軌跡122的圓形外邊界224在徑向上位於拋光墊104外邊230以內時，外邊緣流動控制段CS3優選延伸穿過外邊界，能促進拋光介質流出拋光軌跡122。另外，應當注意，通常需要(但並非總是需要)內邊緣控制段CS1和外邊緣控制段CS3具有彼此相同的取向和曲率，以便在拋光軌跡122的內部區域和外部區域對基片112進行基本相同程度的拋光。在本文中，取向是基於相應流動控制段CS1-CS3中凹槽軌道的橫向中心線，並用該中心線與幅射狀線R(如圖2A所示)形成的夾角來衡量。因此，無論兩個流動控制段相鄰與否，可對這兩個流動控制段的取向進行比較。例如，如果流動控制段CS1是徑向的，並且流動控制段CS3也是徑向的，可以說它們取向相同(即使它們的方向可能不同)。曲率可以定義為該段的非本徵曲率。下文將更詳細地描述非本徵曲率。
由於在各個拋光介質流動控制區CZ1-CZ3內流動控制段CS1-CS3對拋光介質流速的影響各不相同，因此經常需要為各個凹槽148提供過渡段TS1、TS2，以便從一個流動控制段CS1-CS3過渡到相鄰的流動控制段。可將這些過渡段TS1、TS2看作是位於相應的流動控制區CZ1-CZ3之間的環形過渡區TZ1、TZ2內。為了使晶片112下面，即在拋光軌跡122內提供不同拋光介質流速的區域，不難看出過渡區TZ1必須全部包含在拋光軌跡內，並與拋光軌跡的內部邊界216隔開，使流動控制區CZ1的至少一部分位於拋光軌跡內。同樣的，如果至少一部分的流動控制區CZ3位於拋光軌跡122內，則過渡區TZ2必須也全部包含在拋光軌跡內，並與拋光軌跡的外部邊界224隔開。
參見圖2B-2D和圖2A，圖2B-2D顯示如何用各凹槽148(顯示在圖2B中)的方向(圖2B)、斜率(圖2C)和非本徵曲率κ(圖2D)對各凹槽進行描述。各流動控制段CS1-CS3的方向向量V1-V3是由各流動控制區中凹槽軌道的橫向中心線給出的。各方向向量V1-V3與相鄰的方向向量形成某一角度。方向向量V1和方向向量V2相交形成夾角α。方向向量V2和方向向量V3相交形成夾角β。當角度α和β接近90°時，拋光介質的流動受到了阻礙。當兩個相鄰流動控制段之間發生急劇的方向突變(對應於小過渡區)時，更是如此。至少一對相鄰流動控制段之間的方向改變，(按它們相應的方向向量形成的角度來衡量)優選為-85°至85°(-85°至0°和0°至85°)，更優選為-75°至75°(-75°至0°和0°至75°)，最優選為-60°至60°(-60°至0°和0°至60°)。最優選的是，將這些方向改變的範圍適用於所有相鄰的兩個流動控制段。
在數學中眾所周知的是，平面曲線的斜率等於限定該曲線的函數的一階導數。圖2C是圖2B的凹槽148的斜率的斜率曲線240。下文將結合凹槽148的非本徵曲率對斜率曲線240進行更詳細的描述。同樣在數學中眾所周知的是，在平面曲線一給定點的非本徵曲率κ定義為在這一點曲線的正切的導數。如果θ表示曲線與固定的參照軸所成角度沿該曲線路程長度s變化的函數，則κ＝dθ/ds。可以用笛卡爾坐標x和y描述平面曲線，x和y為通常尺寸的正交坐標，這說明(ds)2＝(dx)2+(dy)2，θ＝tan(dy/dx)。因此，ds/dx＝[1+(dy/dx)2]1/2。因此，可如下直接求出導數dθ/ds來確定曲率κ=dds=dxdsddx=dxdsd[tan-1(dydx)]dx=11+(dydx)2d2ydx21+(dydx)2=d2ydx2[1+(dydx)2]3/2]]>圖2D顯示曲率κ隨x軸測得的沿凹槽148的徑向位置的曲率圖。
從曲率圖244不難看出，凹槽148(圖2B)的非本徵曲率有對應於過渡段TS1和TS2(圖2A和2B)的兩個突變D1、D2。突變D1、D2是由凹槽148在各過渡段TS1和TS2內方向改變的曲率造成的。也即是說，在圖2B中隨著凹槽148從左邊延伸至右邊時，突變D1是由於過渡段TS1從內邊緣流動控制段CS1通常向左過渡到逆時針彎曲的中間流動控制段CS2造成的，突變D2是由於過渡段TS2從中間流動控制段CS2通常向右過渡到徑向的外邊緣流動控制段CS3造成的。
在此實例中，內邊緣流動控制段CS1和外邊緣流動控制段CS3都是直線形，中間流動控制段CS2是螺旋弧形。在下面的實例中將進一步說明，各流動控制段CS1-CS3的形狀可與所示的形狀不同。例如，流動控制段CS1-CS3中的任意一段可以是直線形、螺旋弧形、圓弧形或其它彎曲形狀(例如橢圓形)的弧形。通常流動控制段CS1-CS3的形狀遵照拋光墊的設計以達到特定的結果，例如從晶片的中心到晶片邊緣都具有均勻的去除速率。
應當注意突變D1和D2的方向互相相反，即沿凹槽從左向右看，其中一個突變(D1)對應於非本徵曲率增大，另一個突變(D2)對應於非本徵曲率減小。在任何凹槽中，例如具有三個流動控制段(例如流動控制段CS1-CS3，其中內流動控制段和外流動控制段的取向彼此相同，並與中間流動控制段的取向不同的凹槽148)中都必須如此。當這種凹槽(148)具有三個流動控制段(CS1-CS3)和兩個過渡段(TS1、TS2)時，為了實現本發明的優點，內邊緣和外邊緣流動控制段(CS1，CS3)都必須至少部分地位於拋光軌跡(122)內(如果它們沒有延伸越過內邊界和外邊界，它們將完全在拋光軌跡以內)。結果，各過渡段(TS1，TS2)和中間流動控制段(CS2)將完全位於拋光軌跡(122)內。因此，這五個區，即流動控制區CZ1-CZ3和兩個過渡區TZ1，TZ2的寬度必須有某種限制。
實際上來說，目前優選各過渡區(例如TZ1，TZ2)的寬度WT不大於拋光軌跡的寬度WP除以突變(例如D1，D2)數目N的兩倍，即WT≤WP/(2N)。更優選各過渡區的寬度WT不大於拋光軌跡的寬度WP除以突變(例如D1，D2)數目N的四倍，即WT≤WP/(4N)，使得各流動控制區CZ1-CZ3可具有合理的寬度WC。如上所述，凹槽148的形狀通常需要使得它們的內邊緣流動控制段CS1和外邊緣流動控制段CS3對靠近晶片112邊緣的區域具有相同的效果。因此，通常需要，但並非必須使流動控制區CZ1、CZ3的寬度彼此相等，或基本相等。
一個突變，例如各突變D1、D2，根據相應過渡段TS1、TS2的形狀，通常可以是三種類型中的任意一種。第一類突變在曲率圖中為「峰(spike)」，可將其稱為「逐漸的」突變。參見圖2D，突變D1和D2均為峰類。通常峰類的特徵是具有非零寬度WT的峰S1、S2，這些峰的寬度對應於相應的過渡區(例如圖2A和2B所示實例中的過渡區TZ1、TZ2)。當突變為峰類時，斜率圖240中相應的過渡部分(例如實例中圖2C的過渡部分TP1、TP2)通常不是垂直的。
現在來看圖3A-D，圖3A和3B顯示了具有大量凹槽304的拋光墊300，凹槽304通常與圖2A和2B的凹槽148類似，但是具有正彎曲的內邊緣流動控制段CS1i和外邊緣流動控制段CS3i，而不是圖2A和2B中直線形內邊緣流動控制段CS1和外邊緣流動控制段CS3。應當注意各流動控制段CS1i-CS3i為螺旋弧形。與圖2A和2B的凹槽一樣，各流動控制段CS1i-CS3i也可具有其它形狀。各控制段CS1i-CS3i的方向向量V1i-V3i由各自流動控制區中凹槽軌道的橫向中心線給出。方向向量V1i和方向向量V2i相交形成夾角αi。方向向量V2i和方向向量V3i相交形成夾角βi。另外，各凹槽304具有第二類突變D1i、D2i，在相應的曲率圖316中，這些突變通常為垂直線308、312的形式(圖3D)。急劇的突變通常不具有峰類即逐漸的突變(例如圖2D的突變D1、D2)所具有的寬度WT，這類急劇的突變可稱為「急劇」突變。在本實例中，圖3D的突變D1i、D2i均為急劇的突變。因此，斜率圖320中對應於突變D1i、D2i的過渡部分TP1i、TP2i都是垂直的，說明了過渡的劇烈程度。圖3A和3B的凹槽304的其它特徵可與圖2A和2B的凹槽148相同。例如，內邊緣和外邊緣流動控制段CS1i、CS3i可以(但不一定)延伸越過拋光軌跡332的內邊界324和外邊界328，它們的取向和曲率可彼此基本相同或不同。另外，各流動控制段CS1i-CS3i可具有適用於特定目的的任意所需取向和曲率。還應注意突變D1i、D2i均發生在拋光軌跡332內。
可將可能出現的第三類突變(未顯示)稱為「突然(abrupt)」突變，在兩個流動控制段之間的過渡基本是一個拐角(即過渡區具有零寬度)的情況下，會形成這種突變。具有突然突變的凹槽的斜率圖(未顯示)會具有對應於該突然突變的「跳躍」。參見圖3A-3D，如果凹槽304具有兩個突然突變而不是兩個急劇突變D1i、D1i，圖3C的斜率圖320將僅有對應於流動控制段CS1i-CS3i的部分330、340、344。也即是說，由於斜率跳過這個拐角，在此之間不存在任何過渡，所以不存在垂直過渡部分TP1i、TP2i。結果，曲率圖(未顯示)在這兩個突變也有跳躍。因此，曲率圖與圖3D的曲率圖相似，但是沒有垂直部分308、312。僅有對應於3個流動控制部分CS1i-CS3i的部分348、352、356。
參見圖4A-4D，圖4A顯示了具有大量凹槽404的本發明拋光墊400，凹槽404通常與圖3A的凹槽304基本相同，不同的是圖4A的凹槽404各自具有位於拋光軌跡408內的兩個逐漸的突變D1ii、D2ii(圖4D)，而不是像拋光墊300那樣具有兩個急劇突變D1i、D1i(圖3D)。(圖4B顯示了在便於分析凹槽斜率和曲率而在坐標系統中再表示的凹槽404中的一個。)如上文結合圖2C和2D所討論的，突變D1ii、D2ii之類的逐漸突變的特徵通常是曲率圖412(圖4D)的峰S1i、S2i)以及斜率圖416(圖4C)的過渡部分TP1ii、TP2ii，TP1ii和TP2ii在過渡區TZ1i、TZ2i內發生傾斜。凹槽404的其它特徵，例如曲率和取向等可與圖3A和3B的凹槽304相同。但是，如上文結合圖2A和2B的凹槽148所述，凹槽404當然可以在這些特徵和其它特徵方面，例如流動控制段的曲率、取向和長度方面有所不同。應當注意，在拋光墊400的各凹槽404中，各流動控制段CS1ii-CS3ii的斜率是正的，即各流動控制段從相應的凹槽相對於拋光墊的徑向內端開始到徑向外端向左彎曲。
圖5A-5D涉及本發明的另一種拋光墊500，在此拋光墊的凹槽504中，相對於凹槽的橫向，從凹槽的徑向內端到徑向外端，流動控制段CS1iii、CS2iii具有正的斜率，流動控制段CS3iii具有負的斜率。相應的，各凹槽具有位於拋光軌跡508內的兩個突變D1iii、D2iii。在此實例中，突變D1iii、D2iii為逐漸類，其特徵是曲率圖512中的峰S1ii、S2ii。在此情況下，突變D1iii、D2iii的寬度和相應的過渡區TZ1ii、TZ2ii的寬度相互之間顯著不同。通過圖5C斜率圖516的520、524部分的向上趨勢和圖5D曲率圖512的528、532部分所顯示的正值，清楚地表明了流動控制段CS1iii、CS2iii的曲率的正值特性。相應的，通過圖5C斜率圖516的536部分的向下趨勢和圖5D曲率圖512的540部分所顯示的負值，很容易看出流動控制段CS3iii的曲率的負值特徵。在此實例中，所有的流動控制段CS1iii-CS3iii均顯示螺旋弧形。然而並不一定需要如此。流動控制段CS1iii-CS3iii可各自具有任意所需的形狀，以滿足特定用途的設計要求。
圖6A-6D顯示了本發明的拋光墊600和相應的凹槽604，它們與圖5A-5D的拋光墊500和凹槽504基本類似，不同的是流動控制段CS1iv不像圖5A-5D中流動控制段CS1iii那樣具有正曲率，而是具有負的曲率。由圖6C斜率圖612的608部分的向下趨勢和圖6D曲率圖620顯示的負值的616部分，很容易看出負曲率。流動控制段CS2iv、CS3iv的曲率分別是與圖5A和圖5B流動控制段CS2iii、CS3iii的曲率類似形式的正值和負值。各個凹槽604的兩個突變D1iv、D2iv(圖6D)與突變D1iii、D2iii類似，是逐漸突變，長度不相等，出現在拋光軌跡624內。圖6A和6B的所有流動控制段CS2iv和CS3iv均顯示為螺旋弧形，但不一定必須為此形狀。
圖7A-7D涉及本發明的一種拋光墊700，該拋光墊700包括大量凹槽704，各個凹槽704具有位於拋光軌跡720內的三個圓弧形流動控制段CS1v-CS3v，這三個控制段通過兩個很短的過渡段708、712相連(見圖7C的斜率圖716)。由圖7D的曲率圖724可以看到，在過渡段708、712的突變D1v、D2v具有兩個垂直部分728、732，因此它們是急劇的突變。
為了對圖7A-7D所示的拋光墊700及其凹槽704進行對比，圖8A-8D顯示了現有技術拋光墊800及其現有技術凹槽804，其結構根據本發明背景部分中提到過的Kim等人的韓國專利申請公開第1020020022198號的內容。與圖7A和7B的凹槽704類似，圖8A和8B的現有技術凹槽804由圓形段製成。然而，各個現有技術凹槽804僅有兩個圓形段808、812，而不是像圖7A-7B所述的那樣具有三個段CS1c-CS3v。因此，每個現有技術凹槽804僅有一個突變816，圖8D的曲率圖824的垂直部分820表明，在此情況下為急劇突變。儘管單個突變816位於拋光軌跡830內，但是由於僅有一個突變，與圖7A-7D所示的拋光墊700完全不同，拋光墊700具有兩個突變D1v、D2v，這兩個突變均位於拋光軌跡708內。由於圖8A-8D的現有技術拋光墊800的每個凹槽804僅有一個突變816，拋光墊800無法提供本發明的拋光墊所能提供的任何優點。重要的是，現有技術拋光墊無法對晶片112(圖8A)的內邊緣208和外邊緣212進行相同的拋光。因此，現有技術拋光墊800無法達到本發明拋光墊(例如拋光墊104、200、300、400、500、600、700、900)所能達到的拋光性質。
如上文就圖2A-2D所述，本發明的拋光墊不必限於僅有三個流動控制段和兩個相應的突變。相反，本發明的拋光墊可具有四個或更多流動控制段，以及三個或更多個相應的突變，每個突變都位於兩個相應的流動控制段之間。例如，圖9A-9D涉及本發明的拋光墊900，該拋光墊900包括大量凹槽904，每個凹槽具有位於拋光軌跡908內的五個流動控制段CS1vi、CS2vi、CS3vi、CS4vi、CS5vi(圖9A和9B)和四個突變D1vi、D2vi、D3vi、D4vi(圖9D)。在此實例中，所有的流動控制段CS1vi、CS2vi、CS3vi、CS4vi、CS5vi均為螺旋弧形，均具有正的曲率。與本發明其它拋光墊(例如圖2A、3A、4A、5A、6A和7A的拋光墊)的流動控制段類似，圖9A拋光墊的控制段CS1vi、CS2vi、CS3vi、CS4vi、CS5vi可具有適用於特定結構的任意形狀和曲率。應當注意主要根據圖9D曲率圖928的對應垂直部分912、916、920、924表徵，各突變D1vi、D2vi、D3vi、D4vi為急劇突變。在其它實施方式中，突變D1vi、D2vi、D3vi、D4vi可以全部為另一種類型，例如逐漸型或突然型，或者可以根據需要為逐漸型、急劇型和突然型突變的任意組合。
如上所述，將拋光軌跡分隔成三個或更多個流動控制區的一個原因是為了使拋光墊設計者能夠為下一步的拋光操作定製拋光墊，從而儘可能改善拋光過程。通常設計者是通過理解拋光介質在多個區內晶片和拋光墊之間的間隙內是如何流動的來達到這一點。例如，某些拋光的受益之處是，通過使晶片邊緣附近的流動控制區(例如圖2A實施方式中的CZ1和CZ3區)內的拋光介質較快地流過這些流動控制區，可以縮短拋光介質在這些區域內的停留時間。在此同類拋光中，還希望拋光介質在晶片的中部(例如在圖2A的流動控制區CZ2)停留更長的時間。在此情況下，設計人可以選擇在流動控制區CZ1和CZ3內提供能夠促進拋光介質流動的高徑向的凹槽段CS1和CS3，在流動控制段CZ2提供能夠抑制拋光介質流動的更加彎曲的圓形凹槽段。通過這種方法，設計者可以使拋光介質徑向地流過拋光軌跡。在其它類型的拋光中，可能需要相反的情況。也即是說，在其它類型的拋光中，可能需要在流動控制區CZ1和CZ3中有較長的停留時間，在流動控制區CZ2內有較短的停留時間。在拋光過程中，優選基片與至少三個流動控制區接觸，從而在基片相應的區域調節去除速率。這樣，在不同控制區內的非本徵曲率可提供外形調節，例如校正中間高或邊緣高的晶片形狀。
權利要求
1.一種拋光墊，它包括a)一個拋光層，其構造為用來在拋光介質存在的條件下，對磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一種進行拋光，所述拋光層具有旋轉中心，並包含與該旋轉中心同心的環狀拋光軌跡，該拋光軌跡具有一寬度；b)位於所述拋光層中的許多凹槽，各個凹槽橫跨所述環形拋光軌跡的整個寬度，所述凹槽的非本徵曲率具有至少兩個位於所述環形拋光軌跡內的突變，所述至少兩個突變的方向互相相反，以增大或減小所述非本徵曲率的值，並具有從第一突變徑向向內的第一方向、位於第一突變和第二突變之間的第二方向、以及從第二突變徑向向外的第三方向，並且至少一對相鄰方向之間的方向改變為-85°至85°。
2.如權利要求1所述的拋光墊，其特徵在於，各凹槽中的至少兩個突變分隔了該凹槽，使其具有內邊緣流動控制段、外邊緣流動控制段以及位於內邊緣流動控制段和外邊緣流動控制段之間的至少一個中間流動控制段。
3.如權利要求2所述的拋光墊，其特徵在於，所述內邊緣流動控制段具有第一取向和第一曲率，外邊緣流動控制段具有與第一取向相同的第二取向和與第一曲率相同的第二曲率。
4.如權利要求3所述的拋光墊，其特徵在於，第一取向和第二取向各自為徑向的。
5.如權利要求3所述的拋光墊，其特徵在於，第一曲率和第二曲率各自為零。
6.如權利要求1所述的拋光墊，其特徵在於，各凹槽具有至少三個曲率突變，這至少三個曲率突變中相鄰的突變是方向相反的。
7.如權利要求1所述的拋光墊，其特徵在於，所述環形拋光軌跡具有被寬度隔開的環形內部邊界和環形外部邊界，所述凹槽各自具有橫跨內部邊界的內邊緣流動控制段和橫跨外部邊界的外邊緣流動控制段。
8.如權利要求1所述的拋光墊，其特徵在於，N代表數目，各凹槽具有N個突變、在N個突變發生的N個過渡，以及與N個過渡區在位置上交替的N+1個流動控制段，N個過渡區中每一個的寬度不大於拋光軌跡的寬度除以2N。
9.如權利要求8所述的拋光墊，其特徵在於，N個過渡區中每一個的寬度不大於拋光軌跡寬度除以4N。
10.一種用來在拋光介質存在的條件下，對磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一種進行拋光的方法，該方法包括a)用拋光墊進行拋光，該拋光墊包括i)構造為用來在拋光介質存在的條件下，對磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一種進行拋光的拋光層，所述拋光層具有旋轉中心，並包含與該旋轉中心同心的環狀拋光軌跡，該拋光軌跡具有一寬度，所述環形軌跡具有至少三個流動控制區；ii)位於所述拋光層中的許多凹槽，各個凹槽橫跨所述環形拋光軌跡的整個寬度，所述凹槽的非本徵曲率具有至少兩個位於所述環形拋光軌跡內的突變，所述至少兩個突變的方向互相相反，以增大或減小非本徵曲率的值，並具有從第一突變徑向向內的第一方向、位於第一突變和第二突變之間的第二方向、以及從第二突變徑向向外的第三方向，並且至少一對相鄰方向之間的方向改變為-85°至85°；b)用所述至少三個流動控制區中的每一個來調節基片的拋光去除速率。
全文摘要
一種具有環形拋光軌跡(122)並包括大量橫跨該拋光軌跡的凹槽(148)的拋光墊(104)。每個凹槽包括位於拋光軌跡內的多個流動控制段(CS1－CS3)和至少兩個斜率的突變(D1、D2)。
文檔編號H01L21/304GK1803398SQ200610004830
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月12日 優先權日2005年1月13日
發明者C·L·埃爾姆蒂, J·J·亨敦, G·P·穆爾唐尼 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司