CN101134292B

CN101134292B - 具有重叠的固定面积螺旋凹槽的化学机械抛光垫

Info

Publication number: CN101134292B
Application number: CN2007101472194A
Authority: CN
Inventors: C·L·埃尔穆蒂; G·P·马尔多尼
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-08-29
Also published as: FR2907700A1; JP5124212B2; TWI380853B; DE102007040540A1; KR20080020537A; CN101134292A; JP2008068394A; US7300340B1; KR101327626B1; TW200815103A

Abstract

一种圆形化学机械抛光垫，其包括具有同心定位的原点的抛光面。所述抛光面包括凹槽组，这些凹槽组各自包括以一定图案排列的凹槽，一个凹槽组中的凹槽与另一个凹槽组中的凹槽交叉。各凹槽组中的凹槽构造和排列成使得沿着任意与所述原点同心且穿过所述凹槽的圆测得的抛光面开槽率基本固定，即约在其平均值的25％以内。

Description

具有重叠的固定面积螺旋凹槽的化学机械抛光垫

技术领域

本发明一般涉及化学机械抛光(CMP)领域。具体来说，本发明涉及具有重叠的固定面积螺旋凹槽的CMP垫。

背景技术

在半导体晶片上的集成电路和其他电子器件的制造中，在晶片的表面上沉积多层导电材料、半导体材料和介电材料，或者将多层导电材料、半导体材料和介电材料从晶片的表面上蚀刻除去。这些材料的薄层可通过许多种沉积技术沉积。现代晶片处理中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD，也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷(ECP)。常规的蚀刻技术包括湿法和干法的各向同性蚀刻和各向异性蚀刻等。

随着材料层按照顺序被沉积和蚀刻，晶片的表面变得不平坦。由于随后的半导体加工(例如光刻)要求该晶片具有平坦表面，所以需要对晶片周期性地进行平面化。平面化可用于除去不希望有的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、成团材料、晶格损坏、划痕和被污染的层或材料。

化学机械平面化，或称化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片和其它工件进行平面化的常规技术。在使用双轴旋转抛光机的常规CMP中，在支架组件上安装有晶片支架或抛光头。所述抛光头保持晶片，使晶片定位在与抛光机中抛光垫的抛光层相接触的位置。所述抛光垫的直径大于被平面化晶片的直径的两倍。在抛光过程中，抛光垫和晶片围绕它们各自的同心中心旋转，同时使晶片与抛光层相接触。所述晶片的旋转轴线相对于抛光垫的旋转轴线偏移一段大于晶片半径的距离，使得抛光垫的旋转在抛光垫的抛光层上扫出一个环形的“晶片轨迹”。当晶片仅进行旋转运动的时候，所述晶片轨迹的宽度通常等于晶片的直径。但是在一些双轴抛光机中，所述晶片在垂直于其旋转轴线的平面内进行振动。在此情况下，使得晶片轨迹的宽度比晶片直径宽，所宽出的程度取决于振动造成的位移。所述支架组件在所述晶片和抛光垫之间提供了可控的压力。在抛光过程中，浆液或其它抛光介质流到抛光垫上，流入晶片和抛光层之间的间隙。通过抛光层和抛光介质对晶片表面的化学作用和机械作用，晶片表面得到抛光并变平。

人们对CMP过程中抛光层、抛光介质和晶片表面之间向相互作用的研究越来越多，以便使得抛光垫的设计最优化。这些年来，大部分的抛光垫开发本身是经验性的。许多抛光面或抛光层的设计将注意力集中在为这些层提供各种空隙图案和凹槽排列，并声称这些设计能够提高浆液利用能力和抛光的均匀性。这些年来，人们使用了许多种不同的凹槽和空隙的图案和排列。现有技术的凹槽图案包括辐射形、同心圆形、笛卡尔格栅形和螺旋形等。现有技术的凹槽构型包括所有凹槽的宽度和深度均一的构型，以及凹槽的宽度和深度彼此不同的构型。

更具体来说，大量现有技术的用于旋转抛光垫的凹槽图案包括互相交叉一次或多次的凹槽。例如，Talieh在美国专利第5,650,039号中的图3揭示了一种圆形抛光垫，该抛光垫具有螺旋形或圆弧形的凹槽段设计，使得紧邻的凹槽段以相反的方向弯曲并互相交叉。Doi等人在日本专利公开第2001-138212号中揭示了一种圆形抛光垫，该抛光垫具有两组螺旋形凹槽，这些凹槽从抛光垫的同心中心附近延伸到抛光垫的边缘，沿着它们的长度互相交叉数次。尽管已知了这些凹槽图案，但是抛光垫设计者仍在持续地探索使得抛光垫比现有的抛光垫更高效、更有用的凹槽图案。

发明内容

在本发明的一个方面中，抛光垫包括构造成用来在存在抛光介质的情况下对磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种进行抛光的抛光层，所述抛光层包括圆形抛光面，该抛光面具有同心中心和外部周边；形成于所述圆形抛光面中的至少一个第一凹槽；以及形成于所述圆形抛光面中的至少一个第二凹槽，使得所述至少一个第二凹槽与所述至少一个第一凹槽交叉至少两次，从而限定出至少一个具有四个弯曲侧面的四面形凸块(landing)；其中，所述至少一个第一凹槽和所述至少一个第二凹槽各自为圆形抛光面提供了从靠近同心中心的第一位置到靠近外部周边的第二位置的对应圆周开槽率(circumferencefraction grooved)，所述圆周开槽率是由沿着与同心中心同心的任意圆测得的抛光面开槽率的分数而得到的，所述各圆周开槽率具有平均值，所述圆周开槽率保持在该平均值的大约25％以内。

在本发明的另一个方面中，抛光垫包括构造成用来在存在抛光介质的情况下抛光磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种的抛光层，所述抛光层包括具有同心中心和外部周边的圆形抛光面；第一凹槽组，该第一凹槽组具有第一起始半径，包括形成于所述圆形抛光面中的多个第一凹槽，各所述多个第一凹槽根据一组固定圆周开槽率公式(constant circumference fraction groovedequation)作为第一起始半径的函数来设置，从而提供第一圆周开槽率，所述第一圆周开槽率具有第一平均值，所述圆周开槽率保持在该第一平均值的大约5％以内；以及第二凹槽组，该凹槽组具有第二起始半径，包括形成于所述圆形抛光面内的多个第二凹槽，使得所述多个第一凹槽中的凹槽与所述多个第二凹槽中的凹槽交叉至少一次，从而限定出各自具有四个弯曲侧面的多个四面形凸块，各所述多个第二凹槽根据所述固定圆周开槽率公式组作为第二起始半径的函数来设置，从而提供第二圆周开槽率，所述第二圆周开槽率具有第二平均值，所述圆周开槽率保持在该第二平均值的大约5％以内。

附图说明

图1是根据本发明制作的具有两组交叉的凹槽的抛光垫的平面图。

图2是图1所示的抛光垫沿图1的线2-2截取的放大剖视图。

图3是图1的抛光垫的示意图，图中显示两组交叉凹槽中各一个凹槽。

图4是根据本发明制作的另一种具有两组交叉的凹槽的抛光垫的平面图。

图5是图4的抛光垫的示意图，图中显示了两组交叉凹槽中各一个凹槽。

图6是根据本发明制作的另一种具有两组交叉的凹槽的抛光垫的平面图。

图7是图6的抛光垫的示意图，图中显示了两组交叉凹槽中各一个凹槽。

图8是根据本发明制作的再一种具有两组交叉的凹槽的抛光垫的平面图。

图9是图8的抛光垫的示意图，图中显示了两组交叉凹槽中各一个凹槽。

图10是根据本发明制作的另一种具有两组交叉的凹槽的抛光垫的平面图，各凹槽组中的凹槽具有变化的角节距。

图11是图10的抛光垫放大的局部示意图，图中显示了两组交叉凹槽中各一些凹槽。

图12是根据本发明的抛光系统的示意图。

具体实施方式

参见附图，图1-3显示了根据本发明制作的可用于CMP抛光机的抛光垫100，在下文中将对其进行更详细的描述。如图2所示，抛光垫100包括具有抛光面108的抛光层104。抛光层104可以被背衬层112支承，背衬层112可以与抛光层整体性地形成，或者可以独立于抛光层而单独地形成。抛光层104可以由任意适于抛光以下被抛光物件的材料制造：诸如半导体晶片(图1中轮廓114表示)，磁性介质物件，例如计算机硬盘，或者光学物件，例如折射透镜、反射透镜、平面反射器或透明的平面物件等。用于抛光层104的材料的例子包括：例如但不限于各种聚合物塑料，例如聚氨酯、聚丁二烯、聚碳酸酯和聚丙烯酸甲酯等。

如图1和图3所示，抛光垫100通常为圆盘形，使得抛光面108具有同心中心(即原点O)和位于与原点O相距Ro的位置的圆形外部周边120(图3)。在使用过程中，被抛光的物件(在这里，用轮廓线114表示的晶片)通常是半导体晶片，但不一定是半导体晶片，当抛光垫100围绕原点O旋转的时候，该被抛光的物件在抛光面108上扫出圆形抛光(晶片)轨迹124。抛光轨迹124是指在抛光过程中抛光面与被抛光的物件相接触的部分。抛光轨迹124通常由内部边界124A和外部边界124B所限定。本领域技术人员可以很容易地理解，晶片轨迹124的内部边界124A和外部边界124B大体上是圆形的，但是当所述抛光机使得被抛光物件或抛光垫100发生轨道运动或振动的时候，晶片轨迹124可能是波动的。

参见图1-3，抛光垫100包括两个凹槽组128、132，每个凹槽组各自包括多个对应的凹槽128A、132A。很重要的是，并在下文中将详细讨论到，各凹槽128A构造和定位成与凹槽132A交叉，各凹槽128A、132A是基本“固定面积”的凹槽。在真正固定面积的凹槽中，从凹槽的一侧到其另一侧横穿该凹槽的圆部分的长度与凹槽外的互补的圆部分的长度之比值是相同的，而与该圆的半径无关。因此，沿着与原点O同心且横穿过凹槽组128、132中凹槽的任意圆测得的由所述凹槽128A、132A的各凹槽组128、132开槽的抛光面108开槽率在该整个凹槽组中是基本固定的，即约在平均值的25％以内。在本文中将该概念称为“圆周开槽率”，或简称为“CF”。实际上各凹槽128A、132A可具有任意所需的截面形状和截面尺寸，以适应特定的设计标准组。因此，图2中具体显示的凹槽128A、132A的矩形截面形状以及所示的相对的截面尺寸仅仅是说明性的。本领域技术人员应当理解，设计者可以为本发明的抛光垫(例如抛光垫100)提供很宽范围的凹槽128A、132A的形状和尺寸。本领域技术人员能够很容易地理解，凹槽128A、132A的截面形状和尺寸可以沿各凹槽的长度变化，或者在各凹槽之间变化，或者二者同时发生。凹槽组132中的凹槽132A延伸穿过抛光轨迹124，横穿内部边界124A和外部边界124B，同时凹槽组128中的凹槽128A仅横穿外部边界124B。本领域技术人员可以很容易地看出，各凹槽组128、132的凹槽128A、132A是否延伸穿过边界124A-B中的一条或两条，是根据设计抛光垫100所要满足的抛光需要而定的。

可通过基于以下公式设置对应的各凹槽，使得凹槽128A、132A的各个凹槽组128、132实现固定的CF，以下公式限定了螺旋形状：

和公式{1}

公式{2}

其中R是与抛光垫中心之间的距离，φ是固定在该中心的极坐标系的角度，其中

φ (R) = \sqrt{{(\frac{R}{R_{s}})}^{2} - 1} + \sin^{- 1} (\frac{R_{s}}{R}) - \frac{π}{2}

公式{3}

R_s是该螺旋的起始半径。在下文和所附权利要求书中将公式{1}至{3}称为“固定圆周开槽率公式组”或简称为“CF公式”。

从上面的CF公式可以看出，限定凹槽128A、132A的弯曲形状的变量是R_s，其为对应的凹槽组的内半径或起始半径。图3中R1是各凹槽132A的起始半径，R2是各凹槽128A的起始半径，从该图中可以很容易地看出，起始半径越小，对应的凹槽围绕原点O的周数越大。具有较小的起始半径R1的各凹槽132A围绕原点O绕了三周以上，而具有较大的起始半径R2的各凹槽128A围绕原点扫过了旋绕一周的大约十二分之一。尽管各凹槽组128、132(图1)的起始半径可为从零(此时凹槽将从原点O开始)开始的任意数值，到达刚好小于抛光垫100的外半径R₀，但是实际来说，所述起始半径中的一种(图3中的R1)通常(尽管不一定)小于晶片轨迹124的内部边界124A(图1)的半径，所述起始半径中的另一种(图3中的R2)通常(尽管不一定)小于晶片轨迹的外部边界124B(图1)的半径。为了调节晶片的均一性，小的起始半径R1优选位于晶片轨迹外，较大的起始半径R2位于所述晶片轨迹内。这使得可以调节和微调抛光，以改进晶片均一性。

在根据本发明制作的抛光垫实施方式的一个示例性的组中，可能希望至少一个凹槽组的凹槽绕原点O至少两整周。使用上述CF公式可得，需要该凹槽的起始半径约小于抛光垫半径R0的1/12。对于300毫米的晶片抛光机，该垫半径可约为15”(381毫米)，因此为了使得螺旋凹槽完成两整周，起始半径必须约为1.25英寸(31.7毫米)。在另一组示例性的实施方式中，可能需要至少一个凹槽组中的凹槽绕原点O不超过一周。这需要CF公式中的起始半径不小于抛光垫半径R0的1/3，或者对于上述300毫米的抛光垫，起始半径为5英寸(127毫米)。在另外的实施方式中，可能需要一个凹槽组中的凹槽旋绕至少两整周，而另一个凹槽组中的凹槽旋绕不超过一周。当然，本领域技术人员可以很容易地理解，还有其它的实施方式可以满足其它所需的旋绕要求。

基本符合CF公式而形成的凹槽可以得到固定CF的螺旋凹槽128A、132A，由此可以提供各凹槽组128、132(图1)作为半径R的函数的抛光表面108的面积基本固定的设置，这又可使得抛光性能比具有不固定的或基本不固定的CF的凹槽组的抛光垫更均匀。固定CF的主要优点在于，在晶片和抛光垫之间形成各点间厚度基本均匀的浆液膜，从而使在晶片上产生的作用力平衡，且使晶片与抛光垫平均平面精确平行。相反地，非固定的CF会造成抛光垫和晶片中流体动力学状态在各点之间的变化，造成晶片倾斜，相应地使得材料的去除不均匀。各凹槽组128、132的CF的实际百分数取决于任意给定半径下的凹槽128A、132A的数量、该半径下凹槽的宽度以及该半径下凹槽的弯曲形状。应当注意，CF实际上可为任意的百分数，迄今为止已显示，组合的CF，即凹槽组128的CF与凹槽组132的CF之和，约为10-45％的情况可以提供良好的半导体晶片抛光性能。另外，如本文所述，可以包括具有很宽范围弯曲形状的凹槽。在抛光垫100中，各凹槽128A仅围绕圆周O扫过大约1/12周，各凹槽132A扫过三周以上。当然，可以根据需要采用较小和较大的扫过范围，以适应特定的设计。

相应的各凹槽组128、132中的凹槽128A、132A的构造和排列的其它变化包括凹槽的数量、凹槽弯曲的方向以及各组凹槽中凹槽的起点和终点。对于凹槽128A、132A的数量，设计者在每个组128、132中最少可设置一个凹槽，最多可设置所需数量的凹槽。当然，抛光表面108上实际可设置的凹槽128A、132A的最大数量存在实际限制。两个凹槽组(在此实施例中为组128、132)中凹槽(在此实施例中为128A、132A)的弯曲方向由设计者决定。根据设计，一个凹槽组可以围绕原点O的方向与另一个凹槽组沿相同方向旋绕，或者可以与另一个凹槽组沿相反方向旋绕。如果两个凹槽组沿相同方向旋绕，则它们可以沿顺时针或逆时针方向旋绕。

关于这一点，应当注意由于上述CF公式的本质，如果两个凹槽组都以相同的方向旋绕，例如图6和7中凹槽组304、308的情况，则各凹槽组中的凹槽必须以不同的起始半径开始。如果起始半径相同，沿相同方向旋绕的凹槽将具有相同的弯曲形状，因此将无法相交叉。当然，沿相反方向旋绕的凹槽的交叉是固有的特征，只要各凹槽组的开槽区域的径向范围足以重叠即可。

尽管在图1-3的示例性抛光垫100中，各凹槽组128、132的CF值基于使用CF公式设置的凹槽128A、132A是固定的，但是在其它的实施方式中，CF可以是略微不固定的。在这些实施方式中，优选的是各凹槽组的CF保持在其作为抛光垫半径函数的平均值的大约25％以内，优选保持在其平均值的大约10％以内。最佳的是，CF保持在其作为抛光垫半径函数的平均值的5％以内；理想情况下，CF保持与其作为抛光垫半径函数的平均值相一致。很重要的一点是要将CF稳定地保持在所设计的抛光范围内。例如，在抛光晶片的时候，晶片轨迹中的CF优选保持稳定。这些对CF的限制特别是可允许偏离理想凹槽成形的变化(例如放宽凹槽设计的公差，使得形成凹槽的过程可以成本更低、更节约时间)，还可校正作为随抛光垫半径而变的任意抛光效果(例如随浆液分布而变的材料去除)。

从图1可以很容易地看出，凹槽组128、132的交叉限定出大量四边凸块136，每个凸块136各自被相应的凹槽128A、132A的四个节段(segment)界定。在所示的实施方式中，凹槽128A、132A为螺旋形，各四边凸块136的四条边是弯曲的。还可很容易地看出，随着所述凸块与抛光垫100中心O之间径向距离的增大，四边凸块136的面积随之增大。

图4-11显示了根据本发明的一些示例性的其它的抛光垫200、300、400、450。图4和5显示了具有凹槽204A、208A的两个凹槽组204、208的抛光垫200，其中凹槽旋绕方向相反。为了表示清楚起见，图5具体显示了凹槽204A、208A中的各一个。与凹槽128A、132A相类似，各凹槽204A、208A可具有适于特殊用途的任意横截面构型。同样与图1-3的凹槽128A、132B相类似，凹槽204A、208B是根据以上CF公式设置的螺旋凹槽，以便为各凹槽组204、208提供固定的CF。与图1中的抛光垫100相同，图4的交叉的凹槽204A、208A限定了多个凸块212，每个凸块212具有被相应凹槽204A、208A的弯曲节段限定的四个弯曲的侧面。同样如图1中的抛光垫100所示，随着与抛光垫200中心O之间径向距离的增大，图4的凸块312的面积增大。

图6和图7显示抛光垫300为具有凹槽304A、308A的两个凹槽组304、308，它们基本与图1中相应的凹槽128A、132A以及图4中的凹槽204A、208A相同。但是，对于抛光垫300，如上所述，凹槽304A和凹槽308A沿着相同的方向围绕抛光垫的原点O旋绕。为了清楚显示，图7显示了各凹槽组304、308的一个凹槽304A、308A。为了完成各凹槽组304、308，图中所示的各凹槽304A、308B围绕抛光垫、沿着圆周方向以固定的角节距简单重复。根据上述CF公式设置凹槽304A、308A，以便为各凹槽组304、308提供固定的CF。从图6可以看出，交叉的凹槽304A、308A限定出多个凸块312，每个凸块312具有由相应的各凹槽304A、308A的弯曲节段限定的四个弯曲的侧面。另外，随着与抛光垫300中心O之间径向距离的增大，凸块312的面积增大。

图8和图9显示了抛光垫400。抛光垫400的凹槽图案基本上是基于单个的螺旋凹槽形状，其以固定的角节距重复，以形成凹槽404A的第一凹槽组404，然后通过镜像复制来形成凹槽408A，该凹槽408A沿相反的方向旋绕并以固定的角节距重复，以形成第二凹槽组408。抛光垫400具体显示了不同的凹槽组(在此中为凹槽组404、408)不一定像图1-7的抛光垫100、200、300那样具有不同的内部边界和外部边界。相反地，两个凹槽组404、408可以共用相同的内部和外部边界412、416。各凹槽组404、408中的各个凹槽404A、408A根据上述CF公式设置，从而为各凹槽组404、408提供基本恒定的CF。凹槽404A、408A的其它方面，例如深度、横截面形状和宽度可以如上文中关于图1-3的凹槽128A、132A所述的那样。在图8中可以看出，交叉的凹槽404A、408A限定出了多个凸块412，它们各自具有由相应凹槽404A、408A的弯曲节段限定的四个弯曲的侧面。随着与抛光垫400的同心中心之间径向距离的增大，凸块412的面积增大。

尽管抛光垫400显示了以相反方向旋绕的两个凹槽组404、408实际上可具有相同的起始半径，但是在许多实施方式中，出于抛光介质流动的目的，希望一个凹槽组中的凹槽从小于晶片轨迹内部边界的内部半径延伸到大于该晶片轨迹外部边界的外部半径，同时另一凹槽组中的凹槽从位于晶片轨迹内的内部半径延伸到位于晶片轨迹外的外部半径。通过这种方式，一组中的凹槽完全延伸穿过晶片轨迹，另一组中的凹槽从晶片轨迹内向抛光垫的外部周边延伸。在图1-7、图10和11的各抛光垫100、200、300、450中显示了这样的情况。

图10和11显示了抛光垫450，其具有两个凹槽组454、458，它们分别包括交叉的固定CF凹槽454A、458A。凹槽组454、458分别与图4和5的抛光垫200的凹槽组208、204非常类似，其不同之处在于，在图4和5中，抛光垫200各凹槽组204、208的凹槽204A、208A以固定的角节距围绕抛光垫设置，而图10和11的凹槽454A、458A以变化的角节距围绕抛光垫450设置。在此示例性的抛光垫200中，凹槽组208中有20个凹槽208A(因此在紧邻的凹槽208A之间具有20个凸块)，得到固定的角节距360°/20＝18°。类似地，在凹槽组204中有127个凹槽204A(因此紧邻的凹槽204A之间具有127个凸块)，得到固定的角节距360°/127≈2.84°。当然，在另外的实施方式中，各凹槽组454、458中凹槽454A、458A的数量可以与图示的数量不同，可以选择，可多可少，以满足特定的设计需要。

参见图10和11，另一方面，在抛光垫450的凹槽组454中，凹槽454A具有变化的角节距，其角节距在α＝90°和β＝27°之间交替变化。由于α相对远小于β，人们视觉上会倾向于将紧密间隔的凹槽一起归为相同的组，在此情况下，使得凹槽组454似乎包括十个凹槽组，每组包括两个凹槽454A。类似地，凹槽组458中的凹槽458A具有变化的节距，该节距是三种角度α’、β’、γ的重复系列，其中α’＝β’＝2°，γ＝4°。此时，人们视觉上同样会倾向于将更紧密间隔的凹槽458A一起归为相同的组，使得凹槽组458似乎包括45个凹槽组，每组包括三个凹槽458A。当然，本领域的技术人员可以很容易地理解，这两种变化的角节距仅仅是示例性的，本领域技术人员可以通过在各凹槽组454、458中使用两种或更多种不同节距的角度，设计许多变节距的凹槽图案。当然，在其它的实施方式中，可以仅为凹槽组454、458中的一组设置变化的凹槽节距，而另一组凹槽设置固定的节距。

与图1-3中抛光垫100的凹槽128A、132A一样，各对应的凹槽组454、458中的各凹槽454A、458A根据上述CF公式(即公式{1}-{3})来设置，从而为各凹槽组454、458提供基本固定的CF。特别参见图11，点462表示抛光垫450的同心中心，圆466表示凹槽组454的凹槽454A的起始点，圆470表示凹槽组458的凹槽458A的起始点。圆466、470与中心点462同心，圆466的半径为R1，圆470的半径为R2。应当注意尽管图中显示的半径R1小于半径R2，但是本领域技术人员能够理解，在其它实施方式中，半径R1可大于半径R2，并且由于凹槽454A沿着与凹槽458A相反的方向旋绕，在其它的实施方式中，半径R1可等于R2。对于后一种情况，应当认识到，由于凹槽454A、458A是由相同的公式限定的，如果它们沿相同的方向旋绕，并且具有相同的起始半径，则它们会具有相同的螺旋形状，而不会相交叉。凹槽454A、458A的其它方面，例如深度、横截面形状和宽度可以如上文关于图1-3的凹槽128A、132A所述。另外，从图10可以看出，交叉凹槽454A、458A限定了多个凸块474，每个凸块474具有由对应的凹槽454A、458A的弯曲节段限定的四个弯曲的侧面。图1、4、6和8分别显示了抛光垫100、200、300、400，随着与抛光垫450同心中心462之间径向距离的增大，凸块474的面积增大。

应当注意尽管以上实施例描述了这样的凹槽组，其中各个凹槽沿角度方向等间隔，但是不一定要如此。通常希望第一组和第二组固定面积螺旋凹槽的各个凹槽的间隔存在某种周期性，但是这可以在每个组中以两个、三个或更多个凹槽为一组地实现，而不是围绕整个抛光垫中采用单一的凹槽节距。

图12显示了适于使用抛光垫504来抛光物件(例如晶片508)的抛光机500，所述抛光垫504可以是图1-11中的抛光垫100、200、300、400、450中的一种，或者是根据本发明制造的其它抛光垫。抛光机500可包括工作台512，抛光垫504安装在其上。可通过工作台驱动器(未显示)使所述工作台绕旋转轴线A1旋转。抛光机500还包括晶片支架520，该支架520可围绕旋转轴线A2旋转，该旋转轴线A2与工作台512的旋转轴线A1平行，并与之间隔开，该支架520在抛光过程中支承晶片508。晶片支架520可以具有万向连接件(未显示)，该万向连接件允许晶片508呈极轻微地不平行于抛光垫504的抛光面524的形态，其中旋转轴A1、A2可以互相极其轻微地倾斜。晶片508包括被抛光面528，其朝向抛光面524，在抛光过程中被平面化。晶片支架520可以由支架支承组件(未显示)支承，所述组件适于使晶片508旋转，并提供向下的作用力F，将被抛光面524压抵在抛光垫504上，使得在抛光过程中被抛光面和抛光垫之间存在所需的压力。抛光机 500还可包括抛光介质入口532，用来向抛光面524输送抛光介质536。

本领域技术人员能够理解，抛光机500可包括其它的部件(未显示)，例如系统控制器、抛光介质存储和分配系统、加热系统、冲洗系统、以及用来控制抛光过程各个方面的各种控制器，例如：(1)用于晶片508和抛光垫504转速中一个或两者的速度控制器和选择器；(2)用来改变向抛光垫输送抛光介质536的速率和位置的控制器和选择器；(3)用来控制施加在晶片和抛光垫之间的作用力F的大小的控制器和选择器；以及(4)用来控制晶片旋转轴线A2相对于抛光垫旋转轴线A1的位置的控制器、致动器和选择器，等等。本领域技术人员应当理解如何构造和使用这些部件，因此无需详细描述，本领域技术人员便可理解和实施本发明。

在抛光过程中，抛光垫504和晶片508围绕其各自的旋转轴线A1、A2旋转，从抛光介质进口532将抛光介质536分配在旋转的抛光垫上。抛光介质536在抛光面524上展开，包括铺展在晶片508和抛光垫504下的间隙内。抛光点504和晶片508通常(但不一定)在0.1-150转/分钟的选定的速度下旋转。选定的作用力F的大小通常(但不一定)在晶片508和抛光垫504之间引发所需的0.1-15磅/英寸(6.9-103千帕)的压力。

本发明的互补圆周开槽率螺旋凹槽设计促进了晶片的均一性。具体来说，在晶片轨迹外开始第一圆周开槽率凹槽和在晶片轨迹内开始第二圆周开槽率螺旋凹槽能够进一步提高晶片的均一性。另外，通过增大凹槽的密度，可以改进抛光垫的浆液分布。最后，根据浆液的抛光性能，第二凹槽组可以增大或减小去除曲速率。例如，浆液性能随着抛光条件在很宽的范围内变化；一些浆液随着流率的增大而增大去除速率，一些浆液随着流率的增大而减小去除速率。

Claims

1.一种抛光垫，其包括：

构造成用来在存在抛光介质的情况下对磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种进行抛光的抛光层，所述抛光层包括圆形抛光面，该抛光面具有同心中心和外部周边；

形成于所述圆形抛光面中的至少一个第一凹槽；以及

形成于所述圆形抛光面中的至少一个第二凹槽，使得所述至少一个第二凹槽与所述至少一个第一凹槽交叉至少两次，从而限定出至少一个具有四个弯曲侧面的四面形凸块；

其中，所述至少一个第一凹槽和所述至少一个第二凹槽各自为所述圆形抛光面提供从靠近所述同心中心的第一位置到靠近所述外部周边的第二位置的圆周开槽率，所述圆周开槽率是由沿着与同心中心同心的任意圆测得的抛光面开槽率的分数而得到的，所述各圆周开槽率具有平均值，所述圆周开槽率保持在所述平均值的25％以内。

2.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述至少一个第一凹槽具有第一起始半径和第一螺旋形状，所述第一螺旋形状由一组固定圆周开槽率公式作为所述第一起始半径的函数来确定，所述至少一个第二凹槽具有第二起始半径和第二螺旋形状，所述第二螺旋形状由所述固定圆周开槽率公式组作为所述第二起始半径的函数来确定，所述公式为：

和公式{1}

公式{2}

φ (R) = \sqrt{{(\frac{R}{R_{s}})}^{2} - 1} + \sin^{- 1} (\frac{R_{s}}{R}) - \frac{π}{2}

公式{3}

R_s是该螺旋的起始半径。

3.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，当所述抛光垫用于抛光的时候，所述抛光面具有环形的晶片轨迹，所述第一起始半径位于所述抛光面的所述同心中心和所述晶片轨迹之间，所述第二起始半径位于所述晶片轨迹内。

4.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述至少一个第一凹槽沿第一方向围绕所述圆形抛光面的所述同心中心旋绕，所述至少一个第二凹槽沿与所述第一方向相反的第二方向围绕所述同心中心旋绕。

5.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，还包括多个所述第一凹槽，它们提供各自的固定圆周开槽率凹槽，所述多个第一凹槽具有在所述多个第一凹槽间发生变化的角节距。

6.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述至少一个第一凹槽和所述至少一个第二凹槽各自的所述圆周开槽率具有一个平均值，所述圆周开槽率保持在该平均值的10％以内。

7.一种抛光垫，其包括：

构造成用来在存在抛光介质的情况下抛光磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种的抛光层，所述抛光层包括具有同心中心和外部周边的圆形抛光面；

第一凹槽组，该第一凹槽组具有第一起始半径，包括形成于所述圆形抛光面中的多个第一凹槽，所述多个第一凹槽中的各个凹槽根据一组固定圆周开槽率公式作为所述第一起始半径的函数来设置，从而提供第一圆周开槽率，所述圆周开槽率是由沿着与同心中心同心的任意圆测得的抛光面开槽率的分数而得到的，所述第一圆周开槽率具有第一平均值，所述第一圆周开槽率保持在该第一平均值的5％以内；以及

第二凹槽组，该凹槽组具有第二起始半径，包括形成于所述圆形抛光面内的多个第二凹槽，使得所述多个第一凹槽中的凹槽与所述多个第二凹槽中的凹槽交叉至少一次，从而限定出各自具有四个弯曲侧面的多个四面形凸块，各所述多个第二凹槽根据所述一组固定圆周开槽率公式作为所述第二起始半径的函数来设置，从而提供第二圆周开槽率，所述圆周开槽率是由沿着与同心中心同心的任意圆测得的抛光面开槽率的分数而得到的，所述第二圆周开槽率具有第二平均值，所述第二圆周开槽率保持在该第二平均值的5％以内，

所述固定圆周开槽率公式为：

和公式{1}

公式{2}

φ (R) = \sqrt{{(\frac{R}{R_{s}})}^{2} - 1} + \sin^{- 1} (\frac{R_{s}}{R}) - \frac{π}{2}

公式{3}

R_s是该螺旋的起始半径。

8.如权利要求7所述的抛光垫，其特征在于，所述第一起始半径小于所述抛光垫外半径的1/12，以使得所述第一凹槽组中的各螺旋凹槽旋绕至少两整周。

9.如权利要求8所述的抛光垫，其特征在于，所述第二起始半径大于所述抛光垫外半径的1/3，以使得所述第二凹槽组中的各螺旋凹槽旋绕不超过一整周。

10.如权利要求8所述的抛光垫，其特征在于，所述第二起始半径小于所述抛光垫外半径的1/12，以使得第二凹槽组中的各螺旋凹槽旋绕至少两整周。