CN101758446A - 高速抛光法 - Google Patents

Abstract

本发明提供在抛光介质的存在下，用抛光垫对磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种进行抛光的方法。所述基片固定在具有无沟道表面的支架固定装置之内。所述方法包括在与抛光垫的抛光表面相邻并平行的位置将基片固定在具有无沟道的表面的支架固定装置中。所述抛光垫包括多个具有高速路径的凹槽。该方法包括在与支架固定装置相邻的位置，将抛光介质施加于抛光垫；使得抛光垫和支架固定装置旋转，用抛光垫和抛光介质对基片进行抛光，其中，所述支架固定装置的无沟道的表面压在抛光垫上，阻止抛光介质流入基片之内，高速沟槽路径与支架固定装置横交，以促进抛光介质流向基片。

Description

高速抛光法

技术领域

本发明一般涉及化学机械抛光(CMP)领域。具体来说，本发明涉及能够改进抛光性能的CMP方法。

背景技术

在半导体晶片上进行集成电路和其它电子器件的制造中，需要在半导体晶片上沉积多层的导电材料、半导电材料和介电材料，以及将这些材料层从半导体晶片蚀刻除去。这些材料薄层可以通过许多种沉积技术沉积。现代晶片加工中常用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)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)和电镀。常用蚀刻技术包括湿法和干法各向同性和各向异性蚀刻等。

当材料层被依次沉积和蚀刻的时候，晶片的表面变得不平。因为随后的半导体加工(例如光刻)需要晶片具有平坦的表面，所以晶片需要进行周期性的平面化。平面化可用来除去不希望出现的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。

化学机械平面化，即化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片和其它工件进行平面化的常用技术。在使用双轴旋转抛光机的常规的CMP中，将晶片支架或抛光头安装在支架组件上。抛光头固定晶片，对其进行定位，使其与抛光器内的抛光垫的抛光层接触。抛光垫的直径大于进行平面化的晶片直径的两倍。在抛光过程中，抛光垫和晶片围绕其各自的同轴中心(concentric center)旋转，同时晶片与抛光层相接合。晶片的旋转轴相对于抛光垫的旋转轴偏离一段大于晶片半径的距离，使得抛光垫的旋转会在其抛光层上扫出一个圆环形的“晶片轨迹”。当晶片仅发生旋转运动的时候，晶片轨迹的宽度等于晶片的直径。但是，在一些双轴抛光机中，晶片还在垂直于其旋转轴的平面内发生振动。在此情况下，晶片轨迹的宽度大于晶片的直径，该晶片轨迹与该直径之差的量说明因振动造成位移。所述支架组件在晶片和抛光垫之间提供可以控制的压力。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内。通过抛光层和抛光介质在晶片表面上的化学和机械作用，对晶片表面进行抛光，使其成为平的。

人们越来越多地对CMP过程中抛光层、抛光介质和晶片表面之间的相互作用进行研究，致力于对抛光垫的设计进行优化。多年来大部分的抛光垫研发实质上都是经验的。许多的抛光表面或抛光层的设计集中于为这些层提供各种空隙图案和凹槽设置，据称这些图案和设置能够提高浆液的利用或调节抛光的均匀性。多年来，人们已经实施了许多不同的凹槽和空隙图案和设置。现有技术的凹槽图案包括径向图案、同心圆图案、笛卡尔格子、螺旋形等。现有技术的凹槽构造包括在所有凹槽中所有凹槽的宽度和深度都是一致的构造，以及凹槽的深度或宽度相互不同的构造。但是，这些凹槽图案和构造都忽视了与具有活性(active)晶片支架环的CMP抛光机有关的浆液的利用。

近来，G.P.Muldowney在美国专利公开第2008/0182493号中揭示了一种低浆液凹槽，其作用是通过在多个位置使得抛光垫凹槽与支架环中的沟道对齐，提高浆液利用。该专利讲述了抛光垫和支架环的组合，这种组合减少在晶片前缘的刮板作用(squeegee effect)，抛光垫织构上的大部分液体(例如浆液)膜被支架环(carrier ring)扫去。该专利还进一步声称：“这种潜在可用的浆液的损失会降低抛光工艺的有效性和可预测性，同时导致显著提高工艺成本。”

尽管Muldowney的低浆液图案能够提高浆液利用并减少具有沟道的支架环的刮板作用，人们仍然需要一种CMP抛光方法，该方法能够在使用不带有沟道的支架环时，提供有效的去除速率和改进的抛光性能。抛光垫设计者仍然在持续地探寻能够提高去除速率以增加设备生产能力和便于获得改进的抛光性能以提高晶片产量的凹槽图案和抛光方法。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种在抛光介质的存在下，用抛光垫对磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种进行抛光的方法，所述基片固定在支架固定装置之内，所述支架固定装置具有无沟道的表面，所述方法包括：a)在与抛光垫的抛光表面相邻并平行的位置将所述基片固定在具有无沟道的表面的支架固定装置中，所述抛光垫具有多条凹槽，所述多条凹槽具有高速(high-rate)路径，至少50％的高速路径在凹槽轨迹φ(r)的20％以内，凹槽的轨迹φ(r)用以抛光垫的同轴中心为基点的极坐标表示，并用参数(1)抛光垫同轴中心和进行抛光的基片旋转中心之间的距离R，(2)支架固定装置的半径R_c，以及(3)支架固定装置中假想凹槽的局部角(local angle)θ_c0，定义如下：

$\mathrm{\φ}\left(r\right)=\underset{R-R_C}{\overset{r}{\∫}}\frac{\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c+\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)}{(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)-\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c}\frac{{\mathrm{dr}}^{\′}}{r^{\′}}$

其中对于(R-R_C)至(R+R_C)的r值，

${\mathrm{\φ}}_c={\cos }^{-1}\left(\frac{R^2+R_C^2-r^2}{2R{R}_C}\right)-\mathrm{\π}$

b)在与支架固定装置相邻的位置，将抛光介质施加于抛光垫；c)使得抛光垫和支架固定装置旋转，用抛光垫和抛光介质对基片进行抛光，其中，所述支架固定装置的无沟道的表面压在抛光垫上，阻止抛光介质流入基片之内，高速沟槽路径与支架固定装置横交，以促进抛光介质流向基片。

本发明的另一个方面提供了一种在抛光介质的存在下，用抛光垫对磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种进行抛光的方法，所述基片固定在支架固定装置之内，所述支架固定装置具有无沟道的表面，所述方法包括：a)在与抛光垫的抛光表面相邻并平行的位置将所述基片固定在具有无沟道的表面的支架固定装置中，所述抛光垫具有多条凹槽，所述多条凹槽具有高速(high-rate)路径，至少50％的高速路径在凹槽轨迹φ(r)的20％以内，凹槽的轨迹φ(r)用以抛光垫的同轴中心为基点的极坐标表示，并用参数(1)抛光垫圆心和进行抛光的基片旋转中心之间的距离R，(2)支架固定装置的半径R_c，以及(3)支架固定装置中假想凹槽的局部角(local angle)θ_c0，定义如下：

$\mathrm{\φ}\left(r\right)=\underset{R-R_C}{\overset{r}{\∫}}\frac{\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c+\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)}{(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)-\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c}\frac{{\mathrm{dr}}^{\′}}{r^{\′}}$

其中对于(R-R_C)至(R+R_C)的r值，

${\mathrm{\φ}}_c={\cos }^{-1}\left(\frac{R^2+R_C^2-r^2}{2R{R}_C}\right)-\mathrm{\π}$

b)在与支架固定装置相邻的位置，将抛光介质施加于抛光垫；c)使得抛光垫和支架固定装置以相同方向旋转，用抛光垫和抛光介质对基片进行抛光，其中，所述支架固定装置的无沟道的表面压在抛光垫上，阻止抛光介质流入基片之内，高速沟槽路径与支架固定装置横交，以促进抛光介质流向基片。

附图说明

图1是根据本发明方法制造的，与无沟道支架环一起使用的抛光垫的顶视示意图；

图2是显示沿图1的直线2-2剖开的图1的抛光垫的截面放大图，只显示根据本发明的方法确定凹槽路径的支架凹槽；

图3是用来产生用于本发明方法的凹槽路径的抛光垫的凹槽和具有假想凹槽的支架的几何关系的顶视示意图；

图4是为了用于本发明方法而制造的另一种具有变化长度的凹槽的抛光垫的顶视示意图；

图5是为了用于本发明方法而制造的另一种具有变化的和交错的长度的凹槽的抛光垫的顶视示意图；

图6是为了用于本发明方法而制造的另一种具有变化的和交错的长度、而且间距不均匀的凹槽的抛光垫的顶视示意图；

图7是根据本发明的抛光系统的示意图。

具体实施方式

已经发现，在将具有多条弯曲的径向凹槽的抛光垫与无沟道的支架环相结合的情况下，CMP抛光可以提供改进的抛光性能。具体来说，无沟道的支架环以类似刮板(squeegee-like)的方式压在抛光垫上，引导浆液通过弯曲的径向凹槽，在支架环之下通过，到达基片。与其他的抛光垫-支架环组合相比，限制浆液向基片的流动，可以提供增加去除速率的意外的好处。

下面来看附图，图1显示了根据本发明方法而制造的抛光垫100的一个实施方式。如下所述，对抛光垫100进行特别设计，使其与相应的具有无沟道支架环或固定装置108的支架104(例如晶片支架)配合。对于本说明书来说，无沟道的支架环表示一种结构，其能够支承基片120，但是不包含当支架环放置在平坦表面上的时候、能够将抛光介质(例如抛光浆液，图中未显示)从支架环外部输送到支架环以内的通道。通常，支架环108的表面糙度R_a小于100μm。较佳的是，所述支架环的表面糙度小于50μm。抛光垫100包括多个抛光垫凹槽116，这些凹槽构造成与无沟道的支架环108相配合，以便在抛光垫100在支架104下扫除的时候，控制抛光介质向被抛光的基片120的流动。具体来说，无沟道的支架环108以类似刮板的方式压在抛光垫100上，以阻止在无沟道的支架环108和抛光垫100之间的流动，并且将流动引向抛光垫凹槽116。由于抛光垫凹槽116与无沟道的支架环108横交，它们能够在前缘124处促进浆液流向基片120。具体来说，当抛光垫100和支架104分别在预定方向D_垫，D_支架旋转的时候，无沟道的支架环108和抛光垫凹槽116之间发生这种相互作用。

参见图1和2，抛光垫100包括具有抛光表面132的抛光层128。在一个例子中，抛光层128可以用背衬层或子垫(subpad)136支承，所述背衬层或子垫可以与抛光层128整体形成，或者可以独立于抛光层128形成。抛光垫100通常具有圆盘形状，因此抛光表面132具有同轴中心O和圆形外周140。后者可以位于与O相距一定径向距离的位置，表示为特定长度的半径R_垫。所述支架适合的凹槽116的至少一部分具有径向或弯曲的径向形状。对于本说明书来说，径向或弯曲的径向形状在沿着抛光垫100半径R_垫长度的至少一个位置与该半径R_垫相切。抛光层128可以用任何适于对要抛光制品进行抛光的材料制成，例如半导体晶片、磁性介质制品，例如计算机硬盘驱动器的盘、光盘，例如折射透镜、反射透镜、平面反射器或者透明平面制品等。为了说明起见，可用于抛光层128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。另外，这些材料可以具有孔隙率或者没有孔隙率。

可以以任何合适的方式将抛光垫凹槽116设置在抛光表面132上。在一个实施例中，抛光垫凹槽116可以是重复在圆周上例如采用固定的角距(angular pitch)围绕同轴中心O形成的单个凹槽形状的结果。在另一个实施例中，如图1所示，抛光垫凹槽116可以例如以固定的角距在圆周上围绕同轴中心O的方式重复的至少一个凹槽组144设置。在一个实施例中，凹槽组144包括多条独立的抛光垫凹槽116，这些凹槽形状类似，但是延伸程度不同。较佳的是，所述各个抛光垫凹槽116的相邻凹槽之间的间距是不同的。这些凹槽可以与另一凹槽相交，例如与圆形凹槽、螺旋形凹槽、或X-Y凹槽相交。但是，较佳的是，在晶片轨迹中，这些相邻的凹槽不与其它凹槽相交。将会理解，由于抛光垫100是圆形的，从抛光垫同轴中心O附近延伸到抛光垫外周140的并具有固定的角距的多条凹槽之间的间距自然会朝向抛光垫外周140增大。因此，为了提供更均匀的凹槽，在一些设计中，当间距超过某一量的时候，最好为抛光垫100提供更多但是更短的抛光垫凹槽116。会很容易理解，可以根据需要绕同轴中心O形成一些凹槽组144。

另外，除了图1，还可以参见图2，可以用任意合适的方式在抛光层132中形成多条凹槽116，例如通过铣削、模塑、激光切割等。形成的多条抛光垫凹槽116可以各自具有所需的截面形状148，以适应特定一组的设计标准。例如，多条抛光垫凹槽116可以各自具有三角形、正方形、矩形148a(图2)或U形截面形状。通常，正方形、矩形和U形截面能够提供最佳的抛光性能。在另一个例子中，各个抛光垫凹槽116的截面形状148可以沿凹槽的长度变化。在又一个例子中，各抛光垫凹槽116之间的截面形状148可以变化。在又一个例子中，如果提供多个凹槽组144，各组之间的截面形状148可以变化。本领域普通技术人员会理解，设计者有许多种截面形状用于实施抛光垫凹槽116的截面形状148。

下面来看图1-3，提供的各个抛光垫凹槽116(图1)具有支架适合的凹槽形状152。在高水平下，可以用描述各相应凹槽116的方向、位置和轮廓的多个点156来定义支架适合的凹槽形状152。各个点156可以用轴，例如水平轴160和从抛光垫100的同轴中心画的一条半径r之间形成的角φ来定位。在一个例子中，可以在抛光表面132的整个径向距离、或者基本上整个径向距离(即R_垫)上限定支架适合的凹槽形状152。在另一个例子中，可以相对于被抛光的制品(例如晶片120)的位置来定义支架适合的凹槽形状152。在又一个例子中，可以将支架适合的凹槽形状152限定在抛光表面132上的抛光轨迹164的一部分之内(图2)，即在抛光过程中面对晶片120或其它抛光制品的抛光表面的区域内。通常，从中心O在径向测量的所述支架适合的凹槽至少占晶片轨迹的50％。较佳的是，从中心O在径向测量的所述支架适合的凹槽至少占晶片轨迹的2/3。最佳的是，所述支架适合的凹槽占整个晶片轨迹。抛光轨迹164可以用内边界164a和外边界164b限定。本领域普通技术人员会容易地理解，尽管内边界和外边界164a，164b基本上为圆形，但是在抛光机使得被抛光制品或抛光垫100发生轨道运动或振动的情况，这些边界可以是波浪形的。

支架适合的凹槽形状152定义为三个几何参数的函数。第一个参数是抛光垫100的同轴中心O与被抛光的基片120的旋转中心O’之间的距离R。在支架104在垂直于其旋转轴的平面内振动的情况，距离R是时间的周期性函数，用来确定支架适合的凹槽形状152的R的值可以是最小值、最大值、或者中间值；优选使用R的时间平均值。第二个参数是支架104的半径R_c。通常，支架半径R_c表示从旋转中心O′测量的支架环108的外半径。但是，本领域普通技术人员会理解，支架半径R_c可以用另一方法表示从旋转中心O′到支架环108上另一个位置的径向距离，例如图3所示支架环108的中间宽度或支架环108的内半径。第三个参数是假想的支架凹槽112的角θ_c0。当根据本发明使用时，假想的支架凹槽112仅仅是用来限定抛光垫100中支架适合的凹槽形状152的几何构造，但是并不是真实存在于支架环108中。假想支架凹槽112可以看作以一定的方式在支架环108上取向，与轴(例如水平轴160)形成局部角θ_c。在此情况下，其中假想支架凹槽112如图所示取向，假想支架凹槽112a的局部角θ_c为0°，假想支架凹槽112b的局部角θ_c为45°，假想支架凹槽112c的局部角θ_c为-45°。本领域技术人员会容易地理解，如何确定图中所示其余的假想支架凹槽112的局部角θ_c。可以按照相同的方式，容易地确定具有另外的假想支架凹槽取向的另一种支架环的假想支架凹槽的局部角θ_c。用来确定支架相适合的凹槽形状152的基本局部角θ_c0是假想支架凹槽122在对应于支架半径R_c距离处与水平轴160相交的交点114处形成的角。根据定义，基本局部角θ_c0可以是正值、负值、或零。随着支架环108和抛光垫100旋转，各个假想的支架凹槽112优选在与晶片120前缘相邻的多个位置与各个抛光垫凹槽116对齐。例如，可以在不同的时间点，晶片轨迹164中一些不同的位置，使得假想支架凹槽112在与晶片120前缘的相邻处与抛光垫凹槽116对齐。当抛光垫100和支架环108都以逆时针方向旋转的时候，在特定的一条抛光垫凹槽116和顺次的假想支架凹槽112之间的瞬时对齐点将优选起始于同轴中心O附近，穿过晶片轨迹164向外迁移，然后接近外周140。类似地，当抛光垫100和支架环108都以顺时针方向旋转的时候，在特定的一条抛光垫凹槽116和顺次的假想支架凹槽112之间的瞬时对齐点将优选起始于同轴中心O附近，穿过晶片轨迹164向外迁移，然后接近外周140。

在抛光轨迹164宽度之内的所有位置，也就是说，在任何等于或大于内边界164a的半径、并且小于或等于外边界164b的半径的位置，支架适合的凹槽形状152都是界限分明的。内边界164a可以用从同轴中心O画的半径r＝R-R_C限定，其中，如果支架104振动，则r和R为时间平均值，否则便为固定值。外边界164b可以用从同轴中心O画的半径r＝R+R_C限定，其中，如果支架104振动，则r和R为时间平均值，否则便为固定值。因此限定支架适合的凹槽形状152的从同轴中心O画的r的值范围为在(R-R_C)开始和在(R+R_C)结束的半径的间距。当r处于该半径间距以外的时候，即r值小于(R-R_C)或大于(R+R_C)的时候，抛光垫凹槽116优选按照由所述支架适合的凹槽形状152以等于或类似于相应的更接近抛光轨迹164边界处的斜率外推得到的轨迹。

另外，沿支架适合的凹槽形状152的一部分或全部的各个点156也可以用以下参数描述：对位于水平轴160上的晶片支架104的旋转中心O′测得的支架半径R_c所对的支架角φ_c。因此，特定的点156可以以同轴中心O为基点，用整体(global)极坐标(r，φ)表示，或者以旋转中心O’为基点，用局部极坐标(R_c，φ_c)表示。根据该几何等值性，可以对以下支架适合的凹槽的轨迹的公式进行求解，从而提供抛光性能方面的改进，

$\mathrm{\φ}\left(r\right)=\underset{R-R_C}{\overset{r}{\∫}}\frac{\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c+\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)}{(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)-\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c}\frac{{\mathrm{dr}}^{\′}}{r^{\′}}$

其中对于(R-R_C)至(R+R_C)的r值，

${\mathrm{\φ}}_c={\cos }^{-1}\left(\frac{R^2+R_C^2-r^2}{2R{R}_C}\right)-\mathrm{\π}$

较佳的是，在支架固定装置或支架环108和抛光垫100以相同方向旋转的情况下进行抛光。例如当φ_c(r)为负值的情况下，从抛光表面132上方观察，抛光垫100和支架环108都以逆时针方向旋转。例如当φ_c(r)为正值的情况下，从抛光表面132上方观察，抛光垫100和支架环108都在顺时针方向旋转。较佳的是，在高速凹槽路径位于θ_c0为-90至90度的上述凹槽公式的20％以内的情况下进行抛光。对于本说明书来说，在20％以内表示在以同轴中心O为基点的特定半径r处，凹槽路径的整体角φ为使用上述公式在相同半径r处计算出的整体角φ的数值的0.8-1.2倍，在10％以内表示在以同轴中心O为基点的特定半径r处，凹槽路径的整体角φ为使用上述公式在相同半径r处计算出的整体角φ的数值的0.9-1.1倍。

最佳的是，在高速凹槽路径在上述凹槽公式的10％以内和θ_c0为-30至90度的情况下进行抛光。另外，优选各高速凹槽路径有至少50％保持在所述高速凹槽公式的20％以内。对于本说明书来说，高速凹槽路径的百分比保持在公式一定范围内表示从同轴中心O至外周140测量的径向百分比。另外，最优选各高速凹槽路径有至少50％保持在所述高速凹槽公式的10％以内。较佳的是，在高速凹槽路径位于θ_c0为0至90度的上述凹槽公式的20％以内的情况下进行抛光。最佳的是，在高速凹槽路径位于θ_c0为30至60度，例如40度、45度或47.5度的上述凹槽公式的20％以内的情况下进行抛光。具体来说，在高速凹槽路径位于θ_c0为40至50度的上述凹槽公式的20％以内的情况下抛光已经证实可以得到极佳的结果。

图4-6显示了与无沟道支架环408一起发挥作用以将抛光介质引向晶片420的各种示例性抛光垫凹槽116的细部。参见图4，抛光垫400包括组合成重复的凹槽组444的弯曲的径向凹槽426，428，430和432。各凹槽组444包括(1)426，(1)428，(2)430和(4)432弯曲径向凹槽，从抛光垫的中心O测量，它们具有不规则的起始位置(图3)。总体来说，这些凹槽起平衡晶片轨迹上抛光垫凹槽/表面积比例的作用。凹槽426从抛光垫400的外周延伸到晶片轨迹内边界(未显示)以内的位置。凹槽428从抛光垫400的外周延伸到与晶片轨迹内边界相邻的位置。凹槽430从抛光垫400的外周延伸到与晶片轨迹中间区域的位置。凹槽432从抛光垫400的外周延伸到与晶片轨迹外边界内的位置。

图5的抛光垫500包括组合成重复凹槽组544的弯曲的径向凹槽526-532。每个凹槽组544包括(1)526，(1)527，(1)528，(2)529，(1)530，(1)531和(1)532弯曲的径向凹槽。这些凹槽总体上与支架环508相互作用，以提高晶片520的抛光去除速率。所述抛光垫500具有中心O，在多条具有高速路径的凹槽的情况下进行抛光，所述高速路径以距中心O的交错(staggered)的半径开始。总体来说，这些凹槽起平衡晶片轨迹上抛光垫凹槽/表面积比例的作用。另外，凹槽组内的各个凹槽具有交错的转变点，凹槽从这些转变点开始。例如，这些凹槽从晶片轨迹(未显示)之内的起点延伸到晶片轨迹外边界以内的位置。

图6的抛光垫600包括组合成重复凹槽组644的弯曲的径向凹槽616。这些凹槽总体上与支架环608相互作用，以提高晶片620的抛光去除速率。每组凹槽组644包括一些具有不均匀角间距(angular spacing)的弯曲的径向凹槽；在具有高速路径的多个凹槽616中一些凹槽之间存在不均匀角间距的情况下进行抛光。例如，凹槽组644包括凹槽角间距，这些间距从密的角间距650向宽的角间距652变化。具体来说，每个凹槽组可以仅包括有不均匀角间距的凹槽，或者有均匀角间距和有不均匀角间距的凹槽的组合。另外，每个凹槽组644包括具有不均匀径向间距的凹槽，所述凹槽具有变化的转变点或者起始点。例如，这些凹槽从晶片轨迹(未显示)之内的起点延伸到晶片轨迹外边界以内的位置。总体来说，这些凹槽起平衡晶片轨迹上抛光垫的凹槽/表面积比例的作用，并可以降低晶片内的不均匀性(WIWNU)，提高CMP工艺的去除速率。

图7显示了适合使用抛光垫704对晶片708之类的制品进行抛光的抛光机700，所述抛光垫可以是图1-6所示的抛光垫100，400，500和600之一，或者是本揭示内容的其它抛光垫。抛光机700可以包括台板712，抛光垫704安装在该台板上。台板712可由台板驱动器(未显示)驱动绕旋转轴A1旋转。抛光机700还可以包括晶片支架720，该支架可以绕旋转轴A2旋转，所述旋转轴A2平行于台板712的旋转轴A1，并且与该旋转轴A1隔开，在抛光过程中支承晶片708。晶片支架720的特征是具有万向接头的连接(未显示)，使晶片708能假设有以下情况：非常轻微地不平行于抛光垫704的抛光表面724，在此情况下旋转轴A1、A2可以非常轻微地相互歪斜。晶片708包括被抛光的表面728，该被抛光的表面728朝向抛光表面724，在抛光过程中被平面化。晶片支架720可以被支架支承组件(未显示)支承，该支架支承组件适于使得晶片708旋转，提供向下作用力F，将被抛光的表面728压向抛光垫704，这样在抛光过程中，被抛光的表面和抛光垫之间存在所需的压力。抛光机700还可包括抛光介质进口732，用来向抛光表面724提供抛光介质736。

本领域技术人员会理解，抛光机700可包括其它部件(未显示)，例如系统控制器、抛光介质储存和分配系统、加热系统、清洗系统，以及用来控制抛光工艺的各个方面的各种控制装置，例如以下的这些：(1)用于晶片708和抛光垫704的转速中的一种或两种的速度控制器和选择器；(2)用于改变向抛光垫输送抛光介质736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大小的控制器和选择器；(4)用来控制晶片的旋转轴A2相对于抛光垫的旋转轴A1的位置的控制器、致动器和选择器，等等。本领域的技术人员会理解如何构建和完成这些部件，这样无需对本领域的技术人员详细解释这些方面，他们也能理解和实施本发明。

在抛光过程中，抛光垫704和晶片708围绕它们各自的旋转轴A1、A2旋转，从抛光介质进口732将抛光介质736分配在旋转的抛光垫上。抛光介质736铺开在抛光表面724上，包括铺开到晶片708和抛光垫704之间的间隙内。抛光垫704和晶片708通常，但不一定以0.1rpm-750rpm的选定的速度旋转。通常，但不一定对作用力F的大小进行选择，以便在晶片708和抛光垫704之间产生所需的0.1-15psi(6.9-103千帕)的压力。抛光垫凹槽与支架环的相互作用的结果是可以显著提高基片去除速率，改进晶片之间的不均匀性。

实施例

在本实施例中，使用美国特拉华州纽化克市的罗门哈斯电子材料CMP技术公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies，Newark，Delaware，USA)制造的77.5厘米直径IC1000硬聚氨酯抛光垫，其具有常规的同心圆凹槽，或者本发明的高速凹槽，该抛光垫证明与无沟道的支架环一起使用的时候，高速沟道对提高去除速率的功效。同心圆凹槽在3.1毫米的固定节距上机械加工成0.76毫米的深度和0.51毫米的宽度；高速凹槽机械加工成0.76毫米的深度和0.76毫米的宽度，在整个晶片轨迹上施加有高速路径公式所限定的图案和曲率。使用各种凹槽以及无沟道的支架环，对钨300毫米敷层晶片在以下条件下进行抛光，26.6kPa的向下力，抛光垫转速120rpm，支架转速113rpm，浆液流速200和120ml/min.，得到表1所示的结果。平均值表示每组四个单独的晶片得到的结果的算术平均值。

当两种凹槽都是与无沟道的支架环一起使用的时候，相对于常规的同心圆凹槽，在200ml/min的浆液流速下，所述高速凹槽将钨敷层晶片的去除速率提高了平均60％，在120ml/min的浆液流速下，提高了平均84％。另外，在200ml/min的浆液流速下，在不同晶片之间的去除速率的不均匀性(WTWNU)从2.9％减小到1.7％，在120ml/min的浆液流速下，在不同晶片之间的去除速率的不均匀性(WTWNU)从1.1％减小到0.7％。

Claims (10)

1.一种在抛光介质的存在下，用抛光垫对磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种进行抛光的方法，所述基片固定在支架固定装置之内，所述支架固定装置具有无沟道的表面，所述方法包括：

a)在与抛光垫的抛光表面相邻并平行的位置将所述基片固定在具有无沟道的表面的支架固定装置中，所述抛光垫具有多条凹槽，所述多条凹槽具有高速路径，至少50％的高速路径在凹槽轨迹φ(r)的20％以内，凹槽的轨迹φ(r)用相对于抛光垫的同轴中心为基点的极坐标表示，并用以下参数(1)抛光垫同轴中心和进行抛光的基片旋转中心之间的距离R，(2)支架固定装置的半径R_c，以及(3)支架固定装置中假想凹槽的局部角θ_c0，定义如下：

$\mathrm{\φ}\left(r\right)=\underset{R-R_C}{\overset{r}{\∫}}\frac{\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c+\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)}{(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)-\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c}\frac{d{r}^{\′}}{r^{\′}}$

其中对于(R-R_C)至(R+R_C)的r值，

${\mathrm{\φ}}_c={\cos }^{-1}(\frac{R^2+R_C^2-r^2}{2R{R}_C}-\mathrm{\π})$

b)在与支架固定装置相邻的位置，将抛光介质施加于抛光垫；

c)使得抛光垫和支架固定装置旋转，用抛光垫和抛光介质对基片进行抛光，其中，所述支架固定装置的无沟道的表面压在抛光垫上，阻止抛光介质流入基片之内，高速沟槽路径与支架固定装置横交，以促进抛光介质流向基片。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光垫具有中心，在多条凹槽以距该中心的交错半径的位置开始的情况下进行抛光。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在φ_c(r)为负值，抛光垫以逆时针方向旋转的情况下，或者在φ_c(r)为正值，抛光垫以顺时针方向旋转的情况下，进行所述旋转。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在高速路径位于θ_c0为0-90度的凹槽轨迹的20％以内的情况下进行抛光。

5.一种在抛光介质的存在下，用抛光垫对磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种进行抛光的方法，所述基片固定在支架固定装置之内，所述支架固定装置具有无沟道的表面，所述方法包括：

a)在与抛光垫的抛光表面相邻并平行的位置将所述基片固定在具有无沟道的表面的支架固定装置中，所述抛光垫具有多条凹槽，所述多条凹槽具有高速路径，至少50％的高速路径在凹槽轨迹φ(r)的20％以内，凹槽的轨迹φ(r)用以抛光垫的同轴中心为基点的极坐标表示，并用以下参数(1)抛光垫同轴中心和进行抛光的基片旋转中心之间的距离R，(2)支架固定装置的半径R_c，以及(3)支架固定装置中假想凹槽的局部角θ_c0，定义如下：

$\mathrm{\φ}\left(r\right)=\underset{R-R_C}{\overset{r}{\∫}}\frac{\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c+\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)}{(\frac{R}{R_C}\cos {\mathrm{\φ}}_c+1)-\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{c0}\right)\frac{R}{R_C}\sin {\mathrm{\φ}}_c}\frac{d{r}^{\′}}{r^{\′}}$

其中对于(R-R_C)至(R+R_C)的r值，

${\mathrm{\φ}}_c={\cos }^{-1}(\frac{R^2+R_C^2-r^2}{2R{R}_C}-\mathrm{\π})$

b)在与支架固定装置相邻的位置，将抛光介质施加于抛光垫；

c)使得抛光垫和支架固定装置以相同方向旋转，用抛光垫和抛光介质对基片进行抛光，其中，所述支架固定装置的无沟道的表面压在抛光垫上，阻止抛光介质流入基片之内，高速沟槽路径与支架固定装置横交，以促进抛光介质流向基片。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述抛光垫具有中心，在多条凹槽以距该中心的交错半径的位置开始的情况下进行抛光。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在φ_c(r)为负值，抛光垫以逆时针方向旋转的情况下，或者在φ_c(r)为正值，抛光垫以顺时针方向旋转的情况下，进行所述旋转。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述具有高速路径的多条凹槽中的一些凹槽之间具有不均匀的角间距的情况下进行抛光。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在高速路径位于θ_c0为30-60度的凹槽轨迹的20％以内的情况下进行抛光。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在高速路径位于θ_c0为40-50度的凹槽轨迹的10％以内的情况下进行抛光。

Images