CN102792424A - 化学机械抛光后清洁刷 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例包括一个化学机械抛光清洁刷，其具有在刷的内部区域的中央结节和在刷的端部区域的一个或多个边缘结节的组合，其中中央结节和边缘结节相互交错或匹配设置，刷上的各个边缘结节的上表面的接触面积等于或大于中央结节的上表面。各个边缘结节的上表面与基板边缘区域的接触面积等于或大于中央结节的上表面与基板中央区域的接触面积。

Description

化学机械抛光后清洁刷

优先权

本申请要求2010年12月21日递交的美国临时申请号为61/425,644和2010年2月22日递交的临时申请号为61/306,582的美国临时申请的权益，它们的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及化学机械抛光的基板。更具体的说，本发明涉及化学机械抛光后，用于清洁基板的刷子。

背景技术

通过导电、半导电和绝缘层在晶片上连续沉积，集成电路可以在半导体基板上、特别是硅晶片上形成。可以在每个层沉积后蚀刻电路的特征。经过一系列的层的经过沉积和蚀刻后，基板的最上层的表面可能越来越非平面。非平面的表面可能会在集成电路制造过程的光刻步骤中产生问题。因此，有必要定期平整半导体基板表面。

镶嵌是这样一个过程，在该过程中通过隔离电介质形成互连的金属线。在镶嵌过程中，首先在介电层中光刻限定互连的图案，然后沉积金属以填充光刻获得的沟槽。可以通过化学机械抛光除去过量的金属（平面化）。化学机械抛光（CMP），也称为化学机械整平，是指通过化学机械抛光除去固体层的方法来实现表面整平的目的和金属互连图案的限定。双镶嵌是镶嵌工艺的改良版本，其用于使用化学机械抛光工艺而不是金属蚀刻来形成金属互连的几何形状。在双镶嵌过程中，两个层间介电层图案形成步骤和一个化学机械抛光步骤创建了图案，而当使用常规的镶嵌工艺时，将需要两个图案形成步骤和两个金属化学机械抛光步骤。

在典型的化学机械抛光操作中，旋转的抛光垫接收化学反应性浆料，以用于抛光基板的最外层表面。该基板位于抛光垫上，并由固定环保持在适当位置上。通常情况下，基板和固定环安装在载体或抛光头上。在基板上通过载体头施加可控力，以在抛光垫上按压基板。抛光垫在基板整个表面上的运动使得以化学和机械的方法从基板表面清除材料。

抛光后，通常通过擦洗设备诸如刷子，从晶片表面清洁或擦去浆料残余物。美国专利号4,566,911公开了一种具有齿轮状构造的清洁刷辊，其设置有许多平行的槽，平行的槽以相对轧辊轴线0度至90度形成，还公开了圆形、椭圆形、矩形、或菱形等突起并具有整个表面区域的突起的15％至65％的总表面面积的15％至65％的突起的整个表面区域。

美国专利号6,299,698中公开了一种用于同时擦洗薄磁盘如半导体晶片的平面和异形表面（例如，边缘）的晶片边缘洗涤器刷。该刷具有接触表面，其具有两个部分，一个用于接触晶片平表面的平面部分，一个用于接触晶片边缘表面的异形部分。根据公开的内容，异形结节优选是细长的，并延伸到刷的端部，异型结节（在横截面和/或纵向）有对应于由该刷清洁的晶片边缘区域的轮廓。接触晶片之前，该刷的用于沿着异形平面接触晶片的异形部分具有异形表面。异形结节也可以具有比平面结节更高的弹性模量。

然而，采用传统的化学机械抛光刷，在洗涤的基板表面上、特别是在近边缘区域仍然会残留一定数量的不期望的颗粒。因此，一直需要改进的方法和刷子来在类似半导体晶片的中央区域以及边缘区域均匀清洁整个基板。

发明内容

本发明是一种化学机械抛光后清洁刷，可用于清洁各种基板，如半导体晶片、硬盘、平板显示器等等。该化学机械抛光后清洁刷具有在刷的内部区域的中央结节和在刷的端部或近端部区域的一个或多个边缘结节的组合。中央结节和边缘结节可以彼此交错或匹配设置，并且刷上的每个边缘结节的上表面上具有与中央结节的上表面相同或更大的接触面积。每个边缘结节的上表面与基板边缘区域的接触面积和中央结节的上表面与基板中央区域的接触面积相同或更大。中央结节和边缘结节的顶部高度基本上是相同的，或者差距大约±5％以内或更少，该高度为例如从一个刷的旋转轴测量的结节的平均高度。在刷的端部区域附近的结节没有基板的轮廓。

根据本发明的实施例的化学机械抛光后清洁刷包括一个具有第一端和第二端部的圆柱形泡沫刷，该刷具有外表面以及在刷表面上的多个中央结节和边缘结节。中央结节位于刷的中央区域，并由间隙将其彼此分开。边缘结节位于刷的第一端部和第二端部附近，边缘结节和中央结节由间隙分开。中央结节和边缘结节设置在刷的表面，使得不存在由中央结节或边缘结节形成的环绕刷子运行的直线通道。中央结节具有顶面和从刷的旋转轴到中央结节的顶面测量的中央结节顶面高度。边缘结节具有顶面和从刷的旋转轴到边缘结节的顶面测量的边缘结节顶面高度。中央结节和边缘结节的顶面的高度相同或相差的量值小于基板的边缘轮廓部分。边缘结节的顶面区域大于中央结节的顶面区域并小于由四个或更少的中央突起包围的区域。

在本发明的一些实施例中，中央结节和边缘结节的设置使得刷和基板之间的摩擦是在基板和只有中央突起的刷之间的摩擦的大约±10％以内，或更少。

本发明的另一个实施例是化学机械抛光后清洁刷清洁半导体晶片表面的方法。该方法包括将旋转晶片的表面与旋转的圆柱形泡沫辊啮合，圆柱形泡沫辊具有沿圆周方向延伸的一行细长结节，其围绕圆柱形泡沫辊延伸。每个结节可以有侧表面和外晶片啮合表面，外晶片啮合表面具有至少主要是在轴向方向上定向的各个细长结节。该辊可以位于晶片上，使得细长的结节行位于仅具有晶片啮合边缘的细长结节的外晶片啮合表面上而不是侧表面上。在一些实施例中，成行的结节每一个都可以螺旋定位于泡沫辊上。在清洁过程中，当辊转动并与晶片啮合时，流体可以通过泡沫辊从外注入。

本发明的还一实施例，清洁刷包括圆柱形的泡沫辊，用于化学机械抛光后清洁具有轴线和圆柱形的外底表面的晶片，该圆柱形的外底表面具有从圆柱形外表面延伸的结节的矩阵设置。结节可都从轴线沿周向围绕圆柱形的泡沫辊延伸出相同的距离，每个沿细长维度定向的细长结节在轴向方向上的延伸多于沿圆周方向。在一个实施例中，每个结节都是细长的结节。

在一些实施例中，每个细长结节具有晶片啮合表面，晶片啮合表面具有跑道状的外周边。在一些实施例中，结节的矩阵设置包括多个从泡沫辊的外圆柱表面沿径向向外延伸的圆柱形结节。在一些实施例中，该矩阵设置包括临近沿圆周方向延伸的细长结节的沿圆周方向延伸的成行的圆柱形结节，成行的圆柱形结节与细长结节交错在一起。矩阵设置的每个结节可以有晶片外啮合表面，每个所述表面平行于泡沫辊的圆柱形外底表面。矩阵设置的每个结节可以有外晶片啮合表面和侧面，所述每个表面基本上是平面。

本发明实施例的特征和优点在于利用细长结节在其顶面啮合晶片以防止剪切力和晶片角的啮合，在晶片的外表面和平面之间，以及结节的侧面，使得结节的损坏最小化以及使辊的清洁作用最大化。

本发明实施例的特征和优点在于利用螺旋形定向细长结节在细长结节的顶面啮合晶片，进一步最小化对细长结节的损害，相比于在辊上轴向（纵向）设置的细长结节或具有圆形晶片接触表面的结节来说，在晶片角（或边缘）接触结节的斜率可进一步减小。

本发明实施例的特征和优点在于，沿周向成行的细长结节与具有圆形晶片啮合表面的、沿轴向成行的结节交错在一起。

本发明实施例的特征和优点在于，辊子可完全包含细长结节，该细长结节在泡沫化学机械抛光后清洁刷的外圆柱表面上按矩阵设置。结节可以彼此平行地布置。结节可以是螺旋形排列。结节可以是不同的尺寸，包括从圆柱基底表面沿径向向外延伸不同的距离。细长结节不需要定向相同，一些可轴向（纵向）定向，一些可能是沿圆周或中间方向（如螺旋）定向。

附图说明

图1A是现有技术中的化学机械抛光后清洁刷和基板（虚线圆）的视图；

图1B是图1A的刷和基板的边缘部分的局部视图；

图1C是图1A的刷和基板的边缘部分的局部视图；

图1D是图1A的刷和基板的边缘部分的局部视图；

图2是现有技术中的另一种化学机械抛光后清洁刷；

图3A示出了根据本发明的实施例的刷芯上的化学机械抛光后清洁刷的立体图；

图3B示出了图3A的化学机械抛光后清洁刷清洁基板的侧视图；

图3C示出了图3A的化学机械抛光后清洁刷的端视图；

图3D是图3A的刷和基板的边缘部分的局部视图；

图4A示出了根据本发明的实施例的刷芯上的化学机械抛光后清洁刷的立体图；

图4B示出了图4A的化学机械抛光后清洁刷清洁基板的侧视图；

图4C示出了图4A的化学机械抛光后清洁刷端视图；

图5A示出了根据本发明的实施例的刷芯上的化学机械抛光后清洁刷的立体图；

图5B示出了图5A的化学机械抛光后清洁刷清洁基板的侧视图；

图5C示出了图5A中的化学机械抛光后清洁刷的端视图；

图6A示出了根据本发明的实施例的刷芯上的化学机械抛光后清洁刷的立体图；

图6B示出了图6A的化学机械抛光后清洁刷清洁基板的侧视图；

图6C示出了图6A的化学机械抛光后清洁刷的端视图。

具体实施方式

虽然描述了不同的组合和方法，但是应当理解的，本发明并不限于描述的特定组合、设计、方法或方案，因为这些可能会变化。还应当理解的是，在说明书中所使用的术语只是为了描述特定的变形或实施例，并不是意图限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附的权利要求进行限制。本领域技术人员已知的术语：突起和结节，将互换使用以描述本文中描述的化学机械抛光后清洁刷的特征。 图1A-1D示出了现有技术中的化学机械抛光后清洁刷10，其可以称为标准刷。刷10包括沿刷整个长度的相同的清洁结节14，从而用相同形状的结节清洁基板12的中央部分和边缘部分。从图1B、1C和1D中可以看出，使用这样的刷子10可致使只有结节14的一部分接触基板12的外边缘16。参照图1D，基板12接触结节14的角19，其中只有结节14的侧面15和顶面或外面17接触。这种在结节和晶片边缘16之间的部分接触可引起结节14在使用过程中的变形或断裂，并且可以导致在基板的端部区域不完整的或不均匀的清洁，以及损坏基板。

图2中示出了现有技术中的另一种化学机械抛光后清洁刷。刷20包括具有圆形形状的标准中央结节22以及边缘结节24，其包括对应于待清洁的基板晶片边缘的轮廓或外形。边缘结节24的顶面成角度或相对于中央结节22的顶面突起。然而，沿圆周延伸的直线环或周向通道26位于边缘和中央结节之间。这也可能导致在一定区域的清洁不均匀，例如，在基板的边缘区域。

清洁基板的边缘区域，例如用化学机械平坦化后清洁刷（CMP刷）从半导体晶片的边缘区域除去浆料颗粒，使得在基板边缘区域和中央区域的清洁度相比于使用传统的化学机械平坦化清洁刷有所提高（例如可以通过基板上的颗粒数或光点缺陷或液滴接触角测定清洁度），并且清洁度可通过提供化学机械清洁刷实现，该刷具有在刷的内部区域的中央结节和在端部区域附近的边缘结节的组合，在端部区域附近，中央结节和边缘结节相互交错（或匹配）设置，刷上每个边缘结节的上表面与中央结节的上表面具有相同的或更大的接触面积。基板边缘区域的每个边缘结节的上表面接触面积与基板中央区域的中央结节的上表面接触面积相同或更大。化学机械抛光后清洁刷可以是泡沫刷。在清洁过程中，当辊转动并与晶片啮合时，流体可以通过泡沫辊从外注入。

图3A-3C示出了根据本发明的一个实施例的大体为圆柱形的化学机械抛光后清洁刷或泡沫辊100。所示的刷100安装在用于旋转刷的刷芯或心轴102上，并且包括大体为圆柱形的主体部分101，其具有矩阵设置的中央结节或突起104和从主体部分101伸出的轴向边缘结节或突起106。从图中可以看出，刷100接触基板108，使得中央结节104接触基板108的中央区域100以及边缘结节106接触基板108的边缘区域112。中央结节104沿刷的长度方向被间隙彼此分开，间隙也将中央结节104和边缘结节106分开。边缘结节106接触基板108边缘区域112的大概面积大于中央结节104接触基板中央区域的面积，并且所有的边缘区域是通过轴向边缘结节106的一部分或全部进行接触。边缘结节106可以是交错布置，以便于一些边缘结节106延伸到刷100的边缘或边缘附近，而其它的边缘结节106从刷100的边缘偏移。由于偏移以及这两种类型的结节104、106的交错关系，没有环形通道围绕刷100形成。所示的边缘结节106和中央结节104具有大约相同的高度，中央结节104和边缘结节106之间的间距也基本相同。相比于仅具有图1中所示的中央结节或标准结节的刷，化学机械抛光后清洁刷100的外边缘处的大结节足迹增大了对基板边缘部分的清洁和与基板的摩擦或扭矩。

此外，在图3D中可以看出，细长边缘结节106使得基板边缘和边缘结节106的晶片啮合表面107的顶面或外面以及中央结节104的晶片啮合表面103的顶面或外面之间完全接触。因此，在基板108和边缘结节106的侧面109或中央结节104的侧面105之间没有接触。这可以防止因为使用标准刷，部分边缘接触晶片边缘上的结节而引起对结节和基板损伤的问题。虽然没有详细描述，应当指出的是，这里所描述的根据本发明的实施例的所有边缘结节和中央结节包括具有这种侧面和顶面或外面晶片啮合表面的结节，在每个实施例中，基板仅接触结节的外面晶片啮合表面，而不是侧面。

现在参照图4A-4C，示出了根据本发明的另一个实施例的安装在刷芯或心轴202上的化学机械抛光后清洁刷或泡沫辊200。刷200包括大体为圆柱形的主体部分201，其具有多个中央结节204和多个螺旋状或螺旋形的边缘结节206的矩阵设置201，以用于清洁从主体部分201突出的基板208。在一个实施例中，边缘​​结节206占据了从刷边缘朝向刷中央的距离，其具有两到四个中央结节204的长度（包括间隙）。例如，在所示出的实施例中，边缘结节206具有约三个从刷200的边缘向内延伸的中央结节204的长度。在该实施方式中，边缘结节206的构造大体上是螺旋形或螺旋状。这些边缘结节206具有在基板208的边缘区域212上的外基板边缘211下面/里面的接触区域，其大于具有基板中央区域210的中央结节204的接触区域。螺旋状边缘结节206和中央结节204交错排列设置以使得在中央结节204和边缘结节206之间不形成环状或周向通道。

图5A-5C描述了根据所示的本发明另一实施例的安装在刷芯或心轴302上的，用于旋转刷300的化学机械抛光后清洁刷或泡沫辊300。刷300包括大致为圆柱形的主体301，其具有从其上突出的中央结节304和轴向边缘结节306的矩阵设置311。每个边缘结节306的面积和长度都相等并且交错设置以便于一些边缘结节在刷的边缘附近延伸，而有些边缘结节相对中央结节304偏移和重叠。边缘结节306的顶面长度（长尺寸）可小于四个中央结节304长度之和（包括间隙）。此外，在该实施方式中，边缘结节306顶面的宽度或较短尺寸可小于中央结节304的直径。边缘结节306所包含顶面的总面积可小于三个中央结节304的总面积之和（包括间隙）。接触基板的部分边缘结节和不接触基板的部分结节都至少和中央结节一样大。选定边缘结节的面积是为了使在基板和刷300之间的摩擦力均匀分布，并最大限度地减少基板振动，这使得在基板的中央和边缘区域之间的清洁均匀。中央结节304和边缘结节306之间的重叠使得没有形成围绕刷300延伸的直线和连续的环形或周向通道。在外边缘的较大结节足迹使得对晶片边缘的清洁加强。相比于图1所示的仅具有相同尺寸的中央突起的刷子，在这些图中的化学机械抛光后清洁刷300具有大致相同的，在±10％范围之内，或更少的对基板的摩擦/扭矩。

现在参照图6A-6C，根据所示的本发明的另一个实施例，示出了安装在刷芯或心轴402上的用于旋转刷400的化学机械抛光后清洁刷或泡沫辊400。刷400包括大体为圆柱形的主体部分401，其具有从其上突出的中央结节404和具有第一长度的第一轴向边缘结节406和具有第二长度的和第二轴向边缘结节407的矩阵设置411。第一轴向边缘结节406和第二轴向边缘结节407都在刷400的边缘附近延伸，但是更长的第二边缘结节407在边缘结节406和407之间偏移，并与中央结节404重叠，使得不能形成圆周或轴向通道。第一边缘结节406的长度可小于三个中央结节404的长度之和（包括间隙），第二边缘结节407的长度可小于四个中央结节404长度之和。此外，每个边缘结节406、407的宽度可小于中央结节的直径。接触基板的部分边缘结节406、407和不接触基板的部分结节406、407都至少和中央结节404一样大。选定边缘结节的面积是为了使在基板和清洁刷之间的摩擦力遍及基板均匀分布，并最大限度地减少基板振动，这使得在基板的中央和边缘清洁相同。在刷外边缘的较大结节足迹使得对晶片边缘的清洁加强，而且相比于从仅具有中央结节的标准刷测得的摩擦或扭矩，能提供大致相同的，在±10％范围之内，或更少的对基板的摩擦/扭矩。

中央结节具有顶面和高度，高度可从刷的旋转轴到顶面测得。边缘结节同样有顶面和和高度，高度也可从刷的旋转轴到顶面测得。在一些实施例中，中央结节的顶面高度和边缘结节的顶面高度相同（约±1％或更低）或不同，在量上小于基板的边缘轮廓部分。

在本发明的一些实施例中，边​​缘结节的顶面面积大于中央结节的顶面面积且小于四个中央结节面积之和。在一些实施例中，边​​缘结节的顶面面积小于三个中央结节包含的面积之和。在其它实施例中，该刷可具有不同面积的边缘结节的组合。例如，如图6A-6C所示，一些边缘结节可具有的顶面面积小于四个或更少的中央突起的面积之和，其他突起具有的顶面面积小于三个或更少的中央突起的面积之和。

本发明的各种实施例包括在刷的内部区域的中央结节和在刷的端部区域、并与中央结节交错配置的一个或多个边缘结节的组合。这在遍及刷的结节轮廓内提供了一个变化，可用于产生从基板中央区域到基板边缘区域的结节形成的接触压力、摩擦以及接触面积的变化。这也阻止了圆周通道的形成。可以在成行的结节之间形成轴向通道。

一般来说，边缘结节接触基板的面积大于中央结节接触基板的面积。一行边缘结节的接触面积与相邻成行的中央结节的接触面积部分重叠，以便于化学机械抛光清洁刷在清洁过程中，结节在基板上形成充分的接触覆盖。在一些变化中，如图6A-6C所示，边缘结节延伸到刷的第一端和第二端的端部附近。在其他变化中，如图5A-5C所示，边缘结节可偏离刷的端部。

通常，刷的中央区域可接触基板中心部分的30％到90％的基板表面积。在一些实施例中，刷的中央区域可接触基板中心部分的55％到65％的基板表面积。更具体地说，刷的中央区域可接触基板中心部分的57％到62％的基板表面积。

在刷内部区域的中央结节可以包括平面圆形结节、细长的二维或三维结节、截头圆锥形的结节、截锥体结节、具有圆形、椭圆形、矩形、三角形、圆角矩形、梯形或菱形横截面以及本领域中已知的其他容易成型形状的结节。在一些实施例中，结节可具有一个或更多的圆形或圆角半径，以及任何这些形状的组合。每个中央结节具有上表面，其与基板的接触面积相等或小于每个边缘结节的上表面接触基板的面积。

在刷端部区域附近的边缘结节可以是包括平面圆形结节、细长的二维或三维结节、截头圆锥形的结节、截锥体结节、具有圆形、椭圆形、矩形、三角形、圆角矩形、梯形或菱形横截面以及本领域中已知的其他容易成型形状的结节。在一些实施例中，结节可具有一个或更多的圆形或圆角半径，以及任何这些形状的组合。在一些实施例中，边缘结节具有对应于刷的中央区域结节的端部半径。在其它实施例中，该端部半径大于或小于中央结节的半径。边缘结节具有在基板边缘 “下面”或内部的接触区域，而且边缘结节具有从基板边缘的“下面” 延伸出来的可用的接触面积。

通常，每个边缘结节的上表面接触基板的区域等于或大于中央结节的上表面接触基板的区域。在一些实施例的化学机械抛光后清洁刷中，如图6A-6C所示，边缘结节具有第一长度和第二长度，其中第一长度与第二长度不同。一些边缘结节的顶面上还可以有第一面积，其他边缘结节有第二面积，所述第二面积与所述第一面积不同。在其它实施例中，所有的边缘结节可以具有相同的长度和面积，或边缘结节有可能具有三个或更多不同的长度或顶面面积。

刷上的一个或多个边缘结节基本上具有至少中央结节与基板接触的面积。在本发明的一些变形中，一个或多个边缘结节的全部或部分可以延伸到刷的端部或附近。在本发明的一些变化中，边缘结节可平行于延伸穿过成行的中央结节的线，这些结节被称为“轴向”边缘结节。在本发明的其他变形中，一个或多个边缘结节的全部或部分可沿着贯穿成行的中央结节延伸/外推的线产生，边缘结节可跨贯穿一行或多行相邻中央结节延伸/外推的线并且在非平行方向延伸；在一些变形中，这些被称为螺旋状边缘结节或螺旋形边缘结节。在一些变形中，边缘结节在非平行方向上延伸，并跨一行或多行相邻的中央结节，最外层的边缘结节可以是相邻的成行中央结节的端线，也可以不是。边缘结节缺少对应于该刷接触的基板边缘的轮廓。

在本发明的一些实施例中，如图3A-3C和图4A-4C所示，边缘​​结节的顶面面积大于单个中央结节的面积，边缘结节的顶面长度、宽度和面积大约等于三个中央结节所覆盖的面积（包括间隙）。在本发明的其他实施例中，边缘​​结节的顶面面积大于单个中央结节的面积，但小于四个中央结节面积之和（包括间隙），在某些情况下，小于三个中央结节面积之和（包括间隙）。在一些实施例中，刷的边缘上没有局部结节。

刷上的结节能充分的接触覆盖基板–将结节定位好并设定好尺寸使得在清洁过程中，旋转刷表面上的一个或多个结节可接触整个基板表面。例如，在本发明的一个实施例中，中央结节可以大致均等地成行间隔，并且可平行于刷的旋转轴线延伸，单一行中的结节通过间隙彼此分开。相邻行中的中央结节彼此交错，以提供与基板表面的充分接触覆盖。在一些实施例中，一行结节的顶面覆盖相邻行的、间隔的结节之间的间隙。刷上的结节，特别是在边缘结节定位的位置不会形成环形通道。

边缘结节位于每一行中央结节的端部，并由间隙与中央结节间隔开来，该间隙与中央结节之间的间隙相似或相同。边缘结节的长度可以延伸到刷的边缘或边缘附近，或者它们可以从刷的边缘偏移。

根据本发明的变形的刷可模制形成圆柱形的主体，其具有外表面和从所述外表面延伸的多个中央结节。中央结节可以平行或倾斜成行的按规律间隔设置。行之间的间隙可以限定通道，其可以是轴向的、倾斜的或在刷的旋转轴线的不同角度上的。中央结节在沿圆柱形主体的纵向轴线方向上可以彼此偏移，并具有一个尺寸，导致平行成行的结节呈交错重叠设置，从而通过一个或多个结节提供与基板的完全接触覆盖。偏移的中央结节可以沿刷的外侧形成螺旋通道，该外侧由相邻行的成对中央结节形成。

在本发明的变形中，中央区域的结节和边缘区域结节的交错组合提供了基本相同的接触压力或摩擦，延长了边缘结节和基板边缘区域之间的接触时间（可以通过基板表面上的颗粒计数或颗粒数测得该接触时间），并改善了刷压缩不足或刷扭曲缺乏、增大了基板的内侧区域和中央结节之间的接触压力或摩擦，或这些之间的任意组合。在具有边缘结节和中央结节的化学机械抛光后清洁刷的变化中，该刷的特征在于，刷和基板之间测得的摩擦或扭矩在约±10％之内或小于在同样的基板和如图1所示的仅具有中央结节覆盖中央和边缘区域的标准刷之间测得的摩擦或扭矩。

本发明的刷可以通过滑动到刷芯或心轴或浇铸到芯制得。该刷子可以使用合适的材料制得，可以是硬的、多孔的、有弹性的以及有一定的耐磨损性的。在本发明的一些变形中，用于设备的主要原始材料是聚乙烯醇。聚乙烯醇是用于形成聚乙烯醇缩醛的多孔弹性材料。多孔材料的特性变化取决于清洁度、孔形成剂或工艺的类型、用于将聚乙烯醇转化成聚乙烯醇缩醛的醛类型，以及其他因素。聚乙烯醇海绵材料可通过混合有聚乙烯醇水溶液的酸催化剂和醛制备，聚乙烯醇水溶液由聚醋酸乙烯酯均聚物或包含少于25wt％共聚物的聚醋酸乙烯酯或不超过10wt％固体的合金化水溶性聚合物制得。影响多孔质材料特性的其他因素还包括反应物、催化剂的相对比例、反应温度和时间以及制造过程中的基本条件和原始材料。制造过程的清洁度在这些设备的制造中同样重要。其他模制成刷的材料，例如但不限于尼龙、聚氨酯或聚氨酯和聚乙烯醇的组合或其它共聚物，其不划伤基板表面，并具有合适的材料去除性，可使用的工艺包括美国专利号为4,083,906 Schindler（聚乙二醇 - 聚丙烯酰胺）的美国专利；专利号为 5,311,634 Andros, Nicholas（表面活性剂空气泡沫系统和核心浇注）的美国专利；专利号为5,554,659 Rosenblatt, Solomon（表面活性剂空气泡沫）的美国专利，专利号为2,609,347 Wilson, Christopher（早期表面活性剂泡沫系统）的美国专利和专利号为3,663,470 Nishimura 等（早期淀粉基海绵）的美国专利，其内容在此通过引用并入本文。刷子及其制造方法，还在WO/2005/016599中有描述，它们的内容在此并入本文作为参考。

所述基板可以是半导体晶片、光盘、玻璃基板等。这些基板可以通过本发明的化学机械抛光后清洁刷并使用常规的聚乙烯醇刷洗涤器来清洁。常规的洗涤器包括一对聚乙烯醇刷，每个刷包括多个遍及刷表面的突起结节，以及多个位于结节之间的凹陷。该洗涤器还包括用于支撑晶片的平台和用于旋转成对聚乙烯醇刷的机械装置。该平台包括多个用于待清洁的晶片或其他合适的基板旋转的旋转机构。刷盒操作的基本方面，在美国专利号6299698和5675856的美国专利中公开，它们的内容在此并入本文作为参考。

抛光过程中，刷的中央和边缘区域具有多个结节接触晶片。一组中央结节位于刷的中央部上。结节可以限定平面的或圆柱形的接触面。结节的平面状或圆柱形的接触表面可以是圆形的或对称的，以便于制造，也可形成成行的圆形平面结节。同样，一组边缘结节位于刷子的边缘部分上。边缘结节接触基板的边缘区域。在一个实施例中，边缘​​结节是圆角矩形。清洁过程中不会损坏边缘结节。

凹陷区域，有时被称为间隙，围绕中央和边缘结节，​​以便提供通道，使化学机械抛光后清洁的化学品、溶剂和浆料残余物（从基板表面除去的）和其他污染物可从该通道通过。以这种方式，通过中央和边缘结节可有效地从晶片的平表面和边缘表​​面清洁浆料残余物。溶剂和浆料的残余物可以很容易地穿过的凹陷区域和间隙，直到重力和/或辅助的液体流从每个刷中清除浆料的残余物或其他微粒污染物。

虽然已经示出了体现本发明的各方面的几个示例性物品、组合物、装置、方法，当然可以理解的是，本发明并不局限于这些实施例。可以由本领域的技术人员作出修改，尤其是鉴于上述教导。例如，一个实施例中的元件和特征可以被另一实施例中的相应组件和特征取代。此外，本发明可包括这些实施例中的各个方面的任何组合或子组合。

Claims (19)

1.一种用于在基板化学机械抛光（化学机械抛光后）之后清洁基板的刷子，其包括：

大致为圆柱形的主体；

在主体的中央区域从圆柱形主体向外突出的多个中央结节，所述中央结节通过中央间隙彼此隔开；

从圆柱形主体向外突出的多个边缘结节，并具有不同于中央结节的形状，第一组边缘结节设置在中央区域和所述主体的第一端之间，第二组边缘结节设置在中央区域和所述主体的第二端之间，所述中央结节通过边缘间隙与各组边缘结节隔开，其中：

邻接的周向成列的边缘结节和中央结节围绕所述主体呈交错排列，以使在所述边缘结节和中央结节之间的所述边缘间隙不会形成围绕所述主体周向延伸的直线环形通道；

每个边缘结节的顶面具有比每个中央结节的顶面更大的表面积，以适于接触基板；以及

所述边缘结节的顶面和所述中央结节的顶面从所述主体延伸的高度大致相同。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光后清洁刷，其中所述第一组边缘结节和所述第二组边缘结节分别是单独周向成列的边缘结节。

3.根据权利要求1所述的化学机械抛光后清洁刷，其中每个边缘结节的顶面的表面面积小于四个中央凸起的顶面和相关的中央间隙所包围的面积。

4.根据权利要求3所述的化学机械抛光后清洁刷，其中每个边缘结节的顶面的表面面积基本等于三个中央凸起的顶面和相关的中央间隙所包围的面积。

5.根据权利要求1所述的化学机械抛光后清洁刷，其中所述边缘结节和中央结节轴向成行设置，该轴向成行限定了行之间的通道。

6.根据权利要求1所述的化学机械抛光后清洁刷，其中所述第一组边缘结节和所述第二组边缘结节至少之一包括具有第一长度的边缘结节以及具有大于所述第一长度的第二长度的边缘结节。

7.根据权利要求6所述的化学机械抛光后清洁刷，其中所述具有第一长度的边缘结节和所述具有第二长度的边缘结节围绕所述主体周向地交替并邻近所述主体的边缘设置，使得所述具有第二长度的边缘结节比所述具有第一长度的边缘结节朝向所述主体的中央区域延伸的更远。

8.根据权利要求1所述的化学机械抛光后清洁刷，其中所述第一组边缘结节和所述第二组边缘结节至少之一的所有长度都相等。

9.根据权利要求8所述的化学机械抛光后清洁刷，其中所述相同长度的边缘结节围绕所述主体周向的设置，邻近主体的边缘交替设置，且进一步向所述主体内偏移。

10.一种用于化学机械抛光后清洁半导体晶片表面的方法，所述方法包括：

啮合旋转晶片的表面和旋转的圆柱形泡沫辊，所述圆柱形泡沫辊具有沿圆周方向延伸的成行细长结节，所述成行细长结节围绕所述圆柱形泡沫辊延伸，

各个结节具有侧面和外晶片啮合表面，每个所述细长结节至少主要在轴向上定向，

将所述辊定位在晶片上，使得所述成行的细长结节定位，晶片的边缘仅啮合所述细长结节的外晶片啮合表面而不是侧面。

11.根据权利要求10所述的方法，其中成行的结节各自螺旋定位在所述泡沫辊上。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤，当所述辊旋转并与晶片啮合时，通过所述泡沫辊从外注入流体。

13.一种用于化学机械抛光后清洁晶片的圆柱形泡沫辊，其具有轴线和具有从圆柱外表面延伸的呈矩阵设置的结节的圆柱外底表面，结节都从轴线延伸出相同的距离，结节围绕圆柱形泡沫辊周向的延伸，每个结节在其细长尺寸定向并沿轴向上的延伸多于圆周方向。

14.根据权利要求10或13所述的泡沫辊，其中每个细长结节具有晶片啮合表面，所述晶片啮合表面具有跑道形状的外周缘。

15.根据权利要求10或13或14所述的泡沫辊，其中所述矩阵设置的结节包括多个从所述泡沫辊的外圆柱表面向外径向延伸的圆柱形结节。

16.根据权利要求10-15任一项所述的泡沫辊，其中所述矩阵设置包括周向延伸的成行圆柱形结节与周向延伸的细长结节相邻，所述成行的圆柱形结节与所述成行的细长结节交错。

17.根据权利要求10-16任一项所述的泡沫辊，其中所述矩阵设置的每个结节具有外晶片啮合表面，每个所述的表面平行于所述泡沫辊的所述圆柱形外底表面。

18.根据权利要求10-17任一项所述的泡沫辊，其中所述矩阵设置的每个结节具有外晶片啮合表面和侧面，所述每个表面基本上是平面。

19.根据权利要求13所述的泡沫辊，其中，所述每个结节是细长的结节。

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