CN103429389A - 具有同心或大致同心多边形槽图案的抛光垫 - Google Patents

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Abstract

描述了具有同心或大致同心的多边形槽图案的抛光垫。还描述了制造具有同心或大致同心的多边形槽图案的方法。

Description

具有同心或大致同心多边形槽图案的抛光垫
技术领域
本发明的实施例属于化学机械抛光（CMP）、特别是具有同心或大致同心的多边形槽图案的抛光垫的领域。
背景技术
化学-机械平面化或化学-机械抛光（通常简写为CMP）是一种在半导体制作中用于使半导体晶片或其它衬底平面化的技术。
该工艺与抛光垫和直径典型地大于晶片的挡圈相结合地使用研磨和腐蚀性的化学浆状物（通常称为胶质）。抛光垫和晶片由动态抛光头迫压在一起并由塑料挡圈保持在适当位置。在抛光期间动态抛光头旋转。该方法有助于材料的移除并趋于使任何不规则的形貌平坦，从而使晶片平直或平坦。该方法对于设置晶片以形成另外的电路元件可能是必要的。例如，可能需要该方法来使整个表面位于光刻系统的景深内，或基于其位置选择性地去除材料。对于最近的低于50纳米技术节点，典型的景深要求低至埃级。
材料去除的过程并非仅仅是像砂纸在木材上那样的研磨刮擦过程。浆体中的化学制品也与待去除的材料反应和/或弱化待去除的材料。磨料加速了该弱化过程并且抛光垫有助于从表面擦除反应后的材料。除在浆体技术中的进步外，抛光垫还对日益复杂的CMP操作起到重要作用。
然而，在CMP垫技术的进化中需要另外的改进。
发明内容
本发明的实施例包括具有同心或大致同心的多边形槽图案的抛光垫。
在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括抛光主体。该抛光主体具有抛光表面和背面。抛光表面具有包括同心或大致同心的多边形的槽图案。槽图案不具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽。
在另一实施例中，一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法包括在成型模的基部中将预聚物/预聚合物与固化剂混合以形成混合物。使成型模的盖移动到混合物中。所述盖上设置有包括同心或大致同心的多边形的突起图案。突起图案不具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向突起。在所述盖被布置在混合物中的情况下，使混合物至少部分地固化以形成包括抛光表面的模制均质抛光主体，所述抛光表面中设置有与盖的突起图案对应的槽图案。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括抛光主体。该抛光主体具有抛光表面和背面。该抛光表面具有槽图案，该槽图案包括正交于抛光表面的半径的离散线段/节段/部段并且形成同心或大致同心的多边形布置的一部分但不是全部。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括抛光主体。该抛光主体具有抛光表面和背面。该抛光表面具有包括嵌套的不完整多边形的槽图案，在所述不完整多边形之间具有连续性。
附图说明
图1示出了设置在传统抛光垫的抛光表面中的同心圆形槽图案的自上至下的平面图。
图2示出了设置在传统抛光垫的抛光表面中的具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图3示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的不具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图4A示出了设置在传统抛光垫的抛光表面中的具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图4B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的不具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图4C示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的在接连/相继的多边形之间具有径向槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图5A示出了用于设置在传统抛光垫的抛光表面中的同心圆形槽图案的圆形槽的轨迹的自上至下的平面图。
图5B示出了根据本发明一实施例的用于设置在抛光垫的抛光表面中的同心多边形槽图案的多边形槽的轨迹的自上至下的平面图。
图6A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的同心十二边形槽图案的自上至下的平面图。
图6B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的同心八边形槽图案的自上至下的平面图。
图7A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有旋转相继多边形的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图7B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有交替的旋转相继多边形的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图8示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有偏离的中心的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图9A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有中断的非多边形槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图9B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的多边形槽图案的自上至下的平面图，其中一个多边形具有与另一个多边形不同数量的边。
图10示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的同心多边形槽图案的自上至下的平面图，所述图案被局部透明（LAT）区域和/或指示区域中断。
图11A-11F示出了根据本发明一实施例的用于制作抛光垫的操作的剖视图。
图12示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有变形的相继多边形的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
图13示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的在具有同心多边形的大体外观的不完整多边形之间具有连续性的槽图案的自上至下的平面图。
图14A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有不带转折部位的同心多边形的大体外观的线段槽图案的自上至下的平面图。
图14B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有每隔一个边缺失一个边的大体外观的线段槽图案的自上至下的平面图。
图15示出了根据本发明一实施例的与具有同心多边形槽图案的抛光垫兼容的抛光设备的等轴侧视图。
具体实施方式
本文中描述了具有同心或大致同心的多边形槽图案的抛光垫。在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如具体的抛光垫组合物和设计，以便提供对本发明的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员来说将显而易见的是，本发明的实施例可在没有这些具体细节的情况下实施。在另一些情形中，未详细描述公知的加工技术，诸如与浆体和抛光垫组合以执行半导体衬底的CMP有关的细节，以便不会不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，应理解的是，图中所示的各种实施例是说明性的表示且不一定按比例绘制。
用于在CMP操作中抛光衬底的抛光垫通常包括其中形成有物理槽的至少一个表面。所述槽可以布置成平衡用于抛光衬底的适量表面积，同时提供用于在CMP操作中使用的浆体的储器。根据本发明的实施例，基于一系列同心多边形的槽图案被描述为用于抛光垫的抛光表面。作为示例，直径为约20英寸的抛光垫具有带基于同心的十边形槽的槽图案的抛光表面。
本文描述的槽图案对于使用浆体在CMP操作中抛光衬底可以提供益处，或者与现有技术抛光垫相比可以有利于使用浆体在CMP操作中抛光衬底。例如，文中描述的槽图案的优点可以包括：（a）随着抛光垫旋转并且单独的槽向内和向外径向平移，基于浆体的抛光过程跨被抛光衬底的改善的均化，（b）对于带有径向槽的垫，抛光垫上改善的浆体保持。下文例如分别结合图5B和2更详细地描述这两种概念。
本发明的基本实施例包括基于形成类似的多边形的一系列槽的槽图案，所述多边形全部具有同一个中心点，并且全部以角度θ（角θ为零）对齐，使得它们的直线段平行并且它们的角以径向方式对齐。嵌套的三角形、方形、五边形、六边形等全部都被认为包含在本发明的精神和范围内。可以存在最大数量的直线段，高于该数量多边形将变成大致圆形。优选实施例可以包括将槽图案限制为多边形具有的边的数量小于这样的直线段数量。这种方案的一个原因可以是改善抛光效益的均化，所述抛光效益否则可能随着每个多边形的边数增加并接近圆形而削弱。另一实施例包括具有同心多边形的槽图案，所述同心多边形具有与抛光垫中心不在同一个位置的中心。
更复杂的实施例可以包括具有定向成相对于彼此具有小的角度θ的同心多边形的槽图案。该小角度θ可以相对于垫在抛光工具上的旋转方向是正的或负的。这样的实施例可以提供从抛光垫的中心到边缘形成柔和螺旋的直线角度的视觉印象（参见下文对图7A的描述）。这样的图案还可以在抛光垫周围随后形成抛光区域时提供变化的区域宽度。这样一个歪斜的槽图案可以获得抛光性能和浆体保持的更多优势。
传统抛光垫通常具有同心的圆形槽图案。例如，图1示出了设置在传统抛光垫的抛光表面中的同心圆形槽图案的自上至下的平面图。
参照图1，抛光垫100包括具有抛光表面102和背面（未示出）的抛光主体。抛光表面102具有同心圆104的槽图案。该槽图案还包括从最内部的圆到最外部的圆连续的多个径向槽106，如图1所示。这样一个槽图案的潜在缺点始终关于本发明的具体实施例进行描述。
具有径向槽的抛光垫可能在衬底的抛光过程中加剧浆体损失。例如，图2示出设置在传统抛光垫的抛光表面中的具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
参照图2，抛光垫200包括具有抛光表面202和背面（未示出）的抛光主体。抛光表面202具有同心多边形的槽图案。例如，在一实施例中，同心多边形的槽图案是同心十二边形204的槽图案，如图2所示。然而，该槽图案还包括从最内部多边形206到最外部多边形208连续的多个径向槽210。
与图2相比，且如下文在图3中举例说明的，本发明的实施例包括不存在从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽的同心多边形图案。通过不包括这样的径向槽，相对于具有这样的径向槽的垫而言可以改善抛光垫上的浆体保持。例如，这样的连续径向槽可以起排浆渠道的作用，从而在浆体用于抛光过程中之前有效从抛光垫排掉该浆体。
在本发明的一方面，一种抛光垫可以制作成具有抛光表面，该抛光表面上具有同心的多边形槽图案。作为示例，图3示出根据本发明的一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的不具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
参照图3，抛光垫300包括具有抛光表面302和背面（未示出）的抛光主体。抛光表面302具有同心多边形的槽图案。例如，在一实施例中，同心多边形的槽图案是同心十二边形304的槽图案，如图3所示。根据本发明一实施例，每个同心多边形具有相同数量的边。例如，在一个实施例中，每个同心多边形具有十二条边。与图2的抛光垫相比，该槽图案不具有从最内部多边形306到最外部多边形308连续的径向槽。如上所述，在一实施例中，缺乏从最内部多边形306到最外部多边形308连续的径向槽有助于将浆体保持在抛光垫300的抛光表面上。更具体地，在一个实施例中，该槽图案不具有任何径向槽，如图3所示。
应理解，抛光垫300的外缘可能无法容纳完整的多边形。然而，可能需要在抛光垫300的最外侧包括槽。例如，在一实施例中，在抛光垫300的边缘处或其附近包括一个或多个残缺的多边形320，如图3所示。
在本发明的另一方面，抛光垫可以制作成具有抛光表面，该抛光表面上具有同心多边形槽图案以及从同心的最内部多边形到最外部多边形不连续的一个或多个径向槽。这样一个径向槽的设置可以作为标记被包括在内以指示抛光垫的特征，或者可以为了非常局部的浆体传送而被包括在内。另外，这样一个径向槽可以作为垫制作过程的人工制品而存在。
为了比较，图4A示出了设置在传统抛光垫400A的抛光表面410中的具有从最内部多边形406到最外部多边形408连续的径向槽404的同心多边形槽图案402的自上至下的平面图。这样一个垫结合图2详细描述。同样通过比较，图4B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫400B的抛光表面414中的不带径向槽的同心多边形槽图案412的自上至下的平面图。这样一个垫结合图3详细描述。
反而，图4C示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫400C的抛光表面428中的在相继的多边形之间具有径向槽422、424、426的同心多边形槽图案420的自上至下的平面图。因而，在一实施例中，该槽图案还包括同心多边形的两个相继多边形之间的径向槽。在一个实施例中，径向槽在仅两个紧邻的多边形之间延伸，诸如径向槽422。在另一实施例中，径向槽延伸超出两个紧邻的多边形，诸如径向槽422。在另一实施例中，与径向槽422和424形成对照，径向槽在多边形的与角部相对的边定位，诸如径向槽426。
通过设置同心多边形槽图案，与同心圆相比，随着抛光垫旋转并且单独的槽向内和向外径向平移，可以跨抛光后的衬底实现抛光过程的改善的均化。作为示例，图5A示出了用于设置在传统抛光垫的抛光表面中的同心圆形槽图案的圆形槽的轨迹的自上至下的平面图。图5B示出了根据本发明一实施例的用于设置在抛光垫的抛光表面中的同心多边形槽图案的多边形槽的轨迹的自上至下的平面图。
参照图5A，随着抛光垫500A沿着设置在传统抛光垫的抛光表面中的同心圆形槽图案的圆形槽506旋转，轨迹502A跨越抛光后的衬底504A。轨迹502A在圆形槽506上保持固定，从而限制衬底504A经受来自圆形槽506的抛光过程的表面量。相比之下，随着抛光垫500B沿着设置在抛光垫的抛光表面中的同心多边形槽图案的多边形槽508旋转，轨迹502B跨越抛光后的衬底504B。对于多边形槽508，轨迹502B向内和向外径向平移，从而增加衬底504B的经受来自多边形槽506的抛光过程的表面量。
在本发明的另一方面，同心多边形图案中的每个多边形的面数可以根据抛光垫的具体应用以及尺寸而变化。作为示例，图6A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫600A的抛光表面中的同心十二边形槽图案602A的自上至下的平面图。图6B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫600B的抛光表面中的同心八边形槽图案602B的自上至下的平面图。
在一实施例中，每个多边形的边数由抛光垫的直径或待通过抛光垫抛光的衬底的直径决定。例如，在一个实施例中，抛光垫的直径为约30英寸，衬底的直径为约12英寸，并且同心多边形为同心十六边形。在另一实施例中，抛光垫的直径为约20英寸，衬底的直径为约8英寸，并且同心多边形为同心十边形。在一实施例中，最外部多边形的每个边的长度大致在待抛光的衬底的直径长度的50-60%的范围内。在另一实施例中，文中设想的抛光垫用于抛光具有约450毫米的直径的衬底。
多个同心多边形如果未互相偏离的话可能由于在多边形的边对齐的位置意外地去除大量浆体而诱发雨水槽效应。替代的是，在本发明的另一方面，相继的多边形可以相对于彼此旋转。例如，图7A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有旋转后的相继多边形的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。图7B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有交替的/反复的旋转相继多边形的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
作为示出以上概念的比较，再参照图3，在一实施例中，同心多边形的每个多边形不具有相对于其相继/相邻多边形的旋转度。然而，参照图7A，抛光垫700A具有带有旋转的相继多边形702A的同心多边形槽图案。也就是说，在一实施例中，同心多边形的一个或多个多边形702A相对于其相继多边形具有一定度数的旋转。在一个实施例中，该一个或多个多边形相对于相继多边形顺时针旋转，如图7A所示。在一替代实施例中，一个或多个多边形相对于相继多边形逆时针旋转。参照图7B，在另一方面，旋转是交错的，使得多边形704相对于其紧邻的多边形706旋转，但相对于其下一个多边形708不具有旋转度。在一实施例中，旋转度由槽图案中的同心多边形的总数决定。在一个实施例中，旋转度这样来选择：使得最内部多边形通过所选择的多边形形状的一面的一转逐渐歪斜至最外部多边形。例如，在一个非常具体的实施例中，30英寸抛光垫包括100个同心十边形。每个相继的十边形相对于其前一个十边形沿相同方向旋转0.36度。
在另一方面，槽图案的同心多边形的中心无需在抛光垫的中心。例如，图8示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有偏离的中心的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
作为示出以上概念的比较，再参照图3，在一实施例中，同心多边形的中心位于抛光垫的中心处。然而，参照图8，同心多边形槽图案802设置在抛光垫800的抛光表面中。同心多边形的中心804偏离抛光垫800的中心806。这样一种布置对于某些具体的衬底设计或抛光过程可能是实用的。
应理解，抛光垫800的外缘可能无法容纳完整的多边形。然而，可能需要在抛光垫800的最外侧包括槽。例如，在一实施例中，在抛光垫800的边缘处或其设置有一个或多个部分多边形820和/或一个或多个残缺的多边形822，如图8所示。
在另一方面，同心多边形图案可能被非多边形槽中断。例如，图9A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有中断的非多边形槽的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
参照图9A，抛光垫900A具有同心多边形902的槽图案。一个或多个非多边形槽906中断同心多边形902的图案。例如，同心多边形902和904通过非多边形槽906分离。在一实施例中，每个非多边形槽906的中心位于同心多边形902的中心处，如图9A所示。在一实施例中，非多边形槽是圆形的，同样如图9A所示。
在另一方面，同心多边形图案不需要包括全部具有相同的边数的多边形。例如，图9B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的多边形槽图案的自上至下的平面图，其中一个多边形具有与另一个多边形不同数量的边。
参照图9B，抛光垫900B具有同心多边形910的槽图案。一个同心多边形具有与另一同心多边形不同数量的边。例如，多边形910具有12条边，多边形912具有10条边，多边形914具有8条边，且多边形916具有6条边。在一实施例中，最外部多边形具有最内部多边形多的边，如图9B所示。该布置可以实现比在随着接近抛光垫的中心而为每个多边形使用相同数量的边的情况下将实现的边长更长的边长。通过随着接近抛光垫的中心而保留更长的边长，可以随着抛光后的衬底在抛光垫周围改变位置而实现更均匀的抛光过程。
在一实施例中，本文中描述的抛光垫如抛光垫300、400B、400C、500B、600A、600B、700A、700B、800、900A或900B适合于抛光衬底。该衬底可以是用于半导体制造行业中的衬底，例如具有设置在其上的器件或其它层的有机硅衬底。然而，该衬底可以是比如但不限于用于MEMS器件、分划板或太阳能模块的衬底。因此，对如本文中所用的“用于抛光衬底的抛光垫”的提及意图涵盖这些和有关的可能性。
本文中描述的抛光垫，例如抛光垫300、400B、400C、500B、600A、600B、700A、700B、800、900A或900B，可以由热固性聚氨酯材料的均质抛光主体组成。在一实施例中，均质抛光主体由热固性封闭单元聚氨酯材料组成。在一实施例中，术语“均质”用来指出热固性封闭单元聚氨酯材料的成分遍及抛光主体的整个组成是一致的。例如，在一实施例中，术语“均质的”不包括由例如浸渍毡或多层不同材料的组合物（复合材料）组成的抛光垫。在一实施例中，术语“热固性材料”用来指不可逆地固化的聚合材料，例如材料前体通过固化不可逆地变成难熔、不溶解的聚合物网络。例如，在一实施例中，术语“热固性材料”不包括由例如“热固性塑料”材料或“热塑性塑料”——这些材料由当加热时变成液体而当充分冷却时恢复高玻璃态的聚合物组成——组成的抛光垫。应指出的是，由热固性材料制成的抛光垫典型地由在化学反应中反应而形成聚合物的较低分子量前体制成，而由热塑性材料制成的垫典型地通过加热预先存在的聚合物而导致相变以使得抛光垫在物理过程中形成而制成。聚氨酯热固性聚合物可以基于它们稳定的热和机械性质、耐化学环境性能和耐磨趋势而被选择用于制作本文中描述的抛光垫。
在一实施例中，本文中描述的抛光垫如抛光垫300、400B、400C、500B、600A、600B、700A、700B、800、900A或900B包括模制均质抛光主体。术语“模制/模塑”用来指出均质抛光主体在成型模中形成，如下文结合图11A-11F更详细地描述。在一实施例中，均质抛光主体在修整和/或抛光时具有大致在1-5微米均方根的范围内的抛光表面粗糙度。在一个实施例中，均质抛光主体在修整和/或抛光时具有约为2.35微米均方根的抛光表面粗糙度。在一实施例中，均质抛光主体在25摄氏度下具有大致在30-120兆帕（MPa）的范围内的储能模量。在另一实施例中，均质抛光主体在25摄氏度下具有大致小于30兆帕（MPa）的储能模量。
在一实施例中，本文中描述的抛光垫如抛光垫300、400B、400C、500B、600A、600B、700A、700B、800、900A或900B包括其中具有多个封闭单元孔的抛光主体。在一个实施例中，多个封闭单元孔为多种致孔剂/多个致孔物（porogen）。例如，术语“致孔剂”可以用来指具有“中空”中心的微米级或纳米级球形或大致球形颗粒。中空中心未充填固体材料，而是可包括气态或液态芯部。在一个实施例中，多个封闭单元孔由遍及抛光垫的均质抛光主体（例如，作为其中的另一成分）分布的预膨胀和充气的EXPANCELTM组成。在一具体实施例中，EXPANCELTM充填有戊烷。在一实施例中，多个封闭单元孔的其中每一个都具有大致在10-100微米范围内的直径。在一个实施例中，多个封闭单元孔包括彼此离散的孔。这与可通过孔道互相连接的开放单元孔（诸如对于同一块海绵中的孔而言的情形）相反。在一个实施例中，各封闭单元孔包括物理壳体，诸如如上所述的致孔剂/致孔物的壳体。然而，在另一实施例中，封闭单元孔的其中每一个都不包括物理壳体。在一实施例中，多个封闭单元孔遍及均质抛光主体的热固性聚氨酯材料基本均匀地分布。
在一实施例中，均质抛光主体是不透明的。在一实施例中，术语“不透明”用来指允许约10%或以下的可见光通过的材料。在一个实施例中，均质抛光主体大部分是不透明的，或完全由于包括遍及均质抛光主体的均质热固性、封闭单元聚氨酯材料的浊化（opacifying）润滑剂（例如，作为附加成分位于其中）而完全不透明。在一具体实施例中，浊化润滑剂是诸如但不限于以下材料的材料：氮化硼、氟化铈、石墨、氟化石墨、硫化钼、硫化铌、云母、硫化钽、二硫化钨或聚四氟乙烯/特氟隆。
均质抛光主体的尺寸确定可以根据应用变化。不过，可以使用某些参数来制造抛光垫，包括与常规加工设备或甚至与常规化学机械加工操作兼容的这种均质抛光主体。例如，根据本发明一实施例，均质抛光主体具有大致在0.075英寸至0.130英寸的范围内、例如大致在1.9-3.3毫米的范围内的厚度。在一个实施例中，均质抛光主体具有大致在20英寸至30.3英寸的范围内例如大致在50-77厘米的范围内并且可能大致在10英寸至42英寸的范围内例如大致在25-107厘米的范围内的直径。在一个实施例中，均质抛光主体具有大致在6%-36%总空隙体积并且可能大致在15%-35%总空隙体积的范围内的孔密度。在一个实施例中，均质抛光（主体）由于包括多个孔而如上所述具有封闭单元式的孔隙度。在一个实施例中，均质抛光主体具有约2.5%的压缩率。在一个实施例中，均质抛光主体具有大致在每立方厘米0.70-1.05克的范围内的密度。
在本发明另一实施例中，带有其上具有同心多边形槽图案的抛光表面的抛光垫还包括设置在抛光垫中的局部透明（LAT）区域。例如，图10示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫1000的抛光表面1002中的同心多边形槽图案的自上至下的平面图，该图案被局部透明（LAT）区域和/或指示区域中断。具体而言，LAT区域1004设置在抛光垫1000的抛光主体中。如图10所示，LAT区域1004中断同心多边形1010的槽图案。在一实施例中，LAT区域1004设置在抛光垫1000的均质抛光主体中并与其共价结合。转让给NexPlanar Corporation的、2010年9月30日提交的美国专利申请12/895,465中描述了合适的LAT区域的示例。
在另一实施例中，带有其上具有同心多边形槽图案的抛光表面的抛光垫还包括用于与例如涡电流检测系统联用的检测区域。例如，再参照图10，抛光垫1000的抛光表面1002包括指示区域1006，该指示区域指示设置在抛光垫1000的背面中的检测区域的位置。在一个实施例中，指示区域1006以第二槽图案1008中断同心多边形1010的槽图案，如图10所示。转让给NexPlanar Corporation的、2010年9月30日提交的美国专利申请12/895,465中描述了合适的涡电流检测区域的示例。
在本发明的另一方面，具有同心多边形槽图案的抛光垫可以在模制过程中制作。例如，图11A-11F示出了根据本发明一实施例的用于制作抛光垫的操作的剖视图。
参照图11A，提供了成型模1100。参照图11B，使预聚物1102和固化剂1104混合以在成型模1100中形成混合物1106，如图11C所示。在一实施例中，使预聚物1102和固化剂1104混合包括分别使异氰酸酯（isocyanate）和芳香族二胺（aromatic diamine）化合物混合。在一个实施例中，该混合还包括向预聚物1102和固化剂1104添加浊化润滑剂以最终能提供不透明的模塑均质抛光主体。在一具体实施例中，浊化润滑剂是诸如但不限于以下材料的材料：氮化硼、氟化铈、石墨、氟化石墨、硫化钼、硫化铌、云母、硫化钽、二硫化钨或聚四氟乙烯/特氟隆。
在一实施例中，抛光垫前体混合物1106用来最终形成由热固性、封闭单元聚氨酯材料组成的模制均质抛光主体。在一个实施例中，抛光垫前体混合物1106用来最终形成硬垫并且仅使用单一类型的固化剂。在另一实施例中，抛光垫前体混合物1106用来最终形成软垫并且使用主、次固化剂的组合。例如，在一具体实施例中，预聚物包括聚氨酯前体，主固化剂包括芳族二胺化合物，且次固化剂包括具有醚键的化合物。在一特定实施例中，聚氨酯前体是异氰酸酯，主固化剂是芳香族二胺，且次固化剂是诸如但不限于聚丁二醇、氨基-官能化乙二醇或氨基-官能化聚氧丙烯的固化剂。在一实施例中，预聚物、主固化剂和次固化剂具有100份预聚物、85份主固化剂和15份次固化剂的近似摩尔比率。应理解的是，该比率的变化可用来为抛光垫提供不同的硬度值，或基于预聚物以及第一和第二固化剂的特定性质。
参照图11D，成型模1100的盖1108下降到混合物1106中。在图11D中，在上方示出了盖1108的自上至下的平面图，而在下方示出了沿着a-a’轴线的剖面。在一实施例中，盖1108上设置有包括同心多边形的突起图案/突起型式1110。突起图案1110不具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向突起。突起图案1110用来在形成于成型模1100中的抛光垫的抛光表面中压印槽图案。在一具体实施例中，突起图案1110不具有径向突起。
应理解的是，本文中所述的描述降下成型模1100的盖1108的实施例仅需实现成型模1100的盖1108和基部的合拢。也就是说，在一些实施例中，成型模1100的基部朝成型模的盖1108上升，而在另一些实施例中，成型模1100的盖1108在基部朝盖1108上升的同时朝成型模1100的基部降下。
参照图11E，混合物1106固化以在成型模1100中提供模制的均匀抛光主体1112。混合物1106在压力下加热（例如，在盖1108就位的情况下）以提供模制均质抛光主体1112。在一实施例中，成型模1100中的加热包括在存在盖1108的情况下至少部分地固化，盖1108将混合物1106在200-260华氏度的范围内的温度和在每平方英寸2-12磅的范围内的压力下封闭在成型模1100中。
参照图11F，抛光垫（或在需要进一步的固化的情况下抛光垫前体）与盖1108分离并从成型模1100被移除，以提供分散的模制均质抛光主体1112。在图11F中，在下方示出了模制均质抛光主体1112的自上至下的平面图，而在上方示出了沿着b-b’轴线的剖面。应指出的是，通过加热的进一步固化可能是理想的并且可通过将抛光垫置于炉中并加热来执行。因而，在一个实施例中，使混合物1106固化包括首先在成型模1100固化且接着在炉中进一步固化。无论哪种方式，最终都提供了抛光垫，其中抛光垫的模制均质抛光垫1112具有抛光表面1114和背面1116。在一实施例中，模制均质抛光主体1112由热固性聚氨酯材料和设置在热固性聚氨酯材料8中的多个封闭单元孔组成。模制均质抛光主体1112包括其中设置有与盖1108的突起图案1110对应的槽图案1120。槽图案1120可以是如上文例如关于图3、4B、4C、5B、6A、6B、6A、6B、7A、7B、8、9A和9B所述的槽图案。
在一实施例中，再参照图11B，该混合还包括向预聚物1102和固化剂1104添加大量致孔剂1122以在最终形成的抛光垫中提供封闭单元孔。因而，在一个实施例中，每一个封闭单元孔都具有物理壳体。在另一实施例中，再参照图11B，该混合还包括向预聚物1102和固化剂1104中或向由它们形成的产品中注入气体1124，以在最终形成的抛光垫中提供封闭单元孔。因而，在一个实施例中，每一个封闭单元孔都不具有物理壳体。在一组合实施例中，该混合还包括向预聚物1102和固化剂1104提供大量致孔剂1122，以提供第一部分的封闭单元孔，该第一部分封闭单元孔中的每一者都具有物理壳体，并且还向预聚物1102和固化剂1104中或向由它们形成的产品中注入气体1124，以提供第二部分的封闭单元孔，该第二部分封闭单元孔中的每一者都不具有物理壳体。在又一实施例中，预聚物1102是异氰酸酯且该混合还包括向预聚物1102和固化剂1104添加水（H2O）以提供其中每一者都不具有物理壳体的封闭单元孔。
因而，可以就地形成本发明的实施例中设想的槽图案。例如，如上所述，可使用压缩模制过程来形成带具有同心多边形图案的有槽抛光表面的抛光垫。通过使用模制过程，可以实现垫内非常均匀的槽尺寸。此外，可以产生极易复制的槽尺寸以及非常光滑、清洁的槽表面。其它优点可以包括减少的缺陷和微划痕以及更大的可用槽深度。
本文中描述的同心多边形槽图案的单独的槽在每个槽上的任意给定点可以深约4至约100密尔。在一些实施例中，槽在每个槽上的任意给定点深约10至约50密尔。槽可以具有均匀深度、不同深度或其任意结合。在一些实施例中，槽全部具有均匀深度。例如，同心多边形图案的槽可以全部具有相同深度。在一些实施例中，同心多边形图案的一部分槽可以具有一定均匀深度，而同一图案的其它槽可以具有不同均匀深度。例如，槽深度可以随着距抛光垫中心的距离增加而增加。然而，在一些实施例中，槽深度随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀深度的槽与不同深度的槽交替。
本文中描述的同心多边形槽图案的单独的槽在每个槽上的任意特定点可以宽约2至约100密尔。在一些实施例中，槽在每个槽上的任意给定点处宽约15至约50密尔。槽可以具有均匀宽度、可变宽度或其任意结合。在一些实施例中，同心多边形图案的槽全部具有均匀宽度。然而，在一些实施例中，同心多边形图案的一部分槽具有一定均匀宽度，而同一图案的其它槽具有不同均匀深度。在一些实施例中，槽宽度随着距抛光垫的中心的距离增加而增加。在一些实施例中，槽宽度随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀宽度的槽与可变宽度的槽交替。
根据前述深度和宽度尺寸，本文中描述的同心多边形槽图案的单独的槽可以具有均匀体积、可变体积或其任意结合。在一些实施例中，槽全部具有均匀体积。然而，在一些实施例中，槽体积随着距抛光垫的中心的距离增加而增加。在另一些实施例中，槽体积随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀体积的槽与可变体积的槽交替。
本文中描述的同心多边形槽图案的槽可以具有从约30至约100密尔的节距。在一些实施例中，槽具有约125密尔的节距。对于圆形抛光垫，槽节距是沿着圆形抛光垫的半径测量的。在CMP带中，槽节距是从CMP带的中心到CMP带的边缘测量的。槽可以具有均匀节距、不同节距或其任意结合。在一些实施例中，槽全部具有均匀节距。然而，在一些实施例中，槽节距随着距抛光垫的中心的距离增加而增加。在另一些实施例中，槽节距随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，一个扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而变化，而相邻扇段中的槽的节距保持均匀。在一些实施例中，一个扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而增加，而相邻扇段中的槽的节距以不同比率增加。在一些实施例中，一个扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而增加，而相邻扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀节距的槽与不同节距的槽交替。在一些实施例中，均匀节距的槽的扇段与不同节距的槽的扇段交替。
应理解的是，本发明的实施例还可以包括非精确同心的多边形的组合。在这样的实施例中，提供了逐渐增大的多边形，但每个单独的多边形的中心无需一定与前一个或下一个多边形的中心精确地对齐。不过，这样的接近同心或大致同心的多边形被认为包含在本发明的精神和范围内。
还应理解，本发明的实施例可以包括多边形，其中对于单独的多边形而言，或者边长不尽相同，边之间的角度不尽相同，或者两者兼有。作为示例，图12示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有畸变的/变形的多边形的同心多边形槽图案的自上至下的平面图。
参照图12，抛光垫1200包括具有抛光表面1202和背面（未示出）的抛光主体。抛光表面1202具有同心变形多边形的槽图案。例如，在一实施例中，同心多边形的槽图案是同心的变形的十二边形1204的槽图案，如图12所示。由于多边形变形，因此应理解，抛光垫1200的外缘可能无法容纳完整的多边形。然而，可能需要在抛光垫1200的最外侧包括槽。例如，在一实施例中，在抛光垫1200的边缘处或其附近包括一个或多个部分多边形1220，如图12所示。
应理解，本发明的实施例可以包括提供同心多边形的总体感觉或外观的“开放”或不完整的多边形的具有连续性（例如，具有螺旋效果）的槽图案。例如，图13示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的在具有同心多边形的大体外观的不完整多边形之间具有连续性的槽图案的自上至下的平面图。
参照图13，抛光垫1300包括具有抛光表面1302和背面（未示出）的抛光主体。抛光表面1302具有槽图案，该槽图案在不完整的多边形1304之间具有连续性。其间具有连续性的不完整多边形1304的总体布置提供了同心多边形的大体外观。该布置也可以描述为不完整多边形的螺旋布置和连续却不完整的多边形的嵌套布置。
抛光表面1302在一实施例中可以仅包括其间具有连续性的不完整多边形1304。例如，该连续图案可以在抛光表面1302的中心处或其附近开始并且可以在抛光表面1302的外区域处或其附近终止。然而，在另一实施例中，抛光表面1302的仅一部分包括带其间具有连续性的不完整多边形1304的槽图案。例如，再参照图13，连续图案1304例如在位置1306开始离开抛光表面1302的中心并例如在位置1308结束离开抛光表面1302的外区域。
在一实施例中，包括其间具有连续性的嵌套不完整多边形1304的图案的槽图案提供了同心十二边形的大体外观，如图13所示。该图案并非正式的同心多边形图案，这是因为多边形不完整/未完成。在这样一种布置中，径向槽可以沿或不沿不完整多边形的半径布置。在一实施例中，不完整多边形如多边形1310也可被包括在该图案中，例如，在其间具有连续性的不完整多边形1304的内部，或在其间具有连续性的不完整多边形1304的外部，或两者兼有，如图13所示。在一实施例中，包括多于一个其间具有连续性的嵌套不完整多边形图案，例如，被第二较大的其间具有连续性的嵌套不完整多边形图案包围的第一较小的其间具有连续性的嵌套不完整多边形图案。在另一实施例中，每个相继的不完整多边形被渐变式而不是梯段式接近（梯段式接续在图13中示出）。在这样一个实施例中，图案的轨迹顺循真正的螺旋的轨迹，其中图案的半径随着图案从最内部起点变化至最外部终结点在不完整多边形的每个转折位置处增大。
因此，再参照图13，在一实施例中，抛光垫包括具有抛光表面和背面的抛光主体。该抛光表面具有槽图案，该槽图案包括其间具有连续性的不完整多边形。在一个实施例中，该槽图案不具有径向槽。在一个实施例中，该槽图案具有沿着抛光表面的半径的径向槽。
还应理解，本发明的实施例可以包括具有提供同心多边形的总体感觉或外观的离散线段的组合的槽图案。例如，图14A示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有不带转折部位的同心多边形的大体外观的线段槽图案的自上至下的平面图。
参照图14A，抛光垫1400A包括具有抛光表面1402和背面（未示出）的抛光主体。抛光表面1402具有离散线段1404的槽图案。离散线段1404的总体布置提供了同心多边形的大体外观。例如，在一实施例中，离散线段1404的槽图案提供了同心十二边形的大体外观，如图14A所示。该图案并非正式的同心多边形图案，这是因为转折部位（例如，位置1406）被去除。在这样一种布置中，径向槽可以沿着或不沿着转折部位否则将位于其中的半径设置。在一个实施例中，该图案与在图2中示出并结合图2描述的图案的不同之处在于，径向槽未接触离散线段。在一实施例中，不完整多边形如多边形1408也可以被包括在该图案中。
在另一示例中，图14B示出了根据本发明一实施例的设置在抛光垫的抛光表面中的具有每隔一个边缺失一个边的同心多边形的大体外观的线段槽图案的自上至下的平面图。
再参照图14B，抛光垫1,400B包括具有抛光表面1452和背面（未示出）的抛光主体。抛光表面1452具有离散线段1454的槽图案。离散线段1454的总体布置提供了同心多边形的大体外观。例如，在一实施例中，离散线段1454的槽图案提供了同心十二边形的大体外观，如图14B所示。该图案并非正式的同心多边形图案，这是因为每隔一个边有一个边（例如，位置1456）从每个多边形被去除。在这样一种布置中，径向槽可以沿着或不沿着被省略的边所在的半径设置。在一个实施例中，径向槽不接触离散线段。在另一实施例中，每个第二边仅有在转折部位之间的一段或一部分被去除，从而留下多对离散线段，每一对通过转折部位联接。
因而，再参照图14A和14B，在一实施例中，抛光垫包括具有抛光表面和背面的抛光主体。该抛光表面具有槽图案，该槽图案包括正交于抛光表面的半径的离散线段并且形成同心或大致同心的多边形布置结构的一部分，而不是形成完整的同心或大致同心的多边形布置。在一个实施例中，同心或大致同心的多边形布置的一部分省略了来自一个或多个多边形的一个或多个转折部位。在一个实施例中，同心或大致同心的多边形布置的一部分省略了来自一个或多个多边形的一个或多个边。在一个实施例中，槽图案不具有径向槽。在一个实施例中，槽图案具有沿着抛光表面的半径但不与多个离散线段接触的径向槽。
应理解，本发明的实施例还可以包括非精确地垂直于抛光表面的半径的离散线段。在这样的实施例中，离散线段形成一个（但是是非完整的）同心或大致同心的多边形布置，但与对应的半径之间的相对关系成非精确的90度，而是或许偏离90度达一度至几度的若干分之一。不过，这样的接近正交或大致正交的离散线段被认为包含在本发明的精神和范围内。
本文中描述的抛光垫可适合于供各种化学机械抛光设备使用。作为示例，图15示出了根据本发明一实施例的与具有同心多边形槽图案的抛光垫兼容的抛光设备的等轴侧视图。
参照图15，抛光设备1500包括压板1504。压板1504的顶面1502可用来支承具有同心或大致同心的多变槽图案的抛光垫。压板1504可构造成提供主轴旋转1506和滑块振动/振荡1508。样品托架1510用来在使用抛光垫对半导体晶片进行抛光的过程中将例如半导体晶片1511保持在适当位置。样品托架1510还由悬挂机构1512支承。包括浆体给料1514以用于在半导体晶片的抛光前和抛光过程中向抛光垫的表面提供浆体。还可设置修整单元1590，并且在一个实施例中，该修正单元1590包括用于修正抛光垫的金刚石梢端。
因此，已公开具有同心或大致同心的多边形槽图案的抛光垫。根据本发明一实施例，用于抛光半导体衬底的抛光垫包括抛光主体。该抛光主题具有抛光表面和背面，该抛光表面具有包括同心或大致同心多边形的槽图案。该槽图案不具有从最内部多边形到最外部多边形连续的径向槽。在一个实施例中，每个多边形具有相同边数，边数由抛光垫的直径或衬底的直径决定。在一个实施例中，槽图案不具有径向槽。

Claims (40)

1.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
具有抛光表面和背面的抛光主体，所述抛光表面具有包括同心或大致同心的多边形的槽图案，所述槽图案不具有从最内部多边形到最外部多边形的连续的径向槽。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，每个所述多边形具有相同的边数。
3.根据权利要求2所述的抛光垫，其中，所述边数由所述抛光垫的直径或所述衬底的直径决定。
4.根据权利要求3所述的抛光垫，其中，所述抛光垫的直径为约30英寸，所述衬底的直径为约12英寸，并且所述多边形为十六边形。
5.根据权利要求3所述的抛光垫，其中，所述抛光垫的直径为约20英寸，所述衬底的直径为约8英寸，并且所述多边形为十边形。
6.根据权利要求3所述的抛光垫，其中，最外部多边形的每条边的长度大致在所述衬底的直径的长度的50%-60%的范围内。
7.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述槽图案不具有径向槽。
8.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述槽图案还包括所述同心或大致同心的多边形中两个相继的多边形之间的径向槽。
9.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述同心或大致同心的多边形中每个多边形相对于其相继的多边形不具有旋转度。
10.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，一个或多个所述多边形相对于其相继的多边形具有一旋转度。
11.根据权利要求10所述的抛光垫，其中，所述旋转度由所述槽图案中的同心或大致同心的多边形的总数决定。
12.根据权利要求10所述的抛光垫，其中，所述一个或多个多边形相对于所述相继的多边形顺时针旋转。
13.根据权利要求10所述的抛光垫，其中，所述一个或多个多边形相对于所述相继的多边形逆时针旋转。
14.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，多边形是同心的，并且同心多边形的中心位于所述抛光垫的中心处。
15.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，多边形是同心的，并且同心多边形的中心偏离所述抛光垫的中心。
16.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述槽图案还包括中断同心多边形的一个或多个圆形槽，多边形是同心的，并且每个圆形槽的中心位于同心多边形的中心处。
17.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，一个多边形具有与另一多边形不同的边数。
18.根据权利要求17所述的抛光垫，其中，最外部多边形具有比最内部多边形更多的边。
19.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，一个或多个多边形变形。
20.根据权利要求1所述的抛光垫，还包括：
设置在所述抛光主体中的局部透明（LAT）区域，所述LAT区域中断所述槽图案。
21.根据权利要求1所述的抛光垫，所述抛光表面还包括指示设置在所述抛光垫的背面中的检测区域的位置的指示区域，所述指示区域中断所述槽图案。
22.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述抛光主体为包括热固性聚氨酯材料的均质抛光主体。
23.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述抛光主体为模制的抛光主体。
24.一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法，所述方法包括：
使预聚物与固化剂在成型模的基部中混合以形成混合物；
使所述成型模的盖移动到所述混合物中，所述盖上设置有包括同心或大致同心的多边形的突起图案，所述突起图案不具有从最内部多边形到最外部多边形的连续的径向突起；以及，在所述盖设置在所述混合物中的情况下，
使所述混合物至少部分地固化以形成包括抛光表面的模制均质抛光主体，所述抛光表面中设置有与所述盖的所述突起图案对应的槽图案。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述模制均质抛光主体包括形成热固性聚氨酯材料。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述混合还包括向所述预聚物和所述固化剂添加多个致孔物以在所述模制均质抛光主体中形成多个封闭单元孔，每个所述封闭单元孔具有物理壳体。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述混合还包括将气体注入所述预聚物和所述固化剂中，或注入由它们形成的产品中，以在所述模制均质抛光主体中形成多个封闭单元孔，每个封闭单元孔不具有物理壳体。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，使所述预聚物和所述固化剂混合包括使异氰酸酯和芳族二胺化合物混合。
29.根据权利要求24所述的方法，其中，所述混合还包括向所述预聚物和所述固化剂添加浊化润滑剂以形成不透明的模制均质抛光主体。
30.根据权利要求24所述的方法，其中，使所述混合物固化包括首先在所述成型模中部分地固化，然后在炉中进一步固化。
31.根据权利要求24所述的方法，其中，所述突起图案不具有径向突起。
32.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
具有抛光表面和背面的抛光主体，所述抛光表面具有槽图案，所述槽图案包括垂直或大致垂直于所述抛光表面的半径的多个离散线段。
33.根据权利要求32所述的抛光垫，其中，垂直或大致垂直于所述抛光表面的半径的多个离散线段形成同心或大致同心的多边形布置的一部分，而不是形成完整的同心或大致同心的多边形布置。
34.根据权利要求33所述的抛光垫，其中，所述同心或大致同心的多边形布置的一部分省略了来自一个或多个多边形的一个或多个转折部位。
35.根据权利要求33所述的抛光垫，其中，所述同心或大致同心的多边形布置的一部分省略了来自一个或多个多边形的一个或多个边。
36.根据权利要求32所述的抛光垫，其中，所述槽图案不具有径向槽。
37.根据权利要求32所述的抛光垫，其中，所述槽图案具有沿着所述抛光表面的半径的径向槽，所述径向槽不与所述多个离散线段接触。
38.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
具有抛光表面和背面的抛光主体，所述抛光表面具有槽图案，所述槽图案包括嵌套的不完整多边形，在所述嵌套的不完整多边形之间具有连续性。
39.根据权利要求38所述的抛光垫，其中，所述槽图案不具有径向槽。
40.根据权利要求38所述的抛光垫，其中，所述槽图案具有沿着所述抛光表面的半径的径向槽。
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