CN1209229C - 用于化学机械研磨的无缝研磨装置和生成研磨垫的方法 - Google Patents

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Abstract

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于化学机械研磨的无缝研磨装置。该无缝研磨装置包括研磨垫，该研磨垫的形状类似带，且没有接缝。该无缝研磨装置还包括基带，该基带包括增强层和缓冲层。该缓冲层是在研磨带垫和基带之间的中间层。

Description

用于化学机械研磨的无缝研磨装置和生成研磨垫的方法
技术领域
本发明涉及一种化学机械研磨(CMP)技术，尤其是涉及高效、具有成本效益的改进CMP操作。
背景技术
在半导体装置的制造中，需要进行化学机械研磨(CMP)操作。通常，集成电路装置成多层结构。在基质层，形成具有扩散区域的晶体管装置。在随后的层中，相互连接的金属喷镀线形成一定图形，并与晶体管装置电连接，以便确定合适的功能装置。众所周知，形成图形的导体层通过电介质材料例如二氧化硅而与其它导体层绝缘。当形成更多金属喷镀层和相应的电介质层时，更加需要使电介质材料平坦化(planarize)。如果没有平坦化，随后另外金属喷镀层的制造将在实质上更困难，因为表面地形(topography)变化。在其他的应用中，金属喷镀线图形形成于电介质材料中，然后进行金属CMP操作以除去过多喷镀金属。
化学机械研磨(CMP)系统通常用于对上述晶片研磨。CMP系统通常包括用于处理和研磨晶片表面的系统部件。该部件，例如，可以是轨道研磨垫或者线性带研磨垫。该垫自身通常由聚氨酯(polyurethane)材料或者聚氨酯结合其它材料，例如不锈钢带，而制成。在工作时，带研磨垫进行运动，然后，浆料施加和散布在该带研磨垫的表面上。当在其上面有浆料的带研磨垫以所需的速度运动时，晶片降低到该带研磨垫的表面上。这样，希望被平坦化的晶片表面基本变平滑，很象砂纸可以用于砂磨木头。然后，该晶片可以在晶片清洁系统中进行清洁。
图1A表示了线性研磨装置10，它通常用于CMP系统中。该线性研磨装置10将磨去半导体晶片16表面上的材料。被除去的材料可以是晶片16的基质材料，或者是形成于晶片16上的一层或多层。这样的层通常包括在CMP处理过程中形成或存在的一种或多种任意类型的材料，例如电介质材料、氮化硅、金属(例如铝和铜)、金属合金、半导体材料等。通常，CMP可以用于对晶片16上的一层或多层进行研磨，以便使晶片16的表面层平坦化。
在现有技术中，线性研磨装置10利用相对于晶片16的表面作线性运动的研磨带12。该带12是绕辊子(或心轴)20旋转的连续带。该辊子通常由马达驱动，这样，辊子20的旋转运动驱动研磨带12相对于晶片16作线性运动22。通常，研磨带12有在其不同部分处的接缝14。
晶片16由晶片载体18保持。晶片16通常通过机械保持环和/或通过真空被保持就位。晶片载体将晶片定位在研磨带12上面，这样，晶片16的表面将与研磨带12的研磨表面进行接触。
图1B表示了线性研磨装置10的侧视图。如上面参考图1A所述，晶片载体18使晶片16在研磨带12上保持就位。研磨带12是连续带，通常由聚合物材料制成，该聚合物材料例如由Rodel，Inc.制造的IC 1000，它层叠在支承层上。支承层通常由坚硬的材料例如不锈钢制成。研磨带12通过辊子20而旋转，该辊子20驱动研磨带相对于晶片16作线性运动22。在一个实施例中，空气支承台板(platen)24支承着位于晶片16所处的区域下面的研磨带的一部分。这时，台板24用于向着支承层的底表面施加空气。因此，该施加的空气形成可控制的空气支承，该空气支承有助于控制研磨带12施加在晶片16的表面上的压力。如上所述，研磨带12的接缝14通常位于研磨带12的几个不同位置。因此，研磨带由多片聚合物材料制成，这些聚合物材料例如通过粘结、缝合等而连接起来，以便形成连续带。接缝部分30表示了接缝14中的一个，它将在图1C中更详细地介绍。因此，在CMP处理过程中，例如来自浆料的水汽可以通过接缝14引入研磨带12的内部。然后，该水汽侵袭将研磨带和支承层保持在一起的粘接剂，从而使研磨带与支承层发生层离。因此，由于水汽侵入接缝14中，现有技术有严重的层离问题。此外，当在辊子20上运动时产生于支承层和研磨带12之间的剪切力可能是很严重的破坏因素，也会引起层离。因此，研磨带的寿命可能明显缩短。研磨带寿命的缩短再可能导致晶片产量大幅度减小。这个问题将参考图1C进一步介绍。
图1C表示了在开始发生层离之后一个接缝部分30实例的放大图。该接缝部分30包括接缝38、通过粘接剂42连接在支承层36顶上的聚合物研磨层32。当流体开始侵袭粘接剂材料的完整性时，在聚合物研磨层32和支承层36之间开始出现层离40，这样，当进行关键的CMP操作时，粘接剂42自身将开始离开支承层36，和/或使研磨层32能够逐渐层离。此外，当聚合物研磨层32和支承层42在辊子20上运动时(参考图1C所示)，可以产生剪切力，从而引起严重的层离损害。
在CMP处理过程中，浆料通常施加在图1A和1B的研磨带12上。这时，来自浆料的水汽可以渗入接缝38。更详细地说，因为水汽从研磨带的表面向下经过接缝38渗入粘接剂膜42，因此，在连续使用研磨带后将形成层离40。然后，水汽渗透将破坏粘接剂膜42。当发生这种情况时，如上所述，因为粘接剂损失导致层离40，研磨带12的不同层32和36可以开始剥离。此外，在CMP处理过程中施加在研磨带上的压力和剪切力可以加剧该问题，并可能会大大增加层离40的发生。当接缝部分30越过辊子运动时，支承层36的伸长并不大，从而确定了中性轴。当在支承层36顶上的研磨带12在辊子上弯曲时，因为外层的伸长将比内层更大，因此通常将拉长该研磨带12。当接缝部分30不再在辊子上时，伸长消失，接缝部分30压缩。这种持续拉伸和压缩的循环将在材料中引起应力，从而在支承层36和研磨带12之间产生剪切应力。经过一定时间，该剪切应力可能导致层离。层离40将使研磨垫不稳定，并显著降低该研磨垫的效率和寿命。因此，现有技术的研磨垫具有减小的使用寿命，由于需要时间来更换研磨垫，晶片生产的产量将显著降低。研磨垫的使用寿命减小还导致制造商使用更多的研磨垫，从而导致成本更高。此外，当发生不希望的层离时，通过层离的研磨带进行研磨的晶片可能有缺陷，从而使晶片制造商的成本更高。
如上所述，更换研磨带上的垫可能是非常昂贵和费时间的处理。当更换垫时，研磨带通常必须送回制造商，并将该垫从基带上剥离。这可能导致长时间停止晶片处理，并可能严重降低晶片生产。因此，对晶片的恒定和持续生产的实际要求，研磨带结构在较短时间后发生破坏和层离可能产生极大的问题。
不幸的是，参考图1A、1B和1C所述的、CMP操作的现有方法和装置有甚至更多的问题。现有技术装置还有氧化物去除的问题，其中，晶片的地形性质包括金属和电介质层的厚度变化，例如当在施加这些层的过程中产生间隙时而出现的厚度变化。还有因为由于研磨垫没有缓冲而不能合适地控制施加在晶片表面上的研磨压力，因此，这些现有技术将很困难。因此，现有技术的研磨带设计由于在研磨垫中没有缓冲而不能合适控制研磨动力，从而产生这些问题。
因此，需要一种方法和装置，它通过使研磨垫结构更耐久、更能够在CMP处理中一致和有效进行研磨，从而克服现有技术的问题。
发明内容
广义地说，本发明通过提供一种制造研磨垫结构的改进方法和一种使用该研磨垫来在化学机械研磨(CMP)处理中研磨晶片的装置。该方法涉及产生新的、更高效的改进CMP垫和带结构，它能够更换地防止降级，并更有效地研磨晶片。应当知道，本发明可以以多种方式实施，包括作为处理、装置、系统、设备或方法。下面将介绍本发明的各种实施例。
在一个实施例中，提供了一种用于化学机械研磨的无缝研磨装置。该无缝研磨装置包括研磨垫，该研磨垫的形状类似带，且没有接缝。该无缝研磨装置还包括基带，该基带包括增强层和缓冲层。该缓冲层是在研磨带垫和基带之间的中间层。
在另一实施例中，公开了一种用于生成研磨垫结构的方法，该研磨垫结构用于化学机械研磨。首先提供增强层。然后将第一粘接剂膜施加在该增强层上。然后将缓冲层粘附在该第一粘接剂膜上。然后将第二粘接剂膜施加在该缓冲层上。然后将无缝研磨垫粘附在该第二粘接剂膜上。然后固化该研磨垫结构。
在又一实施例中，公开了一种用于化学机械研磨的无缝研磨装置。该无缝研磨装置包括基带，该基带有增强层和缓冲层。该无缝研磨装置还包括研磨垫，该研磨垫因为直接将聚合物母体(polymeric precursor)浇铸在缓冲层的顶表面上而粘附在该基带上。此外，该缓冲层是在研磨带垫和基带之间的中间层。
本发明有多个优点。首先，通过根据本发明任意一个实施例构成研磨垫和支承结构，该研磨垫和支承结构将能够在晶片表面(即金属和氧化物表面)上更高效和更有效地进行研磨操作。而且，因为通过使用改进研磨垫的CMP操作而放置的晶片能够以重复性更好且更一致的方式进行研磨，因此，该CMP操作也将导致提高晶片产量。本发明的研磨结构还可以通过动态固化粘接剂和/或熔合而牢固保持在一起。因此，该研磨结构比现有技术可以更好地抗剪切力，从而大大降低了研磨垫层离的可能性。此外，因为研磨垫没有接缝，它将比现有技术更好地防止层离。还有，因为增加了对层离的抵抗力，本发明的研磨垫可以使用更久，并可以使更换频率更低。因此，由于大大增加了研磨垫的寿命，CMP操作必须停止以更换研磨垫的频率更低。因为现有技术的带研磨系统经常需要时间来更换研磨垫，因此，本发明的、明显更耐久的研磨垫结构可以明显增加晶片产量。通过下面结合附图的详细说明，可以清楚本发明的其它方面和优点，附图中通过实例表示了本发明的原理。
附图说明
通过下面的详细说明并结合附图，将更好地了解本发明。为了便于说明，相同的参考标号表示相同的结构元件。
图1A表示了通常用于CMP系统中的线性研磨装置。
图1B表示了该线性研磨装置的侧视图。
图1C表示了在开始发生层离之后接缝部分的一个实例的放大图。
图2A表示了根据一个本发明实施例的CMP系统的侧视图。
图2B表示了根据一个本发明实施例的研磨部分。
图2C表示了根据一个本发明实施例的研磨部分的剖视图，表示熔合到基带上的聚合物研磨垫。
图3A表示了根据一个本发明实施例的研磨部分的剖视图，该研磨部分被盖帽(capped)有聚合物折片。
图3B表示了根据一个本发明实施例的研磨部分的剖视图，该研磨部分被盖帽有盖体。
图4表示了根据一个本发明实施例的研磨部分的剖视图。
图5A表示了根据一个本发明实施例的用于生成一粘附在基带上的无缝聚合物研磨垫的方法的流程图。
图5B表示了根据一个本发明实施例的用于生成一熔合在基带上的无缝聚合物研磨垫的方法的流程图。
图6A表示了根据一个本发明实施例的两件聚合物研磨垫模制容器。
图6B表示了根据一个本发明实施例的、完成的聚合物研磨垫模制容器，其中，外侧模具套装在内侧模具上。
图7表示了根据一个本发明实施例的、用于制造无缝聚合物研磨带的方法的流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种用于制造研磨垫结构的方法以及一种采用该方法的装置。在下面的说明中，对多个特定细节进行了介绍，以便完全理解本发明。不过，本领域普通技术人员应当知道，在没有某些或所有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其它实例中，公知的处理操作并不进行详细介绍，以免不必要地模糊了本发明。
总的来说，本发明涉及一种研磨垫结构和用于制造该结构的方法。该研磨垫结构包括支承层、缓冲层和垫层。在优选实施例中，垫层设计和制成为连续(contiguous)的无缝单元，并优选是粘附在缓冲层上，以便能够在CMP操作过程中使晶片的研磨更一致和更高效。成为连续和无缝单元的垫层也用于使垫结构更耐久，该垫结构将更好地防止层离。
如本文所述，研磨垫结构可以包括研磨垫(或垫层)以及可以用于与该研磨垫连接的任何其它层，例如缓冲层、支承层、增强层、聚合物母体层、聚合物母体、液体聚合物母体层等。在一个优选实施例中，支承层是不锈钢带。在研磨垫结构中的研磨垫可以是普通的垫形状、带形状、或者可以用于CMP处理的任何其它形状。该研磨垫还可以称为无缝聚合物研磨垫、无缝聚合物研磨带、聚合物研磨垫、线性带聚合物研磨垫、聚合物研磨带、研磨层、研磨带或在本发明中说明的任何其它术语。而且，本发明的研磨垫结构可以用于任何类型的操作，该操作可以要求可控、高效和准确地研磨任意类型材料的任意表面。下面所述的研磨垫结构的一个实施例包括两个基本结构部件：无缝聚合物研磨垫和基带。这里所用的基带包括至少一个缓冲层，以及增强层例如前述不锈钢带。该无缝聚合物研磨垫通过粘接剂膜而粘附在基带上。通过使用无缝研磨垫，可以减小在现有技术中通常有的水汽导致变弱的危险和由此导致的层离，从而增加研磨垫寿命。此外，基带增加了晶片研磨效率。而且，通过使装置具有无缝聚合物研磨垫以及增强层和缓冲层的独特组合，该研磨晶片的装置和方法优化了CMP效率，并增加了晶片处理产量。
图2A表示了根据本发明的一个实施例的CMP系统114的侧视图。研磨头150可以用于在处理过程中使晶片101固定和保持就位。聚合物研磨垫156(也称为无缝聚合物研磨带或聚合物研磨带)优选是固定在基带157上，该基带157形成环绕旋转鼓160a和160b旋转的连续环。该聚合物研磨垫156可以通过使用已知的胶水或其它粘接剂材料而固定在基带157上。在另一实施例中，聚合物研磨垫156可以通过直接将聚氨酯浇铸在基带157的顶上而固定在基带157上。该处理将参考图2C和5B进一步介绍。优选是，聚合物研磨垫156自身由聚合物材料制成。包括聚合物研磨垫156和基带157的研磨部分180将参考图2B进一步介绍。
聚合物研磨垫156通常沿箭头所示方向以大约400英尺每分钟的速度旋转。不过，该速度可以根据特定的CMP操作而改变。当带旋转时，研磨浆料154可以施加和散开到聚合物研磨垫156的表面156a上。然后，研磨头150用于将晶片101降低到旋转的聚合物研磨垫156的表面156a上。这样，晶片101的、希望平坦化的表面将基本变平滑。
在某些情况下，CMP操作用于使例如铜(或其它金属)的材料平坦化，在另外情况中，它可以用于除去电介质层或电介质和铜的组合。平坦化的速度(rate)可以通过调节研磨压力152而改变。研磨速度通常与朝着研磨垫稳定器158而施加在聚合物研磨垫156上的研磨压力152的大小成正比。研磨垫稳定器158也称为台板(platen)。在一个实施例中，研磨垫稳定器可以使用空气支承。应当知道，该研磨垫稳定器158可以使用任意类型的支承，例如流体支承等。在将合适量的材料从晶片101表面去除之后，研磨头150可以用于使晶片101升高而离开聚合物研磨垫156。然后该晶片准备前进到晶片清洁系统。
在一个实施例中，CMP系统114可以通过调节聚合物研磨垫156的表面而更好地用于下一个晶片。垫的调节可以通过从阻塞的带垫上除去多余的浆料和积累的残渣而实现。当更多晶片进行平坦化时，该带垫将收集更多的积累残渣，这些积累残渣可能使得难以高效进行CMP操作。调节带垫的一个方法是使用垫调节系统166。调节头170优选是用于保持(并且在某些实施例中旋转)调节盘172，同时调节轨168保持该调节头170。当调节盘172擦过研磨垫156上时，优选地是通过镀镍菱形调节盘进行，调节轨168使调节头170来回运动。
在一个实施例中，聚合物研磨垫156是没有任何接缝的单件研磨带。在另一实施例中，聚合物研磨垫形成为带状，并为连续单元。通过使用单件研磨带，将不存在能够使水汽侵入粘接剂膜的接缝。因此，本发明可以显著增加聚合物研磨垫156的使用寿命。如下面参考图2B所述，基带157包括增强层和缓冲层。通过使用双层基带，聚合物研磨垫156的研磨运动可以以更精确和合格的方式进行控制。
图2B表示了根据一个本发明实施例的研磨部分180。应当知道，本发明的研磨部分180可以包括任何数目的、由任何材料组成的层或带，只要所形成的研磨带结构能精确地研磨晶片和防止层离和变形。在一个实施例中，研磨部分180包括通过粘接剂层185粘附在基带157上的聚合物研磨垫156。该聚合物研磨垫156可以是任意类型的、由任意材料例如聚合物制成的无缝研磨垫。在一个实施例中，该聚合物研磨垫156由例如美国专利申请No.09/596,842中所述的聚合物研磨材料制成，该专利申请的标题为“Improved Polishing Pad with Reduced MoistureAbsorption”，该文献在此被本文参引。
应当知道，聚合物研磨垫156可以为任何厚度，并希望它能够在所期望的动力中，均匀、有效和一致地对晶片进行研磨。在一个实施例中，研磨垫156的厚度在大约30密耳(1密耳等于1×10-3英寸)和大约100密耳之间。在另一实施例中，研磨垫156的厚度为大约40密耳。
在一个实施例中，聚合物研磨垫156并没有接缝，是单件材料。因此，本发明的研磨部分180能够耐水汽，例如来自浆料的。应当知道，本发明可以耐任何来源的水汽，例如来自化学物质、水等。在现有技术的研磨带中，水汽将通过接缝进入研磨结构到达粘接剂区域，并破坏或瓦解在研磨垫和下面的层之间的粘结剂膜，因此引起层离。这一不希望的特性降低了现有技术研磨带的使用寿命。相反，本发明因为优越和有效的研磨结构而可以防止层离和比现有技术装置使用更长时间。
此外，由于无缝设计，聚合物研磨垫156可以比现有技术更好地抵抗剪切。当聚合物研磨垫156和基带157越过旋转鼓160a和160b运动时，由该动作产生的弯曲在聚合物研磨垫156和基带157两者上产生拉伸力。然后，当聚合物研磨垫156和基带157在离开旋转鼓160a、160b之后再次变直时，产生压缩力。上述拉伸和压缩将剪切力施加在聚合物研磨垫156和基带157上。幸运的是，本发明由于它的独特结构而抵抗可能引起层离的剪切力(下面将参考图2B、2C、3A、3B、4、5A、5B介绍)。因此，本发明可以明显延长使用寿命，并且在必须更换该垫之前可以用于研磨更多晶片。相信在需要更换研磨部分180之前，本发明实施例将能够一致地研磨大约3000晶片或更多。
基带157包括两个分开的层，这些层包括通过粘接剂膜183粘附在增强层182上的缓冲层184。应当知道，粘接剂膜183可以为任何厚度，只要能在缓冲层184和增强层182之间产生强烈粘接。在越过实施例中，该粘接剂为8密耳厚。通常，可以使用能提供良好粘接的任意粘接剂。例如包括3M 442胶带、3M467MP、3M447、基于橡胶的粘接剂等。在一个实施例中，可以使用基于橡胶的永久性粘接剂作为粘接剂。
应当知道，缓冲层184可以由任意类型的材料制成，只要它的缓冲特性能够有效进行晶片研磨，例如开孔聚氨酯材料(open-celledpolyurethane material)等。在一个实施例中，缓冲层184有海绵状特性。在另一实施例中，缓冲层184可以是由California的Thomas West，Inc.制成的TW-817缓冲层。在另一实施例中，该缓冲层184可以为由Rodel，Inc.制成的Suba IV缓冲层。
应当知道，缓冲层184和增强层182可以是能优化晶片的研磨的任意厚度。在一个实施例中，缓冲层184的厚度在大约10密耳和大约100密耳之间。在另一实施例中，缓冲层184的厚度为大约20密耳。在一个实施例中，增强层182的厚度在大约5密耳和大约50密耳之间。在另一实施例中，增强层182的厚度为大约20密耳。
通过使用增强层182，基带157可以提供坚强的支承结构，这样，聚合物研磨垫156将不会很容易弯曲或屈服。应当知道，任何类型的、足够硬的材料都可以用作增强层182，例如钢、KevlarTM等。在一个实施例中，增强层182由不锈钢制成。此外，坚强支承结构的增强层182与缓冲层184结合使用，这能够更好地控制研磨处理，并可以导致增加晶片研磨的准确性和一致性。通过使用该多层聚合物垫结构，研磨部分180可以构成为这样，即防止降级，并能够在研磨晶片时有更高的晶片研磨产量。此外，由于晶片研磨产量更大，研磨垫寿命的显著增加可以减小晶片制造的总成本。
图2C表示了根据一个本发明实施例的研磨部分180的剖视图，表示熔合到基带157上的聚合物研磨垫156。研磨部分180包括连接到基带157上的聚合物研磨垫156。基带157有通过粘接剂膜183而粘附在增强层182上的缓冲层184。
在一个实施例中，聚合物研磨垫156熔合到基带157上。当聚合物材料直接浇铸到基带157的缓冲层184的顶表面186上时，熔合发生。熔合可以通过采用直接浇铸方法来产生，该直接浇铸方法通常是将研磨垫的聚合物母体(通常成液体或半固体的形式)施加在一表面上。应当知道，聚合物母体可以是能够有效形成研磨垫的任意材料。然后，聚合物母体固化成聚合物研磨垫。在一个实施例中，在直接浇铸处理过程中，研磨垫母体，例如液化(或半固体)聚合物，被施加到缓冲层184的顶表面186上。在一个实施例中，该缓冲垫母体是液化聚氨酯。在该处理过程中，液化聚合物流入缓冲层184的孔结构中。应当知道，液化聚合物可以透入缓冲层184中任何深度，以便使聚合物研磨垫156和基带157的缓冲层184能够形成粘合单元。
在另一实施例中，液化聚合物流入缓冲层184的顶表面186下面的深度为大约21密耳。液化聚合物流入缓冲层184内的深度表示为边界187。在边界187和顶表面186之间的部分是熔合部分，在该熔合部分处，聚合物研磨垫156的聚合物材料(由液体聚合物固化而形成)与缓冲层184进行熔合(或粘附)。在该实施例中，因为由熔合产生良好的粘合，并不需要使用粘接剂来将研磨垫156粘附在基带157上。
通过熔合产生的粘合通过在聚合物研磨垫156和基带157固化时利用固化来得到增强。在一个实施例中，固化在大约212F(这里，F是指华氏度)温度下进行大约18小时。应当知道，可以利用任意固化方法(在任意温度下持续任意时间)，其中，在聚合物研磨垫156和基带157之间可以产生或加强粘合结合。另外，使层熔合能够将聚合物研磨垫直接粘附在缓冲垫上，从而避免使用粘接剂膜。因此，该类型的熔合使得本发明的研磨结构能够抵抗水汽和剪切应力，从而大大降低了在聚合物研磨垫156和基带157之间发生层离的机会。图3A表示了根据一个本发明实施例的研磨部分180的剖视图，该研磨部分180被盖帽(capped)有聚合物折片188。应当知道，该实施例的研磨部分180可以用于参考图2A所述的CMP系统114中。在一个实施例中，研磨部分180有在基带157上面的聚合物研磨垫156。如上面参考图2B所述，基带157包括通过使用粘接剂膜183而粘附在增强层182上的缓冲层184。另外，聚合物研磨垫156通过粘接剂185粘附在缓冲层184的顶上。在一个实施例中，除了聚合物研磨垫156，该研磨部分180有覆盖基带157的聚合物折片188。聚合物研磨层折片188通过插入基带157内的增强层182中的销钉189而安装在基带157上。聚合物研磨层折片188也可以称为帽。应当知道，可以采用能减少水汽透入聚合物研磨层下面的层中的任何方法，例如通过聚合物密封剂密封聚合物研磨层的侧面。
图3B表示了根据一个本发明实施例的研磨部分180，该研磨部分180被盖帽有盖体196。在该实施例中，研磨部分180有通过使用粘接剂185而粘附在基带157上的聚合物研磨垫156。该基带157包括通过使用粘接剂膜183而粘附在增强层182顶上的缓冲层184。研磨部分180有保护粘接剂膜185和183的盖体196。该盖体196的一端通过销钉198与聚合物研磨垫156相连，另一端通过销钉192连接。
通过使用盖体196，粘接剂膜183、185可以防止侧面水汽侵入，例如来自浆料的液体。应当知道，盖体196可以为任意材料，只要该材料能防止水汽侵入。该盖体还可以称为帽。在一个实施例中，该盖体196由聚合物材料例如聚氨酯制成。应当知道，盖体196可以保护粘接剂膜183和185免受任意形式的液体状物质的侵害。因此，粘接剂膜183和185可以保持完整，并防止研磨部分180的侧面遭受水汽造成的粘接剂降级。此外，在一个实施例中，聚合物研磨垫156为无缝的，因此减小了水汽从聚合物研磨垫156顶部的侵入。应当知道，可以采用能减小水汽侵入的任何方法，除了利用折片188(如图3A所示)或盖体196外，也可以使用其它方法。例如，整个研磨结构可以涂覆有聚合物材料或密封剂。因此，可以采用任何方法来密封研磨结构中水汽易于侵害的部分。因此，与现有技术研磨带相比，研磨部分180可以更好地抗水汽侵入，并因此能够使用更长时间，并可以用于研磨更多晶片。
图4表示了根据一个本发明实施例的研磨部分180的剖视图。在该实施例中，聚合物研磨垫156通过粘接剂膜185粘附在基带157的顶上。基带157有三个不同层，其包括缓冲层184a和连接到增强层182上的缓冲层184b。该缓冲层184a和缓冲层184b通过粘接剂膜186连接，同时该缓冲层184b通过粘接剂膜183而粘附在增强层182上。
根据所希望的研磨动力，缓冲层184a可以比缓冲层184b更软或更硬。在一个实施例中，缓冲层184a可以是由Thomas West，Inc.制造的缓冲层。在另一实施例中，缓冲层184a比缓冲层184b更软。该结构能够使研磨部分180从顶部到底部逐渐变硬，以便能使聚合物研磨垫156更好地与晶片表面相符。在再一实施例中，缓冲层184a可以较硬，而缓冲层184b可以较软。这时，缓冲层184a可以增加聚合物研磨垫156的张力。这可以是所期望的，以在研磨部分180失效(例如层离)时能保持缓冲层184a的密封。还可以知道，研磨部分180可以有多个具有不同柔韧特性的缓冲层，以便更好地定制CMP处理。在一个实施例中，缓冲层184a和184b可以由相同材料制成，在另一实施例中，缓冲层184a和184b可以由不同材料制成。在又一实施例中，缓冲层184a和184b可以由任意缓冲或较硬的层制成，例如聚合物材料、聚氨酯、由Rodel Inc.制造的Suba IV、由California的Thomas West公司制造的TW-817、不锈钢、KevlarTM等。
在另一实施例中，在聚合物研磨垫156的顶上，可以采用不同类型的研磨材料，例如固定研磨剂材料。在该实施例中，聚合物研磨垫156可以作为该固定研磨剂材料的支承层。
图5A表示了根据一个本发明实施例用于生成安装在基带上的无缝聚合物研磨垫的方法的流程图200。在操作202中，本方法开始于提供增强层。在一个实施例中，采用增强层例如不锈钢，这样，研磨垫可以适当地支承，从而均匀研磨晶片。时常地，如果没有增强层，研磨垫可能在晶片的压力下变形，从而不能适当地研磨晶片。应当知道，在增强层中可以使用任何数量的材料或金属，例如KevlarTM等。在一个实施例中，增强层为不锈钢带的形状，以便与带形的研磨垫的形状相适应。
在操作202后，本方法前进到操作204，其中，第一粘接剂膜施加在增强层上。应当知道，该操作中可以采用任何类型的粘接剂，例如3M 442胶带、基于橡胶的粘接剂等。在一个实施例中，粘接剂采用覆盖增强层的薄膜，这样，下一层可以进行粘附。在另一实施例中，基于橡胶的永久性粘接剂，由于在固化时它的流动特性，也可以采用，如后面所述。
然后，该方法前进到操作206，其中，缓冲层布置在第一粘接剂膜上。应当知道，在该操作中，可以由采用任意材料制成的任何类型的缓冲层。在一个实施例中，该缓冲层可以由一种聚合物例如聚氨酯制成。在另一实施例中，缓冲层可以是带，该带可以装在增强带上。可以采用任意缓冲层厚度，只要获得的材料的缓冲特性与所希望的研磨特性相适应。
在操作206之后，本方法前进到操作208，其中，第二粘接剂膜施加在缓冲层上。需要该第二粘接剂膜，从而可以将研磨垫粘附在基带(该基带包括增强层和缓冲层)上。应当知道，象第一粘接剂膜那样，也可以采用任意类型的粘接剂，例如防水粘接剂等。
然后，在操作210中，将研磨垫布置在第二粘接剂膜上。在一个实施例中，该研磨垫形成为带状的聚合物研磨带，且没有接缝。在另一实施例中，研磨垫形成为带状，并可以是连续单元。应当知道，在本操作中可以采用由任意材料制成的具有任意形状的任何类型研磨垫，只要该材料可以有效地研磨晶片。
在操作210后，本方法前进到操作212，其中，研磨结构被固化。应当知道，研磨结构可以指任何结构，包括任何类型的研磨垫(包括研磨垫母体例如聚合物母体)以及任何类型的基带。在一个实施例中，研磨结构包括在操作202、204、206、208和210中都通过所述粘接剂进行粘附的聚合物研磨垫、缓冲层和增强层。固化处理包括将研磨结构加热至一定温度并持续一定时间。应当知道，研磨结构可以加热至任意温度并持续任意时间长度，只要能加强该研磨结构的粘合。在一个实施例中，研磨结构在大约200F(F是指华氏温度)下加热大约20小时。在另一实施例中，当采用基于橡胶的永久性粘接剂时，该粘接剂在固化过程中软化和流动，从而增加在橡胶粘接剂和缓冲层之间的接触面积，从而增加粘接强度4倍。
通过使用无缝聚合物研磨垫，水汽从研磨垫的表面侵入第一和第二粘接剂层中的机会大大减小。此外，无缝聚合物研磨垫也能抵抗由于在CMP系统中越过辊子运动而产生的剪切力，从而减小该力使研磨垫结构破裂的可能性。因此，研磨垫的层离将明显降低。因此，本发明的研磨垫寿命和生产能力比现有技术研磨垫的生产能力明显增加。这样，很大的研磨带最大寿命减小了CMP系统的停机时间，并进而明显增加晶片生产效率和产量。
图5B表示了根据一个本发明实施例用于生成熔合在基带上的无缝聚合物研磨垫的方法的流程图230。操作232、234和236分别基本与参考图5A所述的操作202、204、206相同。应当知道，与图5A所示方法不同，在图5B中所示方法并不利用粘接剂来将研磨垫粘附在基带上。在参考图5B所述方法的实施例中，主要的区别从操作238开始，其中，液体聚合物材料施加在缓冲层的顶表面上。应当知道，该液体聚合物材料可以是任意类型的聚合物母体，该聚合物母体可以固化形成能够研磨晶片的材料。在一个实施例中，液体聚合物材料是液化聚氨酯。在操作238中，液体聚合物材料透入缓冲层的孔中。如参考图2C所述，液体聚合物材料可以透入能够在所形成的聚合物研磨垫和缓冲层之间产生粘合熔合的任意深度。在一个实施例中，液体聚合物材料透入缓冲层中的深度为大约21密耳。因此，在将要参考操作240介绍的固化处理过程中，液体聚合物材料形成熔合在缓冲层上的无缝聚合物研磨垫。
在操作238之后，本方法前进到操作240，其中，对研磨结构进行固化。该固化处理可以为任意温度或任意时间长度，只要可以增强缓冲层和聚合物研磨垫之间的熔合。在一个实施例中，研磨结构可以在大约212F的温度下固化大约18小时。在另一实施例中，研磨结构可以在大约200F的温度下固化大约20小时。
除了增强聚合物研磨垫和缓冲层之间的熔合，操作240还使粘接剂明显软化(如上面参考图5A所述)，这使缓冲层和增强层保持在一起。该软化导致粘接剂在固化过程中的流动，并在加热循环后使粘接剂的强度提高约4倍。在一个实施例中，粘接剂强度可以通过剥离试验进行测量，在该试验中来确定将缓冲层从增强层上剥离所需的力。据认为，粘接剂膜的软化和流动将导致粘接剂和缓冲层之间的表面面积接触增加。
也可选择，在操作240之后，保护衬垫可以添加在增强层的底表面上。应当知道，保护衬垫可以为能够减小对CMP系统中的台板的损害的任意材料。在一个实施例中，聚乙烯衬垫可以用于保护CMP系统上的台板在CMP处理过程中免受增强层的擦伤。应当知道，聚乙烯层可以为将不会明显增加作用在研磨结构上的剪切力，但是能保护台板的任意厚度。在一个实施例中，保护衬垫的厚度在大约5密耳和大约50密耳之间。在另一实施例中，保护衬垫的厚度可以为大约20密耳。
因此，研磨结构形成为使所有层都以比现有技术的研磨装置更强的方式连接在一起。因此，本发明的研磨结构可以承受剪切，从而比现有技术更好地防止层离。此外，本发明的聚合物研磨垫较薄，且没有接缝，因此能防止水汽进入研磨结构的内部部分。该特征还减小了层离，延长了研磨结构的使用寿命。而且，本发明的研磨结构较薄，因此作用在它上面的剪切力更小(因为当越过辊子运动时，更大的剪切力出现在朝着研磨结构的外侧处)。因此，本发明的研磨结构使用时间可以更长，并增加晶片产量，且明显降低晶片处理的成本。
图6A表示了根据一个本发明实施例的两件聚合物研磨垫模制容器300。在本实施例中，外侧模具302套装在内侧模具304上。外侧模具302可以以能够防止液体在安装接头处溢出的任意方式安装在内侧模具304上。在一个实施例中，粘接剂可以用于将模具302安装到模具304的底部。在外侧模具302和内侧模具304之间内部的空间可以充满凝胶状物质，以便产生研磨垫，例如聚合物研磨带，如参考图7进一步详细介绍的。应当知道，该凝胶可以是聚合物垫的任意类型母体，例如聚氨酯凝胶等。通过使外侧模具302有连续的内表面以及使内侧模具304有连续的外表面，形成为带状且无缝的聚合物研磨垫可以被生成。在另一实施例中，可以生成这样的聚合物研磨垫，它形成为带状，并为连续单元。
图6B表示了根据一个本发明实施例当外侧模具302套装在内侧模具304上时形成的聚合物研磨垫模制容器306。在该实施例中，聚合物凝胶分配器312将聚合物凝胶308输入到外侧模具302和内侧模具304之间的空间中。聚合物凝胶308可以为能够用于生成研磨垫的任意物质，例如聚氨酯凝胶。分配作用可以通过管310伸入输入孔316中来完成，该输入孔316在所形成的聚合物研磨垫模制容器306的基部。应当知道，可以利用任意数目的孔来向形成的聚合物研磨垫模制容器306内部进行充装，例如为1个、2个、3个、4个等。在一个实施例中，在形成的聚合物研磨垫模制容器306底部具有四个输入孔316。通过合适地利用模制容器306，可以生成无缝聚合物研磨垫，它能减小水汽引入研磨结构180的内部结构中(图2A-4所示)。
图7是表示根据一个本发明实施例用于制造无缝聚合物研磨带的方法的流程图500。尽管这里的操作表示了用于制造无缝研磨带的方法，但是通过下面所述的操作也可以生成任何其它类型的研磨垫。该方法开始于操作502，其中，准备聚合物，以便模制成无缝研磨带。在一个实施例中，利用如上面参考图6B所述的形成的聚合物研磨垫模制容器，来制备用于模制成无缝聚合物研磨带的聚合物材料。优选是，使用双组分聚氨酯混合物(two-part polyurethane mixture)，尽管根据研磨要求也可以使用任何类型的聚合物。通常，希望柔性、耐久、不易磨损(tough)的材料用于无缝聚合物研磨带的研磨层，从而可以研磨晶片表面。而且，研磨层应当足够软，以便在没有擦伤的情况下进行研磨。选定的聚合物并不需要完全是弹性的，但是在使用过程中不应当变松或松弛。可以选择不同的聚合物，以便增强研磨或平坦化处理的某些性质。在一个实施例中，聚合物材料可以为尿烷混合物，它生成所形成的带的研磨材料，该研磨材料是微小蜂窝状聚氨酯，有大约0.4-1.0p的比重和大约2.5-90的肖氏硬度D。液体树脂和液体固化剂被混合以形成聚氨酯混合物。在另一实施例中，聚合物凝胶可以用于形成如上面参考图6B所述的研磨垫。应当知道，该操作可以利用任意数目的聚合物凝胶母体来形成无缝聚合物研磨带。
在操作502后，本方法前进到操作504，其中，制备的聚合物注入模具中。在一个实施例中，尿烷或其它聚合物材料分配到热的圆柱形模具中。应当知道，其它类型和形状的模具也可以合适使用。
然后，在操作506中，所制备的聚合物被加热和固化。应当知道，任何聚合物可以以任何方式进行加热和固化，以便生成最终研磨垫所希望的物理性能。在一个实施例中，尿烷混合物在预定温度下加热和固化预定时间，以便形成尿烷研磨层。在一个实施例中，尿烷混合物在大约150-300华氏度F(大约65-150℃)下固化大约12-48小时。在另一实施例中，聚合物凝胶母体可以在大约200华氏度F(大约93℃)下固化大约20小时。也可以采用适于其它聚合物材料和其它合适特性的其它时间和温度。例如，热塑性材料进行热处理并通过冷却而凝固。在操作506后，本方法前进到操作508，其中，无缝聚合物研磨带通过将该带从模具中取出而进行去模。在一个实施例中，模具是参考图6B进一步详细介绍的聚合物研磨带模制容器。然后，在操作510中通过车床将无缝聚合物研磨带加工成合适尺寸。在操作510中，无缝聚合物研磨带切割至所期望的厚度和尺寸，以便优化晶片研磨。
在操作510后，本方法前进到操作512，其中，在无缝聚合物研磨带的研磨表面上形成复数个槽。该槽可以在模制过程中通过在模具内部提供合适图形而形成。在一个实施例中，使粗铸件(raw casting)旋转，并在车床形成槽，以便产生具有方形槽的光滑研磨表面。
然后对研磨带进行精加工以便使用。在操作512之后，本方法前进到操作514，其中，对无缝聚合物研磨带的边缘进行修剪。然后，操作516清洁该无缝聚合物研磨带，并准备使用。在一个实施例中，无缝聚合物研磨带为90-110英寸长，8-16英寸宽，0.020-0.2英寸厚。因此，适用于由Lam Research Corporation制造的TeresTM线性研磨装置。因此，无缝聚合物研磨带减小了水汽侵入到研磨带下面的基带中，从而大大增加了研磨材料的使用寿命。因此，晶片产量可以增加，晶片生产的一致性可以增强。因为本发明的该增强和优化的性质，晶片制造成本可以最终减小。
尽管已经通过几个优选实施例介绍了本发明，但是应当知道，本领域技术人员通过阅读前面的说明书和研究附图，可以进行各种变化、添加、改变和等效替换。因此，当它们落在本发明的精神和范围内时，本发明将包括所有这些变化、添加、改变和等效替换。

Claims (23)

1.一种用于化学机械研磨的无缝研磨装置，包括：
研磨垫(156)，该研磨垫的形状为带状，且构造成没有接缝；以及
基带(157)，该基带包括增强层(182)和缓冲层(184)；
其中，该缓冲层是在研磨带垫和增强层之间的中间层。
2，根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该研磨垫是聚合物材料。
3.根据权利要求2所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该聚合物材料是聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该缓冲层是海绵状材料。
5.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该缓冲层是开孔聚氨酯材料。
6.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该增强层是不锈钢和凯夫拉尔型材料中的一种。
7.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该研磨垫的厚度为大约40密耳。
8.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该缓冲层的厚度为大约20密耳。
9.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于还包括：
帽，该帽覆盖位于基带和研磨垫之间的一粘接剂膜，该帽是作为研磨垫一部分的聚合物折片。
10.根据权利要求9所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该帽是聚合物材料。
11.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于还包括：
盖体，该盖体设置成密封在基带和研磨垫之间的粘接剂膜，以防止水汽侵入，该盖体的第一部分与研磨垫相连，该盖体的第二部分与基带相连。
12.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：基带和研磨垫通过第一粘接剂膜进行粘附，而增强层和缓冲层通过第二粘接剂膜进行粘附。
13.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该研磨垫和基带通过将聚合物母体浇铸在缓冲层的顶表面上而直接粘附在一起。
14.根据权利要求13所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于还包括：
保护衬垫，该保护衬垫连接在基带的底表面上。
15.根据权利要求14所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该保护衬垫是聚乙烯。
16.根据权利要求13所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该聚合物母体为半固体形式、液化形式或凝胶形式中的一种。
17.根据权利要求13所述的用于化学机械研磨的无缝研磨装置，其特征在于：该聚合物母体为液体聚氨酯。
18.一种生成用于化学机械研磨的研磨垫结构的方法，包括：
提供增强层(182)；
将第一粘接剂膜(183)施加在该增强层上；
将缓冲层(184)粘附在该第一粘接剂膜上；
将第二粘接剂膜(185)施加在该缓冲层上；
将无缝研磨垫(156)粘附在该第二粘接剂膜上；以及
固化该研磨垫结构。
19.根据权利要求18所述的生成用于化学机械研磨的研磨垫结构的方法，其特征在于：该增强层为不锈钢和凯夫拉尔型材料中的一种。
20.根据权利要求18所述的生成用于化学机械研磨的研磨垫结构的方法，其特征在于：该第一粘接剂层和第二粘接剂层是基于橡胶的粘接剂。
21.根据权利要求18所述的生成用于化学机械研磨的研磨垫结构的方法，其特征在于：该无缝研磨垫通过将聚合物凝胶浇铸到模具中而生成。
22.根据权利要求18所述的生成用于化学机械研磨的研磨垫结构的方法，其中：该无缝研磨垫是聚合物材料。
23.根据权利要求18所述的生成用于化学机械研磨的研磨垫结构的方法，其特征在于：该固化包括加热该研磨垫结构。
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