CN1261983C - 具有孔和/或槽的化学机械抛光垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形成有孔、槽或它们的组合的化学机械抛光垫。该化学机械抛光垫的特征在于，各具有孔、槽或它们的组合的多个同心圆形成在该抛光垫的抛光表面上。该化学机械抛光垫在抛光过程中提供有效地控制膏剂流动的效果，由此，在抛光过程中达到抛光率的稳定性，并达到晶片平面化程度的提高。

Description

具有孔和/或槽的化学机械抛光垫
技术领域
本发明涉及一种用于化学机械抛光工艺过程的抛光垫，具体来说，涉及一种形成在其抛光表面上的化学机械抛光垫，它带有多个同心圆，各圆具有槽、孔，或它们的组合。
背景技术
一般来说，化学机械抛光(CMP)是在半导体器件制造过程中用来获得整体平面化的高精度/镜面表面抛光方法。根据这样的化学机械抛光，一种膏剂添加在抛光垫和被抛光的晶片之间，以便用化学方法蚀刻晶片表面。使用抛光垫，晶片的蚀刻表面被机械地抛光。
参照图1，示意地示出一典型的化学机械抛光机1。再者，一使用化学机械抛光机1的化学机械抛光方法示意地示于图2中。化学机械抛光方法包括一化学蚀刻反应过程和一机械抛光过程，它们利用包含在化学机械抛光机1内的一抛光垫10来实施。化学蚀刻反应通过一膏剂42来执行。即，膏剂42起作与被抛光的晶片30的表面发生化学反应，由此，在化学蚀刻反应之后，才有可能使机械抛光过程容易进行。在机械抛光过程中，固定地安装在一压盘20上的抛光垫10旋转。被一保持器环32牢固地夹持的晶片30旋转同时振动。含有研磨颗粒的膏剂通过一膏剂供应装置40供应到抛光垫10上。供应的膏剂引入到抛光垫10与晶片30之间。借助于抛光垫10与晶片30之间的相对的转动速度差，引入的研磨颗粒与晶片30发生摩擦接触，这样，它们进行机械抛光。膏剂42是含有具毫微米颗粒尺寸的研磨颗粒的胶状液体。在抛光过程中，膏剂42散布在抛光垫10上。在抛光过程中，随着抛光垫10的转动，由于抛光垫10的转动造成的离心力，使供应到抛光垫10上的膏剂42从抛光垫10的周缘向外流出。为了达到一提高的抛光效率，许多研磨颗粒应在一要求的时间段内保持在抛光垫10的上表面上，以使它们参与晶片的抛光过程。即，抛光垫10应使膏剂42在尽可能长的时间段内保持在其表面上。
在化学机械抛光垫转动过程中产生的离心力在越靠近抛光垫周缘的位置处越大。由于抛光垫上不同的径向位置之间的这种离心力的差异，在抛光垫上的膏剂随着其接近抛光垫的周缘而呈现一增加的流量。因此，膏剂沿抛光垫的径向呈非均匀分布。由于膏剂的这种非均匀分布，晶片被非均匀地抛光，因为根据抛光垫与晶片表面接触的径向位置，其抛光率发生变化。抛光率的这种变化影响晶片的平面化。其结果，抛光垫在其中心部分与其周缘部分之间显现相当大的抛光率差。由于这个原因，必须通过控制抛光垫上的膏剂的流动来均匀地将膏剂分布在抛光垫上。
在抛光过程中，晶片受压抵靠在抛光垫上，以使它与研磨颗粒摩擦接触。然而，由于该压力，可使膏剂难于到达晶片的中心部分。为此原因，与在晶片周缘部分处的膏剂量相比，膏剂在晶片中心部分处的分布量相对地减小。其结果，晶片受到不均匀的抛光。
为了解决这样一问题，有人提出一种方法，其中，具有要求的宽度、深度和形状的孔或槽形成在一化学机械抛光垫上。这样的孔或槽在抛光过程中用来控制连续供应的膏剂的流动和分布。
现将结合附图来描述用传统方法在抛光垫上形成孔或槽。
图3a是一示意图，示出形成有对应地具有同心圆形式的槽的抛光垫。图3b是沿图3a的线″A-A″截取的截面图。如图3a和3b所示，形成在抛光垫上的槽具有沿径向彼此均匀间隔的同心圆的形式，同时分别具有不同的直径。连续地供应到抛光垫上的膏剂在随着抛光垫旋转而产生的离心力的作用下，被迫使向外移动。其结果，在抛光的过程中，膏剂暂时被收集在同心的圆形槽内，然后，从这些槽中向外排出。这样同心圆的槽的实例公开在美国专利5,984,769中。美国专利No.5,984,769公开一形成有多个同心圆的槽或螺旋形槽的抛光垫。抛光垫分成多个其中分别形成有具不同宽度和不同长度的槽的槽区域。然而，这样一具有圆形或螺旋形槽的抛光垫不能满足在化学机械抛光过程中所要求的各种条件，因为它具有只由槽形成的固定的图形。
图4a是一示意图，示出一形成有具有传统结构的孔的抛光垫。图4b是示出图4a所示孔的截面图。在图4a的抛光垫中，规则地排列多个孔。排列在抛光垫上的诸孔储存供应到其上的膏剂，由此，阻碍由离心力造成的储存的膏剂的流出。美国专利5,853,317公开压盘上的第二表面上形成多个槽，其中，形成在第二表面上槽的尺寸大于形成在第一表面上槽的尺寸。还有，美国专利5,329,734公开了一抛光垫，它具有形成有多个孔的第一区域和形成有多个开口的第二区域。
在具有彼此均匀间隔的槽或孔的传统的抛光垫的情形中，供应到抛光垫上的膏剂被阻碍流向在抛光垫与晶片接触的区域处的、正在被抛光的晶片的中心部分。其结果，抛光率的下降发生在晶片的中心部分处。
另一方面，在具有同心圆槽的传统的抛光垫的情形中，与其它传统的抛光垫相比，它可获得上好的膏剂储存容量，因为各个槽具有局部的闭合结构，它具有能够抵抗离心力将膏剂保持在槽中的垂直的槽壁。然而，该结构具有的缺点在于：各槽的深度对应于抛光垫的厚度的1/4，因此不够深。
由于形成在上述传统抛光垫上的诸槽或孔具有诸如同心圆或格子之类的固定的图形，所以，难于形成能够有效地控制膏剂流动的槽的图形。根据使用打孔的销来形成穿孔的方法所形成的穿孔具有一固定的形状。由于诸孔具有一简单的和固定的图形，所以，难于将它们布置成具有在化学机械抛光过程中所要求的各种孔的图形。
为了解决这样一问题，因此，有必要考虑诸如离心力和晶片位置的给定的抛光工艺条件、设计槽或孔的形状、密度和分布。
本发明的揭示
因此，本发明的一个目的是提供一种用于化学机械抛光工艺的化学机械抛光垫，它形成有能够阻碍供应到抛光表面上的膏剂流出率的孔、槽或它们的组合，同时将膏剂均匀地分布在抛光表面上。
本发明的另一目的是提供一种形成有孔、槽或它们的组合的化学机械抛光垫，它们能够在化学机械抛光工艺中有效地控制供应到抛光垫上的膏剂的流动。
根据本发明，这些目的通过提供一用于一化学机械抛光工艺的化学机械抛光垫来达到，其中，在垫的抛光表面上形成多个各具有槽、孔或它们的组合的同心圆。
附图简要说明
图1是示出一典型的化学机械抛光机的结构和使用该化学机械抛光机实施的抛光方法的示意图；
图2是示出一化学机械抛光方法的概念的示意图；
图3a是示出一形成有对应地具有同心圆形式的槽的抛光垫的示意图；
图3b是沿图3a的线″A-A″截取的截面图；
图4a是示出一形成有具有传统结构的孔的抛光垫的示意图；
图4b是示出图4a所示的孔的截面图；
图5是一示意图，示出根据本发明形成的诸槽、孔或它们的组合的各种形状；
图6a至6d是示意图，分别示出由诸槽、孔，或它们的组合形成的同心圆的各种实例；
图7是一示意图，示出具有多个各形成有多个孔的不同直径的同心圆的抛光垫；
图8是一示出一分成两个径向区域的抛光垫的示意图，各区域具有多个不同直径的同心圆，各圆包括多个孔；以及
图9和10是分别示出化学机械抛光垫的示意图，各抛光垫具有多个不同直径的同心圆，各圆包括有许多槽、孔，或它们的组合。
实施本发明的最佳方式
现将参照附图，详细地描述本发明的结构和功能。
根据本发明，设置一化学机械抛光垫，在其抛光表面上它具有多个同心圆，各具有槽、孔，或它们的组合。参照图5，图中示出根据本发明以同心圆的形式排列的这种槽、孔，或它们的组合的各种形状。
根据本发明，各具有一要求宽度和一要求深度的连续的诸槽可分别形成具有同心圆的形式。这样连续的槽公开在美国专利5,984,769中。在美国专利5,984,769中公开的抛光垫的情形中，形成有多个均匀间隔的同心圆槽。
根据本发明，可形成各具有一要求宽度、深度和长度的不连续的诸槽，它们规则地排列，同时彼此间隔开。这些槽彼此可均匀地间隔开一预定的距离。或者，诸槽可规则地或不规则地排列，同时彼此均匀地或不均匀地间隔开。再者，诸槽可分别具有不同的深度、宽度或长度。一般地，各槽可具有一矩形的横截面形状。当然，各槽可具有其它的横截面形状，例如，一倒置的三角形形状。
或者，具有要求的深度和直径的多个孔可排列成在根据本发明的相邻孔的中心之间具有均匀的间距。在相邻孔之间的间距小于孔的半径的情形下，诸孔具有一连续的排列。相邻孔之间的间距可调整为增加或减小。此外，本发明的抛光垫可具有多个孔组，各组具有的至少两个孔彼此间隔距离为r1。在此情形中，诸孔组可以规则地排列，同时，彼此均匀地间隔一要求的距离r2(r2＞r1)。在此情形中，诸孔彼此也可如槽那样非均匀地间隔。再者，诸孔可分别具有不同的深度、直径或形状。
根据本发明，可形成孔和槽的组合。孔和槽的组合可包括具有不同图形的槽和孔的组合。即，本发明的抛光垫可具有多个各由孔和槽的组合形成的不同的图形。例如，各具有要求深度和直径的孔，以及各具有要求深度、宽度和长度的槽，可交替地排列，同时彼此间隔。
由槽、孔或它们的组合形成的各图形形成一同心圆。由槽、孔或它们的组合形成的这样的同心圆的各种实例分别地示于图6a至6d中。
图6a示出一由多个槽形成的同心圆，诸槽具有要求的宽度和长度，同时彼此均匀地间隔。图6b示出一由多个孔形成的同心圆，诸槽具有要求的宽度和长度，同时彼此均匀地间隔。图6c和6d分别示出各由槽和孔组合形成的同心圆。在图6c的同心圆中，诸槽和孔规则地排列，以使一槽与一孔交替，同时，彼此均匀地间隔。在图6d的同心圆中，诸槽和孔规则地排列，以使两个孔与一槽交替，同时彼此均匀地间隔。
分别示于图6a至6d中的同心圆只是为了说明的目的。根据本发明，可形成具有不同图形的同心圆，各包括具有各种形状的孔、槽或它们的组合。
因此，本发明的化学机械抛光垫可形成有多个不同直径的同心圆，各具有槽、孔或它们的组合。
根据本发明，形成在抛光垫上的同心圆可具有各包括槽、孔或它们的组合的相同的或不同的图形。再者，同心圆可在抛光垫的某一区域具有相同的图形，而在另外的区域具有不同的图形。
形成在抛光垫上的相邻同心圆之间的间距可以是均匀的或不均匀的。再者，圆的间距可根据圆半径逐渐地变化。例如，诸圆的间距可从抛光垫的中心部分到周缘部分逐渐减小，同时，与圆半径的增加成反比例。
图7示出形成有多个各具有多个孔的不同直径的同心圆。在此情形中，同心圆的诸孔具有相同的直径和相同的孔间距。诸同心圆还具有相同的圆间距。当然，通过调整深度、直径，或形成各同心圆的孔的间距或圆的间距可作出各种改型，从而变化抛光垫的孔的图形。
根据本发明，抛光垫可分成多个径向区域。参照图8，图中示出一分成两个径向区域的抛光垫。
抛光垫的各个径向区域可形成有多个具有不同直径同时具有相同图形的同心圆。径向区域可具有不同的图形或不同的深度、宽度，或槽或孔的间距。
例如，抛光垫可分成分别形成在半径为r0的圆的相对侧的内和外径向区域。内径向区域具有的半径小于半径r0(r＜r0)，而外径向区域具有的半径大于半径r0(r＞r0)。各个内和外径向区域形成有具有不同半径的同心圆，而同时包括具有相同直径和相同孔间距的诸孔。外径向区域可具有一比内径向区域大的孔直径和孔间距。
图9和10示出与化学机械抛光垫相关的本发明的实施例，各垫形成有多个不同直径、具有槽、孔，或它们的组合的同心圆。
在任一情形中，诸孔和/或槽可形成具有能较佳地满足给定的抛光工艺的条件的各种图形。
较佳地，形成孔、槽或它们的组合，利用激光金加工工艺来实现。激光金加工工艺提供的优点在于：它能够精密地加工具有复杂结构的孔或槽，使孔和/或槽具有光滑的内表面，并且可容易地调整孔和/或槽的形状、尺寸以及深度。
当然，孔、槽或它们的组合的金加工可通过使用根据本发明的机械装置进行切削或铣切来实现。另外，金加工工艺可利用激光金加工方法和机械金加工方法的组合来实现。
工业应用性
从以上描述中可见，本发明提供一用于化学机械抛光工艺的抛光垫，它形成有多个孔、槽或它们的组合，它们具有不同形状、尺寸和图形而同时能够阻碍供应到抛光表面上的膏剂的流出率，均匀地将膏剂分布在抛光表面上，并有效地在化学机械抛光工艺中控制膏剂的流动，由此，稳定地保持一理想的抛光率，并达到一改进的平面化效果。
尽管为了说明的目的结合形成在用于化学机械抛光过程的抛光垫上的孔和/或槽图形揭示了本发明的优选的实施例，但本技术领域内的技术人员将会认识到，在不脱离由附后的权利要求书中揭示的本发明的范围和精神的前提下，也可作出各种改型、添加和替代。

Claims (10)

1.一种用于化学机械抛光工艺的化学机械抛光垫，其特征在于，多个各具有槽、孔或它们的组合的同心圆形成在抛光垫的抛光表面上，其中所述诸槽至少在其深度、宽度和长度之一上不相同，所述诸孔至少在其深度、其直径和其相邻孔之间形成的间距之一上不相同。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，包括诸槽的每个同心圆具有多个布置成彼此间隔的不连续的槽，各槽具有一要求的深度、一要求的宽度以及一要求的长度。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光垫，其特征在于，相邻槽之间形成的间距是均匀的或不均匀的。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，各个同心圆具有多个排列成彼此间隔的孔，各孔具有一要求的深度和一要求的直径。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，各个同心圆具有一诸孔和诸槽的组合，诸孔具有一要求的深度、一要求的直径以及一要求的相邻孔之间形成的间距，诸槽具有一要求的深度、一要求的宽度以及一要求的长度，诸孔和槽交替地排列，同时彼此间隔开，以使诸孔中的至少一个与诸槽中的一个交替。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于，诸同心圆彼此均匀地间隔。
7.如权利要求1至5中任何一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于，诸同心圆彼此非均匀地间隔开，以使相邻同心圆之间形成的间距从垫的中心部分到垫的周缘部分逐渐地减小。
8.如权利要求1至5中任何一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于，槽、孔，或它们的组合用激光进行金加工。
9.如权利要求1至5中任何一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于，该垫被分成至少两个径向区域，各形成有多个不同直径的同心圆，它们具有诸相同图形的槽、孔或它们的组合，各个径向区域的图形不同于其余径向区域的图形。
10.如权利要求1至5中任何一项所述的化学机械抛光垫，其特征在于，该垫被分成至少两个径向区域，各区域形成有多个均匀地间隔的不同直径的同心圆，各具有槽、孔或它们的组合，各个径向区域内的相邻同心圆之间的间距不同于其余径向区域的相邻同心圆之间的间距。
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