专利名称：化学机械抛光和垫修整方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光(CMP)，更具体地但不专门地说，是提供一种改善板片加工型面(wafer removal profile)的化学机械抛光和衬垫修整方法。
背景技术：
CMP是化学反应和机械抛光的组合。一种传统的CMP系统包括具有保持环的抛光头，该保持环相对于沿相同方向转动的抛光垫表面保持基片(也可以被称作板片(wafer))并使基片转动。所述抛光垫由具有填料的浇注和切片的聚亚安酯(sliced polyurethane)(或其它聚合物)或尿烷涂附毡(urethane coated felt)制成。
在基片相对于抛光垫转动期间，悬浮在诸如钾或铵氢氧化物的软腐蚀剂内的二氧化硅(和/或其它研磨剂)淤浆被分配到抛光垫上。淤浆的化学反应与抛光垫的机械抛光的组合清除了基片表面上的垂直不一致，形成了非常平的表面。然而传统CMP和垫修整方法具有重要缺点，在CMP期间，由于淤浆在压板110上不均匀地分布，板片中心部分的抛光速度比板片边缘部分的抛光速度低，出现不均匀的加工型面。
如图1A所示，在垫修整以便制造用于CMP的压板110上的抛光垫期间，垫修整器100与保持抛光垫的压板110沿相同的方向也就是顺时针方向转动。如图1B所示，同样在CMP期间，保持板片(未示)的抛光头120与压板110沿相同的方向也就是顺时针方向转动。在CMP期间，由于淤浆在压板110表面上和板片下面不均匀地分布，与镜片边缘相比，板片中心的加工型面的质量较低。具体地说，与板片中心相比，更多的淤浆分布在板片边缘部分，从而导致与板片中心相比，在镜片边缘部分发生更多的CMP。可能由于抛光垫的外形导致淤浆不均匀的分布，即抛光垫在一方向倾斜，也就是不容易在板片下方截留和携带淤浆。此外由于CMP技术从200毫米板片中移动(migrate)300毫米板片，由于淤浆必须旅行一额外距离才能到达板片中心，淤浆不均匀的分布变得更加明显，从而使板片中心的加工质量更差。
通用的矫正该缺陷的系统和方法通常包括改进抛光头设计。然而这些改进后的抛光头设计非常昂贵、复杂并难以控制。
因此需要一种克服上述缺点的方法，与上述改进后的抛光头设计相比，该方法不昂贵、不复杂而且也不难以控制。
发明内容
本发明提供一种垫修整方法和化学机械抛光方法，以增加板片中心的加工质量，而不会带来使用新抛光头设计的昂贵、复杂和控制问题。
所述方法包括通过使垫修整器相对于一转动抛光垫转动而修整抛光垫；将淤浆分配到抛光垫上；通过使板片相对于转动的抛光垫转动，化学和机械地抛光板片。在抛光和/或垫修整期间，头、抛光垫或垫修整器中一个的转动方向与其它元件的转动方向不同。
下文将接合附图介绍本发明的非限制性和非局限的实施例，其中在不同视图中，相同的附图标记代表相同的元件。
图1A和1B示意性显示了传统的垫修整和传统的CMP期间的垫修整器、压板和头；图2A和2B示意性显示了符合本发明实施例的垫修整和CMP期间的垫修整器、压板和头；图3是一个说明符合本发明不同实施例的在垫修整和CMP期间压板、头和垫修整器的转动方向的图表；图4是一个说明符合本发明一个实施例的外部(ex-stiu)垫修整和CMP的方法的流程图；图5是一个图表，说明使用传统垫处理的标准加工速率与使用反向的垫处理的标准加工速率的对比。
具体实施例方式
下文所述确保本领域普通技术人员能够实施和使用本发明，下文介绍了本发明的具体应用和其要求。对本领域普通技术人员来说，对该实施例进行不同改进是显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围内，所述原理可以适用于其它实施例和应用，因此本发明并不局限于所示实施例，其在符合此处所介绍的原理、特征和教导的最宽范围内被保护。
图2A和2B显示了符合本发明一个实施例的在垫修整和CMP期间的垫修整器100、压板(platen)和头120。在垫修整期间，如图2A所示，垫修整器100和保持一抛光垫的压板110都沿逆时针方向彼此相对转动。垫修整器100的转速可以是5rpm～200rpm。在本发明的一个实施例内，垫修整器100的转速大致是40rpm。压板110的转速可以是5rpm～300rpm。在本发明的一个实施例内，压板110的转速大致是38rpm。垫修整器100和压板110的转动都可以持续1～600秒。在本发明的一个实施例中，垫修整器100和压板110的转动持续10秒。
垫修整之后，如图2B所示，保持一板片的头120和压板110都沿顺时针方向彼此相对转动，从而对所保持的板片进行化学和机械抛光。在CMP加工期间，头120可以以5rpm～250rpm的转速转动。在本发明的一个实施例中，头120的转速大约是60rpm。在CMP加工期间，压板110以5rpm～250rpm的转速转动。在本发明的一个实施例中，压板110的转速大约是60rpm动。在抛光期间，压板110和头120可以转动5～600秒。在本发明的一个实施例中，在抛光期间，头120和压板110都转动大约2分钟。
在垫修整期间，通过使垫修整器100和压板110沿与头120和压板110在抛光期间的转动方向相反的方向转动，压板110上抛光垫的外形沿着可以俘获淤浆的方向倾斜，确保更容易将淤浆转送到板片中心下方的抛光垫表面上，从而基本上改善了中心加工速度。
图3是一个说明符合本发明不同实施例的在垫修整和CMP期间压板110、头120和垫修整器100的转动方向的图表。在传统的垫修整和CMP中，在垫修整和CMP期间，压板110、头120和垫修整器100沿相同方向钻动。然而在本发明的一个实施例中，在或者垫修整期间或者CMP期间，至少压板110、头120或垫修整器100中的一个与其它元件的转动方向不同。应该指出的是，在垫修整期间，垫修整器100相对于压板110上的抛光垫转动。在抛光期间，头120使板片相对于压板110上的抛光垫转动。
在名称为“反向I”的第一实施例中，如图2A和2B所示，垫修整器100和压板110在垫修整期间沿逆时针方向转动，在CMP期间，压板110和头120沿顺时针方向转动。
在名称为“反向II”的第二实施例中，压板110和头120在CMP期间都沿顺时针方向转动。在垫修整期间，垫修整器100沿逆时针方向转动，同时压板110沿顺时针方向转动。
在名称为“反向III”的第三实施例中，压板110和头120在CMP期间都沿顺时针方向转动。在垫修整期间，垫修整器100沿顺时针方向转动，同时压板110沿逆时针方向转动。
在名称为“反向IV”的第四实施例中，在CMP期间，压板110沿顺时针方向转动，同时头120沿逆时针方向振动。在垫修整期间，垫修整器100和压板110都沿顺时针方向转动。
在名称为“反向V”的第五实施例中，在CMP期间，压板110沿顺时针方向转动，同时头120沿逆时针方向转动。在垫修整期间，垫修整器100和压板110都沿逆时针方向转动。
在名称为“反向VI”的第六实施例中，在CMP期间，压板110沿顺时针方向转动，同时头120沿逆时针方向转动。在垫修整期间，压板110沿顺时针方向转动，垫修整器100沿逆时针方向转动。
在名称为“反向VII”的第七实施例中，在CMP期间，压板110沿顺时针方向转动，同时头120沿逆时针方向转动。在垫修整期间，压板110沿逆时针方向转动，垫修整器100沿顺时针方向转动。
在名称为“反向VIII”的第八实施例中，在CMP期间，压板110沿逆时针方向转动，同时头120沿顺时针方向转动。在垫修整期间，压板110和垫修整器100都沿顺时针方向转动。
在名称为“反向IX”的第九实施例中，在CMP期间，压板110沿逆时针方向转动，同时头120沿顺时针方向转动。在垫修整期间，压板110和垫修整器100都沿逆时针方向转动。
在名称为“反向X”的第十实施例中，在CMP期间，压板110沿逆时针方向转动，同时头120沿顺时针方向转动。在垫修整期间，压板110沿顺时针方向转动，垫修整器100沿逆时针方向转动。
在名称为“反向XI”的第十一实施例中，在CMP期间，压板110沿逆时针方向转动，同时头120沿顺时针方向转动。在垫修整期间，压板110沿逆时针方向转动，垫修整器100沿顺时针方向转动。
在名称为“反向XII”的第十二实施例中，在CMP期间，压板110和头120都沿逆时针方向转动。在垫修整期间，压板110和垫修整器100都沿顺时针方向转动。
在名称为“反向XIII”的第十三实施例中，在CMP期间，压板110和头120都沿逆时针方向转动。在垫修整期间，压板110沿顺时针方向转动，垫修整器100沿逆时针方向转动。
在名称为“反向XIV”的第十四实施例中，在CMP期间，压板110和头120都沿逆时针方向转动。在垫修整期间，压板110沿逆时针方向转动，垫修整器100沿顺时针方向转动。
在上述实施例中，在表300中，在垫修整期间，垫修整器100的转速可以为大约5-200rpm，例如40rpm。压板110的转速可以为大约5-300rpm，例如38rpm。压板110和垫修整器100的转动时间持续大约1-600秒，例如大约10秒。
在上述实施例中，在表300中，在CMP加工期间，头120的转速可以是大约5-250rpm，例如大约60rpm。在CMP期间，压板110的转速可以是大约5-200rpm，例如大约60rpm。在抛光期间。压板110和头120可以转动大约5-600秒，例如大约2分钟。
图4是一个流程图，说明符合本发明一个实施例的外部(ex-situ)垫修整和CMP方法400。首先执行垫修整或垫制备(410-430)。垫修整包括使夹持抛光垫的压板110转动(410)，同时使垫修整器100基本上同时转动(420)，以便垫修整器100相对于在压板110中的抛光板转动。一定修整时间后，压板110和垫修整器100的转动被停止(430)。修整时间可以是大约1-600秒，例如10秒。
当停止转动(430)后，将淤浆分布在压板110上的抛光垫上(440)，然后，然后板片被头120夹持并被设置在压板110上的抛光垫上(450)。
设置板片(450)后，开始进行抛光(460-480)。抛光(460-480)包括使夹持抛光垫的压板110转动(460)，基本上同时使夹持板片的头120转动(470)，从而板片相对于抛光垫转动。一定抛光时间后，压板的转动(460)和头120的转动(470)被停止(480)。抛光时间可以是大约5-600秒。例如10秒。
在垫修整期间，压板110和垫修整器100的转动方向与头120和压板110在CMP期间的转动方向可以是表300中所规定的任何方向。停止转动(480)后，将板片从头120中取出(490)，结束方法400。
应该明白的是，在本发明另一个实施例中，垫修整和抛光可以在原位(in-situ)执行，也就是垫抛光和化学机械抛光同时进行。因此在修整和抛光期间压板110的转动方向必须相同。为了改善使用原位修整和抛光的板片加工面质量，在整个抛光时间内，垫修整器100仅在总抛光时间的部分时间转动。
图5是一个图表，表示使用传统垫处理(conditioning)的标准加工速度和反向垫处理(conditioning)的对比。与使用反向垫处理(空心标记)相比，使用传统的垫处理(实心标记)显示具有低的标准加工速度。由于在传统和反向垫处理之间，垫修整(处理)参数(也就是向下力(downforce)和线速度)保持相同，抛光垫寿命不会下降(仅仅改变转动方向)。此外，由于反向垫处理比传统垫处理更有效，可以增加抛光垫寿命。此外，通过使用反向垫处理(也就是在与CMP相反方向上处理)，能够控制垫外形，从而控制整个板片的抛光型面，从而能够取消区域控制或其它型面控制头。
上文对本发明实施例的描述仅是示例，在本发明的启示下，能够对上述实施例和方法进行其它变化和改进。例如该方法可以适用于线性抛光(1inear polishing)和转动抛光(rotational polishing)。此外，垫处理(修整)可以是原位、外部或原位和外部的组合。上述实施例不是特定的或限制性的。本发明仅被后续权利要求书限制。
权利要求
1.一种化学和机械抛光和垫修整方法，包括通过使垫修整器相对于一转动的抛光垫转动而修整抛光垫；将淤浆分配到抛光垫上；以及通过使板片相对于所述转动的抛光垫转动，而对板片进行化学和机械地抛光，其特征在于垫修整器、抛光垫和板片的转动方向从下述组中选择，所述组由I～XIV转动的组合组成，其中，I～XIV转动的组合定义如下
2.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是I。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是II。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是III。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是IV。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是V。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是VI。
8.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是VII。
9.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是VIII。
10.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是IX。
11.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是X。
12.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是XI。
13.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是XII。
14.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是XIII。
15.如权利要求1所述方法，其特征在于转动组合是XIV。
16.如权利要求1所述方法，其特征在于修整大约进行1～600秒。
17.如权利要求1所述方法，其特征在于修整大约进行10秒。
18.如权利要求1所述方法，其特征在于抛光大约进行5～600秒。
19.如权利要求1所述方法，其特征在于抛光大约进行10秒。
20.如权利要求1所述方法，其特征在于在外部进行抛光。
21.如权利要求1所述方法，其特征在于在原位置进行抛光。
22.如权利要求1所述方法，其特征在于在抛光期间，抛光垫的转动速度大约是5～250rpm。
23.如权利要求1所述方法，其特征在于在抛光期间，板片的转动速度大约是10～250rpm。
24.如权利要求1所述方法，其特征在于在抛光期间，板片和抛光垫的转速都是大约60rpm。
25.如权利要求1所述方法，其特征在于在修整期间，修整器的转速大约是5～300rpm。
26.如权利要求1所述方法，其特征在于在修整期间，抛光垫转速大约是5～100rpm。
27.如权利要求1所述方法，其特征在于在修整期间，垫修整器的转速大约是40rpm，在修整期间，抛光垫的转速大约是38rpm。
28.一种化学和机械抛光系统，包括在修整期间能够在第一方向转动在CMP期间能够在第二方向转动的抛光垫；能够在第三方向转动的修整器；能够在第四方向转动的载体；其特征在于所述第一、第二、第三和第四方向不全相同。
29.一种原位置化学和机械抛光和垫修整方法，包括通过使垫修整器相对于一转动的抛光垫转动一第一时间量而修整抛光垫；将淤浆分配到抛光垫上；通过使板片相对于转动的抛光垫转动一第二时间量，对板片进行化学和机械抛光，其中所述第一时间量比第二时间量短。
全文摘要
本发明提供一种基于垫修整器、头和/或抛光垫的不同转速的化学机械抛光和垫修整方法，以便改善中心慢型面加工。
文档编号B24B37/04GK1485180SQ0317845
公开日2004年3月31日 申请日期2003年7月17日 优先权日2002年7月31日
发明者杰勒德·斯蒂芬·莫洛尼, 王惠明, 劳志刚, 杰勒德 斯蒂芬 莫洛尼 申请人:埃巴拉技术公司