专利名称：抛光垫和化学机械抛光装置的制作方法
抛光垫和化学机械抛光装置背景技术随着半导体器件越来越集成化，通常使用多层工艺。在多层工艺 中使用光刻工艺，并且不断寻找更小的特征尺寸余量。为了最小化在 材料层上形成的线宽，对芯片上的材料层进行全局平坦化。目前，用于平坦化半导体器件的方法包括硼磷硅玻璃(BPSG)回流、铝(Al) 流、旋涂玻璃(SOG)回刻和化学机械抛光(CMP)。CMP使用浆体溶液中的化学成分和抛光垫中的物理成分来化学地 和机械地抛光芯片的表面，以进行平坦化。这使得CMP能够实现对大 面积的全局平坦化和低温平坦化，而不能执行回流工艺或回刻工艺。 由于这些优点，CMP被广泛用作下一代半导体器件的平坦化技术。在现有的CMP装置中，当抛光垫以预定速率旋转时，喷嘴喷出浆 体。载体(carrier)将预定的压力施加到贴附于抛光垫的晶片上，并以 预定的速率旋转。晶片上的淀积层可通过CMP工艺抛光。当浆体与淀积在晶片上的 层化学反应时，旋转的抛光垫、旋转的载体和晶片上的压力作用为物 理成分。执行CMP抛光工艺通常会使得抛光垫变得平滑和失去表面粗糙 度。如果抛光垫的表面粗糙度不能恢复到其以前的条件，则在以后的 工艺过程中抛光速率和均匀性都会退化。为了在抛光工艺过程之间给抛光垫提供附加的表面粗糙度和提供 新的桨体，通常使用旋转的圆盘以预定调节的压力压抛光垫。 图1是现有技术的CMP装置。参考图1，晶片100由抛光垫110和浆体120抛光，而贴附于抛 光垫110的抛光台130执行简单的旋转运动。抛光头(head) 140也执 行旋转运动，并施加预定的压力到晶片IOO上。晶片100使用抛光垫调节装置来调节抛光垫110的表面，使得在 抛光后抛光垫IIO受到的损坏可恢复。然后，处理下一个晶片。图2是CMP装置中的抛光头和抛光垫的顶视图。图3是旋转速率 相对于晶片半径的图。图4是抛光速率相对于晶片半径的图。如图2所示，当抛光垫IIO和抛光头140以相同方向旋转时，随 着抛光垫110的点更接近于抛光垫110的外圆周，旋转速率增加。因 此，随着抛光垫110的半径更接近于外圆周，放置于抛光头140下面 的晶片的抛光速率也增加。更具体地，如图4所示，抛光速率从晶片的中心到外圆周逐渐增 加。此外，抛光速率增加的速率也从晶片100的中心到外圆周逐渐增 加。这是由于抛光头施加不同的压力到晶片上造成的，而该不同压力 是由每个点上不同的旋转速率(距离每时间单位)造成的。旋转速率从晶片的中心向外圆周逐渐增加，使得晶片的边缘部分 比中心被更多地抛光。当抛光垫IIO和抛光头140旋转时，晶片不是被均匀地抛光。这 导致被抛光地半导体器件的不规则和其性能的退化。因此，需要一种 用于平坦化半导体器件的改进的CMP技术
发明内容
本发明的实施例提供了一种可以均匀抛光晶片的抛光垫和CMP 装置。在许多实施例中，抛光垫包括用于浆体流的凹槽和由具有预定 尺寸的沟槽形成的多个图形。在可选实施例中，抛光垫不包括用于浆 体流的凹槽。在另一实施例中，CMP装置包括以预定方向旋转的抛光台、形成 于抛光台上的抛光垫和向抛光垫和晶片表面施加预定压力的抛光头。 抛光垫具有由沟槽形成的多个图形。在许多实施例中，每个沟槽都是人字形的(herringbone)。在另一实施例中，CMP装置的抛光垫还具 有用于浆体流的凹槽。下面将参考附图详细描述本发明。本领域的技术人员可以从说明 和附图中清楚地看到本发明的其他特征。
图1是现有技术的CMP装置的图。图2是现有技术的CMP装置中的抛光头和抛光垫的顶视图。 图3是旋转速度对晶片半径的图。 图4是抛光速率对晶片半径的图。 图5是根据本发明的实施例的CMP装置图。 图6是根据本发明的实施例的抛光垫的图。 图7是根据本发明的实施例的抛光垫的沟槽图形的图。 图8是根据本发明实施例的抛光垫的沟槽的图。 图9是根据本发明的实施例的抛光垫的侧剖视图。 图10和图11是由于具有人字形凹槽的图形而产生的动态压力效 应的图。图12是根据本发明的实施例的CMP装置的抛光速率对晶片半径的图。
具体实施方式
下面将详细讲述本公开的实施例，其示例在附图中示出。参考图5，示出了根据本发明的实施例的CMP装置，晶片200通 过抛光垫210和浆体220被抛光。其上具有抛光垫210的抛光台230旋转，并且抛光头240施加预 定的压力到晶片200上，并也旋转。在许多实施例中，抛光头240的重量和施加的压力使得晶片200 的表面与抛光垫210接触。通常为处理或抛光溶液的浆体220流入接 触表面之间的微隙。微隙可以是抛光垫(将稍后讲述)上的沟槽图形。 浆体220中的抛光颗粒和抛光垫210的表面上的突起对晶片200执行 机械抛光工艺。另外，桨体220中的化学成分对晶片200进行化学抛 光。在某些实施例中，支撑环250和烤制膜(baking film) 260可形成 于晶片200和抛光头240之间，并执行支撑和减震功能。在实施例中，抛光垫调节装置270被包含在抛光垫210上，以移 除抛光副产物和增加抛光的有效性和均匀性。抛光垫调节装置270通 常由气压缸(未示出)在抛光垫210上提升和降低，并包括连接至气 压缸的圆柱主体和围绕圆柱主体外圆周的金刚石盘。如图6中所示，本发明的抛光垫的实施例包括凹槽211，其是在 抛光垫210上被刻到预定的深度，以平滑地提供浆体。在实施例中，于凹槽211周围形成多个沟槽，并它们能够容纳浆
体。每个沟槽具有预定的图形，例如第一图形212和第二图形213。第 一图形212和第二图形213的每个都包括人字形的设计，尽管第一图 形212和第二图形213中人字形的接点开口的方向相反。接点可以是 弯曲的以形成U形人字形状，或者是刚性的(rigid)以形成V形人字 形状。在某些实施例中，所有的接点都是刚性的。在另外的实施例中， 所有的接点都是弯曲的。而在另外的实施例中，某些接点是刚性的， 某些接点是弯曲的。在某些实施例中，当抛光垫210具有圆形形状时，凹槽211也具 有圆形形状，并与抛光垫210的外圆周同心。在抛光垫上绕凹槽211 同心地形成多个第一图形212。也围绕凹槽211同心地形成多个第二图 形213，并且当从凹槽211以任一方向移动时，每个图形的沟槽都是交 替的。因此，在某些实施例中，第一线212a由第一图形212形成，而第 二线213a由第二图形213形成。从抛光垫210的中心移向其外圆周， 第一线212a和第二线213a交替放置。在许多实施例中，第一图形212和第二图形213每个具有人字形， 但是一个图形的形状的开口面向抛光垫210旋转的方向，而另一个图 形的形状的开口面向相反的方向。在实施例中，第一图形212和第二图形213每个可以具有圆括号 形状，而不是刚性角。典型地，当圆括号形状的圆形突起或尖锐部分 被放置于抛光垫210旋转的方向时，其被称为第二图形213;否则被称 为第一图形212。如图7所示，许多实施例具有在预定点会合的两个沟槽213，以 形成V形人字形设计。每个沟槽具有预定的深度，典型地在约50/mi 到约410 iiim之间的范围。
在许多实施例中，第一图形212和第二图形213每个具有预定尺 寸的突起。第二图形213中的突起形成在与抛光垫210旋转方向相反 的方向。如图S和图9所示，在某些实施例中，第一图形212具有在抛光 垫210上具有预定深度的凹陷形状。凹陷形状允许沟槽接收用于抛光 晶片的浆体。在许多实施例中，第一图形212的厚度Lp和第一图形212 中相继的沟槽之间的距离L的比例(a:Lp/L)在约0.22和约0.5之间。 此外，图形角度/5在约22度到约32度之间。第一图形212中垂直轴 线的长度r范围从约0.5 mm到约4 mm。在许多实施例中，第二图形213可具有与第一图形212相同的o;、 /3、 Lp、 L和r的取值范围。此外，第二图形213可具有凹陷形状的沟 槽，如图9的第一图形212所示。图10示出了诸如空气的流体根据抛光垫210和抛光头240的旋转 被吸入图形的中心的实施例。图ll示出了诸如空气的流体从图形的中 心被排出的实施例。参考图IO所示的实施例，当空气通过抛光垫210和抛光头240的 旋转流入图形的中心时，高压空气向抛光垫210的顶部移动。来自抛 光垫210顶部的空气使得向下压抛光垫210的抛光头240的重量和强 度减小，从而减小晶片的抛光速率。图11示出空气通过抛光垫210和抛光头240的旋转流出图形中心 的实施例。这导致图形中心的压力减少和抛光头240下压抛光垫的强 度增加。因此，晶片的抛光速率增加。在实施例中，第一图形212和第二图形213的人字形设计方向相
反。通过使用由抛光垫210和抛光头240的旋转产生的气流，抛光头 240施加的压力被均匀地分布在晶片200上。抛光头240均匀施加的压力使得晶片的每个点处的抛光速率都近 似相同。图12示出具有根据本发明的实施例的CMP装置的抛光速率对晶 片半径的图。如图12所示，从抛光垫210的中心移向外圆周，每个点处的抛光 速率在大约1180和约1280之间，示出了晶片200上的均匀抛光过程。在实施例中，抛光垫210上的来自第一图形212的沟槽与来自相 邻第二图形213的沟槽排列成线(lineup)，使得第一图形212中的沟 槽的长度Lp的边界直接在第二图形213中的沟槽的长度Lp的边界对 面。在可选实施例中，抛光垫210上的来自第一图形212的沟槽与来 自相邻第二图形213的沟槽不排列成线。在实施例中，抛光垫210具有第三图形的行，其沿圆周围绕抛光 垫210。该第三图形具有与连接的两个相反的人字形设计相似的设计； 该设计具有连接到第二沟槽的第一沟槽，该第二沟槽又连接到第三沟 槽，而第三沟槽与第一沟槽几乎平行。在一个实施例中，三个沟槽具 有几乎相同的长度和宽度。在另一实施例中，第三沟槽几乎是第一和 第二沟槽的两倍长。这可以通过将第一图形212与第二图形213相连 来形成第三图形来实现。在实施例中，相邻的第三图形具有排列成线 的沟槽的边界线长度Lp。在可选实施例中，相邻图形的沟槽的边界线 长度Lp不排列成线。在实施例中，接点是刚性的。在另一实施例中， 接点是弯曲的。在另一实施例中，某些接点时弯曲的而某些接点是刚 性的。在又一实施例中，抛光垫210具有圆形的凹槽211，其与抛光垫 210的外圆周是同心的。
在另一实施例中，抛光垫210具有方向交替的第三图形行，其沿 圆周围绕抛光垫210。在另一实施例中，交替的第一图形行和第二图形 行可包括许多行第一图形，接着是许多行第二图形，接着是许多行第 三图形。本说明书中所指的任何"一个实施例"、"实施例"、"示例实 施例"等是指结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包含于本发明的至少一个实施例中。说明书中的多个位置出现的这些术语并 不必须是指相同的实施例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征、 结构或特性时，应当理解结合其他实施例来实现这样的特征、结构或 特性落入本领域技术人员理解的范围。尽管已参考许多示例的实施例描述了实施例，但可以理解本领域 技术人员可设计出许多落入本发明公开和所附权利要求的原理的精神 和范围内的其他修改和实施例。更具体地，可以在本公开、附图和所 附权利要求的范围内对组成部分和/或元件结合布局进行各种变化和修 改。除了对组成部分和/或布局的变化和修改之外，可替换的使用对于 本领域技术人员也是显而易见的。
权利要求
1.一种抛光垫，包括第一图形，包括由在抛光垫材料中形成的在第一接点处连接的两个沟槽构成的人字形图形，其中所述第一接点朝向旋转的方向；以及第二图形，包括由抛光垫材料中形成的在第二接点处连接的两个沟槽构成的人字形图形，其中所述第二接点朝向与第一接点相反的方向。
2. 如权利要求l所述的抛光垫，进一步包括在抛光垫材料中形成的用于浆体流动的凹槽，所述凹槽与抛光垫的外圆周同心。
3. 如权利要求l所述的抛光垫，其中该第一图形的图形角度(/3) 在约22度和约32度之间；以及其中第二图形的图形角度(^)在约22 度和约32度之间。
4. 如权利要求1所述的抛光垫，其中跨第一图形的沟槽的长度 (Lp)与第一图形中的相继沟槽之间的距离(L)的比例(Lp丄)在约0.22和约0.5之间；以及其中跨第二图形的沟槽的长度(Lp)与第二图 形中的相继沟槽之间的距离(L)的比例(Lp:L)在约0.22和约0.5之 间。
5. 如权利要求1所述的抛光垫，其中从第一图形的两个沟槽的第 一沟槽的远端到第二沟槽的远端的长度(r)在约0.5mm和约4mm之 间；以及其中从第二图形的两个沟槽的第一沟槽的远端到第二沟槽的 远端的长度(r)在约0.5mm和约4mm之间。
6. 如权利要求l所述的抛光垫，其中第一图形的沟槽的深度在约 50 /mi到约410 /mi之间；以及其中第二图形中的沟槽的深度在约50/mi 到约410 Aim之间。
7. 如权利要求1所述的抛光垫，其中第一图形中的沟槽是凹陷的； 以及其中第二图形的沟槽是凹陷的。
8. 如权利要求l所述的抛光垫，其中包括多个第一图形的第一行 和包括多个第二图形的第二行在抛光垫材料上形成为交替的同心行。
9. 如权利要求8所述的抛光垫，其中第一行的第一图形的外侧与 第二行的第二图形的外侧排列成线。
10. 如权利要求8所述的抛光垫，其中第一行的每个第一图形与对应的第二行的第二图形连接，从而形成第三图形的第三行，其中在 图形材料上形成同心的第三行。
11. 如权利要求io所述的抛光垫，其中多个同心的第三行在方向上交替。
12. 如权利要求1所述的抛光垫，其中该第一接点和第二接点是弯曲的。
13. —种CMP装置包括 能够旋转的抛光台； 抛光垫，包括第一图形，包括由抛光垫材料中形成的在第一接点处连接的 两个沟槽构成的人字形图形，其中所述第一接点朝向旋转的方向， 以及第二图形，包括由抛光垫材料中形成的在第二接点处连接的 两个沟槽构成的人字形图形，其中所述第二接点朝向与第一接点相反的方向；以及抛光头，用于施加压力到抛光垫，以抛光晶片的表面。
14. 如权利要求13所述的CMP装置，其中包括多个第一图形的第一行和包括多个第二图形的第二行在抛光垫材料上形成为交替的同心行。
15. 如权利要求13所述的CMP装置，其中该抛光垫进一步包括 抛光垫材料中形成的用于浆体流动的凹槽，所述凹槽与抛光垫的外圆 周同心。
16. 如权利要求13所述的CMP装置，其中该抛光垫的旋转使流 体流向第二图形的接点，这增加了抛光头中的强度；以及使流体流出 第一图形的接点，这降低了抛光头中的强度。
17. 如权利要求16所述的CMP装置，其中该抛光头施加的压力 在晶片上均匀分布。
全文摘要
本发明提供了一种抛光垫和化学机械抛光装置。该抛光垫包括由具有预定尺寸的沟槽形成的多个图形，并且可以包括用于浆体流动的凹槽。该多个图形可以包括以同心行形式的人字形沟槽，其中人字形沟槽的行方向交替。
文档编号B24B37/26GK101125419SQ20071014109
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月16日 优先权日2006年8月17日
发明者崔宰荣 申请人:东部高科股份有限公司