抛光仓的制作方法

专利名称：抛光仓的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造领域。
背景技术：
本发明涉及用于化学机械抛光衬底的装置和方法。通常通过在硅片上顺序沉积导体层、半导体层或者绝缘层在衬底上形成集 成电路。制造步骤包括在有序停止层上沉积填料层，并对该填料层进行平坦化 处理直到暴露停止层为止。例如，可以用导体层填充绝缘层中的凹槽或者孔。 凸起在平坦化以后，凸起部分导电层保留在绝缘层的凸起之间，形成通道、接 点和连线，为衬底上的薄膜电路之间提供导电路径。化学机械抛光(CMP)是一种可接受的平坦化方法。该平坦化方法通常需 要将衬底固定在载体或者抛光头上。该衬底的暴露面靠在旋转抛光垫上。该抛 光垫可以是标准抛光垫也可以是固定研磨垫。标准垫具有耐用的粗糙表面，而 固定研磨垫具有保持在容器中的研磨剂颗粒。承载头对衬底施加可控负载(例 如，挤压)从而使其紧靠抛光垫。为抛光垫的表面提供抛光溶液，如果采用标 准垫，该抛光溶液包括至少一种化学反应剂和研磨剂颗粒。有效的CMP工艺不但可以提供较高的抛光速率，而且可以提供光滑(没 有小范围的粗糙)以及平坦(没有大范围的地形)的衬底表面。其中抛光速率、 光滑度和平坦度由垫和溶液混合物、衬底和垫之间的相对速度和将衬底压在垫上的压力决定。该抛光速率决定抛光一层所需的时间，其反过来决定CMP装 置的最大产量。发明内容在一个方案中，描述一种抛光物。该抛光物包括具有线状透明部分的线 状抛光片，其中所述线状透明部分由在约2.5英寸的半径范围内不会破裂的弹 性材料形成。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述抛光片的上表面与所述 线状透明部分的上表面基本共平面。所述线状透明部分由聚亚安酯材料形成。所述材料在肖氏硬度D标尺上具有约60的硬度。所述材料具有约50密耳的 厚度。所述线状抛光片的上表面由足够耐受金刚石涂层制具的材料形成。所述 线状抛光片的上表面由非固定研磨剂的抛光材料形成。所述线状抛光片包括顶 层和底层。所述线状抛光片还包括在所述顶层和底层之间的粘结层。所述抛光 片包括抛光层并且所述透明部分形成所述抛光层。在另一方案中，描述一种抛光仓。该抛光仓包括两个辊，送料辊和巻取辊；以及线状抛光片，其中所述线状抛光片的第一端缠绕所述送料辊并且所述 线状抛光片的第二端缠绕所述巻取辊。在一个方案中，描述一种抛光装置。该抛光装置包括可旋转压盘；驱动 装置，以使所述抛光片在直线方向上渐进穿过压盘；在所述压盘上的子垫，用 于支撑所述抛光片，所述子垫具有形成于其中的凹槽；以及真空源，其与所述 子垫的凹槽相连接，并且配置为提供充足的真空，用于将部分所述抛光片拉入 所述子垫的凹槽中，以在所述抛光表面形成凹槽。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述子垫包括多个凹槽。所 述凹槽形成为同心圆形、同心椭圆形或螺旋形。所述凹槽形成为平行线或正交 线。该抛光装置还包括所述抛光片。所述抛光片在抛光表面中具有多个凹槽。 所述抛光片具有宽度和长度，其中所述长度大于所述宽度，并且在所述抛光片 中形成的述多个凹槽包括与所述抛光片的所述长度垂直延伸的凹槽。在所述 抛光片中形成的所述多个凹槽包括与所述抛光片的所述长度平行延伸的凹槽。 所述子垫比所述抛光片更可压縮。所述子垫可压縮。在另一方案中，描述一种方法。该方法包括在具有形成于其中的凹槽的子垫上支撑具有抛光表面的抛光片；以及提供充足的真空，用于将部分所述抛 光片拉入所述子垫的凹槽中，以在所述抛光表面形成凹槽。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。该方法可包括旋转支撑所述 抛光片的压盘以旋转所述抛光片。该方法可包括使衬底与所述抛光片接触并对 该衬底抛光。该方法可包括使所述抛光片与所述压盘脱离，并且使所述抛光片 在直线方向上渐进穿过压盘的上表面。所述子垫包括多个凹槽。所述凹槽形成 为同心圆形、同心椭圆形或螺旋形。在一个方案中，描述了一种抛光系统。该抛光系统包括抛光层；以及支 撑该抛光层的子垫，所述子垫具有形成于其中的螺旋形凹槽。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述子垫由多层材料形成。 所述子垫包括聚亚安酯材料构成的上层和泡沫材料构成的下层。所述上层具有 约60密耳到100密耳之间的厚度，所述下层具有约40密耳到60密耳之间的 厚度。所述螺旋形凹槽具有约35密耳到40密耳之间的深度。所述螺旋形凹槽 完全延伸通过所述子垫的上层。所述螺旋形凹槽具有约35密耳到40密耳之间 的深度。所述子垫具有约150密耳的厚度。所述螺旋形凹槽具有约50密耳的 深度和约500密耳的宽度。所述子垫包括多个螺旋形凹槽，并且各螺旋形凹槽 起点源自所述子垫的中心。所述子垫比所述抛光层更可压縮。在另一方案中，描述一种抛光系统。该抛光系统包括可旋转压盘；驱动 装置，使所述抛光片在直线方向上渐进穿过压盘的上表面；以及在所述压盘上 的子垫，用于支撑所述抛光片，所述子垫具有形成于其中的螺旋形凹槽。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。该抛光系统可包括旋转所述 压盘的电机和控制所述电机的控制器，所述控制器配置用于使所述压盘以所述 螺旋形凹槽的渐增半径的方向旋转。在一个方案中，描述一种抛光系统。该抛 光系统包括抛光层，其具有第一凹槽图案的抛光表面；以及支撑所述抛光层 的子垫，所述子垫具有不同于所述第一凹槽图案的第二凹槽图案。在另一方案中，描述一种抛光物。该抛光物包括延长的抛光层；以及支 撑所述抛光层的透明承载层，所述透明承载层具有一个凸起，延伸进所述抛光 层中的一个孔内，以在抛光层内提供透明窗。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述承载层与所述透明窗口 为一个整体。所述承载层与所述透明窗口由聚合物材料形成。所述延长的抛光层具有长度和宽，并且所述凸起在与所述长度平行的方向延长。所述窗口充分 延伸所述抛光层的整个长度。所述抛光层和所述承载层是粘着在一起的或者焊 接在一起的。所述透明窗的暴露面与所述抛光层的暴露面基本上共平面。所述 凸起的两侧接触所述抛光层的相邻侧。所述承载头横跨抛光层的宽度延伸。所 述承载头和所述凸起在所述承载层和所述凸起的连接处不具有接缝。在一个方案中，描述一种方法。该方法包括在具有凸起的透明部分的承 载层上形成抛光层，其中所述透明部分未被所述抛光层覆盖。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述形成具有凸起的透明部 分的抛光层包括以下之中的一个或多个制模、冲模、浇铸、压带轮成型、烧 蚀成型或者机械研磨成型。所述在承载层上形成抛光层包括在所述抛光层的上 表面形成凹槽。该方法可包括在抛光层上形成承载层之前干燥或者固化抛光 层。在另一方案中，描述一种方法。该方法包括形成具有突出到抛光层的孔 中的凸起的透明部分的承载层，其中所述透明部分没有被抛光层覆盖。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述形成承载层包括制造一 个整体块，其包括承载部分和凸起的透明部分，所述凸起的透明部分在抛光层 中提供透明窗，其中所述承载部分暴露在主表面上，并在与主表面相对的表面 上被覆盖，以及透明窗暴露在以下两个表面上，与抛光层的表面基本上共平面 的表面和与所述承载部分的主表面基本上共平面的表面。制造所述块包括去除 覆盖透明窗的抛光层材料。形成承载层包括以下之中的一个或多个制模、冲 模、浇铸、压带轮成型、烧蚀成型或者机械研磨成型。该方法可包括在抛光层 上制造承载层之前干燥或者固化抛光层。在一个方案中，描述一种方法。该方法包括使非固体材料接触抛光材料 片的非线性边缘；以及使得所述非固体材料凝固以形成接触抛光材料的非线性 边缘的窗口。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。该方法可包括使所述非固体 材料接触抛光材料的第二片的第二非线性边缘，以及使所述非固体材料凝固形 成接触所述抛光材料的第二片的第二非线性边缘的窗口 。该方法可包括支持所 述第一片和第二片之间具有间隙，并且在所述间隙内放置所述非固体材料。所 述窗口能够充分延伸抛光物的整个长度。所述使非固体材料接触所述抛光材料片的边缘以及抛光材料的所述第二片的第二边缘包括在所述边缘和所述第二 边缘之间注入液体前驱材料。所述凝固的液体前驱材料形成多个凸起与所述抛 光材料的凸起咬合。所述窗口沿主轴延伸。所述非线性边缘包括与主轴垂直的 多个凸起。所述使非固体材料凝固以形成窗口，该窗口通过类楔形的接合与所 述片相配合。所述窗口的暴露面和所述抛光材料的暴露面基本上共平面。通过 切割所述抛光材料片或者从大块的抛光材料上割下薄片形成所述抛光材料片。 所述窗口能够延伸抛光片的长度，该抛光片位于所述抛光片的边缘和所述抛光 片的中心之间。在另一方案中，描述一种抛光物。该抛光物包括抛光片；以及在所述抛 光片中的固体透光窗，所述抛光片具有主轴以及与所述主轴平行延伸的非线性 边缘。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述抛光片以一长度和一宽 度延长，其中所述长度大于所述宽度，并且所述主轴与所述长度平行。所述窗 口充分延伸所述抛光片的整个长度。所述非线性边缘包括与所述主轴垂直的多 个凸起。所述多个凸起与所述抛光材料的凸起咬合。所述窗口通过类楔形的接 合嵌入所述片。所述窗口的暴露面和所述抛光材料的暴露面基本上共平面。在一个方案中，描述一种抛光装置。该抛光装置包括压盘；在压盘上的 子垫，用于支撑具有抛光表面的抛光片，所述子垫具有形成在其内的凹陷；真 空源，与所述子垫的凹陷连接，并且用于提供充足的真空，用于将部分所述抛 光片拉入所述子垫的凹陷中，以在所述抛光表面中产生凹陷；承载头，用于保 持衬底靠着所述抛光表面，以及举起衬底以离开所述抛光表面；电机，用于在 所述抛光表面上移动所述承载头；以及控制器，与所述承载头和所述电机结合， 并且用于将所述衬底定位在所述抛光表面中的凹陷上方，以及使得所述承载头 举起所述衬底以离开所述抛光表面。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述压盘为可旋转的。该抛 光装置可包括驱动装置，用于使所述抛光片在直线方向上渐进穿过压盘。所述 控制器配置为在抛光所述衬底的过程中定位所述衬底以离开所述凹陷。所述凹 陷含有凹槽。该抛光装置可包括抛光片。所述子垫比所述抛光片更加可压縮的。在一个方案中，描述一种方法。该方法包括将具有抛光表面的抛光片支 撑在具有形成在其中的凹陷的子垫上；向所述凹槽提供充足的真空，用于将部分所述抛光片拉入所述子垫的凹陷中，以在所述抛光表面中产生凹陷；将所述 承载头中的衬底定位在所述抛光表面中的凹陷上方；以及举起所述衬底以离开 抛光表面，同时所述衬底定位在所述凹陷上方。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。该方法可包括旋转支撑所述 抛光片的压盘以旋转所述抛光片。该方法可包括使所述抛光片在相对于所述子 垫的直线方向上渐进。所述凹陷含有凹槽。在一个方案中，本发明的一种抛光仓，包括辊，直径在2和2.5英寸之 间；具有线状透明部分的线状抛光片，其缠绕在辊上，不破坏透明其部分。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述辊的长度为20英寸。所 述线状透明部分是由聚亚安酯材料构成。所述材料在肖氏硬度D标尺上具有 约60的硬度。所述材料具有约50密耳的厚度。所述抛光片包括所述线状抛光 层，并且所述透明部分形成所述抛光层。在一个方案中，本发明的形成抛光物的一种方法，包括形成一种线状抛光层；在所述线状抛光层中，由在约2.5英寸的半径范围内不会破裂的弹性材 料形成线状透明部分。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述线状透明部分是由聚亚 安酯材料构成。所述形成线状透明部分包括在抛光层形成所述透明带。在一个方案中，本发明的一种抛光系统，包括可旋转压盘；压盘支撑的 抛光片，所述抛光片具有支撑所述抛光层的透明承载层，所述透明承载层具有 一个凸起，延伸进所述抛光层中的一个孔内；驱动装置，以使所述抛光片在直 线方向上渐进穿过压盘；承载头，用于保持衬底靠着所述抛光片；光学监控系 统，包括光源，以产生光束穿过所述透明承载的凸起部分，射到所述衬底上； 和监测器，以监测来自衬底的反射光束；在一个方案中，本发明的一种抛光方法，包括旋转抛光片，该抛光片具 有透明承载层支撑抛光层；所述透明承载层具有一个凸起，延伸进所述抛光层 中的一个孔内；引入衬底与所述抛光片接触；引导光束穿过所述衬底的凸起部 分，射到所述衬底上，并监测来自衬底的反射光束；使所述抛光片在直线方向 上渐进穿过压盘；在一个方案中，本发明的一种抛光物，包括抛光层；所述拋光片中的固 体透光窗口，其具有多个平行的凸起，和抛光材料的多个凸起互相咬合。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。所述抛光层被拉伸一定的长 度和宽度，所述长度大于宽度，所述凸起的延伸与所述长度垂直。所述窗口充 分延伸至所述抛光片的整个长度。在一个方案中，本发明的一种抛光装置，包括抛光垫支座，其内形成凹 槽；驱动装置，以使具有抛光面的抛光片在直线方向上渐进穿过压盘；真空源， 其与所述凹槽相连接，并且配置为提供充足的真空，用于将部分所述抛光片拉 入所述子垫的凹槽中，以在所述抛光表面形成凹槽。本发明的实施方式包括下列一个或多个特征。抛光垫支座包括多个凹槽。 所述凹槽形成同心圆形、同心椭圆形、平行线或正交线。所述凹槽形成螺旋形。在一个方案中，本发明的一种抛光方法，包括支持子垫上的抛光层；为 子垫上的螺旋形凹槽提供真空；引入衬底与所述抛光片接触；并且，在所述衬 底与所述抛光层之间产生相对运动。这里所述的实施方式中的一些可以包括下述优点中的一个或多个。线状抛 光片中的一体式窗口条能够以柔性并且可折弯的材料制成，以允许合成的抛光 片以小的弯曲半径通过而在接触面不会断裂、产生裂纹、分层或者劈开。利用 凹槽式的子垫支撑线状抛光片可以允许线状片在抛光表面形成凹槽图案，同时 仍然以小的增量渐进。利用具有深凹槽的螺旋凹槽子垫在上覆的垫材料中产生 螺旋凹槽图案，其中产生的凹槽图案除了提供局部浆料传输之外，还能够执行 在压盘上保留浆料或者从压盘上和晶圆上排出浆料和抛光副产品的全面的活 动。制造具有一体式窗口条的抛光片将材料的数量减少至两种。另外，抛光片 和一体式窗口及承载能够用相似化学特性的材料制成。在抛光片中结合进光学 窗口材料以产生类楔形接合，增加了窗口材料和抛光片之间的接触面的机械强 度。利用具有支撑线状抛光片特性的子垫使得所述线状片形成抛光表面中的特 性，同时仍然以小的增量前进。该子垫的特征能够用于帮助衬底在抛光之后从 卡盘上取下。在如下的附图和说明书中阐述了本发明一个或者多个实施方式的细节。通 过说明书和附图以及权利要求书的描述将让本发明的特征、目的和优点更加显 而易见。


图1所示为化学机械抛光装置的分解透视图；图2所示为图1的CMP装置的俯视图；图3A所示为图1的CMP装置的第一抛光台的俯视图；图3B所示为矩形压盘和抛光仓(cartridge)的分解透视示意图；图3C所示与矩形压盘连接的的抛光仓(cartridge)的透视示意图；图4为固定研磨剂抛光片的截面示意图；图5为图3A的抛光台的截面示意图；图6为具有光学终点检测系统的抛光台的截面示意图；图7为压盘和第二抛光台的抛光垫的截面示意图；图8为压盘和末级抛光台的抛光垫的截面示意图；图9A、 9B、 IOA和IOB所示为具有整体窗口的抛光片；图11A-11C所示为具有凹槽的抛光垫；图12所示为位于矩形压盘上具有凹槽的子垫；图13所示为设置有凹槽子垫的变形；图14所示为位于矩形压盘上的抛光垫的侧视图；图15所示为设置有凹槽子垫的侧视图；图16-19所示为用于解吸附的图形的表面；图20-21所示为设置有凹槽子垫和无凹槽的抛光表面；图22-24所示为用于形成具有窗口的抛光片的方法。在不同附图中同样的附图标记表示同样的元件。
具体实施方式
参照图1和图2，通过化学机械抛光装置20抛光一个或者多个衬底。典型的 抛光装置20包括具有台面23的机械底座22，该底座22支撑一系列的抛光台，抛 光台包括第一抛光台25a、第二抛光台25b、末级抛光台25c和传输台27。传输 台27可提供多个功能，其包括从加载装置(为示出)上接受单独衬底IO、清洗 衬底、将衬底加载到承载头上、从承载头上接收衬底、再次清洗衬底，最后将 衬底传输回加载装置上。在美国专利No.5,738，574中可以找到类似抛光装置的 说明，在此引入其全部内容作为参考。ii每个抛光台包括可旋转压盘。至少其中一个抛光台，诸如抛光台25a包括 设置用于旋转的抛光仓102和矩形压盘100。抛光仓102包括由固定研磨剂抛光 材料制成的可推进的线状片或者带。其他诸如第二抛光台25b、末级抛光台25c 的抛光台分别包括抛光垫32和34，各抛光垫均粘附于压盘30上。每个压盘均与 压盘驱动发动机(未示出)连接，其中该压盘驱动发动机以每分钟30到200转 的速率旋转该压盘，当然也可以采用更低或者更高的转速。假设衬底10为直径 为300mm的盘面，则矩形压盘100—个边可以为约30英寸，而圆形压盘30和抛 光垫32和34直径约为30英寸。每个抛光台25a、 25b和25c还包括凸出于相关抛光表面上部的组合浆体/清 洗臂52。每个组合浆体/清洗臂52包括两个或者多个浆体供给管，用于向抛光 垫表面提供抛光液体、浆体或者清洗液。例如，在第一抛光台25a分给固定研 磨的抛光片上的抛光液体不包括研磨剂颗粒，而在第二抛光台25b分给标准抛 光片上的浆体包括研磨剂颗粒。如果采用第一抛光台25a进行抛光，则分给该 抛光台的抛光垫上的抛光液不包括研磨剂颗粒。通常，提供充足的液体覆盖并 浸渍整个抛光垫。每个浆体/清洗臂52还包括几个喷射嘴(未示出)，用于在 抛光和调整周期结束时提供高压清洗。抛光台可以包括一个可选的相关垫调节装置40。抛光台包括抛光垫，艮口， 抛光台25a包括图中未示出的可选的清洗装置，以从抛光片的表面上去除粗砂 或者抛光碎片。清洗装置可以包括用于清扫抛光片表面的可旋转刷和/或用于 在抛光片表面上喷射压縮清洗液(即，去离子水)的喷嘴。可以连续或者在拋 光操作之间操作该清洗装置。此外，该清洗装置可以是静态的，或者可以动态 清扫抛光片的整个表面。另外，光学清洗台45可以设置在抛光台25a和25b之间、抛光台25c和25b 之间、抛光台25c和传输台27之间以及传输台27和抛光台25a之间，从而随着其 在平台之间移动而清洗衬底。在示例性的抛光系统中，通过中心柱62在抛光台上部支撑可旋转多头传动 装置(carousel) 60，并且该可旋转多头传动装置(carousel)通过传动装置电 动机组件(未示出)围绕传动轴64旋转。可旋转多头传动装置60包括四个以等 角度间隔围绕传动轴64安装在传动装置支撑板66上的承载头系统。其中的三个 承载头系统接收并保持衬底，并通过将承载头压在平台25a的抛光片以及平台25b和25c的抛光垫上进行抛光。其中一个承载头系统从传输平台27接收衬底并向传输平台转移该衬底。每个承载头系统包括载体或者承载头80。承载头驱动轴78与承载头旋转电 动机76连接(通过去除四分之一传动装置外壳示出)，从而每个承载头能够绕 各自的轴独立旋转。此外，每个承载头80在传动装置支持板66中形成的径向槽 72中独立地横向振荡。承载头可以执行多个机械功能。通常，承载头保持衬底使其紧靠抛光表面， 在衬底的被表面上均匀分配向下的压力，从驱动轴向衬底转移转矩，并确保在 抛光操作中衬底不会从承载头底部滑出。在1997年5月21日提交美国专利 No.6,183，354和6,857，945中可以找到适用承载头的描述，在此引入其全部内容 作为参考。参照图3A、 3B和3C，抛光仓102以可拆卸的方式固定到抛光台25a的矩形 压盘100上。抛光仓102包括加料辊130、巻取辊(take-up roller) 132以及通常 由抛光垫材料构成的线状片或者带110。，抛光片的未用过的或者未被触碰过 的部分120围绕加料辊130，抛光片的己使用的部分122围绕吸收辊132。所述抛 光片的矩形暴露部分124用于抛光衬底，在矩形压盘100的顶表面140上部，所 述暴露部分在已使用部分122和未使用部分120之间延伸。可以旋转矩形压盘IOO (如在图3A中通过虚线箭头A所示)以旋转抛光片 的暴露部分，从而在抛光过程中在衬底和抛光片之间提供相对运动。在抛光操 作之间，推动抛光片(如在图3A中通过虚线箭头B所示)以暴露抛光片的未使 用部分。当抛光材料向前推进时，抛光片110从加料辊130上展开，移动经过矩 形压盘100的整个上表面，并通过巻取辊132吸收(如图14中所示)。参照图4，在某些实施方式中，抛光片110包括两层。上抛光层119由抛光 材料形成而下抛光层116，诸如背部层或者承载层，由膜形成。上抛光层可以 由树脂形成，诸如酚类树脂、聚亚安酯、尿素甲醛、三聚氰胺甲醛树脂、丙烯 酸聚氨脂、丙烯酸环氧树脂、乙烷基不饱和化合物(ethylenically unsaturated compound)、具有至少一种对丙烯酸基的氨基塑料衍生物、具有至少一种对 丙烯酸基、乙烯基、环氧树脂的异氰尿酸酯衍生物，及其混合物。所述抛光片 还可以包括装填充物，诸如中空的微球体或者空间。下抛光层116为由诸如聚 合薄膜材料构成的背部层，例如聚乙烯对苯二酸盐(PET)、纸、布料、金属膜等。在某些实施方式中，两层通过诸如环氧树脂或者粘合剂(例如压敏粘合剂) 或者通过焊接的方式粘合在一起。抛光层厚度在10和150千分之一寸之间，诸如在20到80千分之一寸之间，例如在40千分之一寸附近。该抛光层110宽度可 以为月20、 25或者30英寸。参照图11A至图11C，在某些实施方式中，抛光片110的上抛光层在顶表面 具有凹槽。这些凹槽可以具有任意结构，但是可随着旋转和平移发生改变。该 凹槽可以为X槽，如图11B中所示，g卩，垂直于片运行方向设置的槽，XY槽， 如图11A中所示，即垂直且平行于片运行方向的槽，对角槽或者适合的凹槽图 案。在图11A至图11B中，箭头指示运行的方向。该凹槽深度可以在约45到5 千分之一寸之间诸如在约35和15千分之一寸之间，例如约25千分之一寸。在某 些实施方式中，紧密间隔该凹槽以协助弯曲抛光片，正如在这里更进一步描述 的一样。参照图3A、 3B和3C，沿抛光片110的长度方向形成透明带118。可以在该 片的中心设置该透明带118或者窗口，也就是说，窗口能够管理抛光垫的长度， 并且几乎与每个垫边缘等距离，其宽度可在约0.2至1英寸之间，例如在约0.4 至0.8英寸或为约0.6英寸。该透明带于矩形压盘100中的间隙或者透明窗口154 对齐，从而提供用于对衬底表面进行终点检测的光学监控。以下将进行详细描 述。透明带118的顶表面与抛光片110的抛光部分的顶表面平齐。该结构避免了 在透明带118处聚集浆体以及对通过透明带118执行的测量产生不利影响。加料辊和巻取辊130和132应该比抛光片110的宽度略长。辊130和132可以 是约20英寸长、直径在2英寸到2.5英寸之间的塑料或者金属柱体。由于抛光片 110围绕辊130和132多次，因此透明带118由不易在例如垫/带界面处破裂、裂 纹、分层或者断裂的材料形成。理想情况下，该透明带由足以阻挡涂敷金刚石 的检测工具的材料形成抵挡使用。在某些实施方式中，透明带118与背部层一 体形成，即透明带和背部材料由同一材料形成，二者为单独单元。在一些实施 方式中，透明带可以模制在抛光层上。在一些实施方式中，透明带118的上表 面与抛光片110的上表面基本在同一平面上。具有透明带的期望特性的一种可买到的材料是Calthane ND 3200聚亚安酯 (加利福尼亚长滩Cal Polymers公司)。这种材料是两部分清透且非琥珀色焦 化(non-ambering)的尿烷合成橡胶，并且其对350nm或更大波长(在约700nm达可见光光谱的端部)具有至少80%的透射率(对于150密耳厚度的片)。不 受任何特定理论的限制，我们相信这种聚亚安酯材料的高透射率(与当前可得 的聚亚安酯窗口材料相比)是由于使用了基本无内部缺陷的聚亚安酯材料。尽 管当前使用于窗口的聚亚安酯通常不需要添加剂，但是这种材料可能包括内部 缺陷，例如气泡或者空隙、裂缝或者微域(例如，结晶结构或取向不同的小区 域)，造成光的扩散和散射。通过形成基本无内部缺陷的聚亚安酯，能够实现 高光清晰度。在一些实施方式中，透明带118由聚亚安酯材料形成，例如，Calthane ND 3200。形成透明带的材料可具有在约50至80 (例如60)肖氏D范 围的硬度。在一些实施方式中，形成透明带的材料具有在约50密耳至55密耳的厚度。矩形压盘100包括通常为平面的矩形顶表面140，该表面由加料边缘142、 吸收边缘144和两个平行的侧边缘146限定。凹槽150 (如图3A和3C中的剖视图 所示)在顶表面140中形成。所述凹槽150通常为沿顶表面140的边缘142-146延 伸的矩形图案。经过压盘100的通道152将槽150与真空源200连接(见图5)。 当对通道152抽真空时，抛光片110的暴露部分124真空吸附到压盘100的顶表面 140上。该真空吸附有助于确保在抛光过程中由于衬底和抛光片之间的摩擦导 致的横向力不会迫使该抛光片脱离压盘。如上所述，在矩形压盘100的顶表面 140中形成缝隙154。在压盘100的顶表面上设置可压縮的子垫300以缓冲衬底对 于抛光片的冲击，如图12和14中所示。此外，压盘100可以包括图中未示出的 垫板。可以将不同厚度的垫板粘附到压盘上以调节压盘顶表面的垂直位置。该 可压縮子垫可以粘附到垫板上。子垫可以和抛光片分离，即与抛光片不是一个整体或者没有粘合在一起。 该子垫300可以由单独材料形成或者可以由多种材料构成的多层形成。由多种 材料构成的多层形成的子垫为层叠垫。在一实施方式中，层叠子垫具有层叠在 诸如软泡沫的泡沫层上的IC材料层，例如，由位于Delaware的Newark的Rohm and Haas公司出售的SUBA IV。该层叠垫的上层厚度为约40到120千分之一寸 之间，诸如60和100千分之一寸之间，例如80千分之一寸。子垫的下层厚度约 为30到70千分之一寸之间，诸如约40到60千分之一寸之间，例如约50千分之一 寸。参照图15，子垫300可以具有和抛光层的凹槽一样或者不同的凹槽。参照图13，在子垫300中的凹槽可以为圆形、椭圆形、偏心圆形或者螺旋形。该凹 槽可以具有充分的宽度和深度使得在子垫抽真空时，即使叠加的抛光片没有凹槽，该凹槽也可进入抛光片。凹槽可以具有约30至50密耳，例如约35至40密耳 的深度。在某些实施方式中，子垫中的凹槽具有比抛光表面的凹槽更大的宽度 和/或深度。在某些实施方式中，抛光表面的凹槽图案与子垫的凹槽图案不同。 该子垫300可以为圆形、矩形或者适于压盘100应用的任意形状。参照图20-21，在支撑抛光表面302的由子垫材料构成的一层或者多层中形 成凹槽306的图案。通过真空将抛光表面302推入凹槽图案(如垂直箭头所示)。 其结果是在抛光表面302中形成凹槽图案。该凹槽图案有助于在晶片和抛光表 面302之间进行浆体分布，并且因此提高了拋光装置的工艺特性。因此，在该 抛光表面中不需要凹槽。在子垫300中形成凹槽的优点是，在于网形垫或者线 状片能够在抛光表面中显示或提供圆形或螺旋凹槽图案，并在不改变凹槽图案 位置的情况下进行少量推进。子垫具有一个表面，该表面不必是抛光层的表面。即，子垫的表面粗糙度 或者摩擦系数不必充分满足抛光衬底表面。此外，该抛光垫或者抛光片本身可 以不具有更大的结构硬度。子垫提供了该结构硬度。抛光片或者垫的抛光性能 收到子垫机械特性的影响。坚硬的子垫和柔软的子垫会对于同一抛光片或者抛 光垫提供不同的抛光结果。由于子垫不会象抛光片或者抛光垫磨损那么快。因 此，当抛光片改进或者改变时，可以继续使用同一子垫。如图5所示，将矩形压盘100固定到可旋转压盘底座170上。可以通过几个 钻入到压盘底座170的底部的外围螺丝174连接矩形压盘100和压盘底座170。通 过螺丝178将第一轴环176连接到压盘底座170的底部以获得环形支撑180的内 环。通过一系列螺丝183将第二轴环182连接到台面23上，从而获得环形支撑180 的外环。环形支撑180支撑位于台面23上部的矩形压盘100，同时允许通过压盘 驱动电机旋转压盘。压盘电机组件184穿过固定支架186螺栓连接到台面23的底部。压盘电机组 件184包括具有输出驱动轴190的电机188。输出轴1卯固定到实心电机壳192上。 驱动带194缠绕在电机壳192和轮毂套196周围。轮毂套196通过压盘轮毂198连 接到压盘底座170上。因此，电机188可以旋转矩形压盘100。压盘轮毂198对于 下压盘底座170和轮毂套196是密封的。气动控制线172延伸经过矩形压盘100，以将连接通道152和凹槽150连接到 真空或者压力源上。该气动控制线172可用于真空吸附抛光片以及供电或启动 抛光片前进机制，其在1999年4月30日提交的美国专利6，135,859中进一步描述， 通过参考的方式援弓I其全部内容。压盘真空吸附装置可以由固定的气动源200驱动，例如泵或者压力气源。 气动源200通过流体线202与计算机控制阀204连接。计算机控制阀204通过第二 流体线206与旋转连接器208连接。该旋转连接器208将气动源200与位于旋转轴 中的轴通道210连接，并且连接器214将轴通道210连接到气动线216上。真空吸附通道152可以经由气动线172穿过矩形压盘100、压盘底座170中的 通道220、压盘轮毂198中的垂直通道222以及轮毂套196中的通道224和柔性气 动线216连接。采用O圈密封每个通道。将通用可编程数字计算机280与阀门204、压盘驱动电机188、承载头旋转 电机76和承载头径向驱动电机(未示出)适当连接。计算机280可以打开或者 关闭阀门204、旋转压盘IOO、旋转承载头80并沿着缝隙72移动承载头。参照图6，在一些实施方式中，在压盘100中形成缝隙或者孔154并与抛光 片110中的透明带118对齐。缝隙154和透明带118被设置为使得在压盘部分旋转 期间不管抛光头的位置如何都可以观察到衬底10。在下部设置光学监控系统并 将其固定到压盘100上，例如设置在矩形压盘100和压盘底座170之间从而使其 随着压盘旋转。该光学监控系统包括光源94和监测器96。光源产生光束92，该 光束经过缝隙154和透明带118照射在衬底10的暴露表面上。参照图9B和9B，在某些实施方式中，在抛光片110中用于形成透明带118 的材料还形成了抛光片110的下层116。参照图9A，在某些实施方式中，透明 带118和下层116—起形成。然后通过诸如浇铸的方式在下层116上形成构成抛 光层119的材料。如果任意抛光层材料覆盖该透明带U8，则在透明带118上部 去除该材料。透明带118的暴露表面可与抛光层119的暴露表面在同一平面上。参照图10A，在某些实施方式中，在下层116以前制造抛光层119。在抛光 层119中形成凹陷或者抛光层119由两个分离的构件形成。然后在抛光层119上 形成下层116和透明带118。因此透明带118可以和下层116同时形成并且透明带 118可以和下层116可以作为一个整体。在下层116与透明带118的接合处可以没 有接缝。可以通过制模、冲模、浇铸、压带轮成型、烧蚀成型或者机械研磨成型方式形成抛光层119或者下层116。在某些实例中，允许对首先形成的层进行 烘干或者固化。然后在首先形成的层上制造第二层。在某些实施方式中，所述 两层分别形成并粘合或者焊接到一起。在任意实施方式中，透明带118从抛光 片的顶表面延伸到抛光片的底表面，产生一窗口。抛光层的顶表面基本不存在研磨剂。在形成该表面后或者同时在抛光表面上形成凹槽。透明带118可以不 设置凹槽。但是，在某些实施方式中，也可以在透明带118中设置凹槽。在一些实施方式中，窗口延伸抛光层的整个长度。在一些实施方式中，承载层在抛 光层的宽度上延伸。参照图22-24，其示出了在抛光片110中形成窗口404的替代方法。参照图 22，抛光片由适于抛光衬底的材料形成。通过成模、切割或者冲模方式形成抛 光片。在抛光片中形成多个楔形开口402、裂缝或者凹槽。通过预定宽度的窗 口404分离成为两部分。参照图23，将可以干燥、固化或者硬化的材料插入槽 中(如箭头所示)。然后干燥、固化或者硬化诸如窗口材料液体前驱物的材料 形成合成的抛光片。参照图24，通过窗口材料的凸起与抛光材料的凸起的咬合 (未示出)，该窗口材料与抛光材料紧密粘合。可以选择窗口材料使得合成的 抛光材料平坦而且均匀地磨损并且在不分层的情况下以相同的半径弯曲。还需 要其他步骤，诸如切割片或者从垫材料的浇铸块上削磨片。窗口可以位于中心 并且通常与片边缘等距离或者位于抛光片和中心之间，如图23中所示。窗口可 以充分延伸抛光片的整个长度。在一些实施方式中，窗口的表面可以与抛光片 的表面基本在同一平面上。在操作时，CMP装置采用光学监控系统90确定衬底上层的厚度，从而确定 从衬底上去除的材料数量，或者确定何时表面已经变得平坦化。计算机280与 光源94和监测器96连接。可以通过旋转连接器208在计算机和光学监控系统之 间形成电学耦合。正如在1998年ll月2日提交的美国专利No.6,159，073和 No.6，280,289中所述，对计算机编程以当衬底覆盖窗口时启动光源，存储来自 监测器的测量结果，在输出设备98上显示测量结果，并检测抛光终点，在此引 入其公开的全部内容作为参考。在操作时，通过向通道152施加真空，将抛光片110或者子垫的暴露部分真 空吸附到矩形压板上。通过承载头80降低衬底使其和抛光片110接触，并且压 板110和承载头80同时旋转以抛光衬底的暴露表面。在抛光后，通过承载头提升衬底使其脱离抛光垫。取出通道152上施加的真空。例如，通过向气动线172 施加正向气压触发推进装置推进抛光片。可选地，采用正向气压向所述片吹气 使其脱离压盘并且便于片推进。这样暴露抛光片的未接触过的部分。然后将抛 光片真空吸附到举行压盘上，并且降低新的衬底使其与抛光片接触。因此，在 每个抛光操作之间，抛光片可以逐渐推进。如果抛光台包括清洗装置，则可以 在每次抛光操作之间清洗抛光片。抛光片的推进量依赖于所需的抛光均匀性以及抛光片的特性，但是每次抛光操作推进量应该在0.05英寸到1英寸的范围内，例如0.4英寸。假设抛光片的 暴露部分124长度为20英寸并且该抛光片在每次抛光操作推进0.4英寸，则在约 50次抛光操作后将更换抛光片的整个暴露部分。当已经完成对衬底抛光时，该承载头从抛光层去除衬底，即，该承载头从 抛光表面上解除对于衬底的吸附。可以通过向承载头的背部吸气(suction)以 及提升从抛光表面上去除衬底。由于存在很强的表面张力，因此和平坦晶片结 合的桨体液会使从抛光表面上去除衬底更为困难。在某些实施方式中，抛光片、抛光垫或者子垫具有诸如凹槽或浮雕的图形， 可以帮助解除晶片吸附。在抛光过程中，衬底和抛光表面的一部分接触，该表 面不包括或不经过所述图形。在抛光后，衬底的边缘移动到这些图形上部，这 里这些图形可以用作增强解除吸附图形。参照图16-19，在某些实施方式中，子垫300具有适于帮助衬底解除吸附的 图形304。当没有施加压盘真空时，抛光表面302不会遵循子垫中特征图形304 的轮廓(图19)。当施加真空时，抛光表面302遵循该图形。在抛光期间衬底 没有位于特征图形304的上部。在接触吸附期间，衬底局部位于特征图形的上 部。图18-19分别示出抛光期间和接触吸附期间的衬底平面图。在抛光片中，沿该片的抛光片的中心线、边缘或者边缘与中心线之间形成 接触吸附图形。参照图7，在第二抛光台25b，圆形压盘可以支撑具有粗糙表面262、上层 264和下层266的圆形抛光垫32。下层266通过压敏粘合层268黏附到压盘30上。 上层264可以比下层266更硬。例如，上层264可以由多微孔聚亚安酯或者混合 有填料的聚亚安酯构成位于Delaware的Netwark的Rodel公司可以提供两次抛 光垫，其中上层有IC1000或者IC-1400构成而下层266有SUBA IV构成(ICIOOO、IC-1400和SUBAIV为RohmandHaas公司的产品)。在抛光垫32中位于压盘30 的间隙36的上部形成透明窗口 。参照图8，在末级抛光台25c，压盘可以支撑通常具有光滑表面272和单独 软层274的抛光垫34。层274可以通过压敏粘合层278黏附到压盘30上。层274 可以由绒毛多孔合成材料构成。Rohm and Haas公司出售这种适用的软抛光垫， 其商标名称为Politex。可以通过某种图案浮雕或者压印抛光垫32和34从而改善 浆体在整个衬底表面上的分布。抛光台25c在其他方面和抛光台25b—样。在抛 光垫34中间隙36的上部形成透明窗口 279 。在某些实施方式中，圆形抛光垫可以具有一个或者多个螺旋形槽，诸如两 个初始相差180度的螺旋形槽，在径向方向上给定槽与槽之间的距离，或者三 个、四个或者更多螺旋形槽。尽管这里描述CMP装置将抛光片真空吸附到压盘上,但是在抛光期间可以 采用其他技术将抛光片固定到压盘上。例如，可以通过一系列的夹具将抛光片 的边缘夹持到压盘的侧面。此外，尽管所述辊通过多个插入缝隙的销连接到固定器上，但是存在多个 其他将辊以旋转方式连接到压盘上的实施方式。例如，在固定器的内表面上形 成凹陷从而与从辊的端面突出的销接合。固定器160可轻微弯曲，并且辊可以 和固定器搭扣配合。可选地，在固定器内表面的凹陷由于张力导致可以形成限 制辊曲径。可选地，该固定器可以枢轴连接到压盘上，并且一旦在适当位置锁 定固定器则辊可以与固定器接合。此外，尽管所述CMP装置具有一个具有槽状表面的矩形压盘以及两个具有 圆形抛光垫的圆形压盘，但是其他结构也是可能的。例如，该装置可以包括一 个、两个或者三个矩形压盘。这里所述垫、片以及子垫的实施方式可以适用于 连续带、非旋转压盘系统和仅具有一个抛光台的抛光系统。实际上，CMP装置 的一个优点在于每个压盘底座170都适于承载矩形压盘或者圆形压盘。在每个 矩形压盘上的抛光片可以为固定研磨剂或者非固定研磨剂抛光材料。抛光片可 以包括结合在一起的多层。类似地，在圆形压盘上的每个抛光片可以为固定研 磨剂或者非固定研磨剂抛光材料。标准抛光垫可以具有单独硬层(例如 IC-1000)、单独软层(例如在PolytexTM垫中所述内容)或者两个层叠层(例如，IC-1000/SUBAIV抛光垫结合)。在不同抛光台上采用不同浆体和不同的20抛光参数，诸如载体头旋转速率、压盘旋转速率、载体头压力。CMP装置的一个实施方式可以包括用于主抛光的具有固定研磨剂抛光片的两个矩形压盘，以及用于磨光的具有软抛光垫的圆形压盘。可以选择抛光参数、垫成分以及浆体成分使得第一抛光片的抛光速率大于第二抛光片。当一起使用子垫和抛光片l IO时，抛光片1 IO在抛光之间或者抛光期间滑过子垫。上述的抛光片可以抛光多个晶圆并且可以通过以前未曾用于抛光另一垫 的抛光垫的一部分抛光每个晶圆。可选地，抛光片可以逐渐移动，而非在每个 衬底抛光工艺之间全长度移动。在抛光随后晶圆的时候，垫磨损将不是一个主 要因素，由于每个晶圆基本暴露于同样的抛光垫条件下。所述垫处于稳态的原 因在于片移动的距离等于抛光区域的直径。当抛光片在到达晶圆之前碾压或者摩擦小半径加料辊130时，垂直于抛光 片运行方向的抛光片顶表面凹槽有助于抛光片弯曲。如果系统在子垫中有凹 槽，该子垫可以在抛光表面中形成临时凹槽，有助于浆体传输以及流过垫的表 面。当向子垫施加真空时，该临时凹槽可以更加明显。或者/此外，抛光垫的 抛光表面可具有凹槽。垫或子垫的凹槽可具有螺旋形。螺旋形凹槽可以向抛光表面泵送浆体。螺 旋形凹槽从垫或子垫的中心开始朝向外缘向外移动。随着压盘的旋转，螺旋形 覆盖接近或者远离该抛光区域的中心。凹槽执行整体操作，即压盘上保持浆体 或者转移排放的浆体和/或抛光废弃产物使其远离压盘以及晶圆。如果向增加 螺旋凹槽半径的方向旋转压盘，螺旋形覆盖逐渐向中心移动，将浆体转移到中 心。如果向减小螺旋凹槽半径的方向旋转压盘，则已用过的浆体以及废弃产物 将以比仅通过离心力更快的速度脱离压盘。具有多个螺旋例如两个螺旋的垫或 者子垫比仅具有单独凹槽的情况转移浆体更快。除了任意浆体传输和抽吸操作，抛光层或者子垫中的螺旋形凹槽还可以控 制抛光波动或者均匀地从晶圆表面去除材料。在一些实施方式中，子垫可具有约150密耳的厚度。在一些实施方式中，螺旋凹槽具有约40密耳至60密耳的深 度，例如约50密耳，以及约400密耳至600密耳的宽度，例如500密耳。凹槽的 高度可为约l英寸。压盘的替代实施方式可以具有无凹槽的顶表面的中心区域以防止进入凹槽的抛光片的潜在偏差干扰抛光均匀性。以上已经描述了本发明的多个实施方式。但是，应该理解在不脱离本发明 的精神和范围内可以对本发明进行各种变形。因此，其他实施方式包括在如下 权利要求的范围之内。
权利要求
1、一种抛光仓，包括辊，直径在2和2.5英寸之间；具有线状透明部分的线状抛光片，其缠绕在辊上，不破坏透明其部分。
2、 根据权利要求1所述的抛光仓，其特征在于，所述辊的长度为20英寸。
3、 根据权利要求1所述的抛光仓，其特征在于，所述线状透明部分是由聚亚安酯材料构成。
4、 根据权利要求1所述的抛光仓，其特征在于，所述材料在肖氏硬度D 标尺上具有约60的硬度。
5、 根据权利要求1所述的抛光仓，其特征在于，所述材料具有约50密耳 的厚度。
6、 根据权利要求1所述的抛光仓，其特征在于，所述抛光片包括所述线状 抛光层，并且所述透明部分形成所述抛光层。
7、 形成抛光物的一种方法，包括 形成一种线状抛光层；在所述线状抛光层中，由在约2.5英寸的半径范围内不会破裂的弹性材料 形成线状透明部分。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述线状透明部分是由聚亚 安酯材料构成。
9、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述形成线状透明部分包括 在抛光层形成所述透明带。
10、 一种抛光系统，包括 可旋转压盘；压盘支撑的抛光片，所述抛光片具有支撑所述抛光层的透明承载层，所述 透明承载层具有一个凸起，延伸进所述抛光层中的一个孔内； 驱动装置，以使所述抛光片在直线方向上渐进穿过压盘； 承载头，用于保持衬底靠着所述抛光片；光学监控系统，包括光源，以产生光束穿过所述透明承载的凸起部分，射 到所述衬底上；和监测器，以监测来自衬底的反射光束；
11、 一种抛光方法，包括旋转抛光片，该抛光片具有透明承载层支撑抛光层；所述透明承载层具有 一个凸起，延伸进所述抛光层中的一个孔内； 引入衬底与所述抛光片接触；引导光束穿过所述衬底的凸起部分，射到所述衬底上，并监测来自衬底的 反射光束；使所述抛光片在直线方向上渐进穿过压盘；
12、 一种抛光物，包括 抛光层；所述抛光片中的固体透光窗口，其具有多个平行的凸起，和抛光材料的多 个凸起互相咬合。
13、 根据权利要求12所述的抛光物，其特征在于，所述抛光层被拉伸一定 的长度和宽度，所述长度大于宽度，所述凸起的延伸与所述长度垂直。
14、 根据权利要求13所述的抛光物，其特征在于，所述窗口充分延伸至所 述抛光片的整个长度。
15、 一种抛光装置，包括 抛光垫支座，其内形成凹槽；驱动装置，以使具有抛光面的抛光片在直线方向上渐进穿过压盘； 真空源，其与所述凹槽相连接，并且配置为提供充足的真空，用于将部分 所述抛光片拉入所述子垫的凹槽中，以在所述抛光表面形成凹槽。
16、 根据权利要求15所述的抛光装置，其特征在于，抛光垫支座包括多个 凹槽。
17、 根据权利要求16所述的抛光装置，其特征在于，所述凹槽形成同心圆 形、同心椭圆形、平行线或正交线。
18、 根据权利要求15所述的抛光装置，其特征在于，所述凹槽形成螺旋形。
19、 一种抛光方法，包括支持子垫上的抛光层； 为子垫上的螺旋形凹槽提供真空；引入衬底与所述抛光片接触；并且， 在所述衬底与所述抛光层之间产生相对运动。
全文摘要
本发明提供一种抛光装置。该抛光装置包括可旋转压盘；驱动机构，用于以线状方向逐渐推进具有抛光表面的抛光片通过所述压盘；在所述压盘上的子垫，用于支撑所述抛光片，所述子垫具有形成于其中的凹槽；以及真空源，其与所述子垫的凹槽相连接并且配置用于提供足以将部分所述抛光片拉入所述子垫的凹槽中的真空，以在所述抛光表面形成凹槽。
文档编号B24B37/20GK101244535SQ200710163299
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者亨利·H·奥, 加伦·C·勒温, 史蒂文·M·苏尼加, 埃里克·S·朗登, 彼得·麦克雷诺, 本杰明·A·邦纳, 格沛拉克里西那·B·普拉布, 格雷戈里·E·门克, 阿南德·N·莱尔 申请人:应用材料股份有限公司