专利名称：高速度沟槽图案的制作方法
背景技术：
本发明一般涉及用于化学机械抛光(CMP)的抛光垫领域。尤其是，本发明针对改善抛光性能的抛光垫沟槽。
在半导体晶片上制造集成电路和其它电子器件时，将多层导体、半导体和介质材料沉积在晶片上并从该晶片蚀刻。这些材料薄层可以通过许多沉积技术沉积。现代晶片处理的常见沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学喷镀。常见的蚀刻技术包括湿式和干式的各向同性和各向异性蚀刻等。
由于连续地沉积和蚀刻多层材料，晶片表面将会变得不平坦。由于随后的半导体处理(例如，光刻)需要晶片有平坦的表面，所以需要将晶片定期地平面化。平面化用于去除不想要的表面特征及表面缺陷，例如粗糙表面、成块材料、晶格损伤、刻痕和被污染的层或者材料。
化学机械平面化或者化学机械抛光(CMP)，是用于平面化半导体晶片和其它加工件的常见技术。在使用双轴旋转抛光机的常规CMP中，将晶片托架或者抛光头安装在托架装置上。抛光头固定晶片并使它与抛光机内部的抛光垫的抛光层相接触。抛光垫的直径比被平面化的晶片的直径的两倍大。在抛光期间，抛光垫和晶片围绕它们各自的同轴中心旋转，同时晶片与抛光层相配合。晶片的旋转轴相对于抛光垫的旋转轴偏移大于晶片半径的距离，以便垫的旋转可扫除垫的抛光层上的环状“晶片轨迹”。当晶片的运动仅是转动时，晶片轨迹的宽度等于晶片的直径。然而，在一些双轴抛光机中，晶片在垂直于其旋转轴的平面上摆动。在这种情况下，晶片轨迹的宽度比晶片的直径大，大的数量考虑到由于摆动引起的位移的量。托架装置在晶片和抛光垫之间提供了可控压力。在抛光期间，浆或者其它抛光媒质流到抛光垫上并流入到晶片和抛光层之间的空隙。通过抛光层和表面上的抛光媒质的化学和机械作用，抛光晶片表面并使它平坦。
对于CMP期间抛光层、抛光媒质和晶片表面之间的相互作用正进行着越来越多的研究以尽力优化抛光垫的设计，而实际上，多年来对于抛光垫的开发大部分都是完全根据经验的。抛光表面或者层的许多设计都集中使这些层具有不同图案空隙和沟槽布置，以提高浆利用率或者调节抛光均匀性。多年来，已实施了相当多的不同的沟槽、空隙的图案和布置。现有技术的沟槽图案包括射线、同心圆、笛卡儿格和螺线等。现有技术的沟槽结构包括，所有沟槽的宽度和深度在全部沟槽中一致的结构，和沟槽的宽度或深度在每个沟槽中相互不同的结构。然而，这些沟槽图案和结构忽略了与具有有源晶片托架环的CMP抛光机相关的浆利用率。
最近，G.P.Muldowney，在美国专利公开No.2008/0182493中，公开了增加浆利用率的低浆沟槽，即通过在多个位置上使抛光垫沟槽与托架沟槽对齐来实现此功能。该专利启示了抛光垫和托架环的组合结构以减少晶片主要边缘的扫帚作用，其中用托架环来清除垫纹理上的大量液体膜，例如浆。该专利还提出“该潜在的可用浆的损耗会降低抛光工艺的效能和可预测性，同时产生大的附加加工成本”。
虽然Muldowney的低浆沟槽图案提高了浆的利用率并减少了扫帚作用，但是仍需要一种CMP抛光工艺，其能既能使抛光性能改善又具有有效的清除速度度。抛光垫设计者继续寻求研究沟槽图案和抛光方法，而可以提高清除速度以增加设备生产量速度，并可以改善抛光性能以增加晶片产量。
发明内容
一方面，本发明提供了一种抛光垫，在抛光垫具有抛光媒质的情况下，用于抛光磁的、光学的和半导体衬底中至少一种，该抛光垫包括中心，围绕中心的内部区，从内部区到围绕内部区的外部区连接沟槽的过渡区，所述外部区具有多个沟槽，所述多个沟槽具有高速度路径，在参考抛光垫同轴中心的极坐标中，高速度路径的至少百分之五十在沟槽轨道φ(r)的百分之二十内，并根据(1)抛光垫的同轴中心与被抛光衬底的旋转中心之间的距离R，(2)托架固定装置的半径RC，和(3)托架固定装置中的沟槽的局部角θc0定义，用如下等式定义 其中 r的值从(R-RC)到(R+RC) 过渡区邻接外部区并在距中心定义如下的半径内 rTR＝0.7r*到1.3r* 其中 其中，内部区产生连续延伸到外部区的连续沟槽。
另一方面，本发明提供了一种抛光垫，在抛光垫具有抛光媒质的情况下，用于抛光磁的、光学的和半导体衬底中的至少一种，该抛光垫包括中心，围绕中心的内部区，从内部区到围绕内部区的外部区连接沟槽的过渡区，所述外部区具有多个沟槽，所述多个沟槽具有高速度路径，在参考抛光垫同轴中心的极坐标中，高速度路径的至少百分之五十在沟槽轨道φ(r)的百分之十内，并根据(1)抛光垫的同轴中心与被抛光衬底的旋转中心之间的距离R，(2)托架固定装置的半径RC，和(3)托架固定装置中的沟槽的局部角θc0定义，用如下等式定义 其中 r的值从(R-RC)到(R+RC) 过渡区邻接外部区并在距中心定义如下的半径内 rTR＝0.8*到1.2r* 其中 其中，内部区产生连续延伸到外部区的连续沟槽，且过渡区的面积沟槽/面积总为25％到75％。
图1是用于一沟槽托架环的现有技术抛光垫的示意俯视图； 图2是沿图1的线2-2的图1抛光垫的放大截面图； 图3是图1的抛光垫的示意俯视图，包括用于形成本发明抛光垫的沟槽路径的几何图形； 图4是图1的高速沟槽图案的示意俯视图； 图4A是在图4的区域4-4内的高速度沟槽图案的过渡区的示意俯视图； 图5是插入图4的区域4-4的高速度沟槽图案； 图5A是具有宽圆形沟槽和弧形沟槽的图5所示过渡区的示意俯视图； 图5B是具有窄圆形沟槽和弧形沟槽的图5所示过渡区域的示意俯视图； 图6是具有两个圆形沟槽和弧形沟槽的过渡区的示意俯视图； 图7是具有五个圆形沟槽和弧形沟槽的过渡区的示意俯视图； 图8是具有互连弧形沟槽的过渡区的示意俯视图； 图9是具有0°托架开槽角的高速度沟槽的示意俯视图； 图9A是图9的内部区、过渡区和紧接着的外部区的示意俯视图； 图10是具有-38°托架开槽角的高速度沟槽图案的示意俯视图； 图10A是图10的内部区、过渡区和紧接着的外部区的示意俯视图；和 图11是根据本发明的抛光系统的示意图。
具体实施例方式 已经发现，具有三区沟槽结构的CMP抛光垫能够改善速度和抛光均匀性。抛光垫使用包括外部高速度区、过渡区和内部区的三区沟槽结构。过渡区具有限定位置，该位置处连续不间断沟槽将内部区沟槽与外部区沟槽连接。这三个区结合以提供具有改善的晶片内部抛光均匀性的高速度抛光垫。
现在参考各图，图1示例了根据本发明制造的抛光垫100的一个实施例。如下所述，抛光垫100特定地设计为与相应的各个托架104配合，例如具有托架环108的晶片托架，托架环108包括在抛光期间与抛光垫相对的多个托架沟槽112。更具体地，由于抛光垫在托架104的下面扫过，抛光垫100包括与托架沟槽112相配设置的多个垫沟槽116，以允许抛光媒质(未示出)，例如浆，更容易地到达被抛光的物品，例如半导体晶片120。通常，由于抛光垫100和托架104分别以预定的方向D垫、D托架r旋转，垫沟槽116和托架沟槽112之间的这种配合以垫沟槽和托架沟槽之中的一个沿着主要边缘124至少一部分彼此对准的形式产生。在此说明书中，垫沟槽与托架沟槽的对准参考抛光期间的瞬间状态说明，通过使托架环沟槽的整个长度至少在其宽度部分与抛光垫沟槽重叠，从托架环外部的抛光垫表面到托架环内部的衬底形成连续路径，以致使抛光媒质从托架环外部流到内部的流通通道的有效高度大于托架沟槽单独的高度。由于当两个沟槽对准时会使各个沟槽的沟槽体积增加，与没有产生这种对准相比，垫沟槽116和托架沟槽112的对准有效地提供经过托架环108的更大流体通道。下面将详细描述抛光垫100上的垫沟槽116的各种示范性几何图形，与托架环108上的托架沟槽112的各种几何图形相匹配。然而，在描述示范性的可选实施例中的垫沟槽116和其它类似沟槽的几何图形的由来之前，将描述抛光垫100的一些物理特性。
参考图2，以及图1，抛光垫100还可包括具有抛光表面132的抛光层128。在一个实例中，抛光层128可以用背衬层136支撑，它可以与抛光层128整体形成或者可以与抛光层128各自形成。抛光垫100一般是圆盘形的，以便抛光表面132具有同轴中心O和圆外周边140。后者可用O的径向距离定位，如用特定长度的半径R垫来描述。与托架兼容的沟槽116至少一部分具有半径或者曲率半径形态。在本说明书中，在沿着半径R垫长度方向的至少一个位置中，半径或者曲率半径形状与抛光垫100的半径R垫相切。抛光层128可以用适合抛光被抛光物品的任何材料制成，被抛光物品例如包括半导体晶片，如计算机硬盘或者光盘的磁介质物品，例如折射透镜、反射透镜、平面反射器或者透明平面物品等。抛光层128的材料实例包括各种聚合物塑料，诸如聚氨酯、聚丁二烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸等，但这些仅是举例说明而实际并不仅限于此。
在抛光表面132上可以以许多合适方式中的任何一种方式布置垫沟槽116。在一个实例中，垫沟槽116可以是例如使用固定角节距围绕同轴中心O沿圆周重复单个沟槽形状的结果。在图1示出的另一实例中，可以例如以固定角节距，围绕同轴中心O沿圆周重复至少一个沟槽组144的方式布置垫沟槽116。在一个实例中，沟槽组144包括多个单独的垫沟槽116，它们共有相似形状，但延伸不同的数量。有利地，单独的垫沟槽116与相邻沟槽之间的间隔不同。可能使这些沟槽与另一种沟槽，例如圆环、螺旋或者X-Y沟槽相交。然而，有利地，这些相邻的沟槽与晶片轨迹中的其它沟槽不相交。应意识到，由于抛光垫100的圆形特性，从垫的最近的同轴中心O附近伸出或者延伸到垫外围并具有固定的角节距的多个沟槽之间的间隔向垫的外围自然地增加。因此，为了提供更均匀的沟槽，在一些设计中，当间隔超过一定量时，希望提供具有更多但更短的垫沟槽116的抛光垫100。应更容易地意识到，如所希望的，围绕同轴中心O可以形成几个沟槽组144。
另外，除图1之外参考图2，在抛光层132中可以以任何合适的方式，例如通过碾磨、模制、激光切割等，形成多个垫沟槽116中的每一个。多个垫沟槽116中的每一个根据需要形成为具有符合一组特定设计标准的横截面形状148。在一个实例中，多个垫沟槽116中的每个都可以具有矩形横截面形状，例如沟槽横截面形状148a(图2)。在另一实例中，每个垫沟槽116的横截面形状148可以沿着沟槽的长度变化。在另一实例中，横截面形状148可以从一个垫沟槽116改变到另一个。在另一实例中，如果提供多个沟槽组144，横截面形状148可以一个沟槽组改变到另一个。本领域的普通技术人员应理解横截面形状可以是各种的，设计者可决定垫沟槽116的横截面形状148。
现在参考图1到3，每个垫沟槽116(图1)提供有与托架兼容的沟槽形状152。在高度水平，与托架兼容的沟槽形状152可以用描述每个相应沟槽116的方向、位置和轮廓的多个点156来定义。通过在例如水平轴160的轴和从抛光垫100的同轴中心O伸出的半径r之间形成的角φ，可以确定每个点156的位置。在一个实例中，与托架兼容的沟槽形状152可以限定为在整个或者基本上整个抛光表面132的径向距离，即R垫。在另一实例中，与托架兼容的沟槽形状152可以限定与被抛光物品，例如晶片120的位置有关。在另一实例中，在抛光期间，与托架兼容的沟槽形状152可以限定在抛光表面132，即与晶片120或者被抛光的其它物品相对的抛光表面的区域上的部分抛光轨迹164的内部(图2)。通常，与托架兼容的沟槽占用了从中心O的半径方向测量的晶片轨迹的至少百分之五十。有利地，与托架兼容的沟槽占用了从中心O的半径方向测量的晶片轨迹的至少三分之二。更有利地，与托架兼容的沟槽占用了整个晶片轨迹。抛光轨迹164可以通过内边界164a和外边界164b来定义。本领域的普通技术人员应容易地意识到，虽然内和外边界164a、164b很大程度上是圆形的，但是在抛光机向被抛光物品或者抛光垫100施加轨道或者摆动运动的情况下，这些边界可以波动。
与托架兼容的沟槽形状152定义为三个几何参数的函数。第一个参数是抛光垫100的同轴中心O与被抛光衬底120的旋转中心O’之间的距离R。在托架104在垂直于其旋转轴的平面中摆动的情况下，距离R是时间的周期函数，而且用于确定与托架兼容的沟槽形状152的R值可以是最小值、最大值、或者中间值；优选使用R的平均时间值。第二个参数是托架104的半径RC。一般，托架半径RC应表示从旋转中心O′测量的托架环108的外半径。然而，本领域的普通技术人员应该意识到，托架半径RC可选择性地表示从旋转中心O’到托架环108上的另一位置，例如托架环108的中间宽度或者托架环108的内部半径的径向距离，如图3所示。第三个参数是托架沟槽112的角θc0。认为以与例如水平轴160的轴形成局部角θc的方式，可以确定托架沟槽112在托架环108上的方向。在这种情况下，其中如所示确定托架沟槽112的方向，托架沟槽112a的局部角θc为0°，托架沟槽112b的局部角θc为45°并且托架沟槽112c的局部角θc为-45°。本领域的技术人员容易意识到如何确定所示的剩余托架沟槽112的局部角θc。以相同的方式可以容易地确定具有可选托架沟槽方向的可选托架环的托架沟槽的局部角θc。用于确定与托架兼容的沟槽形状152的基本局部角θc0是在交叉点114处形成的角，在对应托架半径RC距离的位置处托架沟槽112与水平轴160相交。如所定义的，基本局部角θc0可以为正、负或零。
在抛光轨迹164的宽度内的各处明确定义与托架兼容的沟槽形状152，即，在等于或者大于内边界164a半径并小于或者等于外部界164b半径的任意半径处。内边界164a可以用从同轴中心O绘制的半径r＝R-RC来定义，在托架104摆动时r和R为时间平均值，否则为固定值。外边界164b可以用从同轴中心O绘制的半径r＝R+RC来定义，在托架104摆动时r和R为时间平均值，否则为固定值。因此，从同轴中心O绘制的、定义与托架兼容的沟槽形状152的r值横越以(R-RC)为起点、以(R+RC)为终点的半径间隔。在该半径间隔以外，即r值小于(R-RC)或者大于(R+RC)，垫沟槽116优选遵循这样的轨迹，该轨迹通过推断与托架兼容的沟槽形状152以一与抛光轨迹164对应的较接近边界处的倾斜相同或类似的倾斜而获得。
另外，沿部分或者整个与托架兼容的沟槽形状152的每个点156还可以用托架角φc描述，藉由c与位于水平轴160上的晶片托架104的旋转中心O’测得该托架角φc，该托架角φc并由托架半径RC包着。因此根据参考同轴中心O的全局极坐标(r，φ)或者根据参考旋转中心O’的局部极坐标(RC，φc)，可以确定指定点156的位置。从该几何等值关系，能得到可改善抛光性能的与托架兼容的沟槽轨迹的表达式，通过如下的等式1得出 等式1 其中 r的值从(R-RC)到(R+RC) 由等式1得到的轨迹的重要特征存在奇点，在垫中心的特定半径r*的位置为无穷导数dφ/dr。奇点r*的半径是在积分表达式的分母为零时的r值，它可以用下面给出的等式确定 等式2 半径r*自然地将等式1得到的整个沟槽轨迹分为内部区和外部区。还能确定内部区和外部区之间的过渡区，其中从任一侧接近半径r*，由等式1描述的沟槽在半径r的极小间隔越过大范围的角φ，从而形成紧密缠绕的螺旋。紧挨着半径r*，邻近的螺旋缠绕与沟槽宽度相比靠得更紧且沟槽与圆形槽汇合。具体地，图4和图4A示例了在抛光垫400的区域4-4内部的过渡区中产生的不连续的沟槽轨迹。在过渡区中，接近外部区的沟槽116a和接近内部区的沟槽116b聚合以形成有效增加沟槽宽度的圆槽117。沟槽116a和116b两者都可以由等式1得到，而且它们有相同轨迹部分，而在由等式2得到的半径r*位置处它们汇合在圆槽117中，而不是保持穿过该区域的直接连续流动轨道。
已经发现，在由等式1得到的轨迹的过渡区中，自然形成的高沟槽区域对CMP抛光性能有益。图4和图4A中的实施例的Area沟槽/Area总为57.6％，在某些晶片区域中这可以选择性地改变抛光速度，以增大总清除速度并降低晶片内部非均匀性。然而，不希望存在穿过过渡区的不连续的流动路径，由于沟槽之间的薄递减区域容易变坏，因此聚合的轨迹将使抛光垫沟槽的制造变复杂。因此，优选的实施例是三区沟槽结构，其中内部区和外部区的沟槽由等式1得到轨迹制成，而过渡区中的沟槽不遵循等式1，可选择以平滑连接内部和外部区中的沟槽轨道，以及提供穿过过渡区的高沟槽区域。有利地，过渡区产生在半径rTR＝0.7r*到1.3r*的范围内。更有利地，过渡区产生在半径rTR＝0.8r*到1.2r*的范围内。过渡区沟槽可占用整个或者部分的过渡区，但该沟槽确实从至少内部区的边缘穿过过渡区连续延伸进入到外部区域。另外，过渡区的沟槽表面面积与总表面面积的比优选为至少25％[面积沟槽/面积总＞25％]。在本说明书中，表面比率表示在抛光层的平面测量的表面面积。优选地，该面积的沟槽表面面积与总表面面积的比为25％到75％[面积沟槽/面积总为25％到75％]。另外，更优选地，外部区和过渡区具有相同的沟槽表面面积与总表面面积的比率。
在优选实施例中，由于托架环108和抛光垫100旋转，在邻近晶片120的主要边缘的多个位置，每个托架沟槽112有利地对准外部区的各个抛光垫沟槽116b。例如，在不同时间点，在晶片轨迹164内的几个不同位置，托架沟槽112可对准邻接晶片120的主要边缘的外部区的垫沟槽116b。当抛光垫100和托架108两者都以逆时针方向旋转时，在外部区的一个特定垫沟槽116b和连续托架沟槽112之间的对准瞬间点将在大于半径rTR的位置有利地开始接近过渡区，向外移动穿过晶片轨迹164之后接近外围140。类似地，当抛光垫100和托架环108两者都以顺时针方向旋转时，在外部区的垫沟槽116b的一个特定沟槽和连续托架沟槽112之间的对准瞬间点将在大于半径rTR的位置有利地开始接近过渡区，向外移动穿过晶片轨迹164之后接近外围140。
优选地，由于托架固定装置或者环108与抛光垫100以相同的方向旋转，从而产生抛光。例如距离φc(r)为负，当从抛光表面132的上方观察时，抛光垫100和托架环108两者都以逆时针方向旋转。例如距离φc(r)为正，当从抛光表面132的上方观察时，抛光垫100和托架环108两者都以顺时针方向旋转。有利地，θc0为-90到90度的上述沟槽等式的百分之二十内的高速度沟槽路径产生抛光。为了该说明的目的，在该等式的百分之二十内意指，参考同轴中心O的特定半径r的沟槽路径的全局角φ的值，在使用上述等式以相同的半径r计算的全局角φ值的0.8倍和1.2倍之间，在等式的百分之十内意指，参考同轴中心O的特定半径r的沟槽路径的全局角φ的值，在使用上述等式以相同的半径r计算的全局角φ值的0.9倍和1.1倍之间。
更有利地，用在θc0为-30到90度的上述沟槽等式的百分之十内的高速度沟槽路径产生抛光。另外，有利地，每个高速度沟槽路径的至少百分之五十保持在高速度沟槽等式的百分之二十内。另外，更有利地每个高速度沟槽轨道的至少百分之五十保持在高速度沟槽等式的百分之十内。为了说明的目的，保持在等式内的高速度沟槽路径的百分比与从同轴中心O到外边界140测量的半径百分比有关。更有利地，用在θc0为0到90度的上述沟槽等式的百分之二十内的高速度沟槽路径产生抛光。更有利地，用在θc0为30到90度，例如40度、45度或者47.5度，的沟槽等式的百分之二十内的高速度沟槽路径产生抛光。具体地，举例说明用在θc0为40到50度的沟槽等式的百分之二十内的高速度路径得到抛光的最佳结果。
参考图5，抛光垫500具有包围抛光垫500中心的内部区502，它从同轴中心O向外到过渡半径RTR1。内部区502可选择地包括沟槽，但可以不包括沟槽。过渡区504从RTR1延伸到RTR2。当内部区502不包括沟槽时，它构成无沟槽的中心平台，中心平台的外径从过渡区504的沟槽开始。具体地，每个沟槽508从RTR1开始并穿过RTR2进入到外部区506。在过渡区504中沟槽508为弓形或者U形，之后遵循等式1在外部区506中形成沟槽510-与图1的沟槽类似。另外，过渡区504包括宽圆形沟槽512，以确保有效的沟槽表面面积并平衡过渡区504和外部区506之间的沟槽表面面积的比例。在这种情况下，圆形沟槽512的特征为宽的，它的宽度大于沟槽508和510的宽度。
图5A示例了可选的过渡区实施例，它具有宽度为4.0mm的宽圆形沟槽512A，RTR1为32mm和RTR2为42mm，可获得面积沟槽/面积总为56.8％。在过渡区中，沟槽508A和508B表示有关宽圆形沟槽512A的相应弧。另外，沟槽508A和508B的弧一起形成穿过宽圆形沟槽512A的连续流动路径。在延伸穿过过渡区之后，沟槽508B根据等式1定义的沟槽路径连续穿过外部区到垫的边界(未示例)。有利地，外部区将包括从外部区内开始的附加的更短沟槽，以平衡穿过晶片轨迹的面积沟槽/面积总。可选地，这些沟槽可错开启始位置、非均角沟槽间隔、重复组图案或者这些特征的任意组合。
图5B示例了可选的过渡区实施例，它具有宽度为2.4mm的宽圆形沟槽512B，RTR1为32mm和RTR2为42mm，可获得面积沟槽/面积总为39.3％。在过渡区中，沟槽508C和508D表示有关宽圆形沟槽512B的相应弧。另外，沟槽508C和508D的弧一起形成穿过宽圆形沟槽512B的连续流动路径。在延伸穿过过渡区之后，沟槽508D根据等式1定义的沟槽轨道连续穿过外部区到垫的边界(未示例)。有利地，外部区将包括从外部区内开始的附加的更短沟槽，以平衡穿过晶片轨迹的面积沟槽/面积总。可选地，这些沟槽可错开启始位置、非均角沟槽间隔、重复组图案或者这些特征的任意组合。
图6示出了可选的过渡区实施例，它具有宽度为0.76mm和节距为3.6mm的两个窄圆形沟槽610和612，RTR1为32mm和RTR2为42mm，可获得面积沟槽/面积总为28.9％。在过渡区中，沟槽608表示与圆形沟槽610和612相交的连续弧。在延伸穿过过渡区之后，沟槽608根据等式1定义的沟槽路径连续穿过外部区域到垫的边界(未示例)。有利地，外部区将包括从外部区内开始的附加的更短沟槽，以平衡穿过晶片轨迹的面积沟槽/面积总。可选地，这些沟槽可错开启始位置、非均角沟槽间隔、重复组图案或者这些特征的任意组合。
图7示例了可选的过渡区实施例，它具有宽度为0.76mm和节距为1.2mm的五个窄圆形沟槽710、712、714、716和718，RTR1为32mm和RTR2为42mm，可获得面积沟槽/面积总为50.5％。在过渡区中，沟槽708表示与圆形沟槽710、712、714、716和718相交的连续弧。在延伸穿过过渡区之后，沟槽708根据等式1定义的沟槽路径连续穿过外部区到垫的边界(未示例)。有利地，外部区将包括从外部区内开始的附加的更短沟槽，以平衡穿过晶片轨迹的面积沟槽/面积总。可选地，这些沟槽可错开启始位置、非均角沟槽间隔、重复组图案或者这些特征的任意组合。
图8示例了可选的过渡区实施例，它具有沟槽宽度为0.76mm的重复巢状弧部分，RTR1为32mm和RTR2为42mm，可获得面积沟槽/面积总为37.2％。在过渡区中，沟槽808分割为多个沟槽弧810、812、814、816和818。另外，沟槽弧810、812、814、816和818最有利地表示关于r*的镜像。在延伸穿过过渡区之后，沟槽808根据等式1定义的沟槽路径连续穿过外部区到垫的边界(未示例)。有利地，外部区将包括从外部区内开始的附加的更短沟槽，以平衡穿过晶片轨迹的面积沟槽/面积总。可选地，这些沟槽可错开启始位置、非均角沟槽间隔、重复组图案或者这些特征的任意组合。
参考图9和9A，抛光垫900包括设计成用于具有0°托架沟槽904(示例的一个)的托架环902的沟槽908。对于0°托架沟槽，抛光垫900包括相当大的内部区。因此，沟槽908A延伸穿过根据等式1的内部区，穿过弧形沟槽908B的过渡区，并穿过根据等式1的沟槽908C的外部区。在过渡区中，沟槽908B延伸穿过圆形沟槽910和912。可选地，内部区可包括螺旋沟槽，例如等面积螺旋沟槽。但是内部区最有利地包括根据等式1的沟槽。
参考图10和10A，抛光垫1000包括设计成用于具有-38°托架沟槽1004(示例的一个)的托架环1002的沟槽1008。对于-38°托架沟槽，抛光垫1000包括延伸超过晶片轨迹宽度的一半的大的内部区。因此，沟槽1008A延伸穿过根据等式1的内部区，穿过弧形沟槽1008B的过渡区，并穿过根据等式1的沟槽1008C的外部区。在过渡区中，沟槽1008B延伸穿过圆形沟槽1010和1012。可选地，内部区可包括螺旋沟槽，例如等面积螺旋沟槽。然而内部区最有利地包括根据等式1的沟槽。
图11示例了适于使用抛光垫1104的抛光机1100，抛光垫1104可以是图5到10的抛光垫或者是本公开的其它抛光垫，用于抛光物品，例如晶片1108。抛光机1100可包括上面安装抛光垫1104的台板1112。通过台板驱动器(未示出)，台板1112绕旋转轴A1旋转。抛光机1100还可包括晶片托架1120，它绕与台板1112的旋转轴A1平行并相间隔的旋转轴A2旋转，并在抛光期间支撑晶片1108。晶片托架1120可具有允许1108采用略微不平行于抛光垫1104的抛光表面1124的换向连接(未示出)的特征，在这种情况下旋转轴A1、A2可彼此略微倾斜。晶片1108包括被抛光的表面1128，其面向抛光表面1124并在抛光期间被平面化。晶片托架1120可用适于旋转晶片1108的托架支撑装置(未示出)支撑，并提供向下的力F以将被抛光表面1128压在抛光垫1104上，以便在抛光期间在抛光表面和垫之间产生期望的压力。抛光机1100还可包括给抛光表面1124提供抛光媒质1136的抛光媒质入口1132。
本领域的技术人员应意识到，抛光机1100可包括其它部件(未示出)，例如系统控制器、抛光媒质贮存和分配系统、加热系统、冲洗系统，和用于控制抛光工艺的各个方面的各种控制器，例如(1)用于晶片1108和抛光垫1104中一个或者两个旋转速度的速度控制器和选择器；(2)用于改变给垫传输抛光媒质1136的速度和位置的控制器和选择器；(3)用于控制施加在晶片和抛光垫之间的力F的量级的控制器和选择器，和(4)用于控制晶片的旋转轴A2相对于垫的抛光轴A1的位置的控制器、制动器和选择器等。本领域的技术人员应理解如何构造并实现这些部件，因此对于本领域普通技术人员来说不必要为理解和实施对此再作说细解释。
在抛光期间，使抛光垫1104和晶片1108绕它们各自的旋转轴A1、A2旋转，使抛光媒质1136从抛光媒质入口1132分配到旋转的抛光垫上。抛光媒质1136在包括晶片1108和抛光垫1104之间间隙的抛光表面1124上方散开。抛光垫1104和晶片1108一般以0.1rpm到750rpm的选择速度旋转，但不限于此。力F一般为但不必必须为感应晶片1108和抛光垫1104之间的0.1psi到15psi(6.9到103kPa)的期望压力的选择性量级。托架垫沟槽对准和过渡区中的高沟槽区域可使衬底移除速度有效地增加。
实例 在该实例中，用美国特拉华州，纽华克的罗门哈斯电子材料CMP技术(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies)制造的IC1000聚氨酯抛光垫，其具有不同的过渡区的沟槽图案，说明了穿过过渡区的连续沟槽和过渡区的大沟槽面积的功效。在该实例中，提供了比较实例，直径为77.5cm的硬聚氨酯垫开槽深度为0.76mm和宽度为0.76mm。测试了两个垫中每个垫的沟槽图案。尤其，用26.6Kpa的向下力、120rpm的垫旋转速度、113rpm的托架旋转速度、和120ml/min的浆流动速度，抛光钨毯覆晶片，产生了表1中的结果。平均值指的是由每种类型的两个垫得到的平均运算结果。
表1
相对于包括与等式1一致的会聚沟槽路径的图4和4A的原始过渡区沟槽图案，图5和5A的过渡区沟槽的平均抛光终点温度降低了3℃，平均晶片与晶片速度变化从4.9％减小到1.5％，以及晶片内平均非均匀性从4.4％减小到3.8％。类似地，图6的过渡区沟槽的平均抛光终点温度降低了3℃，晶片与晶片平均速度变化从4.9％减小到4.1％，以及晶片内平均非均匀性从4.4％减小到4.1％。在这些实例中没有明显考虑平均清除速度和平均颤痕数的变化。最后，图8的多个弧过渡区沟槽的平均清除速度增加15％，平均终点抛光温度降低了6℃，晶片与晶片平均速度变化从4.9％减小到0.7％，以及晶片内平均非均匀性从4.4％减小到3.6％；没有明显考虑增加一位数的痕迹数量。
本发明的三个区域抛光垫提供了改善抛光特性的高清除速度。例如，抛光垫能增加清除速度或者改善晶片内非均匀性。另外，通过调整抛光垫的沟槽面积比率来调整清除速度，并且通过调整过渡区的沟槽面积来微调清除速度。
权利要求
1.一种抛光垫，在抛光垫具有抛光媒质的情况下，用于抛光磁的、光学的和半导体衬底中至少一种，该抛光垫包括
中心，
围绕中心的内部区，
从内部区到围绕内部区的外部区连接沟槽的过渡区，所述外部区具有多个沟槽，所述多个沟槽具有高速度路径，在参考抛光垫同轴中心的极坐标中，高速度路径的至少百分之五十在沟槽轨道φ(r)的百分之二十内，并根据(1)抛光垫的同轴中心与被抛光衬底的旋转中心之间的距离R，(2)托架固定装置的半径RC，和(3)托架固定装置中的沟槽的局部角θc0定义，用如下等式定义
其中
r的值从(R-RC)到(R+RC)
过渡区邻接外部区并在距中心定义如下的半径内
rTR＝0.7r*到1.3r*
其中
其中，内部区产生连续延伸到外部区的连续沟槽。
2.如权利要求1的抛光垫，其特征在于，所述过渡区包括弧形沟槽。
3.如权利要求1的抛光垫，其特征在于，所述内部区具有在沟槽等式的百分之二十内的沟槽路径。
4.如权利要求1的抛光垫，其特征在于，用等式定义的所述沟槽轨道的θc0值为0度到90度。
5.一种抛光垫，在抛光垫具有抛光媒质的情况下，用于抛光磁的、光学的和半导体衬底中的至少一种，该抛光垫包括
中心，
围绕中心的内部区，
从内部区到围绕内部区的外部区连接沟槽的过渡区，所述外部区具有多个沟槽，所述多个沟槽具有高速度路径，在参考抛光垫同轴中心的极坐标中，高速度路径的至少百分之五十在沟槽轨道φ(r)的百分之十内，并根据(1)抛光垫的同轴中心与被抛光衬底的旋转中心之间的距离R，(2)托架固定装置的半径RC，和(3)托架固定装置中的沟槽的局部角θc0定义，用如下等式定义
其中
r的值从(R-RC)到(R+RC)
过渡区邻接外部区并在距中心定义如下的半径内
rTR＝0.8r*到1.2r*
其中
其中，内部区产生连续延伸到外部区的连续沟槽，且过渡区的面积沟槽/面积总为25％到75％。
6.如权利要求5的抛光垫，其特征在于，所述过渡区包括弧形沟槽。
7.如权利要求5的抛光垫，其特征在于，所述内部区具有在沟槽等式的百分之二十内的沟槽路径。
8.如权利要求5的抛光垫，其特征在于，所述过渡区包括圆形沟槽。
9.如权利要求5的抛光垫，其特征在于，用等式定义的沟槽轨道的θc0值为30度到60度。
10.如权利要求5的抛光垫，其特征在于，用等式定义的沟槽轨道的θc0值为40度到50度。
全文摘要
本发明提供一种抛光垫，在抛光垫具有抛光媒质的情况下，用于抛光磁的、光学的和半导体衬底中至少一种。抛光垫包括中心、围绕中心的内部区、从内部区到围绕内部区的外部区连接沟槽的过渡区。外部区具有带有高速度路径的多个沟槽。过渡区邻接外部区并在距中心定义如下的半径内rTR＝0.7r*到1.3r*其中其中，内部区产生连续延伸到外部区的连续沟槽。
文档编号B24D11/04GK101823244SQ20091100025
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月23日
发明者G·P·马尔多尼 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司