均匀CMP抛光方法与流程

本发明涉及化学机械抛光垫的沟槽。更具体地说，本发明涉及用于在化学机械抛光期间提高去除速率、提高整体均匀性和减少缺陷的沟槽设计。

背景技术：

制造集成电路和其它电子器件时，可以在半导体晶片上的表面上沉积和去除导体、半导体和介电材料的多个层。可以使用多种沉积技术沉积导体、半导体和介电材料的薄层。现代晶片加工中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)和电化学电镀等。常见的去除技术包括湿法和干法各向同性和各向异性刻蚀等等。

随着材料层依次沉积和去除，晶片的最上表面变得不平坦。由于随后的半导体加工(例如金属化)需要晶片具有平坦的表面，因此晶片需要被平坦化。平坦化适用于去除非所期望的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、聚结材料、晶格损坏、刮痕和被污染的层或材料。

化学机械平坦化或化学机械抛光(CMP)是用于平坦化或抛光如半导体晶片的工件的常见技术。在传统CMP中，晶片载体或抛光头安装在载体组合件上。抛光头固持晶片且将晶片定位成与安装在CMP装置内部的台板或压板上的抛光垫的抛光层接触。载体组合件提供晶片和抛光垫之间的可控压力。同时，将抛光介质(例如浆液)分配到抛光垫上且吸入晶片与抛光层之间的间隙中。抛光垫和晶片典型地相对于彼此旋转以抛光衬底。随着抛光垫在晶片下方旋转，晶片扫出典型的环形抛光轨道或抛光区域，其中晶片表面直接面对抛光层。通过抛光层和抛光介质对所述表面的化学和机械作用，晶片表面被抛光且平坦化。

Reinhardt等人，美国专利第5,578,362号公开了使用沟槽向衬垫提供宏观纹理。具体地说，其公开了各种图案、轮廓、沟槽、螺旋形、放射状、点或其它形状。Reinhardt中所包括的具体实例是同心圆和与X-Y沟槽叠置的同心圆。由于同心圆形沟槽图案未提供通向衬垫边缘的直接流径，因此同心圆形沟槽已证明是最流行的沟槽图案。

Lin等人，在美国专利第6,120,366号图2中公开了圆形与径向进料槽的组合。这个实例说明了将24个径向进料槽添加到同心圆形沟槽图案。这个沟槽图案的缺点在于，由于抛光垫上的着落区域较小，因此其提供的抛光改进有限，浆液使用量大幅增加并且衬垫寿命缩短。

尽管如此，仍然继续需要具有抛光性能和浆液用量的更好组合的化学机械抛光垫。此外，需要在化学机械抛光期间使去除速率增加、降低浆液用量、改进整体均匀性且减少缺陷的沟槽。

技术实现要素：

本发明的一个方面提供一种用于抛光或平坦化半导体、光学及磁性衬底中的至少一种的晶片的方法，所述方法包含以下：旋转抛光垫，所述抛光垫具有：具有聚合物基质和厚度的抛光层，所述抛光层包括所述抛光垫的中心、外边缘和从所述中心至所述外边缘的半径；位于所述抛光层中的径向进料槽，所述径向进料槽将所述抛光层分成抛光区域，所述抛光区域是由两个相邻径向进料槽界定的圆扇区，所述径向进料槽从邻近于所述中心的位置至少延伸至邻近于所述外边缘的位置；和各抛光区域，其包括连接一对相邻径向进料槽的一系列偏置沟槽，所述系列偏置沟槽分隔着落区域且具有更接近所述中心的内壁和更接近所述外边缘的外壁；将抛光液分配至所述旋转抛光垫上并且进入所述径向进料槽和所述系列偏置沟槽中，离心力使抛光液通过所述径向进料槽、所述系列偏置沟槽向所述抛光垫的所述外边缘移动并且溢流出所述外壁以润湿着落区域，然后流入后续偏置沟槽的内壁，大多数的所述偏置沟槽向内偏向所述抛光垫的所述中心或向外偏向所述抛光垫的所述外边缘；和在多次旋转的情况下，使所述晶片抵压在所述旋转抛光垫上旋转，从而利用溢流抛光液所润湿的着落区域去除所述晶片的至少一种组件。

本发明的另一个方面提供一种用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性衬底中的至少一种的晶片的方法，所述方法包含以下：旋转抛光垫，所述抛光垫具有：具有聚合物基质和厚度的抛光层，所述抛光层包括所述抛光垫的中心、外边缘和从所述中心延伸至所述外边缘的半径；位于所述抛光层中的径向进料槽，所述径向进料槽将所述抛光层分成抛光区域，所述抛光区域是由两个相邻径向进料槽、平分所述抛光区域的平分线所界定的圆扇区，所述径向进料槽从邻近于所述中心的位置至少延伸至邻近于所述外边缘的位置；和各抛光区域，其包括连接一对相邻径向进料槽的一系列偏置沟槽，所述系列偏置沟槽分隔着落区域且具有更接近所述中心的内壁和更接近所述外边缘的外壁；将抛光液分配至所述旋转抛光垫上并且进入所述径向进料槽和所述系列偏置沟槽中，离心力使抛光液通过所述径向进料槽、所述系列偏置沟槽向所述抛光垫的所述外边缘移动并且溢流出所述外壁以润湿着落区域，然后流入后续偏置沟槽的内壁，大多数的所述偏置沟槽按与所述平分线成20°至85°的角度向内偏向所述抛光垫的所述中心或按与所述平分线成95°至160°的角度向外偏向所述抛光垫的所述外边缘；和在多次旋转的情况下，使所述晶片抵压在所述旋转抛光垫上旋转，从而利用溢流抛光液所润湿的着落区域去除所述晶片的至少一种组件。

附图说明

图1是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向内偏置沟槽。

图1A是图1的向内偏置抛光垫的局部截断示意性顶视图。

图1B是图1A的一系列非等腰梯形沟槽的局部截断示意性顶视图，其经旋转以使梯形边与图底部平行。

图1C是图1的径向进料槽与互连的向内偏置沟槽的局部截断示意图。

图2是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向外偏置沟槽。

图2A是图2的向外偏置抛光垫的局部截断示意性顶视图。

图2B是图2A的一系列非等腰梯形沟槽的局部截断示意性顶视图，其经旋转以使梯形边与图底部平行。

图2C是图2的径向进料槽与互连的向外偏置沟槽的局部截断示意图。

图3示意性描绘内向偏置沟槽如何将抛光液引向抛光垫的外边缘，以延长抛光液在逆时针压板旋转下在晶片下的滞留时间。

图3A示意性描绘向外偏置沟槽如何将抛光液引向抛光垫的外边缘，以缩短抛光液在逆时针压板旋转下在晶片下的滞留时间。

图4是具有三个抛光区域的向内偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向内偏置沟槽。

图4A是具有三个抛光区域的向外偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向外偏置沟槽。

图5是具有四个抛光区域的向内偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向内偏置沟槽。

图5A是具有四个抛光区域的向外偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向外偏置沟槽。

图6是具有五个抛光区域的向内偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向内偏置沟槽。

图6A是具有五个抛光区域的向外偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向外偏置沟槽。

图7是具有六个抛光区域的向内偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向内偏置沟槽。

图7A是具有六个抛光区域的向外偏置抛光垫的示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向外偏置沟槽。

图8是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向外偏置弯曲沟槽。

图8A是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向内偏置弯曲沟槽。

图9是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻弯曲径向进料槽的一系列向外偏置沟槽。

图10是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻弯曲径向进料槽的一系列向外偏置弯曲沟槽。

图11是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻梯状径向进料槽的一系列向外偏置弯曲沟槽。

图11A是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻梯状径向进料槽的一系列向内偏置弯曲沟槽。

图11B是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻梯状径向进料槽的一系列向内偏置弯曲沟槽。

图12是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向内偏置梯状沟槽。

图12A是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻径向进料槽的一系列向外偏置梯状沟槽。

图13是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有连接相邻梯状径向进料槽的一系列向外偏置梯状沟槽。

图14是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有间距增加的一系列向内偏置梯状沟槽，所述梯状沟槽位于标准间距的两个系列向内偏置梯状沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

图14A是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有间距增加的一系列向外偏置弯曲沟槽，所述弯曲沟槽位于标准间距的两个系列向外偏置弯曲沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

图14B是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有间距增加的一系列向内偏置弯曲沟槽，所述弯曲沟槽位于标准间距的两个系列向内偏置弯曲沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

图14C是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有间距增加的一系列向内偏置沟槽，所述弯曲沟槽位于标准间距的两个系列向内偏置沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

图15是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有标准间距的一系列向内偏置梯状沟槽，所述梯状沟槽位于间距增加的两个系列向内偏置梯状沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

图15A是具有八个抛光区域的向外偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有标准间距的一系列向外偏置弯曲沟槽，所述弯曲沟槽位于间距增加的两个系列向外偏置弯曲沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

图15B是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有标准间距的一系列向内偏置弯曲沟槽，所述弯曲沟槽位于间距增加的两个系列向内偏置弯曲沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

图15C是具有八个抛光区域的向内偏置抛光垫的一半截断示意性顶视图，所述抛光区域各具有标准间距的一系列向内偏置沟槽，所述向内偏置沟槽位于间距增加的两个系列向内偏置沟槽之间，所有沟槽均连接相邻径向进料槽。

具体实施方式

本发明的沟槽图案和方法提供了抛光液(如含磨料的浆液和无磨料抛光溶液)的可控和均匀分布。与传统的沟槽相比，有效的分布允许用户减少浆液流量。此外，互连的沟槽路径允许抛光碎屑以有效的方式离开衬垫以降低抛光缺陷。最后，沟槽图案改进了抛光均匀性、晶片轮廓、模具尺寸均匀性并且能改进边缘效应。

如本文和权利要求书中使用的术语“梯形”是指形成仅具有一对平行边的四角形或四边形的互连沟槽。梯形具有两个平行的底边和连接底边的两条边。梯形的所有角度加起来为360°。

如本文和权利要求书中使用的术语“非等腰梯形”是指形成具有两个不等边或不同长度的边的梯形的互连沟槽。距衬垫中心更近的边长度小于距周边更近的边。

如本文和权利要求书中使用的术语“圆扇区”是指由两个径向进料槽和沿着抛光垫的外边缘延伸的周边弧界定的抛光垫的一部分。径向进料槽可以具有直的径向、弯曲的径向、阶梯形的径向或其它形状。

如本文和权利要求书中使用的术语“抛光液”是指含磨料的抛光浆液或无磨料的抛光溶液。

如本文使用的术语“偏向角θ”是指平分抛光区域的平分线与连接相邻径向进料槽的斜偏置沟槽之间的角度。平分线随着径向供料器槽的方向变化而移动，并表示每个偏置沟槽的端到端的平均值。

如本文和权利要求书中使用的术语“向内偏向角θ”是指向内向抛光垫的中心倾斜的偏向角，其当向下向沟槽顶检视时，从左到右所测量。

如本文和权利要求书中使用的术语“向外偏向角θ”是指向外向抛光垫的周边倾斜的偏向角，其当向下向沟槽顶检视时，从左到右所测量。

术语“晶片”包含磁性、光学和半导体衬底。本说明书中所包含的惯例，如晶片滞留时间，假设抛光液滴落点在逆时针旋转的情况下位于晶片的左侧且在顺时针旋转的情况下位于晶片的右侧，如顶视图中所见。

如本文和所附权利要求书中使用的术语“聚(氨基甲酸酯)”是由异氰酸酯和含有活性氢基团的化合物之间的反应形成的聚合物，具体包括以下：(a)由(i)异氰酸酯和(ii)多元醇(包括二醇)反应形成的聚氨基甲酸酯；和(b)由(i)异氰酸酯与(ii)多元醇(包括二醇)和(iii)水、胺或水与胺组合的反应所形成的聚(氨基甲酸酯)。本发明的抛光垫有利地是聚合物，但最有利的是聚氨基甲酸酯聚合物。

本发明的沟槽图案提供了多种益处。第一个益处是，大部分偏置沟槽在相同的方向上扫过晶片。所有偏置沟槽在相同方向上扫过进一步增加益处。在相同的方向上扫过晶片使沟槽有节律地扫过晶片且对抛光去除速率提供有益的累积影响。此外，因为偏置沟槽沿相同的方向对准，所以抛光晶片可以在不振荡载体头的情况下进行或以小得多的振幅或更慢的振荡速率使其振荡。这允许晶片在更远离垫中心、更靠近抛光垫边缘的固定位置抛光。衬垫在邻近外边缘的这些位置处的旋转速度比中心更快，从而进一步提高去除速率。此外，在使用抛光垫和扣环的情况下，在非振荡模式下进行抛光可以向多个晶片提供一致的边缘轮廓且减少缺陷，因磨损减少而提高抛光垫寿命和扣环寿命。关闭振荡也允许使用压板尺寸减小的制造工具。这对于双压板和450mm尺寸的CMP工具来说特别重要。另外，径向槽数量、压板速度和偏向角θ可以组合使用，以调整快速和慢速之间的中心轮廓且提供一致的平坦轮廓。

另外，进料槽和偏置沟槽的组合可促进浆液均匀分布于整个抛光垫上，且提供浆液在整个晶片表面上的更佳分布。由此允许调整整个晶片上的抛光速率分布，通过改变压板速度或偏向角θ或两者来改进整体均匀性。此外，还能够通过优化偏向角θ或载体速度或两者来调整晶片边缘轮廓。在高级逻辑和3D NAND中，这对于边缘排除极低的晶片边缘良率来说更为重要。典型地，抛光垫具有至少三个进料槽，并且可以是3到32个沟槽不等。典型地，晶片交替越过一个径向进料槽和多个偏置沟槽之间并且越过两个或多个径向进料槽和多个偏置沟槽。这种均匀的分布消除了载体环处的积聚并且允许抛光垫以更有效的方式或在浆液流量减少的情况下操作。

本发明的另一个意想不到的特征是其允许在比常规沟槽更高的下压力下进行抛光，原因是晶片表面上的浆液分布更佳并且减少了晶片和衬垫之间的过热和抛光温度。对于CMP金属抛光(如铜、钽和钨抛光)而言，这尤其重要。这些金属层、介电层、绝缘层和其它材料层都代表了晶片组件。本发明的沟槽图案结合多孔和无孔抛光垫操作。本发明的沟槽图案特别适用于无孔抛光垫进行精密抛光，例如用于一次性去除单个单原子层的原子级抛光。

由于向内和向外偏置沟槽引导抛光液离开抛光垫，因此其碎屑抛光去除效率高且缺陷更少。

参看图1和1A，本发明的抛光垫10适用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性衬底中的至少一种。抛光层12具有聚合物基质和厚度14。抛光层12包括中心16、外边缘18和从中心16延伸到外边缘18的半径(r)。有利的是，晶片的位置沿着半径r定位，从抛光垫10的中心16接近抛光垫的外边缘18，然后接近抛光垫10的中心16，以提高晶片的至少一个组件的去除速率。径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34从中心16或从可选的圆形沟槽36开始。径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34将抛光层12分成抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54。具体地说，两个相邻的径向进料槽(如20和22)与外边缘18的周边圆弧19组合而界定抛光区域40。抛光区域40与抛光区域42、44、46、48、50、52和54一起形成圆扇形状，其中在中心16处的小圆扇区截断。径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34有利地从邻近中心16的圆形沟槽36至少延伸到或邻近外边缘18。

参看图1A和1B，抛光区域40包括一系列堆叠的梯形沟槽区域60、62、64、66和68。抛光区域40代表抛光垫10(图1)的圆扇区，其中心区域无沟槽。平行的线性沟槽或平行的基底沟槽160、162、164、166、168和170界定了梯形沟槽区域60、62、64、66和68的顶部和底部。径向进料槽20的径向进料槽区段20a、20b、20c、20d和20e分别界定了梯形沟槽区域60、62、64、66和68的左侧。径向进料槽22的径向进料槽区段22a、22b、22c、22d和22e分别界定梯形沟槽区域60、62、64、66和68的右侧。抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54(图1)都包括与平行基底沟槽隔开的一系列梯形沟槽区域。为了适应圆形抛光垫10的形状或抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54的圆扇形状，通常切割梯形沟槽区域以适应外边缘18或圆形沟槽36。

梯形沟槽区域60、62、64、66和68都代表非等腰梯形区域，其中径向侧区段具有不同的长度。由于这种沟槽图案具有朝向中心的向内偏置，因此径向进料槽区段20a、20b、20c、20d和20e分别长于径向22a、22b、22c、22d和22e。除了代表非等腰梯形的每个梯形沟槽区域之外，堆叠的梯形区域的周边，如梯形区域60和62的周边和梯形区域60、62和64的周边，也界定了非等腰梯形。邻近圆形沟槽36的梯形区域70中有一部分被截断以适应圆形沟槽36。类似地，与外边缘18邻近的梯形沟槽区域80、82、84、86、88、90、92、94、96和98中都有一部分被截断以适应抛光垫10的外边缘18的圆形状。旋转抛光垫使所用抛光液通过与梯形沟槽区域80、82、84、86、88、90、92、94、96和98相邻的一系列偏置沟槽的一部分送到抛光垫10的外边缘18上，从而允许新抛光液在晶片下流动。

参看图1A，虚线AA通过将中心16与外边缘18的周边弧19的中点连接来平分抛光区域40。间隔的梯形沟槽区域80、82、84、86、88、90、92、94和96的底边与线AA以角θ相交。为了说明书的目的，角θ是中心位于顶部并且外边缘位于底部时的右上角，如图1A和2A所示。对于向内偏置的沟槽来说，角θ宜为20至85°。对于向内偏置的沟槽来说，角θ更宜为30至80°。径向进料槽20与梯形沟槽区域60、62、64、66和68以角α1相交。径向进料槽22与梯形沟槽区域60、62、64、66和68以角β1相交。对于向内偏置的梯形槽区域60、62、64、66和68来说，α1角小于β1角。

参看图1B，抛光区域60、62、64、66和68是一系列间隔开的非等腰梯形沟槽结构。梯形沟槽结构具有平行的基段160、162、164、166、168和170，其连接两个相邻径向进料槽20和22而分别形成边段20a、20b、20c、20d和20e与22a、22b、22c、22d和22e。基段160、162、164、166、168和170与边段(20a、20b、20c、20d和20e)和(22a、22b、22c、22d和22e)中的每一个以不同的角度相交。一系列非等腰梯形沟槽结构从邻近外边缘向抛光垫的中心延伸。一系列梯形结构60、62、64、66和68的周边也是梯形。

旋转抛光垫使抛光液通过基段160、162、164、166、168和170以及边段(20a、20b、20c、20d和20e)和(22a、22b、22c、22d和22e)移向抛光垫的外边缘。除了向外移动之外，抛光液在抛光垫顺时针旋转的情况下向晶片移动并且还在抛光垫逆时针旋转的情况下远离晶片。抛光液向晶片移动减少了浆液在晶片下的滞留时间，并且远离晶片延长了浆液在晶片下的滞留时间。举例来说，向内偏置能够在压板逆时针旋转的情况下延长滞留时间。所有抛光区域宜具有相同的偏置。

参看图1C，在旋转期间，抛光液分布到旋转的抛光垫上并进入径向进料槽22(22a、22b和22c)和一系列偏置沟槽160、161、162和163。离心力使抛光液通过径向进料槽22(22a、22b和22c)以及一系列偏置沟槽160、161、162和163沿箭头方向移向抛光垫的外边缘。另外，抛光液通过溢流出外壁160a、161a、162a和163a而向外溢出，以分别润湿着落区域60a、61a、62a和63a。然后，抛光液分别流入后续偏置沟槽160和162的内壁161b和160b(其它偏置沟槽看不见，且内壁对于沿着落区域60a和61a的流动来说看不见)。内壁160b和外壁160a处的流向箭头说明了抛光液流入和流出内向偏置沟槽160的流动。典型地，偏置沟槽160和162与偏置沟槽161和163不对齐。相邻抛光区域之间的偏置沟槽的这种不对齐促成了沿径向进料槽22流动以改进浆液分布。在替代实施例中，可以使相邻抛光区域的偏置沟槽对齐。将晶片抵压在旋转的抛光垫上旋转以便旋转多次以去除晶片的至少一个组件，其中着落区域60a、61a、62a和63a都被溢出的抛光液润湿。

参看图1至图1C，抛光垫10优选地在每个抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54中包含至少20个向内偏置沟槽，如160、162、164、166、168和170。这些向内偏置沟槽代表连接在相邻径向进料槽之间的沟槽段并且其组合在压板逆时针旋转的情况下可延长浆液在晶片衬底下的滞留时间。更优选地，抛光垫10在每个抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54中包含20至1,000个向内偏置沟槽。最优选地，抛光垫10在每个抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54中包含20至500个向内偏置沟槽。

典型地，抛光垫10的向内偏置沟槽(如160、162、164、166、168和170)总数是径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34(8)总数的至少15倍。举例来说，抛光垫10上的向内偏置沟槽总数可以是径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34(8)总数的20至1,000倍。优选地，抛光垫10上的向内偏置沟槽总数可以是径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34(8)总数的20至500倍。

参看图2和图2A，本发明的抛光垫210适用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性衬底中的至少一种。抛光层212具有聚合物基质和厚度214。抛光层212包括中心216、外边缘218和从中心216延伸到外边缘218的半径(r)。有利地，晶片的位置沿着半径r定位，从抛光垫210的中心216接近抛光垫的外边缘218，然后接近抛光垫210的中心216，以提高晶片的至少一个组件的去除速率。径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234从中心216或从可选的圆形沟槽236开始。径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234将抛光层212分离成抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254。具体地说，两个相邻的径向进料槽(如220和222)与外边缘218的周边圆弧219组合而界定抛光区域240。抛光区域240连同抛光区域242、244、246、248、250、252和254一起具有圆扇形形状，其中在中心216处的小圆扇区被截断。径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234有利地从邻近于中心216的圆形沟槽236至少延伸到或邻近于外边缘18。

参看图2A和2B，抛光区域240包括一系列堆叠的梯形沟槽区域260、262、264、266和268。抛光区域240代表抛光垫210(图2)的圆扇区，其中心区域无沟槽。平行的线性沟槽或平行的基底沟槽360、362、364、366、368和370界定了梯形沟槽区域260、262、264、266和268的顶部和底部。径向进料槽220的径向进料槽区段220a、220b、220c、220d和220e分别界定梯形沟槽区域260、262、264、266和268的左侧。径向进料槽222的径向进料槽区段222a、222b、222c、222d和222e分别界定梯形沟槽区域260、262、264、266和268的右侧。抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254(图2)都包括一系列与平行基底沟槽隔开的梯形沟槽区域。为了适应圆形抛光垫210的形状或抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254的圆扇形形状，通常切割梯形沟槽区域以适应外边缘218或圆形沟槽236。

梯形沟槽区域260、262、264、266和268都代表非等腰梯形区域，其中径向侧区段具有不同的长度。由于这种沟槽图案具有向外边缘218的向外偏置，因此径向进料槽区段220a、220b、220c、220d和220e分别长于径向222a、222b、222c、222d和222e。除了代表非等腰梯形的每个梯形沟槽区域之外，堆叠的梯形区域的周边，如梯形区域260和262的周边；以及梯形区域260、262和264的周边，也界定了非等腰梯形。邻近圆形沟槽236的梯形区域270中有一部分被截断以适应圆形沟槽236。类似地，与外边缘218相邻的梯形沟槽区域280、282、284、286、288、290、292、294和296中都有一部分被截断以适应抛光垫210的外边缘218的圆形形状。旋转抛光垫使所用抛光液通过与梯形沟槽区域280、282、284、286、288、290、292、294和296邻近的一系列偏置沟槽的一部分送往抛光垫210的外边缘218，以允许新抛光液在晶片下流动。

参看图2A，虚线AA通过将中心216与外边缘218的周边弧线219的中点连接来平分抛光区域240。间隔的梯形沟槽区域280、282、284、286、288、290和292的基边与线AA以角θ相交。为了说明书的目的，角θ是当中心位于顶部并且外部边缘位于底部时的右上角，如图1A和2A所示。对于向外偏置沟槽来说，角θ宜为95至160°。对于向外偏置沟槽来说，角θ更宜为100至150°。径向进料槽220与梯形沟槽区域260、262、264、266和268以角α2相交。径向进料槽222与梯形沟槽区域260、262、264、266和268以角β2相交。对于向外偏置的梯形沟槽区域260、262、264、266和268来说，α2角大于β2角。

参看图2B，抛光区域260、262、264、266和268是一系列间隔开的非等腰梯形沟槽结构。梯形沟槽结构具有平行基段360、362、364、366、368和370，其连接两个相邻径向进料槽220和222以分别形成边段220a、220b、220c、220d和220e以及222a、222b、222c、222d和222e。基段360、362、364、366、368和370与边段(220a、220b、220c、220d和220e)和(222a、222b、222c、222d和222e)中的每一个以不同的角度相交。一系列非等腰梯形沟槽结构从邻近外边缘向抛光垫的中心延伸。一系列梯形结构260、262、264、266和268的周边也是梯形。

旋转抛光垫使抛光液通过基段360、362、364、366、368和370以及边段(220a、220b、220c、220d和220e)和(222a、222b、222c、222d和222e)移向抛光垫的外边缘。除了向外移动之外，抛光液在抛光垫顺时针旋转的情况下移向晶片并且还在抛光垫逆时针旋转的情况下远离晶片。抛光液向晶片移动减少了浆液在晶片下的滞留时间，并且远离晶片移动延长了浆液在晶片下的滞留时间。举例而言，向外偏置能够在压板逆时针旋转的情况下减少滞留时间。所有的抛光区域宜具有相同的偏置。

参看图2C，在旋转期间，抛光液分布到旋转的抛光垫上并进入径向进料槽222(222a、222b和222c)和一系列偏置沟槽360、361、362和163。离心力使抛光液通过径向进料槽222(222a、222b和222c)以及一系列偏置沟槽360、361、362和363沿箭头方向移向抛光垫的外边缘。另外，抛光液通过溢流出外壁360a、361a、362a和363a而向外移动，从而分别润湿着落区域260a、261a、262a和263a。然后，抛光液分别流入后续偏置沟槽360和362的内壁361b和360b(其它偏置沟槽看不见并且对于沿着着落区域60a和61a的流动来说，内壁看不见)。内壁360b和外壁360a处的流向箭头说明了抛光液流入和流出向外偏置沟槽360的流动。典型地，偏置沟槽360和362不与偏置沟槽361和363对齐。相邻抛光区域之间的偏置沟槽的这种不对齐促成了沿径向进料槽222向下流动以改进浆液分布。在替代实施例中，可以使相邻抛光区域的偏置沟槽对齐。将晶片抵压到旋转的抛光垫上旋转以便进行多次旋转可去除晶片的至少一个组件，其中着落区域260a、261a、262a和263a都被溢出的抛光液润湿。

参看图2至图2C，抛光垫210优选地在每个抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254中包含至少20个向外偏置沟槽，如260、262、264、266、268和270。这些向外偏置沟槽代表了连接在相邻径向进料槽之间的沟槽区段；并且其组合在压板逆时针旋转的情况下减少浆液在晶片衬底下的滞留时间。更优选地，抛光垫210在每个抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254中包含20至1,000个向外偏置沟槽。最优选地，抛光垫210在每个抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254中包含20至500个向外偏置沟槽。

典型地，抛光垫210的向外偏置沟槽(如360、362、364、166、368和370)总数是径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234(8)总数的至少15倍。举例来说，抛光垫210上的向外偏置沟槽总数是径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234(8)总数的20至1,000倍。优选地，抛光垫210上的向外偏置沟槽总数是径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234(8)总数的20至500倍。

参看图3和3A，浆液流动向量说明抛光垫的离心运动如何引起抛光液通过偏置沟槽3-3和3a-3a向外运动。箭头说明逆时针压板旋转方向，DP表示典型的浆液滴落点。浆液向量在点W处相交，此点表示晶片下方的浆液流动点。在向内偏置沟槽(图3)的情况下，Vib表示抛光液通过向内偏置沟槽3-3的向外速度，且VN表示垂直于向内偏置沟槽3-3的浆液流速。所得浆液流速VT或总速度相对于晶片变慢，从而延长抛光液在晶片下的滞留时间。在向外偏置沟槽(图3A)的情况下，Vob表示抛光液通过向外偏置沟槽3a-3a的向外速度，且VN表示垂直于向内偏置沟槽3a-3a的浆液流速。所得浆液流速VT或总速度相对于晶片变快，从而减少抛光液在晶片下的滞留时间。在采用这种沟槽配置的情况下，压板速度和偏向角度组合可控制抛光液滞留时间。

参看图4，向内偏置抛光垫400具有三个抛光区域402、404和406。径向进料槽408、410和412将抛光垫400分成相隔120度的相同尺寸的抛光区域402、404和406。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如100度、100度和160度。在另一个替代实施例中，可以将抛光区域分成三种不同的尺寸，例如100度、120度和140度。随着抛光垫400旋转，长偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率。在所述实施例中，径向进料槽408、410和412的横截面宜大于偏置沟槽，从而改进抛光液的分布。

参看图4A，向外偏置抛光垫450具有三个抛光区域452、454和456。径向进料槽458、460和462将抛光垫450分成相隔120度的相同尺寸的抛光区域452、454和456。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如100度、100度和160度。在另一个替代实施例中，可以将抛光区域分成三种不同的尺寸，例如100度、120度和140度。随着抛光垫450旋转，长偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率。在所述实施例中，径向进料槽458、460和462的横截面宜大于偏置沟槽以改进抛光液的分布。

参看图5，向内偏置抛光垫500具有四个抛光区域502、504、506和508。径向进料槽510、512、514和516将抛光垫500分成相隔90度的相同尺寸的抛光区域502、504、506和508。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如80度、100度、80度和100度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成四种不同的尺寸，例如70度、110度、80度和100度。此外，可以改变抛光区域的顺序。随着抛光垫500旋转，偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率。在所述实施例中，径向进料槽510、512、514和516的横截面宜大于偏置沟槽以改进抛光液的分布。

参看图5A，向外偏置抛光垫550具有四个抛光区域552、554、556和558。径向进料槽560、562、564和566将抛光垫550分成相隔90度的相同尺寸的抛光区域552、554、556和558。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如80度、100度、80度和100度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成四种不同的尺寸，例如70度、80度、100度和110度。此外，可以改变抛光区域的顺序。随着抛光垫550旋转，偏置沟槽扫过晶片以提高移除速率。在所述实施例中，径向进料槽560、562、564和566的横截面宜大于偏置沟槽以改进抛光液的分布。

参看图6，向内偏置抛光垫600具有五个抛光区域602、604、606、608和610。径向进料槽612、614、616、618和620将抛光垫600分成相隔72度的相同尺寸的抛光区域602、604、606、608和610。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如60度、90度、60度、90度和60度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成五种不同尺寸，例如52度、62度、72度、82度和92度。此外，可以改变抛光区域的顺序。随着抛光垫600旋转，偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率，并且额外的径向进料槽有助于抛光液分布。在所述实施例中，径向进料槽612、614、616、618和620的横截面宜大于偏置沟槽以改进抛光液的分布。

参看图6A，向外偏置抛光垫650具有五个抛光区域652、654、656、658和660。径向进料槽662、664、666、668和670将抛光垫650分成相隔72度的相同尺寸的抛光区域652、654、656、658和660。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如60度、90度、60度、90度和60度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成五种不同尺寸，例如52度、62度、72度、82度和92度。此外，可以改变抛光区域的顺序。随着抛光垫650旋转，偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率，并且额外的径向进料槽有助于抛光液分布。在所述实施例中，径向进料槽662、664、666、668和670的横截面宜大于偏置沟槽，以改进抛光液的分布。

参看图7，向内偏置抛光垫700具有六个抛光区域702、704、706、708、710和712。径向进料槽714、716、718、720、722和724将抛光垫700分成相隔60度的相同尺寸的抛光区域702、704、706、708、710和712。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如50度、70度、50度、70度、50度和70度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成六种不同的尺寸，例如30度、40度、50度、70度、80度和90度。此外，可以改变抛光区域的顺序。随着抛光垫700旋转，偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率，并且额外的径向进料槽有助于抛光液分布。在所述实施例中，径向进料槽714、716、718、720、722和724的横截面大于偏置沟槽以改进抛光液的分布。

参看图7A，向外偏置抛光垫750具有六个抛光区域752、754、756、758、760和762。径向进料槽764、766、768、770、772和774将抛光垫750分成相隔60度的相同尺寸的抛光区域752、754、756、758、760和762。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如50度、70度、50度、70度、50度和70度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成六种不同的尺寸，例如30度、40度、50度、70度、80度和90度。此外，可以改变抛光区域的顺序。随着抛光垫750旋转，偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率，并且额外的径向进料槽有助于抛光液分布。在所述实施例中，径向进料槽764、766、768、770、772和774的横截面宜大于偏置沟槽，以改进抛光液的分布。

参看图1，向内偏置抛光垫10具有八个抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54。径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34将抛光垫10分成相隔45度的相同尺寸的抛光区域40、42、44、46、48、50、52和54。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如35度、55度、35度、55度、35度、55度、35度和55度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成八种不同的尺寸，例如25度、30度、35度、40度、50度、55度、60度和65度。此外，可以改变抛光区域的顺序。随着抛光垫10旋转，偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率，并且额外的径向进料槽有助于抛光液分布。在所述实施例中，径向进料槽20、22、24、26、28、30、32和34的横截面宜大于偏置沟槽以改进抛光液的分布。旋转抛光垫使晶片交替越过一个径向进料槽与两个径向进料槽上。

参看图2，向外偏置抛光垫210具有八个抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254。径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234将抛光垫210分成相隔45度的抛光区域240、242、244、246、248、250、252和254。在未示出的一个替代实施例中，可以将抛光区域分成两种尺寸，例如35度、55度、35度、55度、35度、55度、35度和55度。在另一替代实施例中，可以将抛光区域分成八种不同的尺寸，例如25度、30度、35度、40度、50度、55度、60度和65度。此外，可以改变抛光区域的顺序。当抛光垫210旋转时，偏置沟槽扫过晶片以提高去除速率，并且额外的径向进料槽有助于抛光液分布。在所述实施例中，径向进料槽220、222、224、226、228、230、232和234的横截面大于偏置沟槽以改进抛光液的分布。

参看图8和8A，将抛光垫800和850的偏置沟槽810和860弯曲分别可以促进抛光液在沟槽着落区域上的均匀流动。抛光垫800和850具有向外偏置沟槽810和860。随着抛光垫800和850旋转，抛光液流出沟槽810和860而向外边缘812和862流动。在沟槽810和860中，沟槽的向外倾斜随着其向外行进而减小，这减慢了向外的速度，并有助于抛光液在顺时针和逆时针旋转期间润湿沟槽810和860的靠近端部的着落区域。

为了这些配置和为了说明的目的，偏向角θ等于弯曲偏置沟槽相对于由虚线表示的平分线的平均角度。如图8所示的测量偏向角的一种方法是绘制假想线8-8，该假想线8-8沿着单个弯曲偏置沟槽连接相邻的径向进料槽820和830，然后测量与虚线平分线B8相交的角度(θ)或偏向角。类似地，在图8A中，假想线8a-8a沿着单个弯曲偏置沟槽连接相邻的径向进料槽870和872，然后测量与虚线平分线B8a相交的角度，其等于偏向角θ。重要的是每个弯曲偏置区段的至少大部分具有向内或向外的角度。大部分的偏置沟槽宜具有相同的偏置。这是因为具有向内偏置的沟槽部分与向外偏置的沟槽部分就去除速率来说倾向于彼此抵消。有利的是，所有的偏置段都具有向内或向外的偏置。

参看图9，抛光垫900具有弯曲的径向进料槽910、912、914和916。进料槽910、912、914和916逆时针弯曲以便在抛光垫900顺时针旋转的情况下改进流体流动。这种形状加快抛光液的向外流动，以在顺时针旋转期间改进抛光液向外部偏置沟槽920的分布，并且减慢向外流动，以在逆时针旋转期间减少抛光液向外部偏置沟槽920的分布。或者，径向进料槽可以顺时针方向(未示出)弯曲以获得相反的影响。这种形状减慢抛光液的向外流动，以在逆时针旋转期间改进抛光液向外部偏置沟槽920的分布，并且加快向外流动，以在顺时针旋转期间减少抛光液向外部偏置沟槽920的分布。

测量具有弯曲径向进料槽914和916的图9的偏向角需要绘制径向虚线Ra和Rb与平分径向虚线Ra和Rb的假想平分线B9。这说明与平分线B9相交的向外偏置沟槽930的偏向角θ。弦Ra1和Rb1具有相等的长度并且分别是平行的径向线Ra和Rb。虚线Ra1-Rb1连接弦Ra1和Rb1的末端，并且在偏置沟槽930处与平分线B9相交。沟槽930的偏向角是平分线B9与沟槽930之间的角度或θ。这个实施例在整个抛光区域中沿着每个偏置沟槽具有恒定的θ。

参看图10，抛光垫1000包括弯曲的径向进料槽1010、1012、1014和1016与向外偏置的弯曲沟槽1020的组合。具体地说，这种沟槽图案包括弯曲的径向进料槽1010、1012、1014和1016，以微调或调整抛光垫1000的外边缘1022附近的抛光液。此外，向外偏置的弯曲沟槽1020用于平衡流至抛光区域1030、1032和1034内的着落区域上的抛光液流动。

测量具有弯曲径向进料槽1014和1016的图10的偏向角需要绘制径向虚线Ra和Rb与平分径向虚线Ra和Rb的假想平分线B10。这说明了与平分线B10相交的向外偏置沟槽1040的偏向角θ。弦Ra1和Rb1具有相等的长度并且分别是平行的径向线Ra和Rb。虚线Ra1-Rb1连接弦Ra1和Rb1的末端并且在偏置沟槽1040处与平分线B9相交。槽1040的偏向角是平分线B10与连接沟槽1040末端的线之间的角度或θ。这个实施例的θ随着每个偏置沟槽与抛光垫1000的间距增大而增大。

参看图11、11A和11B，抛光垫1100包括梯状径向进料槽1110、1112、1114和1116。这种形状减慢抛光液的向外流动，以在顺时针旋转期间改进抛光液向外部偏置沟槽1120、1122和1124的分布，且加快向外流动，以在逆时针旋转期间减少抛光液到外部偏置沟槽1120、1122和1124的分布。或者，径向进料槽可以顺时针方向(未示出)弯曲以获得相反的影响。这种形状减慢抛光液的向外流动，以在逆时针旋转期间改进抛光液向外部偏置沟槽1120、1122和1124的分布，并且减慢向外流动，以在顺时针旋转期间减少抛光液向外部偏置沟槽1120、1122和1124的分布。向外弯曲径向偏置沟槽1120、向内径向偏置沟槽1122和向内平行径向偏置沟槽1124都用于调整抛光液在晶片下的滞留时间且微调抛光轮廓。另外，可以通过调节压板或晶片旋转速度来调整边缘轮廓。举例来说，增加压板或晶片速度能将中心快速抛光变成扁平轮廓。当晶片在抛光垫的中心与边缘之间不振荡时，这种效应变得明显得多。

参看图11，假想线11-11连接单个偏置沟槽。假想线11-11与径向进料槽1114和1116的平分线B11-1之间的角度表示θ1或抛光区域的第一部分的偏向角。抛光区域的这个部分具有随每个偏置沟槽与抛光垫中心的间距而减小的偏向角。

第二个区域需要绘制径向线Ra和Rb以及平分径向线Ra和Rb的B11-2。径向弦Ra1和Rb1具有相等的长度并且分别是平行的径向线Ra和Rb。虚线B11-2表示这些径向弦的二等分。假想线Ra1-Rb1连接Ra1和Rb1并且通过偏置沟槽1130和平分线B11-2的交点。连接偏置沟槽1130末端的线与平分线B11-2的交点表示偏向角或θ2。抛光区域的这个部分也具有随每个偏置沟槽与抛光垫中心的间距而减小的偏向角。

参看图12和12A，抛光垫1200可以分别含有连接径向进料槽1210、1220、1230和1240的一系列梯状偏置沟槽1202和1204。梯状偏置沟槽1202和1204具有区段1202a和1202b，且1204具有区段1204a和1204b，各被虚线分开，以用于说明的目的。图12具有向内偏置梯式沟槽1202，其被分成相等的部分：沟槽区段1202a和1202b。在这种配置中，浆液首先通过较浅偏置的沟槽区段1202a，然后以增加的速率通过具有较陡斜率的沟槽区段1202b。图12A具有梯状偏置沟槽1204，其被分成不相等的部分：沟槽区段1204a和1204b。在这种配置中，浆液首先通过较陡偏置的沟槽区段1204a，然后以降低的速率通过具有较浅斜率的沟槽区段1204b。可以使用区段间距和斜率来调整晶片轮廓和边缘轮廓。

参看图13，抛光垫1300包括使相邻梯状径向进料槽1310、1320、1330和1340互连的向外偏置梯状沟槽1302。梯状偏置沟槽1302具有区段1302a和1202b，各被虚线分开，以用于说明的目的。径向进料槽与梯状偏置沟槽的阶梯位置和阶梯斜率均影响抛光去除速率、晶片轮廓和边缘轮廓。

参看图14、14A、14B和14C，抛光垫可以包括具有不同间距或不同横截面积的两个或更多个沟槽区域。图14、14A、14C都包括具有如下三个区域的向内间隔区域：(a)具有第一正常间距的沟槽，(b)间距增大的沟槽和(c)间距等于区域(a)的沟槽。这种沟槽间距有效消除中心快速晶片轮廓。通过调整每个沟槽区域的宽度和每个沟槽区域内的沟槽密度，可以微调晶片轮廓。调整沟槽间距对改进晶片边缘轮廓有特别的影响。如图14所示，偏置沟槽可以是平行线性沟槽、平行弯曲沟槽或梯状沟槽。这些沟槽可以具有相等或不相等的间距。

参看图15、15A、15B和15C，抛光垫可以包括具有不同间距或不同横截面积的两个或更多个沟槽区域。图15、15A、15B和15C都包括具有如下三个区域的向内间隔区域：(A)具有第一增大间距的沟槽，(B)具有正常间距的沟槽和(C)间距等于区域(A)的沟槽。这种沟槽间距有效消除中心慢速晶片轮廓。通过调整每个沟槽区域的宽度和每个沟槽区域内的沟槽密度，可以微调晶片轮廓。调整沟槽间距对改进晶片边缘轮廓有特别的影响。如图15所示，偏置沟槽可以是平行线性沟槽、平行弯曲沟槽或梯状沟槽。这些沟槽可以具有相等或不相等的间距。