[发明专利]用于化学机械平坦化系统的有孔修整刷

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年10月19日递交的美国临时申请No.60/728,126 的利益，并在此以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及一种用于清洁化学机械平坦化(CMP)设备的抛光垫的修 整刷(conditioning brush)，且更具体地说，涉及一种形成为盘的修整刷， 包括一种具有有助于清洁操作的毛和孔的结构。

发明背景

在化学机械平坦化(CMP)领域，称为“垫修整”或“垫修琢”的处 理被用来修复抛光垫的表面，并通过从垫移除微粒和用过的抛光浆料来消 除表面钝化(surface glazing)。垫修整可“移位(ex-situ)”(即，在晶片抛 光循环之间修整抛光垫)或“原位(in-situ)”(即，与晶片抛光循环同时 发生或在晶片抛光循环中)进行。在典型已有技术的“原位”垫修整处理 中，固定的研磨修整盘在垫表面上移动，以去除少量垫材料和碎屑，从而 在垫表面上建立新的粗糙度来便于抛光浆料的自由流动。然后，被去除的 垫材料和碎屑与抛光处理中分配的浆料相结合，并被被动地带离垫。

微粒生成是已知修整CMP抛光垫处理的现有难题，其中来自CMP设 备、浆料、晶片、垫或修整器中任意一个的微粒在修整后仍然留在垫的表 面上。留在垫上的任何单个微粒其后可能在抛光过程中刮坏晶片表面，从 而造成潜在的瑕疵或导致抛光不均匀。例如，位于抛光垫上的微粒可形成 使抛光垫和晶片之间的力局部集中的高点。如果抛光垫上存在大量微粒， 则抛光速率的局部不一致可能会导致抛光不均匀。

在特定类型的CMP中，例如钨CMP或抛光后擦光，使用了相对多孔 的抛光垫，其中这种类型的垫的特征在于呈现垂直定向的敞开孔隙的微观 结构。被不同地称作为“软”抛光垫、纤维化抛光垫等，这种垫可由毡基 底上的多孔涂层组成，该多孔涂层包括位于较小微孔毡层顶部上的垂直定 向的大孔隙。沉淀在这些垫内的孔隙的下端区域内的抛光浆料和碎屑可变 得几乎停滞不动，并发展成再循环涡流，而这样的再循环涡流又截留更多 的材料，从而限制垫的抛光/擦光能力。随着时间的过去，被截留的/再循 环的材料可重铺表面并损坏晶片、稀释处理材料、或两者都发生。常规的 金刚石研磨修整盘不能有效地去除这种深陷的材料，并且具有快速磨损多 孔垫材料的额外缺点。作为替代，修整“刷”可以用来按能驱除深嵌微粒 并将其移至废物流中的方式擦亮多孔垫表面。然而，使用修整刷的已有技 术的CMP系统需要大量浆料和漂洗水来尝试转移这些微粒。

2002年5月14日颁发给S.Kenji等人的美国专利6,386,963公开了一 种修整元件，其被形成来支撑研磨表面和刷毛的组合件。在Kenji等人的 结构中，研磨修整材料形成在环形板上，所述环形板连接到修整器头部的 底部表面，留下元件的中心区域敞开。多个刷毛形成在小盘上，然后小盘 连接到研磨环的中心区域。然而这种特定布置的一个问题在于，在修整元 件中心区域的毛的有限布置允许一些微粒物质不受毛的影响，从而保持嵌 在垫内。而且，研磨材料和毛之间高度的不同可能会导致对于垫材料的不 一致的修整行为和磨损率。

另一已有技术的结构公开在2006年4月25颁发给F.L.Dunn的美国 专利7,033,253中。在Dunn的结构中，刷毛按任何期望图案设置于修整元 件的底部表面上，其中表面的剩余部分由研磨材料覆盖。可控制毛和研磨 材料的相对硬度，以便最佳地修整特定的垫材料。

尽管Dunn和Kenji等人的结构都提供了对于在常规CMP修整元件内 实现修整刷的改善，但是仍存在问题，因为在修整处理有机会将碎屑冲去 之前，由毛(及研磨材料)驱除的材料有可能会被再次引入到垫表面。

因此，在本领域中仍然需要一种能提供优选地用于大孔隙、纤维化或 软的抛光垫/毡的刷拭动作且同时仍能有效地从抛光垫表面去除碎屑的修 整结构。

发明内容

本发明解决已有技术中依然存在的需求，本发明涉及一种用于清洁化 学机械平坦化(CMP)设备的抛光垫的修整刷，更具体地说，涉及一种形 成为盘的修整刷，包括一种具有有助于清洁操作的毛和孔的结构。