[发明专利]抛光衬垫、制造抛光衬垫的方法以及抛光系统和抛光方法

说明书

本申请是2003年7月23日提交的名称为：“抛光衬垫、制造抛光衬垫的方法以及抛光系统和抛光方法”的中国专利申请03822308.2的分案申请。

技术领域

本发明涉及在化学机械抛光过程中使用的抛光衬垫以及用来监控抛光过程的方法和设备。

背景技术

集成电路典型地是通过将导电层、半导电层或绝缘层按顺序沉积到硅晶片上，而被加工形成于衬底之上的。其中一个生产步骤包括将填料层沉积到非平面(non-planar)表面上，并磨平填料层直到露出非平面表面为止。例如，可将导电填料层沉积到一图案化的绝缘层上以填充该绝缘层上的沟槽和开口。然后将填料层抛光，直到露出绝缘层上凸起的图案为止。在磨平(planarization)之后，遗留在绝缘层上的凸起图案之间的导电层部分便形成了通开口(vias)、插头(plugs)、线路，提供在衬底上的薄膜回路之间的导电路径。此外，平面化需要将衬底表面磨平以利于对其使用光刻法。

化学机械抛光(CMP)是一种可采用的磨平方法。此种磨平方法的特色是需要将衬底固定在托架或抛光头上。衬底所露出的表面紧贴在旋转的盘状抛光衬垫或带形抛光衬垫上。抛光衬垫可以是“标准”衬垫或固定研磨垫(fixed abrasive pad)。标准衬垫有耐磨粗糙表面，而固定研磨垫则是将研磨微粒固定在一种容纳介质(containment media)中。托架头向衬底施加一定可控载荷，从而使其紧贴在抛光衬垫上。抛光液被提供到抛光衬垫的表面，如果使用标准衬垫，则抛光研磨浆至少含有一种化学反应剂和研磨微粒。

化学机械抛光的一个问题是，如何确定抛光过程是否完成，即衬背衬层是否已被磨至所需的平面度或厚度，或是确定在何时已除去了所要求的一定材料量。导电层或膜的抛光过度(去除过多)可导致电路电阻增加。另一方面，导电层或膜的抛光不足(去除过少)可导致短路。衬背衬层的初始厚度不同、抛光液的成份不同、抛光衬垫的条件不同、抛光衬垫和衬底之间的相对速度不同、及衬底上的载荷不同均可导致材料去除速率的不同。这些差异导致了达到抛光终点(polishing endpoint)所需时间也不同。因此，抛光终点不能仅根据抛光时间来确定。

一种确定抛光终点的方法是在加工现场监控衬底的抛光，例如借助于光学或电子传感器。一种监控技术是用磁场在金属层中感应出涡流，并探测当金属层被去除时磁通量产生的变化。简单地说，涡流产生的磁通量与励磁磁通线方向相反。该磁通量与涡流成比例，而涡流与金属层的电阻成比例，金属层的电阻又与金属层的厚度成比例。因此，金属层厚度的变化可导致涡流所产生的磁通量的变化。磁通量的这一变化导致主线圈中电流的变化，而电流的变化可作为阻抗的变化来测量。因此，线圈阻抗的变化反映了金属层厚度的变化。

发明内容

一方面，本发明涉及一种抛光衬垫。该抛光衬垫包括一抛光层，该抛光层具有用来抛光的前表面及底面。在抛光层的前表面上形成有第一组(first plurality)沟槽，而在其底面上则形成有一个凹槽。抛光面上对应于底面上凹槽的区域没有沟槽，或是有比第一组沟槽浅的第二组(second plurality)沟槽。

本发明的实施方案可包括一个或多个如下特征：抛光面上对应于凹槽的区域可以大体上是平的，例如其可以没有沟槽。或者，抛光面上对应于凹槽的区域可以有第二组沟槽。此外，此区域可以是不透明的或透明的。抛光层也可以是单元式结构。在抛光层的第二部分上可形成空腔，该第二部分与第一部分实体上分离并可固定于第一部分上。第一和第二部分可以由大体上相同的材料构成，且第二部分的顶面可与抛光面大体上齐平。可在第一部分上形成一开口，并将第二部分固定于该开口中。第二部分可以具有顶部和底部，顶部具有第一横截面尺寸，底部具有不同的第二横截面尺寸。例如，第一横截面尺寸可以小于第二横截面尺寸。第二组沟槽可以延伸到凹槽的内表面之外。

衬垫可有一个位于抛光层的底面上的背衬层。背衬层可以比抛光层柔软。背衬层可有一个穿通的开口，而且该开口可与抛光层底面上的凹槽对准。背衬层可以是较薄的不可压缩层。第一组沟槽可以形成于抛光层的第一部分，而空腔可以形成于抛光层的第二部分，其中第二部分可与第一部分实体上分离。在抛光层上可形成第二开口，且第二部分可固定于第二开口之中。第一开口可以具有第一横截面尺寸，且第二开口可以具有不同(如更大或更小)的第二、横截面尺寸。