專利名稱：拋光工件的拋光裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光工件例如硅片的拋光裝置及方法。

背景技術(shù)：
在用于拋光工件例如硅晶片的傳統(tǒng)拋光裝置中，并沒有對裝置或其拋磨部分的氛圍條件，例如壓力、溫度、濕度進行專門的控制。因此，尤其是在化學(xué)-機械拋光裝置中，不能獲得穩(wěn)定的加工特性。為了解決該問題，本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)明了一種壓力容器型的拋光裝置，該裝置具有一個壓力容器，該壓力容器的氛圍狀況是可以控制的(參見日本專利公報No.2003-225859)。該拋光裝置能夠改善拋磨效率。
在化學(xué)-機械拋光情形中，漿料的酸堿(pH)值極大地影響到產(chǎn)品的拋光速率和質(zhì)量。在傳統(tǒng)的開式拋光裝置中，漿料的pH值會隨著所處氛圍條件而很靈敏地變化。因此，很難精確地控制漿料的pH值。
另外，在化學(xué)-機械拋光的情形下，在經(jīng)一次拋光墊修磨后通常需要花2至7分鐘才獲得正常的加工特性。在打磨拋光墊以后，使用純水清洗拋光墊的一個表面，所以要花費很長時間來由此完全去除所使用的漿料。尤其是，在化學(xué)-機械拋光處理過程中改變?yōu)椴煌愋偷臐{料的情況下，需要花費10分鐘或更多時間來完全更換漿料。
尤其是，在壓力容器型拋光裝置中，必須快速地變換拋光條件而不能交換漿料。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種壓力容器型拋光裝置，它能夠改變漿料的pH值以調(diào)整拋光速率并且能夠以較高的平面度拋光工件，本發(fā)明還提供了一種使用拋光裝置拋光工件的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種壓力容器型拋光裝置，它能夠適當?shù)靥幚聿煌膾伖鈼l件而不用交換漿料，本發(fā)明還提供了一種使用拋光裝置拋光工件的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下結(jié)構(gòu)。
即，本發(fā)明的拋光裝置的第一基本結(jié)構(gòu)包括 壓力容器，具有可以打開或關(guān)閉該壓力容器的蓋； 在壓力容器中配備的拋光板； 在拋光板上配備的擠壓板，該擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上； 驅(qū)動裝置，它相對擠壓板移動拋光板從而對工件進行拋光； 連接至壓力容器上的氣體供應(yīng)源，該氣體供應(yīng)源向壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體； 從壓力容器中釋放所供應(yīng)氣體的氣體釋放部；和 向拋光板上供應(yīng)漿料的漿料供應(yīng)裝置， 其中漿料的pH值是通過在漿料中溶解堿性氣體或酸性氣體而調(diào)整的。
拋光裝置的第二基本結(jié)構(gòu)包括 壓力容器，具有可以打開或關(guān)閉該壓力容器的蓋； 在壓力容器中配備的拋光板； 在拋光板上配備的擠壓板，該擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上； 驅(qū)動裝置，它相對擠壓板移動拋光板從而對工件進行拋光； 連接至壓力容器上的氣體供應(yīng)源，該氣體供應(yīng)源向壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體； 從壓力容器中釋放所供應(yīng)氣體的氣體釋放部；和 向拋光板上供應(yīng)純水的純水供應(yīng)裝置， 其中純水的pH值是通過在純水中溶解堿性氣體或酸性氣體從而將純水用作漿料而調(diào)整的。
在拋光裝置中拋光工件的第一種方法，該拋光裝置包括壓力容器，具有可以打開或關(guān)閉該壓力容器的蓋；在壓力容器中配備的拋光板；在拋光板上配備的擠壓板，該擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上；驅(qū)動裝置，它相對擠壓板移動拋光板從而對工件進行拋光；連接至壓力容器上的氣體供應(yīng)源，該氣體供應(yīng)源向壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體；從壓力容器中釋放所供應(yīng)氣體的氣體釋放部；和向拋光板上供應(yīng)漿料的漿料供應(yīng)裝置，包括下列步驟 從氣體供應(yīng)源向壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體，從而調(diào)整漿料的pH值。
在拋光裝置中拋光工件的第二種方法，該拋光裝置包括壓力容器，具有可以打開或關(guān)閉該壓力容器的蓋；在壓力容器中配備的拋光板；在拋光板上配備的擠壓板，該擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上；驅(qū)動裝置，它相對擠壓板移動拋光板從而對工件進行拋光；連接至壓力容器上的氣體供應(yīng)源，該氣體供應(yīng)源向壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體；從壓力容器中釋放所供應(yīng)氣體的氣體釋放部；和向拋光板上供應(yīng)純水的純水供應(yīng)裝置，包括下列步驟 從氣體供應(yīng)源向壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體，從而調(diào)整純水的pH值并且將純水用作漿料。
在本發(fā)明的拋光裝置和方法中，拋光裝置能夠適當且迅速地處理不同的拋光條件而不更換壓力容器中的漿料。因此，可以在該拋光裝置有效地執(zhí)行不同類型的拋光。



現(xiàn)在將參照附圖描述作為實例的本發(fā)明的實施例，其中 圖1是本發(fā)明的一個實施例的拋光裝置的前視圖； 圖2是拋光裝置的平面圖，其中蓋被打開； 圖3是一個鐘罩的平面圖； 圖4是連接到鐘罩上的壓力源的解釋圖； 圖5是另一個實例的驅(qū)動裝置的解釋圖； 圖6是其它實例的驅(qū)動裝置的解釋圖； 圖7是用于移動拋光板的機構(gòu)的解釋圖； 圖8是擠壓型擠壓板的剖視圖； 圖9是顯示空氣壓力和拋光速率之間關(guān)系的曲線圖； 圖10是顯示氧氣壓力和拋光速率之間關(guān)系的曲線圖； 圖11是顯示鐘罩內(nèi)部壓力、漿料的pH值和拋光速率之間關(guān)系的曲線圖； 圖12是顯示漿料的pH值和拋光速率之間關(guān)系的曲線圖； 圖13是顯示漿料的pH值和拋光速率之間關(guān)系的曲線圖； 圖14-17為剖視圖，它們顯示了在基底中植入銅纜線的過程，其中圖14顯示了其中最外部的銅層未拋光的狀態(tài)，圖15顯示了其中最外部的銅層朝屏障金屬層被拋光的狀態(tài)，圖16顯示了其中金屬層的頂部暴露出來的狀態(tài)，并且圖17顯示了其中屏障金屬層的頂部被移除的狀態(tài)； 圖18-21為剖視圖，它們顯示了拋光在銅纜線上形成的SiO2薄膜的過程，其中圖18顯示了其中SiO2薄膜未拋光的狀態(tài)，圖19顯示了其中SiO2層朝阻擋層被拋光的狀態(tài)，圖20顯示了其中阻擋層暴露出來的狀態(tài)，并且圖21顯示了其中阻擋層被移除的狀態(tài)；和 圖22是另一個實施例的解釋圖。

具體實施例方式 現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是本發(fā)明的一個實施例的拋光裝置10的前視剖面圖；圖2是拋光裝置的平面圖，其中蓋被打開；并且圖3是鐘罩的平面圖。
鐘罩12具有一個蓋14并且充當能夠承受其中壓力增大和減小的壓力容器。蓋14由軸15可樞轉(zhuǎn)地連接到鐘罩12的本體16上，從而打開和關(guān)閉本體16。
緊固螺栓18的下端由軸21可樞轉(zhuǎn)地附著在本體16上；螺栓18的上端能夠進入固定臂19的U形叉之間的間隙中。通過轉(zhuǎn)動螺母20，蓋14可以氣密地關(guān)閉本體16。在本實施例中提供了六個角距為60度的緊固螺栓18。
本體16是由具有規(guī)定厚度的鋼制成的并且形成底部為圓筒的形狀。蓋14的頂板向上彎曲。具有了此種耐壓結(jié)構(gòu)，鐘罩12就可以充當壓力容器。本體16的底部為一個平板，并且其厚度比圓筒形部分更厚一些，從而能夠承受內(nèi)部壓力。
應(yīng)當指出，鐘罩的形狀12并不限于圓筒形。具有足夠耐壓結(jié)構(gòu)的其它壓力容器也可以用在本發(fā)明中。
在鐘罩12中配備了一個拋光板23。
在拋光板23的頂面上粘附了由已知材料制成的拋光布或拋光墊(未顯示)。
一個形成圓筒形的連接構(gòu)件24固定在拋光板23的底面。連接構(gòu)件24由鍵27連接至旋轉(zhuǎn)軸26，而旋轉(zhuǎn)軸26由軸承底部16a的軸承25夾持。使用此種結(jié)構(gòu)，拋光板23就能夠與旋轉(zhuǎn)軸26一起旋轉(zhuǎn)。符號28表示一個密封件。
拋光板的下端部由推力軸承29支承。在底部16a上配備了支承構(gòu)件30，并且在支承構(gòu)件30上配備了推力軸承29。
蓋31封閉了拋光板23的外圓周面，從而在拋光板23上保持規(guī)定數(shù)量的漿料。應(yīng)當指出，可以將蓋31省略。
支承基座32支撐著鐘罩12并且具有四個支腿32a。向每個支腿32a的下端配備了一個可調(diào)螺栓33從而可以調(diào)整支承基座32的高度和鐘罩12的水平度。
在支承基座32上連接有充當驅(qū)動裝置的馬達35。馬達35的馬達軸連接到旋轉(zhuǎn)軸26上，這樣馬達35就可以旋轉(zhuǎn)拋光板23。在本實施例中，馬達35是在鐘罩12外部配備的，但是馬達35也可以配備在鐘罩12內(nèi)部。
在拋光板23上配備了用于擠壓工件(未顯示)的擠壓板36。擠壓板36將其自身的重量作為擠壓力施加到拋光板23上。將被拋光的工件被設(shè)置或夾在拋光板23和擠壓板36之間。
多個重物37被固定到擠壓板36上從而調(diào)整擠壓力。應(yīng)當指出，重物37的數(shù)目是基于拋光條件而可選地確定的。
與拋光板23同軸的輥子38和在拋光板23外邊緣上方配備的輥子39與擠壓板36的外邊緣接觸，這樣擠壓板36就可以夾持在拋光板23上的一個規(guī)定位置處。輥子38和39由在鐘罩12內(nèi)部配備的弧形臂40旋轉(zhuǎn)地夾持。
在圖2中，拋光板23沿方向“A”旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)拋光板23，擠壓板36同樣沿相同方向圍繞其自己的軸線旋轉(zhuǎn)。
應(yīng)當指出，輥子38可以由馬達(未顯示)旋轉(zhuǎn)，從而沿一個規(guī)定方向強制旋轉(zhuǎn)與輥子38接觸的擠壓板36。
在本體16中保存了適當數(shù)量的漿料。在本實施例中，本體16的下部充當漿料存儲部分16b(參見圖4)。
如圖4所示，存儲在本體16中的漿料在循環(huán)泵43的作用下循環(huán)。
循環(huán)泵43連接到管44和管45上，其中管44連接到漿料存儲部分16b上，管45連接到本體16的上部。存儲在漿料存儲部分16b中的漿料由泵43汲取并且經(jīng)由管45供應(yīng)到拋光板23上。已被用于拋光工件的漿料在漿料存儲部分16b中被收集。
漿料存儲部分16b、循環(huán)泵43、管44和45等組成一個漿料供應(yīng)裝置。應(yīng)當指出，圖1中所示的符號44a表示管44道連接部分。
當然，漿料存儲部分16b也可以配備在鐘罩12外部。
在圖4中，符號47表示充當壓力源的增壓裝置；符號48表示氣體釋放部。
增壓裝置47經(jīng)由管49連接到本體16上，從而將增壓氣體(流體)導(dǎo)入鐘罩12中。在本實施例中，空氣、氧氣、氮氣、氬氣等被用作增壓氣體。也可選擇使用其它氣體。增壓氣體由一個開關(guān)閥(未顯示)選取并供應(yīng)到鐘罩12中。配備了一個壓力減少閥51從而以預(yù)定壓力向鐘罩12中供應(yīng)流體。符號52和53表示閥，符號54表示能夠控制流體流動數(shù)量的流量控制閥。
應(yīng)當指出，可以將一種混合氣體用作流體。
氣體釋放部48連接到管49上位于閥52和53之間的一部分上。符號56表示一個閥。
氣體釋放部48包括一個真空泵。
應(yīng)當指出，圖1中所示的符號49a表示管49的一個連接部分。
通過關(guān)閉閥56并且打開閥52和53，增壓流體就可以導(dǎo)入鐘罩12中，這樣鐘罩12的內(nèi)部壓力就會增大。另一方面，通過關(guān)閉閥52并且打開閥53和56，氣體釋放裝置48就會抽吸鐘罩12內(nèi)部的流體，這樣鐘罩12的內(nèi)部壓力就會減小。
充當測量設(shè)備的壓力量計57對鐘罩12的內(nèi)部壓力進行測量。如果需要的話，也可以配備用于測量溫度、濕度等的其它設(shè)備。
當鐘罩12的內(nèi)部壓力超過一個規(guī)定值時，安全閥將增壓流體釋放到外部。符號60a表示一個觀察窗(參見圖3)。
在圖4中，符號71表示一個氨氣的高壓儲罐，它當作一個堿性氣體供給源；符號72表示一個碳酸氣的高壓儲罐，它當作一個酸性氣體供給源。
氣體供應(yīng)源71經(jīng)由管73和74連接到鐘罩12上。向管73配備了閥75；向管74配備了閥76。
氣體供應(yīng)源72經(jīng)由管74和77連接到鐘罩12上。向管77配備了閥78。
通過關(guān)閉閥78并且打開閥75和76，可以從氣體供應(yīng)源71向鐘罩12中供應(yīng)堿性氣體。另一方面，通過關(guān)閉閥75并且打開閥76和78，可以從氣體供應(yīng)源72向鐘罩12中供應(yīng)酸性氣體。
應(yīng)當指出，可以通過在漿料中溶解堿性氣體和酸性氣體來調(diào)整漿料的pH值。
在拋光裝置中也可以使用其它酸性氣體，例如鹽酸氣體、硝酸氣體。
pH檢測裝置80檢測鐘罩12中或經(jīng)過管44等的漿料的pH值。
在圖5中顯示了驅(qū)動裝置的另一個實例。
在鐘罩12中配備了包括定子62a和轉(zhuǎn)子63a的馬達64a，并且在轉(zhuǎn)子63a上固定了拋光板23。在鐘罩12外部配備了馬達驅(qū)動器65a，并且經(jīng)由導(dǎo)線66向定子線圈供電。應(yīng)當指出，馬達64a是已知的電動機。
在該驅(qū)動裝置中，只有導(dǎo)線66應(yīng)該被密封，因此密封機構(gòu)可以得到簡化。
另外，在圖6中還顯示了驅(qū)動裝置的另一個實例。
在這種情形下，拋光板23被磁耦合器裝置旋轉(zhuǎn)。即，其中北磁極和南磁極交替形成于外圓周面上的第一磁鐵轉(zhuǎn)子67被馬達68旋轉(zhuǎn)。第二磁鐵轉(zhuǎn)子69可以通過旋轉(zhuǎn)第一磁鐵轉(zhuǎn)子67而旋轉(zhuǎn)。拋光板23固定在第二磁鐵轉(zhuǎn)子69上。
使用這種結(jié)構(gòu)，拋光板23就可以被旋轉(zhuǎn)而不會接觸位于外部的任何構(gòu)件，因此鐘罩12的內(nèi)部空間可以保持清潔。
在本實施例中，拋光板23圍繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)。在另一個實施例中，拋光板23可以在一個平行于拋光板23的拋光面(拋光墊)的平面中移動。該實施例顯示于圖7中。
在圖7中，多個曲柄軸70連接到拋光板23上，并且曲柄軸70由在鐘罩12外部配備的驅(qū)動裝置(未顯示)同步旋轉(zhuǎn)。使用這種結(jié)構(gòu)，拋光板23就可以使用固定的頭部沿著一個圓形軌道移動。即，拋光板23中的所有點都沿方向“B”同樣地旋轉(zhuǎn)。
在上述描述實施例中，工件只是由擠壓板36擠壓到拋光板23上。工件可以粘附到擠壓板36的一個底面上。在這種情形下，當拋光完成時，拋光工件從擠壓板36上剝離。
擠壓構(gòu)件36可以具有通過生成負壓來夾持工件的抽吸裝置。在這種情形下，抽吸裝置可以直接或使用一個彈性擠曲構(gòu)件抽吸和夾持工件。
在上述實施例中，重物37用作擠壓裝置。可以使用在臂40上配備的圓筒裝置(未顯示)向工件施加壓力。
另外，可以使用壓頭型擠壓板。在圖8中顯示了壓頭型擠壓板的一個實例。
夾持構(gòu)件73a由彈性環(huán)構(gòu)件例如隔膜懸浮在頭部本體72a中。使用這種結(jié)構(gòu)，就可以形成一個壓力室75a。增壓流體被導(dǎo)入壓力室75a，這樣夾持在夾持構(gòu)件73a的底面上的工件就被壓到拋光板23上。擠壓板36最好在馬達(未顯示)的作用下圍繞旋轉(zhuǎn)軸76a旋轉(zhuǎn)。可以在臂40上配備包括馬達的驅(qū)動機構(gòu)。
另外，擠壓板36可以由圓筒裝置(未顯示)垂直地移動，從而向拋光板23的拋光面(拋光墊)移動或者遠離它。在這種情形下，旋轉(zhuǎn)軸76a可以由夾持臂(未顯示)旋轉(zhuǎn)地夾持，并且夾持臂可以由在臂40上配備的圓筒裝置(未顯示)垂直地移動。
驅(qū)動機構(gòu)允許旋轉(zhuǎn)軸76a在一個規(guī)定范圍內(nèi)垂直地移動并且傳輸馬達的轉(zhuǎn)矩。
增壓流體通過形成于旋轉(zhuǎn)軸76a中的流體路徑77a而導(dǎo)入壓力室75a中。流體通過一個旋轉(zhuǎn)接頭(未顯示)被導(dǎo)入流體路徑77a中。
抑制環(huán)78a防止夾持構(gòu)件73a從頭部本體72a中出來并且引導(dǎo)夾持構(gòu)件73a的垂直運動。
在頭部本體72a的內(nèi)圓周面和夾持構(gòu)件73a的外圓周面之間配備了一個O形環(huán)79a。O形環(huán)79a吸收夾持構(gòu)件73a的水平運動并且禁止?jié){料進入頭部本體72a中。
實驗是在下列條件中以拋光裝置10執(zhí)行的。應(yīng)當指出，鐘罩12內(nèi)的氣體壓力是變化的；并且對該工件的銅層、二氧化硅層和硅晶基片進行拋磨。
試驗條件為 拋光墊IC1000/SUBA400(商品名稱)，直徑為200毫米； 漿料氧化硅漿料“SS-25”，用于對二氧化硅 硅膠“Compol-80”，用于對硅 氧化鋁漿料(不加氧化劑)，用于對銅； 擠壓板36的擠壓力100-500g/cm2； 拋光板23的旋轉(zhuǎn)速度15-90rpm；和 拋光時間2-4分鐘。
工件是在上述條件下使用固定擠壓力、固定旋轉(zhuǎn)速度和固定拋光時間進行拋光的。結(jié)果如圖9所示。
在圖9中，內(nèi)部壓力取值為零時為大氣壓。即，水平軸或鐘罩12的內(nèi)部壓力指示向大氣壓添加或從大氣壓減少的壓力。
如圖9中清晰地顯示的那樣，拋光速率在大氣壓下最??；拋光速率幾乎與增大和減小的內(nèi)部壓力成比例地增大。
尤其是，在拋光SiO2層和Si基片的情況下，200千帕?xí)r的拋光速率的大小大約為大氣壓的兩倍；并且500千帕?xí)r的拋光速率的大小大約為大氣壓的2.5倍。
在拋光銅層的情形中，最小拋光速率出現(xiàn)在負壓側(cè)(大約為-50千帕)。即，最小拋光速率略微向負壓側(cè)移動，但是拋光速率在最小值的兩側(cè)上均增大，如同SiO2層和Si基底一樣。
本發(fā)明人認為，在正壓下拋光速率增大的原因為流體壓力被施加到擠壓板36上；并且漿料在流體壓力的作用下滲透到拋光墊中。
尚未清楚地找出拋光速率在負壓下增大的原因。本發(fā)明人認為，工件和拋光墊之間的摩擦熱由于鐘罩12中的壓降而很難輻射出去，這樣溫度就會升高并且反應(yīng)速率增大。通過增大反應(yīng)速率，拋光速率就會在負壓下增大。
圖10是顯示氧氣壓力和拋光速率之間關(guān)系的曲線圖。氧氣代替空氣被用作流體。
使用氧氣的情形時的趨勢與使用空氣的情形時的趨勢相同。尤其是在拋光銅層的情形中，在高壓下拋光速率會增大很多。
根據(jù)結(jié)果，可以通過調(diào)整鐘罩12的內(nèi)部壓力而不改變其它條件來控制拋光速率。
例如，當拋光開始并且工件被粗略地拋光時，鐘罩12的內(nèi)部壓力就增大或減小，從而使用高拋光速率拋光工件；當工件被拋光完畢后，鐘罩12內(nèi)部壓力就返回至零或大氣壓，從而使用較低的拋光速率對工件進行拋光。
當然，也可以結(jié)合其它系數(shù)例如拋光板23的旋轉(zhuǎn)速度來控制拋光速率。
在使用多種漿料或拋光墊的情形中，在一個拋光裝置中配備了多個拋光站，這樣拋光裝置就必須很大。然而，鐘罩12的內(nèi)部壓力和拋光板23的旋轉(zhuǎn)速度在拋光站中是可變的，所以拋光站的數(shù)目就可以減少，拋光條件可以很容易地確定，拋光裝置的尺寸就可以更小并且裝置的制造成本就可以降低。
容納在鐘罩12中的漿料被增壓和循環(huán)，這樣循環(huán)泵43的載荷就不是非常大。
如果在鐘罩12外部配備了漿料存儲部分，那么漿料就會被導(dǎo)入內(nèi)部壓力已經(jīng)增大的鐘罩12中，這樣就需要使用一個較高功率的循環(huán)泵。
漿料可以停留在鐘罩12中。在這種情形下，通過調(diào)整可調(diào)螺栓33，從而將拋光板23表面的下部浸漬在漿料中，就能夠使拋光板23相對于水平面傾斜。使用這種結(jié)構(gòu)，漿料就可以總是滲透到拋光墊內(nèi)以用于拋光工件。
接下來將解釋如何調(diào)整漿料的pH值。
應(yīng)當指出，pH值的調(diào)整和鐘罩12內(nèi)部壓力的調(diào)整可以單獨或同時執(zhí)行。
圖11顯示了采用“CU-5001(美國Cabot Co.公司的商品名)”的漿料的拋光效率。
該漿料通常被用于拋光銅，它的pH值大約為7，并且通常向漿料中添加適當數(shù)量的過氧化氫。
實驗是在下列條件下執(zhí)行的(1)添加了過氧化氫的漿料，(2)未添加過氧化氫的漿料，以及(3)未添加過氧化氫但是添加了一種堿液例如氨水以將pH值增大到大約10的漿料。鐘罩12被氧氣加壓，并且使用漿料(1)-(3)對銅層進行拋光。實驗結(jié)果如圖11所示。
在圖11中，內(nèi)部壓力取值為0千帕?xí)r為大氣壓。即，水平軸或鐘罩12的內(nèi)部壓力指示向大氣壓添加或從大氣壓減少的壓力。另一方面，縱軸指示相對的拋光速率。
如圖11清晰所示的那樣，添加了過氧化氫的漿料的拋光速率比沒有添加過氧化氫的漿料的拋光速率大2-3倍；添加了過氧化氫的漿料的拋光速率并不隨著鐘罩12的內(nèi)部氧氣壓力的增大和減小而增大。
在添加了堿液的漿料的情形下，對鐘罩12的內(nèi)部壓力的依存度非常高，并且添加了堿液的漿料的拋光速率比添加了過氧化氫的漿料的拋光速率大3-4倍。
根據(jù)結(jié)果，攪料的拋光速率高度地取決于pH值和鐘罩12的內(nèi)部壓力。因此，可以通過調(diào)整漿料的pH值和鐘罩12的內(nèi)部壓力來控制拋光速率。
圖12顯示了用于拋光SiO2薄膜、玻璃、石英等的普通漿料的拋光速率和漿料的pH值之間的關(guān)系。應(yīng)當指出，鐘罩12的內(nèi)部空間在實驗過程中并未增壓。圖形“A”是包括二氧化鈰(鈰)顆粒的漿料；圖形“B”是包括氧化硅(SiO2)顆粒的漿料。觀察了在pH值大約為7時二氧化鈰漿料的最大拋光速率，并且其拋光速率在堿側(cè)和酸側(cè)減小。另一方面，觀察了pH值為9-10時氧化硅漿料的最大拋光速率。
圖13顯示了用于拋光銅、鉭、氮化鉭等的漿料的拋光速率和漿料的pH值之間的關(guān)系。應(yīng)當指出，鐘罩12的內(nèi)部空間在實驗過程中并未增壓。圖形“C”是用于拋光銅的漿料，并且觀察了pH值約為3-4(酸側(cè))時的最大拋光速率。應(yīng)當指出，所用漿料不同于圖11中所使用的Cabot漿料。另一方面，圖形“D”是用于拋光鉭和氮化鉭的漿料，并且觀察了pH值約為3-4(酸側(cè))時的最大拋光速率。鉭和氮化鉭是非常硬的物質(zhì)，因此用于拋光鉭和氮化鉭的拋光速率遠低于用于拋光銅的漿料的拋光速率。
通?？梢愿鶕?jù)將被拋光的工件而可選地使用圖12和13中的漿料。
如上所述，一個或多個工件在閉合的鐘罩12中被拋光。
因為鐘罩12是氣密閉合的，所以可以通過從氣體供應(yīng)源71或72中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體而實時地改變鐘罩12中漿料的pH值。應(yīng)當指出，可以通過氣體釋放部48釋放鐘罩12中的氣體。
可以通過堿性氣體和酸性氣體改變漿料的pH值，因為鐘罩12是氣密閉合的。即，鐘罩12中的漿料不會收到外部大氣條件的影響。因為漿料的pH值可以實時地改變，所以不需要改變漿料即可改變拋光速率。即，可以使用同一種漿料執(zhí)行不同種類的拋光。可以通過改變pH值而不改變鐘罩12內(nèi)增壓氣體的壓力來控制拋光速率。另外，如圖11中所示，可以通過改變pH值和鐘罩12內(nèi)增壓氣體的壓力來控制拋光速率。
下面將參照圖14-17解釋控制拋光速率的一個實例。圖14-17顯示了將覆蓋了一層SiO2薄膜60的銅纜線植入基底中的過程。
屏障金屬層61防止銅62擴散到SiO2薄膜60中。屏障金屬層61是通過噴鍍氮化鉭(TaN)或鉭(Ta)形成的。銅層62是由例如電解鍍銅形成的。
首先，如圖15所示，使用漿料例如圖13中所示的漿料“C”對鄰近屏障金屬層61的銅層62進行拋光。當銅層62被拋光時，鐘罩12的內(nèi)部空氣壓力就會極大地增大并且pH值調(diào)整為大約為3。因此，可以使用較高的拋光速率對銅層62進行拋光。
接下來，如圖16所示，使用中等的拋光速率對銅層62進行進一步的拋光，直到屏障金屬層61暴露出來。在該拋光處理中，鐘罩12的內(nèi)部壓力略微減小至中等壓力，然后將氨氣導(dǎo)入鐘罩12中從而使?jié){料的pH值大約為6。如果使用較高的拋光速率執(zhí)行該拋光處理，那么比屏障金屬層61稍軟的銅層62就會被過度拋光，這樣拋光表面的平面度就會降低。
最后，鐘罩12的內(nèi)部壓力就返回至大氣壓，并且通過向鐘罩12內(nèi)供應(yīng)氨氣而將漿料的pH值增大到7或8。通過使用較低的拋光速率將屏障金屬層61的頂部移除。經(jīng)過此種處理，植入的纜線就可以形成較高的平面度(參見圖17)。
圖18-21顯示了拋光形成于銅纜線63上SiO2薄膜64的一個實例。應(yīng)當指出，符號65表示由例如氮化鉭制成的阻擋層。
例如，將圖12中的漿料“A”用于拋光，漿料的pH值約為7，鐘罩12的內(nèi)部壓力通過供應(yīng)氣體而增大，并且使用較高的拋光速率高效地拋光鄰近阻擋層65(參見圖19)的SiO2薄膜64。
接下來，如圖20所示，使用中等的拋光速率對SiO2薄膜64進行進一步的拋光，直到阻擋層65暴露出來。在該拋光過程中，鐘罩12的內(nèi)部壓力略微減小至中等壓力，然后將碳酸氣導(dǎo)入鐘罩12中從而使?jié){料的pH值大約為5。
最后，通過進一步向鐘罩12內(nèi)供應(yīng)碳酸氣而將漿料的pH值調(diào)整成大約為3，并且鐘罩12的內(nèi)部壓力返回至大氣壓。通過使用較低的拋光速率將阻擋層65移除。經(jīng)過此種處理，植入的纜線就可以形成較高的平面度(參見圖21)。
如上所述，可以在同一個鐘罩12高效地拋光工件而不需要更換漿料。
圖22中顯示了拋光裝置10的另一個實施例。如圖4中所示的結(jié)構(gòu)元件被指定了相同的符號，并且在此略去了對其的解釋。
在這個實施例中，純水被用作漿料，并且將堿性氣體和酸性氣體供應(yīng)到純水中從而調(diào)整漿料(水)的pH值。
純水存儲在一個純水源82中，例如存儲在水槽中。純水是經(jīng)由管84由泵83從純水源82供應(yīng)到鐘罩12的本體16中的。向管84配備了閥85。
下面將解釋在本體中制備漿料的方法。
首先，從純水源82向本體16中供應(yīng)適當量的純水。應(yīng)當指出，在制備包括拋光顆粒的漿料的情況下，還從顆粒供應(yīng)部分(未顯示)向本體16中供應(yīng)了適當數(shù)量的拋光顆粒。例如，在拋光銅薄膜的情形中，就不要求拋光顆粒。
在本實施例的拋光裝置10中，根據(jù)將被拋光的工件而選擇堿漿料或酸漿料。通過從氣體供應(yīng)源71或72中向本體16中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體，可以很容易地調(diào)整漿料的pH值。即可以通過在純水中溶解堿性氣體或酸性氣體來調(diào)整pH值。因為鐘罩12是氣密閉合的，所以可以很容易地調(diào)整pH值?？梢酝ㄟ^使用pH檢測裝置80檢測漿料的pH值，以此來調(diào)整供應(yīng)的堿性氣體或酸性氣體的數(shù)量。
另外，如果需要也可以向漿料中供應(yīng)拋光顆粒。
在本實施例中，同樣可以實時調(diào)整鐘罩12內(nèi)部的漿料的pH值。因此，可以執(zhí)行如圖14-17和圖18-21中所示的拋光過程。
首先將參照圖14-17解釋對覆蓋了一層SiO2薄膜60的植入銅纜線進行拋光的過程。
屏障金屬層61防止銅層62擴散到SiO2薄膜60中。屏障金屬層61是通過噴鍍氮化鉭(TaN)或鉭(Ta)形成的。銅層62是由例如電解鍍銅形成的。
為了拋光銅層62，將純水和酸性氣體供應(yīng)到本體16中，從而使得漿料的pH值大約為3。如上所述，如果需要的話，可以向漿料中供應(yīng)拋光顆粒。
如圖15所示，使用該漿料對鄰近屏障金屬層61的銅層62進行拋光。當銅層62被拋光時，鐘罩12的內(nèi)部空氣壓力就會極大地增大并且pH值調(diào)整為大約為3。因此，可以使用較高的拋光速率對銅層62進行拋光。
接下來，如圖16所示，使用中等的拋光速率對銅層62進行進一步的拋光，直到屏障金屬層61暴露出來。在該拋光過程中，鐘罩12的內(nèi)部壓力略微減小至中等壓力，然后將氨氣導(dǎo)入鐘罩12中從而使?jié){料的pH值大約為6。如果使用較高的拋光速率執(zhí)行該拋光過程，那么比屏障金屬層61稍軟的銅層62就會被過度拋光，這樣拋光表面的平面度就會降低。
最后，鐘罩12的內(nèi)部壓力就返回至例如大氣壓，并且通過向鐘罩12內(nèi)供應(yīng)氨氣而將漿料的pH值增大到7或8。通過使用較低的拋光速率將屏障金屬層61的頂部移除。經(jīng)過此種處理，植入的纜線就可以形成較高的平面度(參見圖17)。
在該過程中，首先制備酸性漿料，然后向酸性漿料供應(yīng)氨氣。因此，通過中和作用而在漿料中形成鹽，但是鹽并不會對拋光產(chǎn)生壞的影響。
如上所述，植入的銅纜線也可以被拋光。
若要重新執(zhí)行另一個拋光過程，應(yīng)該將漿料完全從鐘罩12中排出，使用純水清洗拋光墊，然后制備新的漿料。在本實施例中，可以通過在純水中只溶解堿性成分或酸性成分來形成漿料。如果需要的話，可以包括拋光顆粒。因此，拋光墊可以很容易地清洗，并且新的漿料可以在非常短的時間內(nèi)制備。
因此，可以縮短拋光過程的周期時間，并且可以改善拋光效率。
隨后將參照圖18-21解釋對形成于銅纜線63上的SiO2薄膜64進行拋光的另一個實例。應(yīng)當指出，符號65表示由例如氮化鉭制成的阻擋層。
如上所述，用于拋光SiO2薄膜64的適當?shù)臐{料pH值大約為7。漿料是通過向本體16中供應(yīng)純水制備的。因為使用包括拋光顆粒的漿料可以很好地對SiO2薄膜64進行拋光，所以可以從顆粒供應(yīng)部分向漿料中供應(yīng)拋光顆粒。
為了使用該漿料拋光鄰近阻擋層65(參見圖19)的SiO2薄膜64，可以通過供應(yīng)氣體而增大鐘罩12的內(nèi)部壓力，并且使用較高的拋光速率高效地拋光SiO2薄膜64。
接下來，如圖20所示，使用中等的拋光速率對SiO2薄膜64進行進一步的拋光，直到阻擋層65暴露出來。在該拋光過程中，鐘罩12的內(nèi)部壓力略微減小至中等壓力，并且將碳酸氣導(dǎo)入鐘罩12中從而使?jié){料的pH值大約為5。
最后，通過進一步向鐘罩12內(nèi)供應(yīng)碳酸氣而將漿料的pH值調(diào)整成大約為3，并且鐘罩12的內(nèi)部壓力返回至例如大氣壓。通過使用較低的拋光速率將阻擋層65移除。經(jīng)過此種處理，植入的纜線就可以形成較高的平面度(參見圖21)。
如上所述，可以在同一個鐘罩12高效地拋光工件而不需要更換漿料。
在執(zhí)行另一個拋光過程時，可以將漿料完全更換。在這種情形下，同樣，漿料也可以很容易地制備。
在本發(fā)明中，可以向鐘罩12中供應(yīng)一種中性氣體，例如臭氧、氧氣、碳酸氫鹽氣體，從而代替堿性氣體和酸性氣體用作制備漿料的氣體。在這種情形下，中性氣體并不是從氣體供應(yīng)源71和72中供應(yīng)的，而是從增壓裝置47中供應(yīng)的，該中性氣體用作制備漿料和用于增大鐘罩12內(nèi)部壓力的氣體。
本發(fā)明可以包含在其它特定形式中而不脫離其精神和主要特性。因此，本實施例在各方面均被視為示意性的而非限制性的，由所附權(quán)利要求書而非前述描述指示的本發(fā)明，和在權(quán)利要求的等價意義和范圍內(nèi)的所有改變因此均落入權(quán)利要求書所包含的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種拋光裝置，包括
壓力容器，具有打開或關(guān)閉所述壓力容器的蓋；
在所述壓力容器中配備的拋光板；
在所述拋光板上配備的擠壓板，所述擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在所述拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上；
相對于所述擠壓板移動所述拋光板從而拋光工件的一個驅(qū)動裝置；
連接到所述壓力容器上的一個氣體供應(yīng)源，所述氣體供應(yīng)源向所述壓力容器中供應(yīng)一種堿性氣體或一種酸性氣體；
從所述壓力容器釋放所供應(yīng)氣體的一個氣體釋放部；和
向所述拋光板上供應(yīng)漿料的一個漿料供應(yīng)裝置，
其中，通過在漿料中溶解堿性氣體或酸性氣體來調(diào)整漿料的pH值。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光裝置，其特征在于，
還包括一個壓力源，用于向所述壓力容器中供應(yīng)或從所述壓力容器中抽吸與堿性氣體和酸性氣體不同的增壓氣體，從而增大或減小所述壓力容器的內(nèi)部壓力。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光裝置，其特征在于，
還包括用于檢測漿料的pH值的pH檢測裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的拋光裝置，其特征在于，
還包括用于檢測漿料的pH值的pH檢測裝置。
5.一種拋光裝置，
包括
壓力容器，具有打開或關(guān)閉所述壓力容器的蓋；
在所述壓力容器中配備的拋光板；
在所述拋光板上配備的擠壓板，所述擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在所述拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上；
相對于所述擠壓板移動拋光板從而拋光工件的一個驅(qū)動裝置；
連接到所述壓力容器上的一個氣體供應(yīng)源，所述氣體供應(yīng)源向所述壓力容器中供應(yīng)一種堿性氣體或一種酸性氣體；
從所述壓力容器釋放所供應(yīng)氣體的一個氣體釋放部；和
向所述拋光板上供應(yīng)純水的一個純水供應(yīng)裝置，
其中，通過在純水中溶解堿性氣體或酸性氣體以將純水用作漿料而來調(diào)整純水的pH值。
6.如權(quán)利要求5所述的拋光裝置，其特征在于，
還包括一個壓力源，用于向所述壓力容器中供應(yīng)或從所述壓力容器中抽吸與堿性氣體和酸性氣體不同的增壓氣體，從而增大或減小所述壓力容器的內(nèi)部壓力。
7.如權(quán)利要求5所述的拋光裝置，其特征在于，
還包括用于檢測純水的pH值的pH檢測裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的拋光裝置，其特征在于，
還包括用于檢測純水的pH值的pH檢測裝置。
9.一種用于在拋光裝置中拋光工件的方法，該拋光裝置包括壓力容器，它具有打開或關(guān)閉所述壓力容器的蓋；在所述壓力容器中配備的拋光板；在所述拋光板上配備的擠壓板，所述擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上；相對于所述擠壓板移動所述拋光板從而拋光工件的一個驅(qū)動裝置；連接到所述壓力容器上的氣體供應(yīng)源，所述氣體供應(yīng)源向所述壓力容器中供應(yīng)一種堿性氣體或一種酸性氣體；從所述壓力容器釋放所供應(yīng)氣體的氣體釋放部；和向所述拋光板上供應(yīng)漿料的漿料供應(yīng)裝置，
所述方法包括下列步驟
從所述氣體供應(yīng)源向所述壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體，從而調(diào)整漿料的pH值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，
還包括下列步驟使用壓力源向所述壓力容器中供應(yīng)或由此抽吸與堿性氣體和酸性氣體不同的增壓氣體，從而增大或減小所述壓力容器的內(nèi)部壓力。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括使用pH檢測裝置檢測漿料pH值的步驟。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，
還包括使用pH檢測裝置檢測漿料pH值的步驟。
13.一種用于在拋光裝置中拋光工件的方法，該拋光裝置包括壓力容器，它具有可以打開或關(guān)閉所述壓力容器的蓋；在所述壓力容器中配備的拋光板；在所述拋光板上配備的擠壓板，所述擠壓板將已經(jīng)設(shè)置在所述拋光板和擠壓板之間的工件擠壓到拋光板上；相對于所述擠壓板移動拋光板從而拋光工件的一個驅(qū)動裝置；連接到所述壓力容器上的一個氣體供應(yīng)源，所述氣體供應(yīng)源向所述壓力容器中供應(yīng)一種堿性氣體或一種酸性氣體；從所述壓力容器釋放所供應(yīng)氣體的氣體釋放部；和向所述拋光板上供應(yīng)純水的純水供應(yīng)裝置，
所述方法包括下列步驟
從所述氣體供應(yīng)源向所述壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體從而調(diào)整純水的pH值并且將純水用作漿料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟使用壓力源向所述壓力容器中供應(yīng)或由此抽吸與堿性氣體和酸性氣體不同的增壓氣體，從而增大或減小所述壓力容器的內(nèi)部壓力。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括使用pH檢測裝置檢測純水pH值的步驟。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，
還包括使用pH檢測裝置檢測純水pH值的步驟。
全文摘要
拋光裝置能夠改變漿料的pH值以調(diào)整拋光速率并且使用較高的平面度拋光工件。該拋光裝置包括壓力容器；在壓力容器中配備的拋光板；將工件擠壓到拋光板上的擠壓板；相對于擠壓板移動拋光板從而拋光工件的驅(qū)動裝置；向壓力容器中供應(yīng)堿性氣體或酸性氣體的氣體供應(yīng)源；從壓力容器釋放所供應(yīng)氣體的氣體釋放部；以及向拋光板上供應(yīng)漿料的漿料供應(yīng)裝置?？梢酝ㄟ^在漿料中溶解堿性氣體或酸性氣體來調(diào)整漿料的pH值。
文檔編號B24B37/04GK1644317SQ20041008205
公開日2005年7月27日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者土肥俊郎, A·菲里迫西安, D·德那笛斯 申請人:土肥俊郎, 不二越機械工業(yè)株式會社