CN103918063A - 化学机械抛光后清洁装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于清洁诸如用于基板的化学机械抛光后的基板的刷子，使用非对称结节或具有变化的空间、尺寸、特征以及密度的结节以提供改善的基板清洁。

Description

化学机械抛光后清洁装置及方法

本申请要求申请号为61/539,342、提交日为2011年9月26日提交的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明大体上涉及基板的化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）。更具体地，本发明涉及用于在化学机械抛光后清洁基板的刷子。

背景技术

通过在晶圆（wafer）上依次沉积导电层、半导电层、绝缘层，可以将集成电路（Integrated Circuit）形成在半导体基板上，尤其是形成在硅晶圆上。在每一层被沉积后，电路特征可以被蚀刻上。在一系列层被沉积以及被蚀刻后，基板的最上表面也许变得越来越不平坦。不平坦的表面可以在集成电路制造工艺的光刻步骤中引起问题。如此这样，有必要周期性地使半导体基板表面平坦化。

镶嵌（damascene）是这样以下一种工艺，在该工艺中，通过隔离电介质来形成金属互连线。在镶嵌工艺中，互图形首先被印刷限定在电介质层中，并且随后沉积金属以填充引起的沟槽。可以通过化学机械抛光（平坦化）来移除多余金属。化学机械抛光（CMP）也被称为化学机械平坦化，指的是通过出于表面平坦化和限定金属互连图形的目地而执行的化学机械抛光来将固体层移除的方法。双镶嵌是镶嵌工艺的改进版本，其使用CMP工艺而非金属蚀刻来用于形成金属互连几何图形。在双镶嵌工艺中，两个夹层的电介质图形化步骤和一个CMP步骤产生以下图形：当使用传统镶嵌工艺时，其另外需要两个图形化步骤和两个金属CMP步骤。

在典型的CMP操作中，接收化学反应的研磨液的旋转抛光垫被用于抛光基板的最外表面。基板定位在抛光垫的上面并且通过扣环保持在适当位置。典型地，基板和扣环安装在承载件或抛光头上。通过承载件头将控制力施加在基板上以将基板压靠在抛光垫上。横跨基板表面的抛光垫的移动引起材料从基板的面被化学移除以及机械移除。

抛光后，传统上经由诸如刷子的擦洗设备将研磨液（slurry）残留物从基板表面清洁掉或擦洗掉。美国专利号4,566,911公开了一种带有齿轮形构造的清洁刷子辊子，其具有与辊子轴线成0度至90度角的多个平行凹槽并且还公开了圆形突出部、椭圆形突出部、矩形突出部、或钻石形突出部等等并且具有占整个表面积15%至65%的突出部的总计表面积。CMP后的清洁刷子可以由泡沫形成。在从基板清除颗粒污染物的清洁工艺期间，当辊子在旋转并且与基板接合时，可以通过泡沫辊子刷子将流体向外喷射。

这种刷子典型地由聚乙烯醇组成。当刷子旋转并且研磨液被供应到基板表面时，为了移除颗粒必须施加一定水平的机械力。然而，这种基板是易碎的，并且如果机械力太大的话，这可能引起对基板的划伤或其它损害。因此，有需要提供CMP后的抛光装置，该装置优化清洁基板所需的力的量同时减少具有损害基板的多余力的可能性，有效地使力常态化。

图1A至图1D描绘了现有技术中的CMP后清洁刷子10，其可以被称为标准刷子。刷子10包括沿刷子全部长度的等同清洁结节14（nodule），以便利用相同形状的结节来清洁基板12的中心部分和基板12的边缘部分。如在图1B、图1C、图1D中可以看到的，使用时这种刷子10可能导致仅一部分结节14接触基板12的外部边缘16。参考图1D，基板12接触结节14的拐角19，在拐角19处，结节14的侧表面15和结节的顶表面或外表面17会合。结节和基板16之间的这种局部边缘接触可在使用期间使结节14变形或破裂并且可导致基板端部区域的不完整或不均匀的清洁以及对基板的损害。结节14的平顶表面17与结节14的侧表面15成直角会合以形成在结节14的顶表面17的周围延伸的尖锐边缘13。因此，当刷子10旋转并且结节14的行依次与基板12接触时，与基板12接触的结节14的第一部分是尖锐直角边缘13。这些尖锐边缘13和基板12之间的接触可能导致被施加到基板上的多余力并且因此损害基板12。此外，随后过渡到与结节的全接触的、与结节拐角的接触可能引起结节的折叠或其它不均匀压缩，这可能并非最优化地执行。此外，应当理解的是这种初始拐角接触可以在拐角上引起额外的、减少刷子使用寿命的磨损。

除了在基板边缘处的刷子接触之外，随着刷子/基板界面位置的变化，在基板中刷子/基板接合的特性发生变化。此外，如在现有技术图1A和图3中最佳示出的，当基板在旋转时圆柱形刷子旋转，并且圆柱形刷子沿基板圆形足迹的直径、半径、或者弦延伸。典型地，刷子基板与结节接触并其该接触处于以下区域中，该区域被指定为具有显著小于刷子直径的宽度的接触条带。当然，整个“条带”在任何时刻都不与基板接合，仅结节位于条带中。另外，由于基板在旋转，因此条带恒定地在基板上移动。横跨基板旋转中心的条带将有效地保持与基板的连续地接触，也就是说，条带内的结节将进入以及离开条带（由于刷子的旋转），但是条带从未离开基板中心。在基板的边缘处，当基板旋转时条带将即刻地在任意特定区域处接合。相应地，每基板单位面积的刷子/基板接触在基板中心处为最大，并且在某种程度上，结节如图1a那样被均匀成形以及均匀设置，每基板单位面积的刷子/基板接触将沿条带朝向基板边缘而减少。

传统上关于结节与基板的接合，初始是前部拐角或“高地”（plateau）边缘，其作出接触，随后接触过渡到大部分高地表面，并且随后与基板的接触结束时再过渡到后缘。当刷子旋转时，从结节的初始接触到“常态位置”的阶段，当结节被定位与基板垂直定向、以及其中基板位于与刷子切向定向时，刷子的结节被压缩。从常态位置到脱离位置，结节处于解压缩模式，也就是说，结节向外径向展开。

此外，由于基板上的刷子/结节界面的位置，刷子/结节/基板接合的特性将变化。例如，由于基板上的点或部分的不同速率，依赖于距基板旋转中心的距离，与距基板中心更远的基板部分的相对速率相比，与刷子的接触时间以及相对于刷子靠近基板中心的基板部分的相对速率将变化。不同的相对速率可以引起不同材料的移除率或移除特性。此外，例如，由于如上所述，刷子提供以下接触区域，该接触区域实际上是其宽度横跨基板的条带，因此与距中心更远的区域相比，靠近中心的基板特定区域将与条带接合更多时间（每个旋转或每个工艺间隔）。这些不同的接合特性在此之前还没有被提出或被充分地提出。

当然，可期望的是在CMP操作期间将材料均匀地及最优地从基板移除。有利地在于提供刷子以满足或弥补不同的刷子/基板界面特性，该界面特性跨基板存在并且使形状最优化以利用与基板接触的单个结节的接触阶段以及结节的相关压缩和解压缩。

发明内容

本发明为CMP后清洁刷子，其可用于清洁诸如半导体晶圆、硬盘、平坦面板等等的各种基板。CMP后清洁刷子具有多个结节，结节布置成从圆柱形基部部分向外前部并且在刷子周围周向延伸。结节可以具有非对称构造，该非对称构造包括结节的基板接合表面的前缘，该前缘不同于后缘并且其是弯曲的或是圆形的。为了提供最优的清洁性能，结节可以被定位、被成形、和/或被布置以使得它们被适于它们在基板上的相应接合位置（例如，距中心的距离或距基板边缘的距离）。结节的定位、成形、和/或布置可以从基板中心到外部边缘连续变化或可以具有多个分组，例如结节的三个分组，其中每个分组中的成员具有相同的定位、形状，和/或布置，并且分组从刷子与基板中心接合的地方（典型为圆柱形刷子中心）至刷子与基板的外部区域接合的地方（典型为刷子的外部边缘）变化。例如，与接触具有更大速率的晶圆外部部分的结节相比，接合较小速率的晶圆中心的刷子上的结节的尺寸可以更大，具有更大的接触表面积。这使晶圆所有部分具有的擦洗的相对数量常态化，针对晶圆的每一部分，这是刷子与晶圆接合时间量。

另一实例，结节的形状可以取决于其在刷子上的位置而不同，这是因为与朝向晶圆中部相比，在晶圆边缘处的结节晶圆接触将处于更高的相对速率，朝向中部的结节可以被更显著地成形为增强擦洗动作。“更显著”的形状可以包括不同形状，诸如更宽的前缘或者从海绵块的基部部分向外径向延伸更远的结节或者结节锥度上的变化。

此外，基于结节在刷子上的位置（该位置与其在基板上的位置相关联），结节可以在它们径向延伸的距离上具有变化。

当结节在轴向方向（相对于圆柱形刷子的轴线）上看去时，结节可以具有边缘或拐角以及后缘或在其二者间的表面，该表面实质上可以是平坦的或具有凸起的曲率。在实施例中，前部拐角比尾部拐角更靠近圆柱形基部部分。在实施例中，尾部拐角比前部拐角向外径向延伸更远。在实施例中，如沿结节测量的尾部拐角和圆柱形部分之间的距离大于如沿结节测量的前部拐角和圆柱形基部部分之间的距离。在本发明的实施例中，拐角之间的表面可以被构造为使得与传统圆柱形结节的前部拐角相比，当刷子旋转时所述表面首先接触基板。在实施例中，前部拐角和尾部拐角之间的所述表面可以实质上是平坦的并且形成角度为使得实质上在前部拐角和尾部拐角之间的所有表面同时接合。在被认为是提供了加强的清洁的接合循环的压缩部分期间，这提供了更多的结节表面积接触。此外，在解压缩期间，结节和基板之间的接触的分离发生很快。

在本发明的实施例中，圆柱形刷子上的结节被构造为并且刷子和基板接合被设置为使得结节与基板的接触相对于清洁基板被最优化并且被加强。

在本发明的实施例中，圆柱形刷子上的结节被构造为并且刷子和基板接合被设置为使得在压缩弧期间结节与基板的接触被加强。

在本发明的实施例中，圆柱形刷子上的结节被构造为并且刷子和基板的接合被设置为使得与传统圆柱形结节相比，在压缩弧期间结节与基板的接触被增强。在本发明的实施例中，圆柱形刷子上的结节被构造为并且刷子与基板的接合被设置为使得与传统圆柱形结节相比，在压缩弧期间结节与基板的接触被减弱。

本发明的另一实施例是一种CMP后清洁半导体晶圆表面或其他基板表面的方法。该方法包括：使旋转基板的表面与具有多个结节的旋转的圆柱形泡沫辊子接合。可以以在刷子周围周向延伸的轴向行布置结节并且结节可以具有以下非对称构造，该非对称构造包括为弯曲或圆形的基板接合表面的前缘。在一些实施例中，一对辊子刷子可以将基板和与基板顶侧接合的第一刷子接合以及将基板和与基板底侧接合的第二刷子接合。在这样的实施例中，为了与旋转基板的每侧会合，刷子可以在相对方向上旋转。因此，第一刷子的非对称结节的基板接合表面可以位于第二刷子的结节的基板接合表面的相对侧上。与底侧上的刷子相比，顶侧上的刷子可以被构造得不同，也就是说，与基板的上表面接合的刷子的结节可以被成形、定位、和/或设置为与底侧接合的刷子的结节不同。

本发明实施例的另一特征和益处是具有结节的刷子，其中与在刷子边缘区域处的结节相比，在刷子的中心区域中的结节具有更小的基板接触面积。与边缘区域相比，这在基板中心区域处在结节和基板之间提供了更多数量的接触（这具有与刷子接触的更多持续时间），这是因为相比于离中心更远的情况，靠近中心的每基板旋转的表面积更小。这使基板边缘区域的清洁最优化同时使由于与刷子的多余接触引起的对中心区域损害的可能性最小化。

在实施例中，CMP后清洁刷子被构造为容纳沿旋转基板的半径存在的不同速率。在实施例中，沿刷子长度，与刷子的中心区域处的结节相比（其接合对应于基板中部的基板的更慢移动部分），刷子可以在边缘区域处具有不同构造的结节（其接触基板的更快移动部分）。刷子可以包括在中心区域具有更小基板接触面积的结节，与在边缘区域处相比，结节更频繁地与基板接触。此外，结节的密度，也就是说在刷子的圆柱形表面上每单位面积的结节数量，可以相对于基板上的、特定结节与基板接合的地方（距中心或基板边缘的距离）变化。例如，海绵部分的更大密度将与晶圆的中心接合。此外，刷子圆柱形表面上的每单位面积的接合的表面积的量可以取决于基板上的位置而变化（从基板中心或基板边缘测量的距离）。例如，朝向晶圆中心的接合的更多表面积可以是有益的。

本发明实施例的特征和益处是提供了具有圆形基板接合表面的结节，该圆形基板接合表面为结节的第一部分以在刷子旋转时与诸如基板的基板接合。与直角或“尖锐”的接合表面相比，圆形基板接合表面向基板施加更多分布力并且因此从与结节的接触中减少了对基板损害的可能性。

本发明实施例的另一特征和益处在于非对称的结节允许具有弯曲接合表面的更薄结节被提供。当与基板接触时更薄结节更容易变形并且因此更少的力被给予到基板上。

本发明实施例的进一步的特征和益处是具有台阶式后表面的非对称结节。台阶式后表面允许结节具有更薄的接合部分同时具有更厚的基部部分。因此当结节与基板接合时，结节可以更容易地变形，但是基部部分提供更坚固的基部以防止结节太容易地变形。

非对称布置例如台阶式布置可以通过允许结节的最多提升部分的受控折叠来提供与基板的更均匀的接合力，在实施例中，结节可以折叠以随后位于该结节另一肩部上或刷子的圆柱形的表面上。

在某些应用中，可以有益地的是通过结节来提供多个边缘接合，这针对特定的研磨液而言，清洁可以更有效地操作，在这种情形下，非对称结节可以被构造为当结节旋转经过基板时，呈现多于一个的边缘与基板接合。这种结节可以具有双峰。

附图说明

图1A是现有技术的CMP后清洁刷子和基板（虚线圆）的示意图；

图1B是图1A的刷子和基板的边缘部分的局部视图；

图1C是图1A的刷子和基板的边缘部分的局部视图；

图1D是图1A的刷子和基板的边缘部分的局部视图；

图2是现有技术的另一CMP后清洁刷子。

图2a是现有技术的CMP后清洁工艺中的刷子的示意性横截面图；

图3是根据本发明实施例的刷子的主视图；

图3a是图3的刷子的侧视图；

图3b是图3和图3a的刷子的结节的详细视图；

图4a和图4b是根据本发明实施例的非对称结节的侧视图；结节关于正交于页面的垂直平面是非对称的；在圆柱形刷子上，这通过圆柱形刷子的轴线和结节而转换到平面；这些结节可以在顶部结构下具有圆柱形或椭圆形基部；

图5a是非对称结节的俯视图，该非对称结节在一侧上的曲率半径比在另一侧上的曲率半径更大；通过结节的虚线代表延伸通过圆柱形刷子的轴线的平面，并且在该平面周围，结节是非对称的，虚线的箭头表明示例性的旋转方向。

图5b是图5a的沿线5b－5b的结节的侧视图；

图6至图9是根据本发明实施例的非对称结节的侧视图；结节至少在正交于页面的垂直平面的周围是非对称的；在圆柱形刷子上，这通过圆柱形刷子的轴线以及通过结节而转换到平面；箭头表明圆柱形刷子的示例性旋转方向，其中各个结节是分离的；

图10至图12是根据本发明实施例的具有提供圆形基部的圆形足迹的非对称结节的立体图；

图13至图15是根据本发明实施例的具有矩形足迹的非对称结节的立体图；

图16至图19是根据本发明实施例的具有圆形足迹的非对称结节的立体图，这些足迹也可以是椭圆形的；

图20是根据本发明实施例的CMP后清洁工艺；

图21示出了根据本发明实施例的基板上的刷子的结节接触区域；

图22a和图22b是示出了在结节弯曲侧上初始接合基板表面的非对称结节的示意性横截面视图；

图23a和图23b是示出了在结节弯曲侧上初始接合基板表面的非对称结节的示意性横截面视图，其中弯曲侧折叠到结节的肩部上；

图24a至图24e是示出了在结节弯曲侧上初始接合基板表面的非对称结节的示意性横截面视图，其中在基板接触的压缩阶段期间在该弯曲侧提供了加强的接触；以及

图25是根据本发明实施例的在基板上的刷子的俯视图，其中，结节尺寸朝向基板边缘以及刷子端部增加；为了画图简易，仅示出两行结节，但应该了解的是示出的图形在圆柱形基部周围圆周地重复；

是图26是根据本发明实施例的基板上的刷子的俯视图，其中，结节密度朝向基板边缘以及刷子端部增加；为了画图简易，仅示出结节的两个轴向行，但应该了解的是示出的图形在圆柱形基部周围圆周地重复。

具体实施方式

然而描述了多种组合和方法，应该了解的是本发明并非限制描述的特定组合、设计、方法或协议，因为这些可以变化。还应该了解的是说明书中使用的术语仅是为了描述特定版本或者实施例的目地，并且并非试图限制本发明的仅由所附权利要求来限制的保护范围。术语“突出部”和术语“结节”可以被交叉使用以描述此处描述的CMP后清洁刷子的特征，这对本领域技术人员是公知的。此处的基板为晶圆或诸如平坦面板、太阳能面板等的其它基板。

根据本发明实施例的结节在与页面正交的垂直平面的周围是非对称的。在圆柱形刷子上，这依赖于刷子的轴线以及通过结节的中心而转换到平面。

图2描绘了现有技术的CMP后清洁刷子20。刷子20包括具有圆形的标准中心结节22以及边缘结节24，边缘结节24包括对应于晶圆边缘或其它待清洁基板边缘的轮廓或外形。中心结节22和边缘结节24包括尖锐边缘23，在尖锐边缘23处，平坦顶面27，17与侧面25，15形成直角。这个刷子从端部到端部不具有圆柱形形状。

图2和图2a描述了现有技术的CMP后清洁工艺，包括在具有多个圆柱形结节34的一对清洁刷子30之间定位基板32，其中多个圆柱形结节34被定位在刷子圆周周围的轴向行中。基板32如通过箭头36示出那样旋转并且刷子30如通过箭头38示出那样在相反的方向上旋转。因此，当刷子30旋转时，通过结节30的顶面37和侧面35之间的交叉形成的结节34的尖锐边缘33首先接触基板32。当刷子30旋转时随后接触基板32的这些尖锐边缘33针对保护以及清洁基板不是最优的。

可以相信的是，可以借助于非均匀的或非对称的结节图形，来使得用于使用化学机械平坦化后的清洁刷子（CMP刷子）来清洁基板的机械力被更好地最优化。非对称结节、例如以下结节被认为提供了有益的清洁，该结节具有在其处结节接触基板的弯曲部分或圆形部分，并且在不接触基板的后缘上具有不同构造。此外，当圆形基板围绕中心轴线旋转时，对沿轴向长度的结节密度进行变化可以补偿旋转基板上固有的不同相对速率和擦洗时间。例如，图1a中基板中心将以最大恒定的擦洗来接合旋转刷子以及靠近晶圆外部边缘的、相对来说不频繁地与刷子接合的区域。在本发明的实施例中，结节可以关于轴向延伸通过刷子和通过圆柱形基部轴线的平面是非对称的，并且可以沿刷子轴线长度具有变化的密度。

参考图3至图3b，刷子40具有带有两个相对端部44、46的圆柱形基部42、轴线48、外部圆柱形表面50、以及从外部圆柱形表面延伸的多个结节52。如在图3a中最好看到的，每个结节关于轴向延伸通过刷子以及通过刷子轴线48的平面55是非对称的。刷子具有如通过箭头60表明的预期旋转方向以及前缘62和后缘64。在本实施例中，前缘具有由结节的外部圆柱形表面68和顶面70限定的前缘角66。后缘角72被相似地限定并且大于前缘。每个结节具有相对于圆柱形基部42或圆柱形表面50的中心轴线74及最大高度点76。刷子具有两个相对轴向端部行78、80。

现在参考图4a至图19，根据本发明的实施例，可以看到多个非对称结节的表示。图4a、图4b、图12描绘了根据本发明实施例的、具有基板接合表面109、119的结节100、110，其中，基板接合表面109、119包括顶面107、117和在前侧表面105、115及顶面107、117会合处形成的圆形的前缘103、113。顶面107具有平坦或圆形的构造。当结节100在沿此处描述的刷子周围分散并且旋转以清洁基板时，圆形的或弯曲的前缘103、113是结节100、110的第一部分以接触基板，这减少了针对由尖锐前缘引起的多余力的可能性。箭头表明了圆柱形基部的预期旋转方向（在特定实施例中结节从其延伸）。在可选实施例中，圆柱体可以相反地旋转。

图4a的结节具有前缘62，前缘62具有实质上比后缘64的曲率半径r2更大的曲率半径r1。

结节110比结节100可以具有更小的宽度或周长高度比。这允许110更容易变形并且因此将每节点更低的机械力提供到基板上，以降低划伤基板的可能性。在一个实施例中，与具有更厚结节110的刷子相比，使用这种结节110的CMP后刷子可以具有更多数量的节点110。

根据本发明进一步的实施例，图6和图11描绘了结节120。本质上圆柱形或有锥度的圆柱形基部以及具有带有切口（cutout）部分128的穹顶121.1。结节120具有沿前缘123和顶面127从前侧表面125延伸的弯曲的或圆形的基板接合表面129。结节120还包括台阶124和台阶式尾部或者后部表面126。与结节110相似，台阶式结节120提供更薄的基板接合部分122，这将更容易地变形以减少对基板损害的可能性。台阶式后部表面126提供更宽的基部部分121，然而，这提供更坚固的基部，以防止结节120太容易地变形并且不施加足够的力来清洁基板。接合部分122可以具有可变宽度，这些部分的宽度可以被选择以向基板供应适合的力。

图7、图8、图18、图9和图19描绘了根据本发明实施例的节点。图7、图8、图9和图19将具有尖锐拐角131、141、151,151.1的结节130、140、150、描绘为在结节130、140、150的后侧136、146、156上的基板接合表面139、149、159的前缘以及弯曲的或圆形的后缘133、143、153。在其它实施例中，旋转方向可以是反向的。

图8和图18描绘了结节140，其具有前部尖锐边缘141以及从结节140的后侧146始终延伸到结节140的前侧145的弯曲或圆形的基板接合表面149。图9和图19描绘了结节150，其具有在结节150的后侧156上的弯曲的或圆形的表面159以及台阶式初始接合部分155以及台阶式前表面155。虽然将结节描绘为具有圆形基部或足迹，但结节可以具有多种其它的构造，比如如图10A至图10F示出的矩形或正方形、卵形、三角形或其它形状。

图20描绘了根据本发明实施例的用于在基板201上执行CMP后清洁工艺的***200，***200包括第一刷子或顶部CMP后刷子210以及第二刷子或底部CMP后刷子220。每个刷子具有流体流动腔体190、多孔圆柱形基部192以及从流体流动腔体190延伸到多孔圆柱形基部192的流动管路（flow conduit）194。在这个实施例中，流动管路具有与圆柱形基部及结节的多孔泡沫一体的多孔泡沫。当基板201在由206表示的方向上旋转时，第一刷子210与基板201的顶侧或前侧202接合并且第二刷子220与基板201的底侧或者后侧204接合。第一刷子210在方向212上旋转并且在刷子210圆周的周围具有在轴向行对齐的多个非对称结节214。第二刷子220在相对方向222上旋转并且在刷子210圆周的周围具有在轴向行对齐的多个非对称结节224。因此，两个刷子都朝向旋转基板旋转。结节214、224的每一组都被构造为以使得结节214、224的弯曲的或圆形的基板接合表面219、229包括将首先接触基板201的结节的前部部分。在一些实施例中，仅顶部刷子210或底部刷子220中的一个包括非对称结节并且另一个可以使用标准对称结节（例如具有圆形接合表面）。

当旋转刷子被用于清洁旋转基板时，如参考图1A可以更清楚地看出那样，由于边缘区域必须旋转更大的距离以达到刷子的相对侧，因此在基板旋转时基板中心部分与基板边缘区域相比将具有与刷子更频繁的接触。如此这样，使用具有刷子整个长度的相同接触面积量的结节可以导致两个不期望结果中的一个。如果基板的中心区域被充分地清洁，则由于与刷子减少的接触，基板边缘区域可能不被充分地清洁。然而，如果边缘区域被充分地清洁，则由于与刷子增加的接触引起的与刷子的摩擦和多余接触造成中心区域损害。

图21及图24a至图24e示出了在基板312上的刷子310的外形392以及刷子/基板接触的实际区域393。注意到由于结节顶面的形状和角度，结节的初始接合实质上是通过更大接触圆形面积394来表示的结节的整个顶面。当刷子旋转时，接触区域通过接触区域393的中心线399保持很大。当刷子进一步旋转时接触区域396此时快速减少并且就在脱离之前是非常小的。当刷子及基板都旋转时，刷子/基板接合区域393不是固定在刷子上或基板上，而是处于刷子下面的或靠近刷子的静态区域，这取决于刷子基板的方位。

参考图25，刷子410可以在刷子靠近轴向中心c的中心区域412处设置有与基板中心区域414接合的更小足迹和接触表面的结节，以减少结节和基板中心区域之间的接触，并且与旋转基板的外部区域416接合的朝向刷子外部区域的结节可以具有比在诸如轴向中心c的中心区域中的结节更宽更大的直径以及更大的接触面积。这种分布可以允许跨基板的刷子的更均匀接触，这导致了基板边缘区域的最优化清洁同时使通过多余刷子针对基板接触引起的对基板中心区域损害的可能性最小化。这种分布是在于面密度的变化并且是梯度的。每个结节具有足迹，其中足迹连接圆柱形基部，并且具有足迹面积。通过由特定区域的相应圆柱形面积来划分的特定区域的累积足迹面积来定义面密度。在一些将刷子的中心区域和外部轴向区域进行比较的实施例中，面密度可以改变超过30%。在一些实施例中，超过50%。在相对的外部行417、418中间，这些面密度可以被合适地采用。

参考图26，刷子510可以设置有更低的结节密度，与外部区域516相比，更低的结节密度在基板中心区域514处提供更少的接触表面以减少与外部区域相比在中心区域处的接触。这种分布可以允许跨基板的刷子的更均匀接触，这导致了基板边缘区域的最优化清洁同时使针对基板中心区域损害的可能性最小化。这种分布是通过使在相对端部行中间的圆柱形基部的数密度变化来表示的梯度。结节的数密度被定义为圆柱形基部的每圆柱形单位面积的结节数量。如所示的，数密度沿刷子从两个相对端部行517中的一个至两个相对端部行518中的另一个轴向变化。示出了：在端部处密度较高，在此基板不频繁地与刷子接合，而在轴向中心c处（中部）密度较低，在此基板频繁地与刷子接合。

在另一实施例中，中心区域可以利用台阶减少结节并且边缘区域可以利用全部尺寸结节。虽然描述为使用非对称结节，但刷子还可以使用诸如具有圆形或平坦顶面的对称结节。在另一实施例中，结节密度和结节尺寸都可以依赖于在刷子上的位置而变化。在一些情形下，由于轴向外部行因基板边缘的接合而具有不同的形状以及尺寸，所以轴向变化的结节的形状和尺寸的变化在特定实施例中从所述外部轴向行的横向内侧被合适地考虑。

在一些实施例中，刷子可以具有沿轴向长度变化的结节的密度以及具有也是沿轴向长度变化的单个的结节表面接合面积。由于轴向外部行在一些情形下因与基本边缘的接合而具有不同的形状并且和尺寸，所以轴向变化的结节密度在实施例中从所述外部相对轴向端部行的横向内侧被合适地考虑。

在一些实施例中，泡沫的密度和/或多孔率诸如在结节处可以变化。例如，与在从基部延伸的圆柱形表面处相比，结节可以在它们向外暴露的表面处具有更大的多孔率。

在一些实施例中，将在刷子相应对半上的结节的尺寸、特性、密度中考虑以下事实：在刷子的一半上，基板与刷子在相同方向上旋转，在刷子另一半上，刷子与基板在相反方向上旋转，以提供不同的相对接合速率范围。例如，与和抵靠结节旋转的刷子的一半相比，与基板旋转的刷子的一半可以具有结节的更大结节范围以提供稍微更大的擦洗动作。

现有技术专利公开了适于使用具有此处公开的多种发明实施例的特定的构造、构想、结构、***、工艺以及方案。特定的专利和公开物通过此处引用的方式为美国专利号7,984,526；6,299,698；6,240,588；5,875,507；4,083,906；5,311，634；以及5,554,659；5,675,856；以及美国专利公开号2009-0044830A1，国际公开号No.Wo2011/103538。

尽管已示出了体现本发明方面的多个示例性制品、组分、装置、方法，当然，应当理解的是本发明并非限于这些实施例。本领域技术人员尤其是按照在先的教导可以作出修改。例如，一个实施例的组件和特征可以被代替用于另一实施例对应的组件和特征。进一步地，本发明可以以任意结合或再结合的方式包括这些实施例的多个方面。

Claims (20)

1.一种用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，所述刷子具有圆柱形基部，所述圆柱形基部具有轴线以及一对端部，所述圆柱形从端部延伸到端部，并且多个结节从所述圆柱形基部延伸并且与其成一体，所述刷子具有预期旋转方向，由此每个结节具有前侧和后侧，所述圆柱形基部和结节包括一体的多孔泡沫结构，所述多个结节的每个都具有以下形状，所述形状相对于中心地延伸通过每个相应结节和通过所述圆柱形基部轴线的径向和轴向延伸平面是非对称的。

2.根据权利要求1所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述多个结节的每个具有朝向所述预期旋转方向定向的弯曲的前缘以及相对的后缘，并且其中所述后缘具有最小曲率半径并且所述前缘具有最小曲率半径并且所述后缘的最小曲率小于所述前缘的最小曲率。

3.根据权利要求1或2所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，每个结节具有台阶，由此存在两个向外朝向的表面。

4.根据权利要求1或2所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述多个结节的每个具有带有圆形足迹或椭圆形足迹之一的基部。

5.根据权利要求1或2所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，每个结节具有轴线并且每个所述结节具有平坦的上表面部分，并且所述平坦的上表面部分相对于每个相应结节的轴线成斜角。

6.根据权利要求1所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，每个结节具有中心轴线并且还具有弯曲的上表面部分，所述弯曲的上表面部分相对于所述圆柱形基部具有最大高度点，并且其中所述最大高度点与所述中心轴线偏移。

7.根据权利要求6所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，每个结节具有轴线以及还具有平坦的上表面部分。

8.根据权利要求1所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述圆柱形基部上的多个结节具有相对端部行，并且其中在所述相对端部行中间的所述圆柱形基部的每个圆柱形单位面积都具有结节的数密度，所述结节的数密度被定义为所述圆柱形基部的每圆柱形单位面积的结节数量，并且其中所述数密度从所述刷子的轴向中心到每个端部变化。

9.根据权利要求1所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述圆柱形基部上的多个结节具有两个相对端部行，其中每个结节具有足迹以及足迹面积，并且其中在所述相对端部行中间的所述圆柱形基部的每个圆柱形单位面积具有结节的面密度，所述面密度被定义为由所述圆柱形表面积划分的所述圆柱形基部的特定圆柱形表面积中的结节的累积足迹面积。

10.一种用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述刷子具有圆柱形基部，所述圆柱形基部具有轴线以及一对端部，所述圆柱形从端部延伸到端部，并且多个结节从所述圆柱形基部延伸并且与其成一体，所述多个结节具有相对轴向端部行，所述刷子具有预期旋转方向，由此每个结节具有前侧和后侧，所述圆柱形基部和结节包括一体的多孔泡沫结构，其中，所述圆柱形基部上的结节的尺寸或者结节的间距中的至少一个具有在两个相对端部行中间的圆柱形基部上轴向延伸的梯度。

11.根据权利要求10所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，结节具有至少三种不同构造，所述不同构造为尺寸和形状中的至少一个。

12.根据权利要求10或11所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述多个结节的每个具有以下形状，所述形状相对于中心地延伸通过每个相应结节和通过所述圆柱形基部轴线的径向和轴向延伸平面是非对称的。

13.根据权利要求10所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述基部上的多个结节具有相对端部行，并且其中在所述相对端部行中间的所述圆柱形基部的每个圆柱形单位面积具有结节的数密度，所述结节的数密度被定义为所述圆柱形基部的每圆柱形单位面积的结节数量，并且其中所述数密度从所述刷子的轴向中心到每个端部变化。

14.根据权利要求8所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，根据权利要求1所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述圆柱形基部上的多个结节具有两个相对端部行，其中每个结节具有足迹以及足迹面积，并且其中在所述相对端部行中间的所述圆柱形基部的每个圆柱形单位面积具有结节的面密度，所述面密度被定义为所述圆柱形基部的每圆柱形单位面积的结节的累积足迹面积，并且其中结节的所述面密度从所述刷子的轴向中心到每个端部变化。

15.一种用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，所述刷子具有圆柱形基部，所述圆柱形基部具有轴线以及一对端部，所述圆柱形从端部延伸到端部，并且多个结节从所述圆柱形基部延伸并且与其成一体，所述刷子具有预期旋转方向，由此每个结节具有前侧和后侧，所述圆柱形基部和结节包括一体的多孔泡沫结构，其中，所述圆柱形基部上的多个结节具有两个相对端部行，并且其中在所述相对端部行中间的所述圆柱形基部的每个圆柱形单位面积具有结节的数密度，所述结节的数密度被定义为所述圆柱形基部的每圆柱形单位面积的结节数量，并且其中所述数密度沿所述刷子从所述两个相对端部行中的一个到所述两个相对端部行中的另一个轴向变化，在所述数密度中存在至少四种变化。

16.根据权利要求15所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，在所述圆柱形基部上的所述多个结节的每个具有以下形状，所述形状相对于中心地延伸通过每个相应结节以及通过所述圆柱形基部轴线的径向和轴向延伸平面是非对称的。

17.根据权利要求1所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述多个结节的每个具有朝向所述刷子的预期旋转方向定向的弯曲的前缘以及相对的后缘，并且其中所述后缘具有最小曲率半径并且所述前缘具有最小曲率半径，并且所述后缘的最小曲率半径小于所述前缘的最小曲率半径。

18.一种用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，所述刷子具有圆柱形基部，所述圆柱形基部具有轴线以及一对端部，所述圆柱形从端部延伸到端部，并且多个结节从所述圆柱形基部延伸并且与其成一体，所述刷子具有预期旋转方向，由此每个结节具有前侧和后侧，所述圆柱形基部和结节包括一体的多孔泡沫结构，所述多个结节的每个具有足迹以及足迹面积，并且其中所述圆柱形基部上的多个结节具有两个相对端部行并且其中在所述相对端部行中间的所述圆柱形基部的每个圆柱形单位面积具有结节的面密度，所述面密度被定义为所述圆柱形基部的每个圆柱形单位面积的结节的累积足迹面积，并且其中所述面密度沿所述刷子从所述两个相对端部行中的轴向内部的一个到所述两个相对端部行中的轴向内部的另一个轴向变化。

19.根据权利要求18所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，在所述圆柱形基部上的所述多个结节的每个具有以下形状，所述形状相对于中心地延伸通过每个相应结节和通过所述圆柱形基部轴线的径向和轴向延伸平面是非对称的。

20.根据权利要求18所述的用于在基板的化学机械抛光后清洁所述基板的刷子，其中，所述多个结节的每个具有朝向所述刷子的预期旋转方向定向的弯曲的前缘以及相对的后缘，并且其中所述后缘具有最小曲率半径并且所述前缘具有最小曲率半径，并且所述后缘的最小曲率半径小于所述前缘的最小曲率半径。