專利名稱：一種拋光墊調(diào)節(jié)器及具有拋光墊調(diào)節(jié)器的化學(xué)機(jī)械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型的實(shí)施例涉及用于調(diào)節(jié)化學(xué)機(jī)械拋光墊的墊調(diào)節(jié)器。
技術(shù)背景在集成電路和顯示器的制造中，化學(xué)機(jī)械平整(CMP)用來(lái)使襯底的 表面形貌光滑，以用于隨后的刻蝕和沉積過(guò)程。典型的CMP裝置包括拋 光頭，該拋光頭振動(dòng)并將襯底壓在拋光墊上，同時(shí)在其間供應(yīng)研磨粒漿液 來(lái)拋光襯底。CMP可以用來(lái)在介電層、填有多晶硅或二氧化硅的深或淺的 溝槽、金屬膜以及其他層上形成平整表面。人們認(rèn)為CMP拋光通常是以 化學(xué)和機(jī)械兩種作用的結(jié)果而而存在的，例如在要拋光的材料表面處反復(fù) 形成化學(xué)改性層并隨后被拋光掉。例如，在金屬拋光中，從要拋光的金屬 層表面反復(fù)形成和去除金屬氧化層。在CMP過(guò)程期間，通過(guò)墊調(diào)節(jié)器24周期性地調(diào)節(jié)拋光墊20。在拋光 多個(gè)襯底之后，拋光墊20由于纏繞的纖維26而磨光成具有更光滑的拋光 表面，并聚集或捕獲塞在墊20的纖維之間的間隔30中的拋光殘留物28， 如圖1A和1B所示。所得到的光滑墊20無(wú)法有效保持拋光漿液，并可能 導(dǎo)致缺陷增多，并且在某些情況下還可能導(dǎo)致襯底的非均勻拋光。為了補(bǔ) 救墊的磨光，用具有帶研磨粒子34 (例如金剛石粒子)的調(diào)節(jié)面32的墊 調(diào)節(jié)器24來(lái)周期性地調(diào)節(jié)墊20，調(diào)節(jié)面32被壓在拋光墊20的用過(guò)的拋 光表面38上，如圖2所示。墊調(diào)節(jié)器24安裝在如虛線臂36a的第二位置 所示地來(lái)回振動(dòng)的臂36上，同時(shí)調(diào)節(jié)器24抵靠著墊表面旋轉(zhuǎn)，以通過(guò)去 除拋光碎片、疏通拋光表面38上的小孔和纖維以及有時(shí)還形成保持拋光 漿液的微刮痕，來(lái)調(diào)節(jié)墊20。墊調(diào)節(jié)過(guò)程可以在拋光過(guò)程期間執(zhí)行(稱為 原位調(diào)節(jié))，或在晶片拋光過(guò)程以外執(zhí)行(稱為非原位調(diào)節(jié))。
傳統(tǒng)的墊調(diào)節(jié)器24可以覆蓋有研磨粒子34的連續(xù)層或圖案條。例 如，圖3A示出了其中研磨粒子覆蓋其整個(gè)調(diào)節(jié)面32的墊調(diào)節(jié)器24。如圖 3B所示，還使用了沿著調(diào)節(jié)墊周邊的研磨粒子的圓環(huán)條40。圓環(huán)條40還 可以分成具有研磨粒子和光滑區(qū)域的交替帶的分段40a、 b，如圖3C所 示。在另一種構(gòu)造中，如圖3D所示，研磨粒子24的楔形42彼此隔開(kāi)， 并跨越調(diào)節(jié)面32切線延伸。研磨粒子圖案可以用來(lái)限制可能限制成本的 金剛石結(jié)合區(qū)域的量。但是，這些圖案中的一些常常導(dǎo)致可能在整個(gè)墊表 面上變化的不均勻和不一致的墊調(diào)節(jié)效果。圖案化的研磨墊構(gòu)造還可能使 得漿液被迫使進(jìn)入并被捕獲在墊調(diào)節(jié)器24的特定區(qū)域內(nèi)，這進(jìn)一步降低 了墊調(diào)節(jié)的均勻性。當(dāng)其從拋光墊表面38拾取拋光漿液并隨機(jī)從墊調(diào)節(jié)器24的邊緣任意 地排出漿液時(shí)，傳統(tǒng)的墊調(diào)節(jié)器24還可能導(dǎo)致飛濺和干燥的漿液聚集。 例如，如圖2所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)墊調(diào)節(jié)器24而產(chǎn)生的離心力使得由墊調(diào)節(jié) 器24拾取的漿液如箭頭44所示的沿著墊調(diào)節(jié)器24的邊緣噴出。由墊調(diào)節(jié) 器24引起的拋光墊20表面的漿液耗盡可能在拋光墊表面上產(chǎn)生干的干 點(diǎn)，并可能導(dǎo)致粒子缺陷數(shù)增大和粗/微刮擦缺陷。所以，期望具有這樣一種帶調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器，其提供均勻可反復(fù)調(diào) 節(jié)的拋光墊。還期望在調(diào)節(jié)過(guò)程期間調(diào)節(jié)拋光墊而不過(guò)分損失拋光漿液。 還期望具有這樣一種分散有研磨粒子的墊調(diào)節(jié)器，其提供優(yōu)化調(diào)節(jié)，同時(shí) 控制在調(diào)節(jié)面上使用的研磨粒子量。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶調(diào)節(jié)面并且分散有研磨粒子的墊調(diào) 節(jié)器。在一種方案中，根據(jù)本實(shí)用新型的拋光墊調(diào)節(jié)器包括基板和所述基板 上的調(diào)節(jié)面。所述調(diào)節(jié)面包括中心區(qū)域和周邊區(qū)域。包括基本不變寬度的 研磨粒子的研磨輻條從所述中心區(qū)域延伸到所述周邊區(qū)域。所述輻條對(duì)稱 并彼此徑向隔開(kāi)。另外， 一種具有拋光墊調(diào)節(jié)器的化學(xué)機(jī)械裝置包括上述拋光墊調(diào)節(jié)
器，并且還包括(i )拋光臺(tái)，其包括保持拋光墊的臺(tái)板、保持襯底抵靠 所述拋光墊的支撐件、為所述臺(tái)板或支撐件提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)器、以及在所述拋光墊上分散漿液的漿液分散器；(ii)接納根據(jù)本實(shí)施新型的上述拋 光墊調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器頭；和(iii)驅(qū)動(dòng)器，其為所述調(diào)節(jié)器頭提供動(dòng)力以 使得所述拋光墊調(diào)節(jié)器的所述調(diào)節(jié)面可以抵靠著所述拋光墊摩擦來(lái)調(diào)節(jié)所 述拋光墊。由此，本實(shí)用新型提供了一種帶調(diào)節(jié)面并分散有研磨粒子的墊調(diào)節(jié) 器，其可調(diào)節(jié)拋光墊而不過(guò)分損失拋光漿液。


參考以下說(shuō)明書、所附權(quán)利要求和圖示本實(shí)用新型示例的附圖將更好 地理解本實(shí)用新型的這些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。但是，應(yīng)該理解到每個(gè)特征都可以一般地而非僅僅在特定附圖的上下文中使用，并且本實(shí)用新型包括 這些特征的任意組合，其中圖1A (現(xiàn)有技術(shù))是在粗糙化條件下具有直立纖維的拋光墊的局部圖1B (現(xiàn)有技術(shù))示出了在圖1A的拋光墊被使用而變得磨光成具有 纏繞的纖維以及塞有廢物顆粒之后的墊；圖2 (現(xiàn)有技術(shù))是調(diào)節(jié)器臂和調(diào)節(jié)拋光墊的墊調(diào)節(jié)器組件的俯視圖；圖3A至3D (現(xiàn)有技術(shù))是具有這樣的調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器的立體圖， 所述調(diào)節(jié)面用研磨粒子基本連續(xù)覆蓋(圖3A)，具有研磨粒子的周邊環(huán) (圖3B)，具有研磨粒子的分段式多圓弧(圖3C)，以及具有定向成與 內(nèi)圈相切的研磨粒子分段楔(圖3D);圖4是具有帶研磨輻條的調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器的立體圖，所述研磨輻條 包括彼此徑向隔開(kāi)的研磨粒子直分支；圖5是具有帶隔開(kāi)的研磨弧的調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器的立體圖，所述研磨 弧位于不同的徑向距離處；圖6是具有帶研磨輻條的調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器的立體圖，所述研磨輻條 包括從內(nèi)圈向外徑向延伸的研磨粒子S形分支；圖7是具有帶研磨輻條的調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器的立體圖，所述研磨輻條 包括其上具有第二研磨粒子的四面體的研磨粒子直分支；圖8是具有包括研磨方塊陣列的調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器的立體圖，所述研 磨方塊彼此隔開(kāi)并位于非研磨柵格中；圖9A是包括這樣的調(diào)節(jié)面的墊調(diào)節(jié)器的立體圖，所述調(diào)節(jié)面在具有 管道的基板上具有切出的入口溝道并在其周邊處具有出口，所述管道用于 從切出的溝道接收拋光漿液；圖9B是圖9A的墊調(diào)節(jié)器的剖視圖，示出了切出的入口溝道、管道和 出口；圖9C是翻轉(zhuǎn)的圖9A的墊調(diào)節(jié)器的分解立體圖，示出了具有切出的入 口溝道的調(diào)節(jié)面、以及具有管道和出口的背面； 圖IOA是CMP拋光器的立體圖； 圖IOB是圖IOA的CMP拋光器的局部分解立體圖； 圖IOC是圖IOB的CMP拋光器的示意俯視圖；圖11是被拋光的襯底和被圖IOA的CMP拋光器調(diào)節(jié)的拋光墊的示意 俯視圖；且圖12是圖IOA的CMP拋光器的調(diào)節(jié)頭組件在其調(diào)節(jié)拋光墊時(shí)的部分切開(kāi)立體圖。
具體實(shí)施方式
如圖4至8所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的拋光墊調(diào)節(jié)器50包括具有 研磨粒子54的墊調(diào)節(jié)面52，在化學(xué)機(jī)械拋光期間，研磨粒子54被靠著拋 光墊摩擦以調(diào)節(jié)墊?；?8是提供結(jié)構(gòu)剛性的支撐結(jié)構(gòu)，并可以用鋼或 其他剛性材料(例如丙烯酸樹(shù)脂或氧化鋁)制成。 一般而言，基板58包 括盤狀的平面圓形主體。基板58還可以包括用于將墊調(diào)節(jié)器50夾持到 CMP拋光器的機(jī)構(gòu)，例如通過(guò)調(diào)節(jié)面52所鉆的兩個(gè)螺紋孔62a、 b，以由 螺釘或螺栓插入來(lái)將基板58夾持到拋光器；或者在基板58的背面64上的 中心處的鎖定插座(未示出)。雖然這里描述了墊調(diào)節(jié)器50的說(shuō)明性實(shí)
施例，但是應(yīng)該理解其他實(shí)施例也是可能的，從而權(quán)利要求的范圍不應(yīng)限 于這些說(shuō)明性實(shí)施例。調(diào)節(jié)面52可以是基板58的前表面，或形成在單獨(dú)的結(jié)構(gòu)上，例如具 有研磨粒子54的前面和作為結(jié)合面46的背面的盤，如圖8所示。結(jié)合面 46通常相對(duì)光滑或利用凹槽(未示出)稍稍粗糙化，使得其可以結(jié)合到基 板58的接納面48以形成將不會(huì)由于強(qiáng)的摩擦力而輕易移位或松開(kāi)的牢固 結(jié)合，所述摩擦力在CMP拋光期間將墊調(diào)節(jié)器50壓在拋光墊上時(shí)產(chǎn)生。 結(jié)合面46可以用環(huán)氧膠或釬焊合金(例如鎳合金)粘結(jié)到基板58的接納 面48。在一種方案中，調(diào)節(jié)面52包括支撐并保持研磨粒子54的基體材料。 例如，基體材料可以是例如鎳或鈷合金的金屬合金，其以所期望的圖案涂 覆在調(diào)節(jié)面52上，隨后研磨粒子54嵌入受熱軟化的涂層中。在另一種方 案中，研磨粒子54開(kāi)始位于基板58的前調(diào)節(jié)面52上，之后，合金材料在 高溫高壓制造過(guò)程中滲入研磨粒子54之間以形成調(diào)節(jié)面52，調(diào)節(jié)面52與 基板58形成單一結(jié)構(gòu)。在另一種方案中，基體還可以是網(wǎng)格，在該網(wǎng)格 中嵌入研磨粒子54以沿著柵格的X—Y平面固定其相對(duì)于彼此的位置，例 如在一起轉(zhuǎn)讓的Birang等人的美國(guó)專利No. 6159087中所描述的，該專利 通過(guò)引用而整體包含于此。網(wǎng)格可以是例如鎳線的導(dǎo)線網(wǎng)格或聚合物線網(wǎng) 格。研磨粒子54選擇為硬度值高于拋光墊或拋光漿液粒子材料硬度的材 料。研磨粒子的合適硬度至少為約6 Mohrs，更優(yōu)選地為8Mohrs。通常使 用的研磨粒子54包括可以工業(yè)生長(zhǎng)的金剛石晶體。例如，調(diào)節(jié)面52可以 包括這樣的區(qū)域，其具有至少約60%體積的金剛石或甚至至少約90%體積 的金剛石，而其余的由圍繞粒子54的支撐基體組成。研磨粒子54還可以 是諸如立方或六方體結(jié)構(gòu)的硬相碳化硼晶體，例如由美國(guó)專利No. 3743489和3767371所教導(dǎo)的，這兩個(gè)專利通過(guò)引用而整體包含于此。通常，研磨粒子54按大小(例如砂粒大小)或重量進(jìn)行選擇，以提 供調(diào)節(jié)面52所期望的粗糙度水平。研磨粒子54還可以按形狀分類，就是 說(shuō)，具有相對(duì)較尖輪廓或解理晶面的粒子54與具有相對(duì)光滑輪廓的粒
子。還可以選擇研磨粒子54具有繞穿過(guò)粒子的橫截面或軸基本相同晶體對(duì)稱性的晶體結(jié)構(gòu)，例如在2004年7月8日遞交的一起轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申 請(qǐng)No. 10/888941中所描述的，該申請(qǐng)通過(guò)引用而整體包含于此。選擇研 磨粒子54以使得粒子54的至少約80%，更加優(yōu)選地至少約90%具有相同 的晶體對(duì)稱性。每個(gè)對(duì)稱粒子54獨(dú)立定位在例如網(wǎng)格(未示出)之間的 空間中，以定向成對(duì)稱軸指向特定方向，例如垂直于調(diào)節(jié)面52的平面的 方向。墊調(diào)節(jié)器50的調(diào)節(jié)面52還可以通過(guò)將研磨粒子54 (例如對(duì)稱金剛 石粒子)嵌入或封裝到基板58表面的所選區(qū)域上形成的金屬涂層中而形 成。例如，鎳封裝劑可以首先與所選的對(duì)稱金剛石粒子混合，然后僅僅涂 覆在基板58前表面的期望區(qū)域上。合適的金屬是釬焊合金以及在例如擴(kuò) 散粘接、熱壓成型、電阻焊接等的粘接技術(shù)中所使用的其他金屬和合金。 釬焊合金包括低熔點(diǎn)金屬成分，其將金屬合金的熔融溫度降低到通常小于 約40(TC并在調(diào)節(jié)面所接合到的基板的熔融溫度之下的熔融溫度。合適的 釬焊合金包括鎳基合金。設(shè)計(jì)本墊調(diào)節(jié)器50的實(shí)施例以提供特性的最優(yōu)組合，例如墊調(diào)節(jié)的 均勻性、 一致的墊研磨率以及(可選的)較少的漿液浪費(fèi)。這是通過(guò)墊50 的調(diào)節(jié)面52的研磨區(qū)域的獨(dú)特設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。例如在一種方案中，墊調(diào)節(jié) 器50包括具有帶這樣的分支的研磨輻條70的調(diào)節(jié)面52，該分支具有從中 心區(qū)域74延伸到調(diào)節(jié)面52的周邊區(qū)域76的基本不變寬度的研磨粒子，如 圖4所示。輻條70是對(duì)稱且彼此徑向隔開(kāi)的，并且從調(diào)節(jié)面52上沒(méi)有研 磨粒子的內(nèi)圈78向外延伸。選擇研磨輻條70和輻條70之間的非研磨區(qū)域 80從內(nèi)圈78開(kāi)始，以防止輻條70彼此相交而阻塞漿液流動(dòng)區(qū)域或非研磨 區(qū)域80。輻條70可以延伸到調(diào)節(jié)面52之外，以繞著基板58的側(cè)壁81向 上巻起。側(cè)壁延伸部分83提供了垂直向上延伸到調(diào)節(jié)墊邊緣的更加均勻 的調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，輻條70是隔開(kāi)并從內(nèi)圈78向外徑向延伸的直分支 70a。例如，每個(gè)直分支輻條70a的中心軸79可以在橫跨調(diào)節(jié)面的整個(gè) 360度的角度范圍上隔開(kāi)15到45度的角度6 ，以提供從約6到20根輻 條。直分支輻條70a被光滑且沒(méi)有研磨粒子的非研磨楔形區(qū)域80隔開(kāi)。有
研磨粒子的直分支輻條70a和非研磨楔形區(qū)域80是有利的，因?yàn)槠湟黄甬a(chǎn) 生了將漿液流向外面引導(dǎo)的溝道。在另一個(gè)實(shí)施例中，輻條70形成跨過(guò)調(diào)節(jié)面的表面曲折彎曲而形成 至少兩個(gè)弓形82a、 b的S形分支70b，其一種方案如圖6所示。相鄰的S 形分支70b被布置成其弓形82a、 b和82c、 d分別跟隨相同的跨過(guò)調(diào)節(jié)面 52的S形。S形分支70b是有利的，因?yàn)闈{液向外行進(jìn)的距離增加了，因 此將漿液保持在調(diào)節(jié)過(guò)程中達(dá)更長(zhǎng)的時(shí)間段。在另一個(gè)實(shí)施例中，輻條70 還包括形成疊置在研磨直分支70a上的第二研磨區(qū)域的四面體70c。輻條 可以具有第一研磨粒子54a，并且四面體70c具有第二不同類型的研磨粒 子54b，或者其兩者可以用相同類型但具有不同空間密度、大小或形狀的 研磨粒子形成。在另一種方案中，調(diào)節(jié)面包括具有給定寬度并由非研磨弓形條86隔 開(kāi)的多個(gè)研磨弧84，其一種方案在圖5中示出。研磨弧84至少包括在離 調(diào)節(jié)面的中心85第一徑向距離^處的第一組弧84a、以及在離調(diào)節(jié)面52 的中心85第二徑向距離R2處并更靠近調(diào)節(jié)面52周邊87的第二組弧 84b。距離R!可以從約6.35mm (0.25〃 )到約25.4mm (1〃 );并且距離 R2可以從約50.8mm (2〃 )到約101.6mm (4〃 )。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)面52包 括多于僅僅兩組弧，例如每個(gè)都在離調(diào)節(jié)面52的中心85不同半徑處的一 系列研磨弧84a—d組，如圖所示。例如，弧84可以隔開(kāi)0.125R的距離A R，其中R是調(diào)節(jié)面的半徑。所以對(duì)于半徑R從約44.45mm (1.75〃 )到 約57.15mm (2.25〃 )的調(diào)節(jié)面52，合適的AR從約3.175mm (0.125〃 ) 到約12.7mm (0.5〃 )。作為一個(gè)示例，半徑57.15mm (2.25〃 )的調(diào)節(jié) 面52可以在從調(diào)節(jié)面52的中心到周邊的徑向距離上具有9個(gè)研磨弧84。每個(gè)研磨弧84還可以具有不同的圓周長(zhǎng)度，這指的是研磨弧84的外 圓周長(zhǎng)度?；?4的內(nèi)圓周是外圓周的徑向函數(shù)。例如，參考圖5，調(diào)節(jié)面 52的中心85具有研磨圓88，其被隨著離調(diào)節(jié)面52中心的徑向距離而在大 小上逐漸增大的圓周長(zhǎng)度的研磨弧84a—d圍繞。大小增大的弧是有利的， 因?yàn)殡x中心增大的距離產(chǎn)生更高的離心力，這又使得更大量的漿液集中在 向外的區(qū)域中，因此提供增大弧的大小，提供了更大的阻礙來(lái)將漿液保持 在調(diào)節(jié)表面下，并且這提供了拋光墊的優(yōu)異調(diào)節(jié)。在另一種方案中，調(diào)節(jié)面52包括彼此隔開(kāi)并位于非研磨柵格92中的 研磨多面體90的陣列。柵格92具有界定研磨多面體90的非研磨材料的相 交線93。例如，多面體90可以是具有彼此成直角的側(cè)邊的矩形、具有平 行側(cè)邊的平行四邊形、或者甚至具有多于四條側(cè)邊的結(jié)構(gòu)(例如五邊 形)。在一種方案中，沒(méi)有研磨材料的柵格92的非研磨相交線93在X和 Y平面中等距隔開(kāi)，以界定在非研磨網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間具有方形間隔的方形柵 格。每個(gè)研磨方塊91用研磨粒子54覆蓋，以形成彼此隔開(kāi)并位于非研磨 柵格中的研磨方塊91的陣列。對(duì)于具有約54.516 mm2 (0.1平方英寸)的 表面積的調(diào)節(jié)面。每個(gè)方塊91的大小可以例如從約2.54mm (0.1〃 )到約 25.4mm (1〃 )。墊調(diào)節(jié)器50的所述方案通過(guò)提供調(diào)整形狀和大小以優(yōu)化拋光墊調(diào)節(jié) 的圖案化研磨區(qū)域，而提供了拋光墊更加均勻的清潔和調(diào)節(jié)。圖案化的研 磨區(qū)域中散布有非研磨區(qū)域，這種組合協(xié)同作用并具有優(yōu)化形狀來(lái)提供更 好的墊調(diào)節(jié)。在所述方案中，墊調(diào)節(jié)器50具有對(duì)稱定位的研磨區(qū)域，其 具有預(yù)定義的周期性間隔以提供拋光墊的更加均勻和一致的研磨。當(dāng)將調(diào) 節(jié)面52壓在拋光墊的表面上并在其上振動(dòng)時(shí)，沿著多個(gè)方向研磨墊以提 供拋光墊更好更均勻的調(diào)節(jié)。而且，選擇圖案化區(qū)域以在形狀和大小上一 致，更不可能在不同調(diào)節(jié)墊之間的研磨區(qū)域中產(chǎn)生偏差，從而進(jìn)一步改善 了拋光墊的調(diào)節(jié)。在另一種方案中，墊調(diào)節(jié)器50包括這樣的拋光漿液回收系統(tǒng)，其可 以與前述設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)墊面52或其他面52 —起使用，例如具有研磨粒子54 的連續(xù)覆蓋表面的調(diào)節(jié)面52。其示例性實(shí)施例在圖9A至9C中示出的該 方案的墊調(diào)節(jié)器50包括至少一個(gè)切出入口溝道94，以在抵靠著拋光墊20 摩擦調(diào)節(jié)面52時(shí)接收拋光漿液。切出入口溝道94的輪廓使其有效地從拋 光墊20的表面收回拋光漿液。例如，在所示的方案中，切出入口溝道94 的輪廓包括繞基板58的中心區(qū)域74具有第一寬度的逐漸變細(xì)的內(nèi)部94a 和繞基板58的周邊區(qū)域76具有第二寬度的外部94b，第二寬度大于第一 寬度。溝道94的外部94b的較大寬度用來(lái)鏟起大量的拋光漿液，其隨后
被朝中心入口 102向內(nèi)引導(dǎo)；并且具有較小寬度的內(nèi)部94a用來(lái)使流動(dòng)的 漿液加速，使其被迫進(jìn)入中心入口 102。在一種方案中，如圖所示，切出 入口溝道94的內(nèi)部94a從彎曲的逐漸變細(xì)終點(diǎn)98向外徑向螺旋行進(jìn)到具 有不變寬度的平行壁的中部94c，中部94c又張開(kāi)形成溝道94的外部 94b，外部94b具有徑向?qū)挾仍龃蟮腣形終點(diǎn)99。切出入口溝道94可以是 單個(gè)溝道、兩個(gè)溝道(如圖所示)或多個(gè)溝道。在基板58中設(shè)置至少一個(gè)管道95，以從切出入口溝道94接收拋光漿 液。管道95延伸通過(guò)基板58以形成切穿過(guò)基板58的通道101的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)。例如，在一種方案中，管道95包括從基板的中心區(qū)域74處的中心圓 孔102呈星形輻射出去的多個(gè)通道101。中心圓孔102從切出入口溝道94 接收拋光漿液以分散到星形通道101。通道101供給基板58的周邊97上 的一個(gè)或多個(gè)出口96，以排出接收到的拋光漿液。出口96位于基板58的 周邊97處，使得拋光漿液被回收到調(diào)節(jié)墊的周邊97。這允許拋光漿液從 墊調(diào)節(jié)器50的周邊97排出并回到下面正被調(diào)節(jié)的拋光墊的表面上。如圖 9B所示，管道95a、 b從中心孔102向外徑向延伸到基板58的相對(duì)兩端。這里所描述的墊調(diào)節(jié)器50可以在任何類型的CMP拋光器中使用；于 是，這里所述的舉例說(shuō)明墊調(diào)節(jié)器50使用的CMP拋光器不應(yīng)用來(lái)限制本 實(shí)用新型的范圍。在圖IOA至IOC中示出能夠使用墊調(diào)節(jié)器的化學(xué)機(jī)械拋 光(CMP)裝置100的一個(gè)實(shí)施例。 一般而言，拋光裝置100包括殼體 104，殼體104容納有多個(gè)拋光臺(tái)108a—c、襯底傳送臺(tái)112和獨(dú)立操作可 旋轉(zhuǎn)襯底夾持器120的可旋轉(zhuǎn)傳送器116。襯底裝載裝置124包括容器 126，容器126包含其中浸入含襯底140的盒136的液浴132，并附裝到殼 體104。例如，容器126可以包括清潔溶液，或者甚至可以是使用超聲波 在拋光之前或之后清潔襯底140的超聲波清洗清潔器，或者甚至是空氣或 液體干燥劑。臂144沿直線軌道148行進(jìn)并支撐肘節(jié)組件152，肘節(jié)組件 152包括用于將盒136從夾持臺(tái)155移入容器126中的盒爪154和用于將 襯底從容器126傳送到傳送臺(tái)112的襯底葉片156。傳送器116具有帶槽162的支撐板160，襯底夾持器120的軸172延 伸穿過(guò)該槽162，如圖8A和8B所示。襯底夾持器120可以獨(dú)立旋轉(zhuǎn)并在
槽162中來(lái)回振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)均勻拋光的襯底表面。襯底夾持器120由各個(gè) 電機(jī)176旋轉(zhuǎn)，電機(jī)176正常情況下藏在傳送器116的可移動(dòng)側(cè)壁178之 后。在工作時(shí)，襯底140從容器126裝載到傳送臺(tái)112，襯底從傳送臺(tái) 112傳送到其開(kāi)始由真空吸住的襯底夾持器120。傳送器116隨后將襯底 140傳送通過(guò)一系列一個(gè)或多個(gè)拋光臺(tái)108a—c，并最終將拋光完的襯底返 回到傳送臺(tái)112。每個(gè)拋光臺(tái)108a—c包括支撐拋光墊184a—c的可旋轉(zhuǎn)臺(tái)板182a—c 以及墊調(diào)節(jié)組件188a—c，如圖8B所示。臺(tái)板182a—c和墊調(diào)節(jié)組件188a 一c兩者都安裝到拋光裝置100內(nèi)的臺(tái)面192。在拋光期間，襯底夾持器 120將襯底140夾持、旋轉(zhuǎn)并壓在固定到旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)板182的拋光墊184a 一c上，旋轉(zhuǎn)拋光臺(tái)板182還具有環(huán)繞臺(tái)板182的保持環(huán)，其保持襯底140 并防止其在襯底140拋光期間滑出。由于襯底140和拋光墊184a—c彼此 抵靠旋轉(zhuǎn)，所以根據(jù)所選的漿液配方來(lái)供應(yīng)精確量的拋光漿液(例如由去 離子水與硅膠或氧化鋁組成)。臺(tái)板182和襯底夾持器120可以被編程以 根據(jù)工藝配方在不同的轉(zhuǎn)速和方向下旋轉(zhuǎn)。每個(gè)拋光墊184通常具有由例如聚亞安酯的聚合物制成的多層，并且 可以包括用于增加尺寸穩(wěn)定性的填充物以及外彈性層。拋光墊184是可消 耗的，并在典型的拋光條件下使用約12小時(shí)后更換。拋光墊184可以是 用于氧化物拋光的硬的不可壓縮墊、用于其他拋光過(guò)程的軟墊、或堆疊墊 的布置。拋光墊184具有表面凹槽以有助于漿液溶液和捕獲粒子的分布。 拋光墊184—般被確定大小成比襯底140的直徑大至少幾倍，并且保持襯 底在拋光墊184上偏離中心以防止在襯底140上拋光出非平面表面。襯底 140和拋光墊184兩者可以在其旋轉(zhuǎn)軸彼此平行但不共線的情況下同步旋 轉(zhuǎn)，以防止將襯底拋光成錐形。典型的襯底140包括半導(dǎo)體晶片或用于電 子平板的顯示器。CMP裝置100的每個(gè)墊調(diào)節(jié)組件188包括調(diào)節(jié)器頭196、臂200、基 板204，如圖11和12所示。墊調(diào)節(jié)器50安裝在調(diào)節(jié)器頭196上。臂200 具有耦合到調(diào)節(jié)器頭196的遠(yuǎn)端198a和耦合到基板204的近端198b，近 端198b使調(diào)節(jié)器頭196掃過(guò)拋光墊表面224，以使得墊調(diào)節(jié)器50的調(diào)節(jié)
面52通過(guò)研磨拋光表面去除污染物并重新處理表面而調(diào)節(jié)拋光墊184的 拋光表面224。每個(gè)拋光臺(tái)108還包括杯208，其含有清潔液體以清洗或 清潔安裝在調(diào)節(jié)器頭196上的墊調(diào)節(jié)器50。在拋光過(guò)程期間，在拋光墊184拋光安裝在襯底夾持器120上的襯底 的同時(shí)，可以用墊調(diào)節(jié)組件188調(diào)節(jié)拋光墊184。墊調(diào)節(jié)器50具有研磨盤 24，其包括具有用來(lái)調(diào)節(jié)拋光墊184的研磨粒子54的調(diào)節(jié)面52。在使用 中，盤24的調(diào)節(jié)面52被壓在拋光墊184上，同時(shí)沿著振動(dòng)或平移路徑來(lái) 旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)墊或盤。調(diào)節(jié)器頭196使墊調(diào)節(jié)器50以與襯底夾持器120掃過(guò) 拋光墊184的運(yùn)動(dòng)同步的往復(fù)運(yùn)動(dòng)掃過(guò)拋光墊184。例如，帶有要拋光襯 底的襯底夾持器可以位于拋光墊184的中心處，并且具有墊調(diào)節(jié)器50的 調(diào)節(jié)器頭196可以浸入杯208內(nèi)所含的清潔液體中。在拋光期間，杯208 可以如箭頭212所示樞轉(zhuǎn)出去，并且調(diào)節(jié)器頭196的墊調(diào)節(jié)器50和承載襯 底的襯底夾持器120可以分別如箭頭214和216所示來(lái)回掃過(guò)拋光墊 184。三個(gè)噴水口 220可以將水流引向緩慢旋轉(zhuǎn)的拋光墊184，以在襯底 120被傳送回去的同時(shí)從拋光或上墊表面224清洗漿液。拋光裝置100的 典型操作和一般特征在Gurusamy等人1998年3月31日遞交的一起轉(zhuǎn)讓 的美國(guó)專利No. 6200199B1中進(jìn)一步描述，該專利通過(guò)引用而整體包含于 此。參考圖12，調(diào)節(jié)器頭196包括致動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)228，該機(jī)構(gòu)繞著頭的中 心垂直定向的縱向軸254旋轉(zhuǎn)承載墊調(diào)節(jié)器50的調(diào)節(jié)器頭196。致動(dòng)驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)還提供調(diào)節(jié)器頭1%和墊調(diào)節(jié)器50在提升的縮回位置和降低的伸展 位置(如圖所示)之間的運(yùn)動(dòng)，在該伸展位置中墊調(diào)節(jié)器50的調(diào)節(jié)面52 與墊184的拋光表面224配合。致動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)228包括垂直延伸的驅(qū)動(dòng)軸 240，其可以由熱處理的440C不銹鋼形成，并且其以鋁制滑輪250結(jié)束。 滑輪250牢固地承載帶258，帶258沿著臂200的長(zhǎng)度延伸并耦合到遠(yuǎn)程 電機(jī)(未示出)以繞著縱向軸254旋轉(zhuǎn)軸240。分別具有上件260和下件 262的不銹鋼軸環(huán)與驅(qū)動(dòng)軸240共軸。軸、滑輪和軸環(huán)形成作為一個(gè)單元 繞縱向軸254旋轉(zhuǎn)的大體剛性的結(jié)構(gòu)。不銹鋼制成的大體環(huán)形驅(qū)動(dòng)套筒26 將調(diào)節(jié)器頭196耦合到驅(qū)動(dòng)軸240，并允許將液壓或氣壓施加到墊調(diào)節(jié)器
支座274。驅(qū)動(dòng)軸240將轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)從滑輪襯底到套筒266，并且軸承可 以置于其間(未示出)?？蛇x的可拆卸墊調(diào)節(jié)器支座274可以置于墊調(diào)節(jié)器50和背板270之 間，如圖12所示。從輪轂278向外徑向延伸的是具有固定到環(huán)形邊284的 遠(yuǎn)端的四個(gè)大體平直片狀輻條282。輻條282可彈性上下彎曲，以允許邊 相對(duì)于軸254從否則中立的水平定向傾斜，同時(shí)相對(duì)于軸254的橫向上基 本不可彎曲，從而其有效地將繞軸254的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)從輪轂278傳遞到邊 284。在輻條之下，背板包括向外徑向延伸的剛性的大體盤形聚對(duì)苯二甲 酸乙二醇酯(PET)板270。墊調(diào)節(jié)器50可以通過(guò)位于支座274的匹配圓 柱孔中的螺釘或圓筒磁體而安裝在墊調(diào)節(jié)器支座274上。在工作中，調(diào)節(jié)器頭196位于如上所述的拋光墊20之上，并且驅(qū)動(dòng) 軸240被旋轉(zhuǎn)，使得墊調(diào)節(jié)器50旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)器頭196隨后從縮回位置換到 伸展位置，以使墊調(diào)節(jié)器50的調(diào)節(jié)面52與拋光墊184的拋光表面224配 合?？梢酝ㄟ^(guò)例如調(diào)制筒體266內(nèi)施加的液壓或氣壓，控制抵靠墊184壓 縮墊調(diào)節(jié)器50的向下的力。向下的力通過(guò)驅(qū)動(dòng)套筒266、輪轂278、背板 270傳遞到墊調(diào)節(jié)器支座274，并隨后傳遞到墊調(diào)節(jié)器50。相對(duì)于拋光墊 184旋轉(zhuǎn)墊調(diào)節(jié)器50的轉(zhuǎn)矩從驅(qū)動(dòng)軸240供應(yīng)到輪轂278、輻條282、背 板270的邊284、墊調(diào)節(jié)器支座274，并隨后供應(yīng)到墊調(diào)節(jié)器50。與旋轉(zhuǎn) 的拋光墊184的拋光表面配合的旋轉(zhuǎn)墊調(diào)節(jié)器50的下表面在沿著如上所 述旋轉(zhuǎn)拋光墊的路徑上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程期間，墊調(diào)節(jié)器50的調(diào)節(jié)面 52浸入拋光墊184頂部的拋光漿液薄層中。為了清潔墊調(diào)節(jié)器50，提升調(diào)節(jié)器頭，使得墊調(diào)節(jié)器50與拋光墊分 離。然后可以將杯208樞轉(zhuǎn)到頭和伸展的調(diào)節(jié)器頭196之下的位置，以將 墊調(diào)節(jié)器50進(jìn)入杯208中的清潔液體中。墊調(diào)節(jié)器50在清潔液體主體內(nèi) 繞軸254旋轉(zhuǎn)(該旋轉(zhuǎn)不需要改變，因?yàn)閴|調(diào)節(jié)器配合到墊)。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生 經(jīng)過(guò)墊調(diào)節(jié)器50的清潔液體流，以清潔墊調(diào)節(jié)器的包括從墊上磨損的材 料在內(nèi)的污染物、拋光的副產(chǎn)物等。當(dāng)表面224由于反復(fù)拋光而逐漸光滑時(shí)，前述方案的墊調(diào)節(jié)器50均 勻地粗糙化拋光墊184的拋光表面224。當(dāng)掃過(guò)的圖案和頭壓力導(dǎo)致拋光 墊184的不均勻磨損時(shí)，墊調(diào)節(jié)器50還保持墊184的表面224更加水平。 通過(guò)將墊184的高的不均勻區(qū)域研磨下去而保持表面224光滑。由于研磨 粒子54更加均勻的形狀和對(duì)稱性，墊調(diào)節(jié)器50的對(duì)稱研磨粒子54通過(guò)提 供更加一致的研磨率而改善了橫過(guò)墊的拋光表面224上的調(diào)節(jié)均勻性。墊 調(diào)節(jié)器50還從一個(gè)墊調(diào)節(jié)器50到另一個(gè)提供更加一致和可再現(xiàn)的結(jié)果， 因?yàn)榫哂邢嗨菩螤钛心チＷ?4的墊調(diào)節(jié)器產(chǎn)生更好和更均勻的調(diào)節(jié)率。己經(jīng)參考其某些優(yōu)選方案描述了本實(shí)用新型；但是，其他方案是可能 的。例如，墊調(diào)節(jié)器可以用于本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的其他類型的應(yīng)用，例 如作為噴砂表面。還可以使用其他構(gòu)造的CMP拋光器。此外，本領(lǐng)域技 術(shù)人員將很清楚還可以根據(jù)所述實(shí)現(xiàn)的參數(shù)使用與所述等同的替代溝道構(gòu) 造或研磨圖案。因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)限于這里所含的優(yōu) 選方案的說(shuō)明。
權(quán)利要求1.一種拋光墊調(diào)節(jié)器，包括(a)基板；和(b)所述基板上的調(diào)節(jié)面，其特征在于，所述調(diào)節(jié)面包括(i)中心區(qū)域和周邊區(qū)域，和(ii)研磨輻條，包括基本不變寬度的研磨粒子，所述研磨輻條從所述中心區(qū)域延伸到所述周邊區(qū)域，所述研磨輻條彼此徑向隔開(kāi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的拋光墊調(diào)節(jié)器，其特征在于所述研磨輻條包 括以下特性中的至少之一(1) 所述研磨輻條是直的或S形的；(2) 每個(gè)研磨輻條都包括中心軸，并且其中相鄰輻條的所述中心軸 以從約15°到約45°的角度分開(kāi)；(3) 有6到20個(gè)研磨輻條；(4) 所述研磨輻條包括第二研磨粒子的四面體；(5) 在所述研磨輻條之間有光滑且沒(méi)有研磨粒子的非研磨楔形區(qū) 域；以及(6) 所述研磨輻條延伸到所述表面之外而繞著所述基板的側(cè)壁向上巻起。
3. 如權(quán)利要求2所述的拋光墊調(diào)節(jié)器，其特征在于所述研磨粒子包括金剛石粒子。
4. 一種具有拋光墊調(diào)節(jié)器的化學(xué)機(jī)械裝置，其特征在于包括如權(quán)利 要求1所述的拋光墊調(diào)節(jié)器，并且還包括(i )拋光臺(tái)，其包括保持拋光墊的臺(tái)板、保持襯底抵靠所述拋光墊 的支撐件、為所述臺(tái)板或支撐件提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)器、以及在所述拋光墊上分散漿液的漿液分散器；(ii) 接納如權(quán)利要求l所述的拋光墊調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器頭；和(iii) 驅(qū)動(dòng)器，其為所述調(diào)節(jié)器頭提供動(dòng)力以使得所述拋光墊調(diào)節(jié)器 的所述調(diào)節(jié)面可以抵靠著所述拋光墊摩擦來(lái)調(diào)節(jié)所述拋光墊。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種拋光墊調(diào)節(jié)器，其包括基板和基板上的墊調(diào)節(jié)面。所述調(diào)節(jié)面包括中心區(qū)域和周邊區(qū)域。包括基本不變寬度的研磨粒子的研磨輻條從中心區(qū)域延伸到周邊區(qū)域，所述研磨輻條彼此徑向隔開(kāi)。輻條對(duì)稱并彼此徑向隔開(kāi)，并可以具有各種形狀。調(diào)節(jié)面還可以具有在抵靠著拋光墊摩擦調(diào)節(jié)面時(shí)接收漿液的切出入口溝道、從切出入口溝道接收拋光漿液的管道、以及在基板的周邊上用于排出接收到的拋光漿液的出口。
文檔編號(hào)B24B37/04GK201049437SQ200520127220
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者喬治·拉澤若, 文卡塔·R·巴拉伽納, 肯尼·金泰·尼格 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司