專利名稱：具有多個(gè)腔的承載頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中用于控制施加在襯底上壓力的承載頭。
背景技術(shù)：
通常通過(guò)在硅襯底上順序沉積導(dǎo)體層、半導(dǎo)體層或者絕緣層在襯底上形成集成電路。制造步驟涉及在不平整表面上沉積填料層，并對(duì)該填料層進(jìn)行平坦化處理直到露出不平整表面。例如，可以在構(gòu)圖的絕緣層上沉積導(dǎo)電填料層以填充絕緣層中的溝道或者孔。然后拋光該填料層直到暴露出絕緣層的凸起圖案。在平坦化以后，在絕緣層凸起圖案之間保留的導(dǎo)電層部分形成在襯底上的薄膜電路之間提供導(dǎo)電路徑的通孔、接點(diǎn)和連線。此外，由于光刻裝置的聚焦深度有限，因此需要平坦化工藝對(duì)要進(jìn)行光刻的襯底表面進(jìn)行平坦化處理。
化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種可接受的平坦化方法。該平坦化方法通常需要將襯底固定在載體或者CMP裝置的研磨頭上。該襯底的暴露面靠在旋轉(zhuǎn)研磨墊或者帶狀墊上。該研磨墊可以是“標(biāo)準(zhǔn)”研磨墊也可以是固定研磨劑墊。標(biāo)準(zhǔn)墊具有耐用的粗糙表面，而固定研磨劑墊具有保持在容納媒介中的研磨劑顆粒。承載頭對(duì)襯底施加可控負(fù)載從而使其緊靠研磨墊。對(duì)研磨墊的表面施加研磨溶液，諸如包括研磨劑顆粒的漿體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了多種在不必對(duì)承載頭同比例增加壓力輸入數(shù)量的情況下在承載頭中增加接觸壓力腔數(shù)量的技術(shù)。
通常，本發(fā)明公開了一種用于襯底化學(xué)機(jī)械拋光的承載頭。所述承載頭包括配置為連接至第一壓力輸入的第一通路和配置為連接至第二壓力輸入的第二通路。承載頭還包括具有所述第一和第二通路的底座組件。結(jié)合至底座組件的柔性膜。所述膜通常具有圓形主體，其下表面提供襯底安裝表面。在所述底座組件和柔性膜之間的體積形成多個(gè)可加壓腔。各第一和第二通路與多個(gè)可加壓腔其中至少之一連通并且可加壓腔的數(shù)量比壓力輸入數(shù)量更多。
承載頭還可以包括形成多個(gè)可加壓腔其中至少之一的內(nèi)部膜。承載頭還可以包括多個(gè)閥，諸如電磁閥或者M(jìn)EMS閥。所述多個(gè)閥的每個(gè)可以電控制。承載頭可以具有和閥數(shù)量相等或者大于閥數(shù)量的可加壓腔數(shù)量。所述閥是可控制的從而建立多個(gè)壓力區(qū)域，其中每個(gè)區(qū)域包括所述多個(gè)可加壓腔中一個(gè)或多個(gè)，所述第一和第二通路結(jié)合至所述多個(gè)可加壓腔中每個(gè)。承載頭還可以包括閥控制器，其中所述閥控制器控制所述多個(gè)閥中每個(gè)位于第一位置和第二位置之間。承載頭可以具有固定到底座組件上的分割部件，其中所述分割部件限定多個(gè)可加壓腔每個(gè)的側(cè)面。所述分割部件可以是環(huán)形側(cè)壁，從而形成環(huán)形形狀的可加壓腔。可選地，以分割結(jié)構(gòu)配置所述可加壓腔。所述底座組件包括板體，其包括歧管，所述歧管將第一和第二通路流體結(jié)合至所述多個(gè)可加壓腔上。所述歧管為可重配置的，從而可以將第一可加壓腔和所述第一通路的結(jié)合改變?yōu)榈谝豢杉訅呵缓退龅诙分g的結(jié)合。所述板體可以通過(guò)緊固件連接到所述底座組件的部件上。
另一方面，本發(fā)明涉及用于具有板體的承載頭的部件。所述板體具有沿底面的多個(gè)腔區(qū)域。多個(gè)通路貫穿所述板體，每個(gè)通路用于將壓力輸入連接到所述腔區(qū)域其中至少之一上，其中貫穿所述板體連接的壓力輸入的數(shù)量少于腔區(qū)域的數(shù)量。
所述板體可以具有用于將通路連接到腔區(qū)域的歧管。所述歧管為可配置的，從而在某一結(jié)構(gòu)中所述歧管決定通路和腔區(qū)域的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系并在第二結(jié)構(gòu)中所述歧管決定通路和腔區(qū)域之間的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系不同于第二對(duì)應(yīng)關(guān)系。
在再一方面，本發(fā)明涉及形成承載頭的方法。提供了一種具有第一通路和第二通路的底座組件，配置所述第一通路使其與第一壓力源流體連通并配置第二通路使其與第二壓力源流體連通。提供具有多個(gè)腔的襯底背部組件，其中腔的數(shù)量大于壓力源的數(shù)量。所述第一通路結(jié)合到至少第一腔和第二腔上，其中所述第一通路和第一、第二腔之間的連接為可配置的，從而使得所述第一通路與所述第一腔、第二腔至少之一流體連通或者與第一腔和第二腔兩個(gè)腔流體連通。
所述第一通路結(jié)合到至少第一腔和第二腔上可以包括將所述第一腔結(jié)合至具有與所述第一腔和第二腔其中至少之一流體連通的輸出的閥。提供襯底背部組件包括提供具有所需歧管設(shè)計(jì)的襯底背部組件并且將所述第一通路結(jié)合到至少第一腔和第二腔包括將所述襯底背部組件結(jié)合到底座上。
在另一方面，本發(fā)明涉及承載頭的使用方法。將襯底保持在承載頭下方從而使得襯底的正面與拋光表面接觸。所述承載頭包括向襯底背面施加壓力的襯底背部組件。所述襯底背部組件包括多個(gè)腔，其中腔與第一壓力輸入連通。向所述襯底的背面施加壓力，使得對(duì)所述腔室加壓到通過(guò)第一壓力輸入施加的壓力。在所述襯底和所述拋光表面之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)。然后使所述腔與第二壓力輸入流體連通而不與所述第一壓力輸入連通。
使所述腔與第二壓力輸入連通包括向閥發(fā)送電信號(hào)以改變閥。該方法包括在使所述腔與第二壓力輸入連通以后連續(xù)拋光所述襯底。所述襯底背部組件可以包括第一歧管，并且使所述腔與第二壓力輸入連通包括將所述第一歧管改變?yōu)榈诙绻堋?br> 在再一方面，本發(fā)明包括形成承載頭部件的方法。形成具有用于連接多個(gè)壓力輸入和多個(gè)腔區(qū)域的多個(gè)通路的板體。在板體的下表面設(shè)置腔區(qū)域并且壓力輸入的數(shù)量小于腔區(qū)域的數(shù)量。
本發(fā)明的實(shí)施例可以包括如下一個(gè)或者多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)的多腔承載頭相比，在不必與承載頭同比例增加壓力輸入數(shù)量的情況下在承載頭中增加接觸壓力腔的數(shù)量?？蛇x地，在保持同樣腔數(shù)的同時(shí)可以減少壓力輸入數(shù)量。通過(guò)限制所需的所述壓力輸入的數(shù)量以制成可配置的承載頭系統(tǒng)，該系統(tǒng)比需要更多壓力輸入的承載頭更簡(jiǎn)單。更簡(jiǎn)單的承載頭系統(tǒng)需要更少的部件，并更容易建立和保持。可以對(duì)腔分組從而形成通過(guò)公共壓力輸入控制的腔組，并且該腔組的成員是可配置的。通過(guò)軟件可以選擇配置，并且在拋光過(guò)程中或者多個(gè)拋光操作之間可以現(xiàn)場(chǎng)改變配置。壓力分配系統(tǒng)可以與不同的膜結(jié)構(gòu)結(jié)合一起使用。該承載頭適用于各種拋光工藝和參數(shù)。由于改變配置的靈活性得到提高，因此提高了拋光均勻性，并改善了成品率。區(qū)域配置的選擇能力以及在不同區(qū)域結(jié)構(gòu)之間的變化能力可以對(duì)拋光控制產(chǎn)生很好的分辨率。對(duì)拋光工藝的控制程度越大就會(huì)產(chǎn)生越高的芯片成品率。與膜組件相匹配的區(qū)域數(shù)量存在限制，在驅(qū)動(dòng)軸中氣動(dòng)口的數(shù)量存在限制。對(duì)于給定的輸入數(shù)量，通過(guò)向承載頭組件中增加腔同時(shí)不添加附加壓力輸入可以獲得對(duì)于拋光圖形更多的控制。這里所述的方法和組件可以與現(xiàn)有承載頭結(jié)構(gòu)結(jié)合一起使用。
在附圖和如下說(shuō)明書中陳述了本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。通過(guò)說(shuō)明書、附圖和權(quán)利要求書將讓本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)更加顯而易見。


圖1A和1B所示為襯底承載頭的截面示意圖；圖2所示為與各數(shù)字調(diào)節(jié)閥連接的壓力腔的示意圖；圖3所示為可配置的壓力區(qū)域示意圖；圖4為具有多個(gè)區(qū)域的承載頭示意圖；圖5為板體的頂部透視圖；圖6為部分板體的截面圖；圖7為在圖4的承載頭中壓力區(qū)域的示意圖；以及圖8為具有分割的區(qū)域結(jié)構(gòu)的膜的示意圖。
在各附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1A和圖1B，描述了承載頭100的一個(gè)實(shí)施方式。承載頭100包括殼體102、底座組件104、萬(wàn)向裝置106(可以認(rèn)為是底座組件的一部分)、加載腔108、保持環(huán)110，以及包括可加壓腔的襯底背部組件112。在1997年5月21日遞交的美國(guó)專利號(hào)為6,183,354、2000年11月13日遞交的美國(guó)專利6,857,945以及2004年3月26日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/810,784和2003年3月7日遞交的美國(guó)專利號(hào)6,764,387中可以找到類似的承載頭描述。在此引入公開的全部?jī)?nèi)容作為參考。
殼體102通常為圓形形狀并且可以和驅(qū)動(dòng)軸連接以在拋光期間旋轉(zhuǎn)與其連接的部件。可以穿過(guò)殼體102形成垂直孔120，并且，可選地，一個(gè)或者多個(gè)附加通路122(僅示出一個(gè))可以延伸經(jīng)過(guò)該垂直孔120以對(duì)承載頭進(jìn)行氣動(dòng)控制。圓柱環(huán)形法蘭125從殼體102向下延伸，萬(wàn)向節(jié)106的圓柱部分106a沿法蘭125外部向上延伸從而在允許底座組件104垂直旋轉(zhuǎn)的同時(shí)限制底座組件104水平運(yùn)動(dòng)。O-圈124用于在穿過(guò)殼體的通路和穿過(guò)驅(qū)動(dòng)軸的通路之間形成流體密封。電導(dǎo)線204也可以經(jīng)過(guò)垂直孔120，將電信號(hào)傳送給底座組件104內(nèi)的組件?？蛇x地，電導(dǎo)線204可以經(jīng)過(guò)該承載頭的另一部件進(jìn)入該底座組件104中。
底座組件104為位于殼體102下部可垂直移動(dòng)的組件。底座組件104包括板體130、外部鎖緊環(huán)134和萬(wàn)向節(jié)裝置106。通過(guò)內(nèi)部鎖緊環(huán)128將通常為圓形滾動(dòng)膜片126的內(nèi)邊緣固定到殼體102上，并且通過(guò)外部鎖緊環(huán)134將圓形滾動(dòng)膜片126的的外邊緣固定到底座組件104上從而形成位于殼體102和底座組件104之間的加載腔108，進(jìn)而向底座組件104施加負(fù)載，即向下的壓力。通過(guò)加載腔108控制底座組件104相對(duì)于研磨墊的垂直位置?？杉訅呵?08向襯底背部組件112施加壓力。
襯底背部組件112包括具有通常平面主體部分142的柔性膜140。主體部分142的下表面144為襯底提供安裝表面。將膜的主體部分142和底座組件104之間的體積分割為多個(gè)腔。在所示的實(shí)施例中，通過(guò)從膜140的主體部分142延伸出來(lái)的同心環(huán)形側(cè)壁150、152、154、156、158、160、162、164和166分割所述體積。將最外部側(cè)壁168固定在底座組件104和保持環(huán)110之間?？梢酝ㄟ^(guò)鎖緊環(huán)將其他側(cè)壁固定到底座組件104上。所述側(cè)壁可以是膜的整體部件，可以由分離部分構(gòu)成以及與膜的背部連接或者不與膜連接。盡管示出10個(gè)環(huán)形側(cè)壁，但是可以設(shè)置更多或者更少的側(cè)壁，這一點(diǎn)由所需的腔數(shù)量決定。其他承載頭結(jié)構(gòu)也可以用來(lái)形成腔，諸如具有位于膜140和底座組件104之間的附加膜或者氣囊的承載頭。在2001年6月10日遞交的美國(guó)專利6,722,965和1997年5月21日遞交的美國(guó)專利6,183,354中可以發(fā)現(xiàn)關(guān)于該膜結(jié)構(gòu)的描述，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
位于底座組件104和膜140之間密封在第一側(cè)壁150內(nèi)的體積提供第一環(huán)形腔172。位于底座組件104和膜140之間密封在第一側(cè)壁150和第二側(cè)壁152之間的體積提供圍繞第一環(huán)形腔172的第二可加壓環(huán)形腔174。類似地，位于其他相鄰側(cè)壁對(duì)之間的體積提供其他環(huán)形腔176-190。每個(gè)腔可以比相鄰腔更寬、更窄或者具有一樣的寬度。環(huán)形腔可以具有恒定寬度，因此該環(huán)形結(jié)構(gòu)形成圍繞襯底具有均勻徑向?qū)挾鹊沫h(huán)形結(jié)構(gòu)。盡管這里描述了具體的腔結(jié)構(gòu)，但是實(shí)際上可以采用任何所需的腔結(jié)構(gòu)或者區(qū)域結(jié)構(gòu)。通過(guò)一個(gè)膜或者多個(gè)膜的物理結(jié)構(gòu)、承載頭、或者襯底背部組件112限定腔。區(qū)域包括一個(gè)或者多個(gè)腔并且基于在任意時(shí)間在該區(qū)域包括多少腔對(duì)區(qū)域進(jìn)行配置。
進(jìn)一步如下所述，所述腔可以和諸如氣體輸入、泵的多個(gè)壓力源(未示出)或者壓力管道或真空管道流體結(jié)合(couple)?？梢哉{(diào)節(jié)該結(jié)合使得腔在某一時(shí)刻僅對(duì)一個(gè)壓力源開放。如果每個(gè)腔都與其他腔隔離，則流體不能穩(wěn)定地從一個(gè)腔傳送到另一個(gè)腔。但是，腔組與其它腔流體結(jié)合，甚至臨時(shí)結(jié)合?？梢詫?duì)腔施加不同壓力。具有同樣壓力的每個(gè)腔或者連續(xù)腔組構(gòu)成一個(gè)區(qū)域。沒(méi)必要設(shè)計(jì)壓力輸入和腔數(shù)一一對(duì)應(yīng)。實(shí)際上，承載頭可以具有比腔更少的輸入。
底座組件104包括用于控制哪個(gè)腔與哪個(gè)壓力源流體連通的壓力選路組件133。該壓力選路組件133可以安裝在板體130上或者位于板體130內(nèi)部。壓力選路組件133可以通過(guò)貫穿殼體102的垂直孔120或者通路122與壓力源流體結(jié)合。類似地，每個(gè)腔172-190通過(guò)貫穿板體130的連接通路131與壓力選路組件133流體連通。任何流體結(jié)合可以包括管連接，諸如柔性或者剛性管連接，或者僅僅為貫穿底座組件104或者板體130的通道。
壓力選路組件133可以包括具有閥216或者沒(méi)有閥的歧管的元件，該元件控制通路131和通路122之間的連接關(guān)系以確定腔172-190中哪個(gè)結(jié)合至哪個(gè)壓力源。雖然閥支撐元件212可以包括許多閥，但是在閥支撐元件212中僅示出一個(gè)閥216。壓力選路組件133還可以包括具有固定壓力選路的歧管和閥，即，位于閥支撐元件和歧管之間的混接。壓力選路組件133可以是可配置的(即，可以調(diào)節(jié)通路131到通路122的連接方式)或者不可配置的(即，固定其連接方式)。具體的，對(duì)于至少一個(gè)壓力源，壓力選路組件133能夠?qū)⒍鄠€(gè)腔與所述壓力源的輸入連接。因此，連接到壓力選路組件133的壓力輸入的數(shù)量可以少于腔的數(shù)量。同樣地，可以將至少兩個(gè)腔與同一壓力源連接。所述腔不必為連續(xù)腔。殼體218可以覆蓋每個(gè)閥。
如果壓力選路組件是可配置的，在某些實(shí)施方式中，在不從承載頭上去除壓力選路組件133的情況下可以改變結(jié)構(gòu)(并且在某些實(shí)施例中在拋光操作過(guò)程中可以改變所述結(jié)構(gòu))，而在某些實(shí)施例中可能需要去除壓力選路組件133來(lái)修改所述結(jié)構(gòu)。如果壓力選路組件133是可配置的，則可以改變結(jié)合至公共壓力源的腔組。
對(duì)于分離的腔或者腔組，可以獨(dú)立控制通過(guò)襯底上柔性膜140的相關(guān)部分施加的壓力和負(fù)載。這使得在拋光期間可以對(duì)襯底的不同區(qū)域施加不同壓力，從而可以補(bǔ)償拋光率不均勻或者引入襯底的厚度不均勻。
在拋光期間，可以增加或者降低腔中的壓力以改變施加給襯底相應(yīng)區(qū)域的壓力量。通過(guò)將流體引入或者從腔中去除流體可以改變施加的壓力量，從而使得每個(gè)區(qū)域包括一個(gè)或者多個(gè)腔。因此，可以在具體區(qū)域施加基本均勻的壓力。通過(guò)改變閥的設(shè)置或者歧管的選路，可以改變屬于每個(gè)區(qū)域的具體腔。由于可以對(duì)任意或者所有的腔施加不同的壓力，因此在承載頭中可以包括用于保持施加在襯底上總體壓力的裝置。在一實(shí)施例中，改變通過(guò)增壓腔208施加的向下的力可以保持施加給襯底總體壓力恒定并對(duì)單獨(dú)腔施加的壓力進(jìn)行補(bǔ)償。
在一實(shí)施例中，壓力選路組件包括控制哪個(gè)腔屬于哪個(gè)區(qū)域的閥，并且通過(guò)通過(guò)輸入可以改變每個(gè)閥的位置，同時(shí)承載頭保持固定在驅(qū)動(dòng)軸上。在該實(shí)施方式中，承載頭中的電導(dǎo)線204可以從控制器向閥傳輸信號(hào)。該控制器可以包括軟件，諸如執(zhí)行拋光配方的軟件。該配方可以包括一組拋光參數(shù)，諸如時(shí)間、速度、漿等級(jí)和壓力，并且還包括切換每個(gè)閥從而連接所需壓力源與至少一個(gè)腔。該控制器可以是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的部件或者與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信，諸如包括用于發(fā)送開關(guān)閥的信號(hào)的指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)編程有用于改變閥狀態(tài)的配方，即從開到關(guān)或者關(guān)到開?？蛇x地，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以從測(cè)量膜厚度或者通過(guò)拋光去除的材料量的監(jiān)控系統(tǒng)接收反饋。襯底測(cè)量能夠用于基于反饋確定閥是開的或者是關(guān)的。該控制器還可以接受命令，諸如由用戶輸入的命令，并向執(zhí)行該命令的閥組件發(fā)送信號(hào)。在襯底拋光過(guò)程中或者在拋光多片襯底之間可以改變閥的狀態(tài)。
在另一實(shí)施例中，壓力選路組件包括控制哪個(gè)腔屬于哪個(gè)區(qū)域的閥，但是必須機(jī)械地改變閥的位置。例如，為了調(diào)整這些閥，可以從驅(qū)動(dòng)軸上去除承載頭從而獲得進(jìn)入壓力選路組件的通道，并且手動(dòng)對(duì)閥進(jìn)行調(diào)整。在該實(shí)施方式中，通過(guò)輸入改變區(qū)域，同時(shí)壓力選路組件仍固定到板130上。
參照?qǐng)D2，在一實(shí)施方式中(適用于上述任一實(shí)施例)，承載頭包括兩個(gè)通路，其中一個(gè)通路122a與相對(duì)較高壓力的源220連接而另一通路122b與相對(duì)較低壓力的源210連接。壓力選路組件133包括用于每個(gè)腔172-190的閥232-250，例如電磁閥或者M(jìn)EMS閥。每個(gè)腔172-190通過(guò)相關(guān)閥232-250交替地結(jié)合至通路122a或通路122b之一。因此，每個(gè)閥232-250可以在允許流體從高壓力的源220流至相關(guān)腔和允許流體從低壓力的源210流至相關(guān)腔之間切換。在任意給定的時(shí)間，每個(gè)腔處于所述兩種壓力其中之一。
在襯底后面形成與腔同樣多的區(qū)域。另一方面，可以對(duì)襯底的背面施加同一壓力，形成一個(gè)大區(qū)域。腔可以處于任意所需壓力，諸如在約0.1psi(標(biāo)準(zhǔn))到6psi(標(biāo)準(zhǔn))或者更高。在一實(shí)施例中，與高壓力輸入連接的腔約為3.0psi(標(biāo)準(zhǔn))，而與低壓力輸入連接的腔約為2.0psi(標(biāo)準(zhǔn))。在另一實(shí)施例中，高壓輸入和低壓輸入之間的差在10-20％之間。在某些系統(tǒng)中，在相鄰腔或者相鄰區(qū)域之間設(shè)置較小壓差比在相鄰腔或者相鄰區(qū)域之間存在較大壓差時(shí)承載頭具有更好的執(zhí)行效果。但是，所述腔可以調(diào)整為任意所需壓力。
參照?qǐng)D3，在另一實(shí)施方式中(適用于上述的任意實(shí)施例)，并不是每個(gè)腔均具有相關(guān)閥。在該實(shí)施方式中，腔176、180、184、188連接到相關(guān)閥284、286、288、290上，而腔172、174、178、182、186和190分別直接連接到壓力源262、264、266、268、270和272上。每個(gè)閥均可以將其相關(guān)腔連接到兩個(gè)壓力源其中之一上。例如，腔174和178分別與壓力源264和266連接，并且腔176通過(guò)閥284既可以和壓力源264連接又可以和壓力源266連接。中央腔172具有專用的壓力源262。因此，每個(gè)區(qū)域可以包括一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)腔。
對(duì)于每個(gè)具有兩個(gè)輸入的四個(gè)閥，可以形成16種結(jié)構(gòu)。因此，通過(guò)6個(gè)輸入和4個(gè)閥，可以將具有包括10個(gè)腔的膜的承載頭配置為16種不同的6腔承載頭。在如下表1種示出了采用圖3實(shí)施例的幾種可能的區(qū)域結(jié)構(gòu)。
表1

通常，可以配置的區(qū)域數(shù)量由閥位置數(shù)量(X)的閥數(shù)量(Y)次方?jīng)Q定，或者XY。閥可以具有兩種設(shè)定方式。但是，也可以采用其他類型的閥，諸如可以多于兩種輸入的選路的閥。
圖4所示為具有多個(gè)區(qū)域承載頭的另一實(shí)施例。該承載頭可以包括許多和圖1中的承載頭相同或者相似的部件，諸如殼體102、底座組件104、萬(wàn)向節(jié)裝置106、通路122和柔性膜140。但是，壓力路由組件不包括閥，而是包括將腔172-190結(jié)合到兩個(gè)或者多個(gè)壓力輸入(未示出)上的歧管310。歧管310可以是板體130的一個(gè)部件。如果歧管310是板體130的一個(gè)部件，則可以通過(guò)采用具有所需結(jié)構(gòu)歧管310的另一板體更換板體130而改變歧管310的結(jié)構(gòu)。如圖所示，可以從板體130的支撐部分去除板體130的一部分、膜支架192并采用具有所需結(jié)構(gòu)的膜支架192更換?？蛇x地，該歧管310為從板體130上可去除的或在板體130內(nèi)可更換的。通過(guò)更換諸如導(dǎo)管的流體管道的連接部件或者替換整個(gè)歧管310替換該歧管310。還可以通過(guò)打開至壓力輸入的連接之一同時(shí)關(guān)閉其他連接來(lái)改變將兩個(gè)或者多個(gè)壓力輸入結(jié)合到單個(gè)腔上的歧管310。通過(guò)任意類型的歧管310，都可以從承載頭上去除板體130或者板體130的一部分從而進(jìn)行所需變化。
參照?qǐng)D5，在一實(shí)施例中，在板體130中形成歧管310。板體130具有引導(dǎo)柔性管路103的輸入孔135。柔性管路103進(jìn)入板體130的內(nèi)部到達(dá)歧管310所在的位置。板體130與底座104緊密配合，使得通路122經(jīng)過(guò)孔135與柔性管103流體連通。柔性管103導(dǎo)入歧管310中?？梢酝ㄟ^(guò)緊固件將用于更換硬件結(jié)構(gòu)而去除的部分承載頭連接到承載頭上，該緊固件諸如螺絲或者其他可以替換的緊固件。板體130可以包括用于容納緊固件的孔137。
參照?qǐng)D6，柔性管路103與歧管310的管路260流體連通。管路260與腔190連接。管路260通向腔區(qū)域。腔190可以不是具有膜或者其他覆蓋腔區(qū)域的襯底背部構(gòu)件的完整腔。
在具有歧管的承載頭的一個(gè)實(shí)施方式中(適用于圖4-6所述的實(shí)施例)，如圖7所示，可以對(duì)區(qū)域進(jìn)行硬件配置。這里，歧管310a而非閥確定壓力區(qū)域的結(jié)構(gòu)。第一壓力輸入360與第一腔402和第二腔404連接。第二壓力輸入370與第二壓力腔404、第三壓力腔406和第四壓力腔408連接。第三壓力輸入380與第四壓力腔404、第五壓力腔410和第六壓力腔412連接。第四壓力輸入390與第六壓力腔412、第七壓力腔414和第八壓力腔416連接。在具有兩個(gè)壓力輸入的腔404、408和412中，歧管設(shè)計(jì)確定哪個(gè)壓力通向所述腔。通過(guò)改變歧管，通過(guò)圖7所示的排列結(jié)構(gòu)可以提供8種可能的組合。
多種不同的膜可以用于上述公開的腔控制方法。例如，在上述實(shí)施例中，所述膜為用于連接至底座組件的具有單獨(dú)撓曲的單個(gè)外部膜。內(nèi)部膜、氣囊或者襯底背部組件的其他構(gòu)件可以形成腔。對(duì)于形成具有可配置區(qū)域的承載頭來(lái)說(shuō)外部膜不是必不可少的。外部膜可以用于保持限定腔的構(gòu)件不受到磨損或者不受到污染。和多個(gè)內(nèi)部膜、具有復(fù)雜連接模式的膜或者形成多個(gè)腔的其他類型組件相比該外部膜更易于更換。在其他實(shí)施例中，承載頭包括雙重膜，具有外部膜或者向外部膜的內(nèi)表面施加壓力的一個(gè)或者多個(gè)內(nèi)部膜。在2001年6月10日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)6,722,965中公開了類似的承載頭，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。此外，該膜具有專用的邊緣控制區(qū)域。在襯底邊緣處拋光率傾向于最不均勻，邊緣控制有助于得到均勻拋光的襯底。如上所述，膜具有側(cè)壁或者通過(guò)氣囊可以形成獨(dú)立膜。
作為另一實(shí)施例，在上述實(shí)施例中，所述腔和相關(guān)的區(qū)域徑向?qū)ΨQ。但是，膜具有用于不對(duì)稱形面控制的蜂窩狀區(qū)域結(jié)構(gòu)。通過(guò)在一個(gè)腔中施加更大的壓力而不是在環(huán)形區(qū)域施加同樣的壓力實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱形面。例如，如圖8所示，截面結(jié)構(gòu)1000具有通過(guò)環(huán)形環(huán)1006、1008環(huán)繞的中央腔1002，沿膜的半徑1004分割環(huán)形環(huán)1006、1008以形成腔。蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以包括類似于蜂房的許多單元。也可以采用具有不同腔數(shù)的其他膜結(jié)構(gòu)。具有截面結(jié)構(gòu)1000或者蜂窩式結(jié)構(gòu)的膜考慮到調(diào)整襯底形面的不對(duì)稱情況。
在執(zhí)行工藝期間配置施加給襯底區(qū)域的壓力的能力可以改進(jìn)襯底平坦化工藝。由于平坦化襯底可能造成襯底一部分拋光速率比諸如中央的其他部分更快，通過(guò)在拋光過(guò)程中向襯底的不同區(qū)域選擇性施加壓力有助于得到更平坦的襯底表面。在襯底的整個(gè)表面可以通過(guò)不同速率進(jìn)行拋光。此外，隨著承載頭組件特性的變化，諸如由于磨損，即使在非常穩(wěn)定的拋光方法中，襯底上各個(gè)區(qū)域的各個(gè)區(qū)域的拋光速率也可以隨著襯底的不同而變化。在拋光過(guò)程中改變施加給襯底的一個(gè)或者另一個(gè)區(qū)域的壓力可以補(bǔ)償這些變化。但是，增加施加壓力的區(qū)域的數(shù)量會(huì)增加承載頭中所需壓力輸入的數(shù)量。
增加壓力選路組件可以在拋光期間向襯底選擇部分施加壓力方面提高承載頭的靈活性。壓力選路組件可以使幾個(gè)壓力輸入能夠與膜相關(guān)的更多數(shù)量的腔一起使用。壓力選路組件還允許改變腔和壓力輸入之間的連接關(guān)系，諸如通過(guò)改變閥或者改變諸如管路或者歧管的連接關(guān)系。
在拋光期間可以改變包括閥的壓力選路組件。這樣可以允許對(duì)襯底不同區(qū)域施加的壓力執(zhí)行軟件控制。采用閥控制至任意數(shù)量腔的壓力輸入允許少到兩個(gè)壓力輸入進(jìn)入承載頭，同時(shí)在拋光過(guò)程中仍然能夠靈活地向襯底的兩個(gè)以上不同區(qū)域施加不同壓力。而且，在拋光期間可以改變壓力區(qū)域的尺寸。設(shè)置壓力輸入比腔少可以簡(jiǎn)化承載頭。幾乎任意類型的腔結(jié)構(gòu)，諸如環(huán)形、可組合的或者蜂窩狀的腔結(jié)構(gòu)都可以結(jié)合控制閥壓力選路組件一起使用。
在和對(duì)于每個(gè)腔具有單獨(dú)壓力輸入的承載頭進(jìn)行比較時(shí)，閥和通向腔的專用通路的組合也減少與腔數(shù)量相對(duì)的壓力輸入數(shù)量。即，腔的數(shù)量大于壓力輸入的數(shù)量。閥和腔的專用通路的組合降低了用在壓力選路組件中的閥的數(shù)量。閥數(shù)量變少降低了可能潛在失效的工作部件的數(shù)量。同一壓力的腔可以組合為獨(dú)立可加壓區(qū)域。與閥連通的腔可以從一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的配置。在拋光期間和對(duì)不同襯底拋光過(guò)程之間可以改變區(qū)域配置。在拋光期間配置區(qū)域的能力可以改進(jìn)對(duì)拋光工藝的控制。
具有歧管系統(tǒng)，在壓力輸入和腔之間沒(méi)有設(shè)置閥。因此，不存在可能潛在失效的閥。此外，由于在承載頭內(nèi)不存在要進(jìn)行控制的電控元件，諸如閥，因此在承載頭內(nèi)不需要電子裝置?？梢詮某休d頭上去除板體，諸如通過(guò)改變腔和壓力輸入之間的連接關(guān)系，或者采用具有所需歧管結(jié)構(gòu)的另一板體更換該板體可以改變結(jié)構(gòu)。
在該承載頭中各種元件的結(jié)構(gòu)，諸如相對(duì)尺寸和間距、保持環(huán)、底座組件或者柔性膜的側(cè)壁均為示例性的并且本發(fā)明不限于此。在沒(méi)有加載腔的情況下也可以構(gòu)造該承載頭，并且底座組件和殼體可以是單獨(dú)結(jié)構(gòu)。
可以采用上述承載頭通過(guò)控制襯底相對(duì)于拋光平面的運(yùn)動(dòng)對(duì)襯底進(jìn)行平坦化處理。在拋光過(guò)程中，襯底與所述膜的下表面接觸。承載頭保持該襯底緊靠拋光表面。該承載頭使襯底相對(duì)于拋光表面移動(dòng)，諸如通過(guò)旋轉(zhuǎn)和平移經(jīng)過(guò)該拋光表面。相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得拋光表面打磨襯底的最上層表面。由于可能出現(xiàn)拋光速率不均勻以及引入的襯底表面潛在不均的情況，因此可以在每個(gè)腔施加不同壓力從而局部提高或者降低拋光速率。
在拋光期間，在拋光速率太快的區(qū)域，通過(guò)切換為低壓力輸入降低壓力?？蛇x地，可以在內(nèi)嵌的測(cè)量臺(tái)測(cè)量襯底的過(guò)拋光從而決定是否需要調(diào)整用于對(duì)該襯底進(jìn)行的繼續(xù)拋光或者用于襯底的拋光的拋光參數(shù)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，在整個(gè)拋光過(guò)程中可以改變區(qū)域。在單獨(dú)腔改變壓力的同時(shí)，通過(guò)在襯底背部組件上施加向下壓力改變施加給襯底上的總體壓力。
當(dāng)對(duì)襯底進(jìn)行充分平坦化時(shí)，停止相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且通過(guò)順序提升襯底并將該襯底傳輸給加載或者卸載臺(tái)、沖洗槽或者隨后的拋光表面的過(guò)程，承載頭從拋光表面上去除襯底。
對(duì)于所述的技術(shù)，和傳統(tǒng)多腔承載頭相比，在不必成比例的對(duì)于承載頭增加壓力輸入數(shù)量的情況下增加了承載頭中接觸壓力腔的數(shù)量?？蛇x地，在保持同樣腔數(shù)的同時(shí)可以減少壓力輸入數(shù)量?？梢詫?duì)腔分組從而形成通過(guò)公共壓力輸入控制的腔組，并且該腔組中成員是可配置的。通過(guò)軟件可以選擇配置，并且在拋光過(guò)程中或者多個(gè)拋光操作之間可以現(xiàn)場(chǎng)改變配置。壓力分配系統(tǒng)可以與不同的膜結(jié)構(gòu)一起使用。該承載頭適用于各種拋光工藝和參數(shù)。甚至在從拋光不同襯底時(shí)產(chǎn)生相對(duì)重復(fù)性結(jié)果的方法中，該承載頭部件可能會(huì)磨損而且拋光表面可能會(huì)磨損。一段時(shí)間后該磨損會(huì)改變對(duì)襯底的拋光特性?？刂圃谝r底上各種區(qū)域的輸入可以補(bǔ)償這些變化。區(qū)域配置的選擇以及在不同區(qū)域配置之間的變化能力可以對(duì)拋光控制產(chǎn)生很好的分辨率。對(duì)拋光工藝的控制程度越大就會(huì)產(chǎn)生越高的芯片成品率。在具體區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)均勻的薄膜厚度和均勻的薄膜清除，諸如銅薄膜。由于改變配置的靈活性得到提高，因此提高了拋光均勻性，并改善了成品率。
在驅(qū)動(dòng)軸可能對(duì)氣動(dòng)口的數(shù)量存在限制。對(duì)于給定的輸入數(shù)量，通過(guò)向承載頭組件中添加腔同時(shí)不添加附加壓力輸入可以獲得對(duì)于拋光圖形更多的控制。此外，這里所述的方法和組件可以與現(xiàn)有承載頭結(jié)構(gòu)結(jié)合一起使用。通過(guò)限制所需壓力輸入的數(shù)量實(shí)現(xiàn)可配置的承載頭系統(tǒng)，該系統(tǒng)比需要更多壓力輸入的承載頭更簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的承載頭系統(tǒng)需要更少的部件，并且更容易建立和保持。
本發(fā)明中已經(jīng)描述了很多實(shí)施方式。但是，應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。例如，每個(gè)壓力輸入可以施加彼此不同的壓力，或者可以調(diào)整壓力輸入從而施加相同的壓力。該承載頭最少需要三個(gè)腔，但是可以具有如同在橫跨襯底的整個(gè)背面設(shè)置的腔一樣多的腔。在某些實(shí)施方式中，可以通過(guò)O-圈代替膜的側(cè)壁限定所述腔。因此，其他實(shí)施方式也落入所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于襯底化學(xué)機(jī)械拋光的承載頭，包括配置為連接至第一壓力輸入的第一通路和配置為連接至第二壓力輸入的第二通路；包括所述第一和第二通路的底座組件；以及結(jié)合至底座組件并具有通常圓形主體的柔性膜，所述主體的下表面提供襯底安裝表面，在所述底座組件和柔性膜之間的體積形成多個(gè)可加壓腔，其中第一通路和多個(gè)可加壓腔的第一腔連通，并且所述第二通路和多個(gè)可加壓腔的第二腔連通，并且可加壓腔的數(shù)量大于進(jìn)入所述承載頭內(nèi)通路的數(shù)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載頭，其特征在于，還包括形成所述多個(gè)可加壓腔至少其中之一的內(nèi)部膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載頭，其特征在于，還包括位于底座組件內(nèi)的壓力選路組件，用于決定哪個(gè)輸入與所述腔連通，其中所述壓力選路組件包括包括多個(gè)閥，多個(gè)閥中的每一個(gè)閥與所述多個(gè)可加壓腔其中之一相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的承載頭，其特征在于，所述多個(gè)閥包括電控閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的承載頭，其特征在于，所述承載頭具有和閥數(shù)量相等的可加壓腔數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的承載頭，其特征在于，所述承載頭具有大于閥數(shù)量的可加壓腔數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的承載頭，其特征在于，所述閥是可控制的從而建立多個(gè)壓力區(qū)域，其中每個(gè)區(qū)域包括所述多個(gè)可加壓腔中一個(gè)或多個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的承載頭，其特征在于，還包括閥控制器，其中所述閥控制器控制所述多個(gè)閥中每個(gè)位于第一位置和第二位置之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載頭，其特征在于，所述承載頭還包括固定到底座組件上的分割部件，其中所述分割部件限定多個(gè)可加壓腔每個(gè)的側(cè)面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載頭，其特征在于，所述底座組件包括具有歧管的板體，所述歧管將第一和第二通路流體連通至所述多個(gè)可加壓腔。
11.一種形成承載頭的方法，包括設(shè)置具有第一通路和第二通路的底座組件，配置所述第一通路使其與第一壓力源流體連通并配置第二通路使其與第二壓力源流體連通；提供具有多個(gè)腔的襯底背部組件，其中腔的數(shù)量大于承載頭中通路的數(shù)量；將所述第一通路結(jié)合到至少第一腔或者第二腔上，其中所述第一通路和第一、第二腔之間的連接關(guān)系為可配置的從而所述第一通路與所述第一腔或者第二腔流體連通或者與所述第一腔和所述第二腔兩個(gè)腔流體連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述將所述第一通路結(jié)合到至少第一腔或第二腔上的步驟包括將所述第一腔結(jié)合至具有與所述第一腔和第二腔至少其中之一流體連通的輸出的閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供襯底背部組件的步驟包括提供具有所需歧管設(shè)計(jì)的襯底背部組件；以及將所述第一通路結(jié)合到至少第一腔或者第二腔上的步驟包括將所述襯底背部組件結(jié)合到底座上。
14.一種承載頭的使用方法，包括將襯底保持在承載頭下方使得襯底的正面與拋光表面接觸，其中多個(gè)壓力輸入連接至經(jīng)過(guò)承載頭的多個(gè)通路，所述承載頭包括向襯底背面施加壓力的襯底背部組件，所述襯底背部組件包括多個(gè)可加壓腔，可加壓腔的數(shù)量大于承載頭中通路的數(shù)量，并且所述多個(gè)腔中的腔與所述多個(gè)壓力輸入中第一壓力輸入連通；向所述襯底的背面施加壓力，使得對(duì)所述腔室加壓至通過(guò)第一壓力輸入施加的壓力；在所述襯底和所述拋光表面之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)；以及使所述腔與所述多個(gè)壓力輸入中第二壓力輸入流體連通而不與所述第一壓力輸入連通。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述的使所述腔與第二壓力輸入連通的步驟包括向閥發(fā)送電信號(hào)以改變閥。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述襯底背部組件包括第一歧管，并且所述的使所述腔與第二壓力輸入連通的步驟包括將所述第一歧管改變?yōu)榈诙绻堋?br> 17.一種用于襯底化學(xué)機(jī)械拋光的承載頭，包括配置為連接至第一壓力輸入的第一通路和配置為連接至第二壓力輸入的第二通路；包括所述第一和第二通路的底座組件；結(jié)合至底座組件并具有通常圓形主體的柔性膜，所述主體的下表面提供襯底安裝表面，在所述底座組件和柔性膜之間的體積形成多個(gè)可加壓腔，其中第一通路和多個(gè)可加壓腔的第一腔連通，并且所述第二通路和多個(gè)可加壓腔的第二腔連通，并且可加壓腔的數(shù)量大于所述承載頭內(nèi)通路的數(shù)量；并且其中所述底座組件包括具有歧管的板體，所述歧管將所述第一和第二通路流體連通到所述多個(gè)可加壓腔上，所述歧管為可配置的從而第一可加壓腔和所述第一通路的結(jié)合可以改變?yōu)榈谝豢杉訅呵缓退龅诙分g的結(jié)合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的承載頭，其特征在于，改變所述第一可加壓腔的結(jié)合包括改變閥的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的承載頭，其特征在于，所述歧管為板體的部件并且改變所述第一可加壓腔的結(jié)合包括將板體更換為具有所需結(jié)構(gòu)的板體。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的承載頭，其特征在于，所述歧管包括流體導(dǎo)管并且改變所述第一可加壓腔的結(jié)合包括改變所述歧管內(nèi)部流體導(dǎo)管的連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于化學(xué)機(jī)械拋光的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有包括能夠配置為壓力區(qū)的可加壓腔的承載頭。該系統(tǒng)包括具有膜的用于在拋光期間和襯底接觸的承載頭。位于膜后面的可加壓腔與壓力輸入連通。該壓力輸入可以向可加壓腔施加不同的壓力。某些可加壓腔可以和不止一個(gè)壓力輸入連接?？梢耘帕袎毫^(qū)域，其中每個(gè)區(qū)域包括一個(gè)或者多個(gè)可加壓腔。通過(guò)改變構(gòu)成每個(gè)壓力區(qū)域的可加壓腔來(lái)配置所述區(qū)域。
文檔編號(hào)B24B41/04GK1943989SQ20061015248
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月6日
發(fā)明者史蒂文·M·蘇尼加, 陳志宏, 托馬斯·布雷佐科金, 史蒂文·T·美爾 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司