專利名稱：具有直接裝載臺(tái)板的拋光設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
通常通過在硅晶片上順序地沉積導(dǎo)體層、半導(dǎo)體層或絕緣層來在襯底 上形成集成電路。 一種制造步驟包括在非平面表面上沉積填充物層，并對(duì) 填充物層進(jìn)行平面化直到暴露出非平面表面。例如，可以在圖案化的絕緣 層上沉積導(dǎo)體填充物來填充絕緣層中的溝槽或孔。然后對(duì)填充物層進(jìn)行拋 光，直到暴露出凸起的絕緣層。在平面化之后，絕緣層的凸起圖案之間保 留的導(dǎo)體層部分形成了過孔、插頭和導(dǎo)線，它們?cè)谝r底上的薄膜電路之間 提供導(dǎo)電路徑。另外，還需要平面化來使用于光刻的襯底表面平面化。
通過拋光機(jī)進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種常用的平面化方法。 傳統(tǒng)的拋光機(jī)包括基座，基座帶有若干個(gè)拋光臺(tái)并帶有裝載端口。裝載端 口通常專用于提供精密的位置，用于由載具或拋光頭進(jìn)行卡住。在從裝載 端口卡住襯底之后，拋光機(jī)可以將襯底移動(dòng)到一個(gè)或多個(gè)拋光臺(tái)以進(jìn)行處 理。在平面化過程中，襯底的暴露表面被靠著拋光墊的拋光表面放置，所 述拋光墊例如旋轉(zhuǎn)拋光盤或直線前進(jìn)的帶。載具頭給襯底提供可控的載 荷，推動(dòng)其靠著拋光墊。拋光液可以包括研磨顆粒，并被提供到拋光墊的 表面，襯底與拋光墊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平面化和拋光。
傳統(tǒng)的拋光墊包括"標(biāo)準(zhǔn)"墊和固定研磨墊。通常的標(biāo)準(zhǔn)墊具有帶耐 用粗糙表面的聚氨酯拋光層，還可以包括可壓縮的襯背層。相比之下，固 定研磨墊具有保持在容納介質(zhì)中的研磨顆粒，并可以被支撐在大體上不可 壓縮的襯背層上。
總的來說，形成集成電路的過程可能驚人的昂貴并且在越來越昂貴。 費(fèi)用的一個(gè)主要因素是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造設(shè)備所需的尺寸，所述設(shè)備除了拋光機(jī)之外還包括大量的處理機(jī)器。每個(gè)機(jī)器都消耗一定的地面面積，稱
為"占地(footprint)面積"。特別是，拋光機(jī)的裝載端口可能消耗拋光 機(jī)占地面積的多達(dá)四分之一。費(fèi)用的另一個(gè)主要因素是處理中大量步驟所 需的總時(shí)間。處理時(shí)間影響著生產(chǎn)率或生產(chǎn)量。此外，許多步驟還需要傳 遞(handoff)，這種傳遞可能使襯底因破壞而被廢棄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總的描述了用于化學(xué)拋光設(shè)備的系統(tǒng)、方法、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品 和裝置?？偟膩碚f，化學(xué)拋光設(shè)備可以在拋光物件或臺(tái)板上直接裝載(和 卸載)襯底，可以由拋光頭從所述拋光物件或臺(tái)板來卡住襯底。
在一個(gè)方面，本發(fā)明針對(duì)一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備。該設(shè)備包括帶有N 個(gè)拋光頭的轉(zhuǎn)盤、N個(gè)臺(tái)板、以及機(jī)械手。N個(gè)拋光頭圍繞轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)軸 線大體上等角度地定位。N個(gè)臺(tái)板各被設(shè)置成支撐著拋光物件，N個(gè)臺(tái)板 圍繞轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)軸線大體上等角度地定位，使每個(gè)拋光頭可以將襯底定位 成與有關(guān)臺(tái)板處的拋光物件接觸。N個(gè)臺(tái)板包括裝載臺(tái)板，機(jī)械手位于接 近裝載臺(tái)板處并被設(shè)置成將襯底定位于裝載臺(tái)板處的拋光物件上，以裝載 到來自N個(gè)拋光頭中的一拋光頭中。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以包括下面的一項(xiàng)或多項(xiàng)。N個(gè)拋光頭可以是可 旋轉(zhuǎn)的。機(jī)械手可以被設(shè)置成只在裝載臺(tái)板處定位襯底，也可以設(shè)置成在 來自N個(gè)臺(tái)板中的多個(gè)臺(tái)板之一處定位襯底。機(jī)械手可以設(shè)置成從裝載臺(tái) 板取回襯底，也可以設(shè)置成從不同于裝載臺(tái)板的臺(tái)板取回襯底。另一機(jī)械 手可以設(shè)置在與不同于裝載臺(tái)板的第二臺(tái)板接近處，并可以被設(shè)置成在第 二臺(tái)板處將襯底定位在拋光物件上，以裝載到來自N個(gè)拋光頭的另一拋光 頭中。第一定位傳感器可以向機(jī)械手通知襯底已經(jīng)到達(dá)沿著與裝載臺(tái)板 有關(guān)的第一維度的第一期望位置。第二定位傳感器可以向機(jī)械手通知襯 底已經(jīng)到達(dá)沿著與裝載臺(tái)板有關(guān)的第二維度的第二期望位置。第一定位傳 感器可以耦合到機(jī)械手，或者耦合到轉(zhuǎn)盤或載具頭中一者或二者上?？刂?器可以與第一定位傳感器和機(jī)械手通信，控制器可以被設(shè)置成從響應(yīng)于位 置的第一定位傳感器接收反饋信號(hào)，并作為響應(yīng)而向機(jī)械手阿飛送對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)進(jìn)行指導(dǎo)的位置信號(hào)。該裝置可以包括用于在襯底已被機(jī)械手松開 之后但被N個(gè)拋光頭之一卡住之前對(duì)襯底位置進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。載具頭中 的保持環(huán)可以被設(shè)置成從第一直徑調(diào)節(jié)到小于第一直徑的第二直徑?？烧{(diào) 節(jié)環(huán)可以被設(shè)置成通過從第二直徑調(diào)節(jié)到第一直徑來卸載襯底。裝載臺(tái)板 可以包括一組對(duì)準(zhǔn)銷，以通過對(duì)襯底進(jìn)行重新定位來更加精確地定位襯 底。對(duì)準(zhǔn)銷可以是可縮回臺(tái)板中的。對(duì)準(zhǔn)銷的內(nèi)表面之間的間距可以是在 對(duì)準(zhǔn)銷的頂部比底部提供了更大的尺寸。裝載臺(tái)板可以是可旋轉(zhuǎn)到裝載位 置以不受載具頭干擾地訪問，并可以是可旋轉(zhuǎn)到卡住位置以由載具頭訪 問。轉(zhuǎn)盤和N個(gè)臺(tái)板各自可以耦合到用于支撐的基座。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明針對(duì)一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，該設(shè)備包括拋
光頭；臺(tái)板，設(shè)置成支撐拋光物件；機(jī)械手，位于接近臺(tái)板處并設(shè)置成將 襯底定位在拋光物件上；以及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在第一位置處接合襯底并將襯底 重新定位到第二位置。第二位置在拋光頭從裝載臺(tái)板卡住襯底的位置范圍 內(nèi)，第一位置包括范圍外的位置。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以包括下述特征中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以 包括保持環(huán)，保持環(huán)被設(shè)置成從第一直徑調(diào)節(jié)到小于第一直徑的第二直 徑。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一組可縮回到臺(tái)板中的對(duì)準(zhǔn)銷。臺(tái)板可以是可旋轉(zhuǎn)到裝 載位置以不受載具頭阻礙地進(jìn)行訪問，裝載臺(tái)板可以是可旋轉(zhuǎn)到裝載位置 以由載具頭訪問。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明針對(duì)一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，該設(shè)備包括臺(tái) 板，支撐拋光物件；機(jī)械手，位于接近臺(tái)板處并設(shè)置成將襯底定位于拋光 物件上；載具頭，具有保持環(huán)；以及載具頭支撐機(jī)構(gòu)，設(shè)置成將載具頭移 動(dòng)到使保持環(huán)圍繞襯底的位置。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明針對(duì)一種對(duì)拋光系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法。該方法 包括用機(jī)械手將襯底放置到拋光表面上；使載具頭的至少一部分處于裝 載位置，使得載具頭的保持環(huán)圍繞襯底；以及造成載具頭與拋光表面之間 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以拋光襯底。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以包括下述特征中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。襯底可以在第 一位置處被放置到拋光表面上，襯底可以被從第一位置移動(dòng)到裝載位置。移動(dòng)襯底可以包括對(duì)保持環(huán)的內(nèi)表面直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，使襯底邊緣與對(duì)準(zhǔn) 銷接觸，或使臺(tái)板移動(dòng)?？梢杂幂d具頭來卡住襯底，載具頭可以帶著襯底 移動(dòng)到另一拋光表面，可以由所述另一拋光表面對(duì)襯底進(jìn)行拋光。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以包括下列優(yōu)點(diǎn)中的一種或多種。在不需要專用 裝載端口的情況下，設(shè)備可以在制造機(jī)構(gòu)內(nèi)占地更小。此外，通過消除傳 遞，該設(shè)備可以有更高的生產(chǎn)率，且因機(jī)器損壞造成的損耗更小。由此， 該設(shè)備可以使與半導(dǎo)體制造設(shè)備有關(guān)地產(chǎn)生的費(fèi)用減小。
附圖和下面的說明中闡述了本發(fā)明一種或多種實(shí)施例的詳細(xì)情況。根 據(jù)這些說明和附圖，并根據(jù)權(quán)利要求，可以了解本發(fā)明的其他特征、目的 和優(yōu)點(diǎn)。


圖1的示意性俯視示了對(duì)襯底進(jìn)行處理的系統(tǒng)的一種實(shí)施方式。 圖2的示意性剖視側(cè)視示了圖1的系統(tǒng)中的拋光臺(tái)。
圖3A—3C的示意性側(cè)視示了將襯底裝載到拋光臺(tái)中的處理。
圖4的示意示了對(duì)襯底進(jìn)行處理的系統(tǒng)的另一實(shí)施方式。
圖5的示意示了對(duì)襯底進(jìn)行處理的系統(tǒng)的另一實(shí)施方式。
圖6A—6B的示意性側(cè)視圖和俯視示了將襯底直接裝載到圖1的
拋光機(jī)中的濕法機(jī)械手。
圖7的示意示了與直接裝載有關(guān)的定位機(jī)構(gòu)的第一實(shí)施方式。
圖8A—8B的示意性側(cè)視圖和俯視示了與直接裝載有關(guān)的定位機(jī)
構(gòu)的第二實(shí)施方式。
圖9A—9B的示意性剖視示了與直接裝載有關(guān)的定位機(jī)構(gòu)的第三
實(shí)施方式。
圖9C是圖9A—9B的定位機(jī)構(gòu)中對(duì)準(zhǔn)銷的示意性側(cè)視圖。
圖IOA—B的示意示了與直接裝載有關(guān)的定位機(jī)構(gòu)的第四實(shí)施方式。
各個(gè)附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)相似的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1的示意示了半導(dǎo)體制造設(shè)備中對(duì)襯底進(jìn)行處理(例如平面
化)的系統(tǒng)20。襯底處理系統(tǒng)20包括化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備("拋光機(jī)") 22、濕法(wet)機(jī)械手("機(jī)械手")24、清潔器26、工廠接口模塊28 和控制器32。系統(tǒng)20可以包括可選的元件，例如計(jì)量裝置或顆粒監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)。襯底IO例如可以是硅晶片(例如用來形成集成電路)或系統(tǒng)20中處 理的其他對(duì)象。通常，襯底10在機(jī)械手24的幫助下被傳送到系統(tǒng)20，以 便由拋光機(jī)22進(jìn)行平面化或拋光，并由清潔器26進(jìn)行清潔。圖1圖示了 一種具體實(shí)施方式
的示例系統(tǒng)20，因?yàn)閽伖鈾C(jī)22可以在其他系統(tǒng)中實(shí)施 并通過其他方法來與系統(tǒng)20交換襯底10。
在一種實(shí)施方式中，工廠接口模塊28可以是矩形形狀。若干個(gè)晶盒 支撐板110 (例如四個(gè))從工廠接口模塊28突出到清潔室中以接受晶盒 12。晶盒12用來在半導(dǎo)體制造設(shè)備周圍和系統(tǒng)10內(nèi)的傳輸過程中保護(hù)襯 底。多個(gè)晶盒端口 112允許將襯底IO從晶盒12傳送進(jìn)出工廠接口模塊 28。
工廠接口機(jī)械手130可以設(shè)在軌道142上，軌道142在工廠接口模塊 28內(nèi)線性延伸。工廠接口機(jī)械手130可以沿軌道142行進(jìn)以在各個(gè)處理 (例如拋光或清潔)之間移動(dòng)襯底。具體地說，工廠接口機(jī)械手130可以 將襯底IO從晶盒端口 112移動(dòng)到接受端口 120處的臺(tái)架部分176。另外， 工廠接口機(jī)械手130可以將襯底10從接受端口 122處的清潔器26移動(dòng)回 晶盒端口 112。
機(jī)械手24設(shè)在臺(tái)架部分176與拋光機(jī)22之間。在一種實(shí)施方式中， 機(jī)械手24耦合到拋光機(jī)22，例如被支撐在拋光機(jī)22的基座上。在另一種 實(shí)施方式中，機(jī)械手24可以是單獨(dú)的設(shè)備。機(jī)械手24將襯底IO在臺(tái)架部 分與拋光機(jī)22之間傳送。在臺(tái)架部分176中，襯底10可以被機(jī)械手24從 可索引的(indexable)緩沖區(qū)182接收。機(jī)械手24包括襯底握持器(例如 葉片141)，所述襯底握持器可在臺(tái)板54上方水平運(yùn)動(dòng)。
拋光機(jī)22包括拋光臺(tái)(例如四個(gè)臺(tái)50a—50d，但是也可以有其他數(shù) 目的臺(tái))以及被支撐在拋光臺(tái)上方的轉(zhuǎn)盤(carousel) 60。拋光臺(tái)50a —50d可以在轉(zhuǎn)盤60的旋轉(zhuǎn)軸線57周圍以大體相等的角度布置，并離開所 述軸線57大體相等的距離。
如圖2所示，拋光臺(tái)50a—50d各包括由公共基座58支撐的臺(tái)板54。 每個(gè)拋光臺(tái)還可以可選地包括例如清洗臺(tái)、墊調(diào)節(jié)器(pad conditioner)等。
每個(gè)臺(tái)板支撐著拋光物件56。拋光物件56可以是例如標(biāo)準(zhǔn)墊、固定 研磨墊或拋光墊?；蛘?， 一個(gè)或多個(gè)拋光臺(tái)可以使用連續(xù)帶或者遞增式前 進(jìn)的薄板而不是圓形的拋光墊。臺(tái)板54可以是圓形，可以以可旋轉(zhuǎn)方式 安裝并由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在工作中，臺(tái)板54旋轉(zhuǎn)，在襯底與拋光表面之間 產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并與漿液(slurry) —起使襯底10的表面光滑。
參照?qǐng)D1和圖2，在一種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)盤60是十字形并帶有載具頭 62 (例如四個(gè))，載具頭62圍繞轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)軸線57以大體相等的角度間 隔(例如90度間隔)分開(圖1中未示出載具頭以便更清楚地示出拋光 物件)。保持了載具頭62的支撐軌道64的位置也可以離軸線57大體相等 的距離，每個(gè)載具頭62可以沿支撐軌道64獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)，從而沿徑向直線 地朝向或離開軸線57運(yùn)動(dòng)。在所示的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)盤60上的載具頭62 (例如N個(gè)載具頭62)的數(shù)目等于拋光臺(tái)50 (例如N個(gè)拋光臺(tái)50)的數(shù) 目。載具頭62例如通過真空卡住或通過保持環(huán)(retaining ring)來緊固襯 底10。轉(zhuǎn)盤60圍繞軸線57旋轉(zhuǎn)，從而在各個(gè)拋光臺(tái)50之間傳輸帶有襯 底10的載具頭62。每個(gè)載具頭62可以是垂直可動(dòng)的，或者包括可垂直運(yùn) 動(dòng)的下部，從而能夠?qū)⒖ㄗ〉囊r底IO降低到拋光臺(tái)50進(jìn)行處理。另外， 每個(gè)載具頭還可以是例如由電動(dòng)機(jī)66帶動(dòng)可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的。
在一種實(shí)施方式中，清潔器26是矩形柜子。穿通支撐件180可以從 可索引緩沖區(qū)182取走襯底10?？偟膩碚f，清潔器26在平面化之后對(duì)襯 底10進(jìn)行清洗，以除去多余的碎片。
為了將襯底裝載到拋光機(jī)中，可以設(shè)置機(jī)械手24并對(duì)控制器32進(jìn)行 編程，使機(jī)械手24從臺(tái)架部分176傳輸襯底10并將其直接放置在拋光臺(tái) 的臺(tái)板上拋光物件的拋光表面上。類似地，為了從拋光機(jī)卸載襯底，可以 設(shè)置機(jī)械手24并對(duì)控制器32進(jìn)行編程，使機(jī)械手24直接從拋光臺(tái)的臺(tái)板上拋光物件的拋光表面上拾取襯底IO并將其放到臺(tái)架部分176中。在一種實(shí)施方式中，葉片141可以垂直定位于載具頭52的縮回位置 與拋光物件56的拋光表面之間。參照?qǐng)D3A—3C，示出了用于將襯底裝載 到拋光臺(tái)50a中的處理的一種實(shí)施方式。最初，如圖3A所示，載具頭62 的安裝表面被縮回，葉片141將襯底橫向(如箭頭A所示)傳輸?shù)捷d具頭 與拋光物件之間的位置。然后，如圖3B所示，葉片將襯底降低到拋光表 面上，松開襯底，并縮回(如箭頭B所示)。然后，如圖3C所示，載具 頭62的安裝表面被降低，使得襯底配裝在載具頭的容納凹部68中。此 時(shí)，襯底可以在拋光臺(tái)處受到拋光，也可以通過真空方式卡到載具頭62 并被傳送到另一拋光臺(tái)。從拋光系統(tǒng)卸載襯底10的處理基本上以相反的 順序執(zhí)行這些步驟。這種構(gòu)造給處理和襯底流動(dòng)提供了很高的靈活度。例如，在順序拋光 操作中，每個(gè)襯底10可以被裝載到裝載臺(tái)50a,在裝載臺(tái)50a處受到拋 光，并被依次傳輸?shù)窖b載拋光臺(tái)50a之外的各個(gè)拋光臺(tái)50b—50d以進(jìn)行附 加拋光，被返回到裝載臺(tái)50a，然后被卸載。對(duì)于順序拋光操作，不同拋 光臺(tái)處拋光條件可以不同，例如可以設(shè)置不同的拋光臺(tái)用于對(duì)不同材料進(jìn) 行拋光，或者用于相繼進(jìn)行更加精細(xì)的拋光操作?；蛘撸诔膳鷴伖獠僮?中，可以由依次不同的載具頭將N個(gè)襯底裝載到裝載臺(tái)50a中，在不同的 拋光臺(tái)50a—50d進(jìn)行拋光(而不在其他臺(tái)進(jìn)行拋光)，然后從拋光臺(tái)50a 依次返回并卸載。對(duì)于成批拋光操作，拋光臺(tái)處的襯底可以在大體上類似 的條件下受到拋光。作為混合拋光處理，可以用交替的成對(duì)拋光臺(tái)對(duì)交替 的襯底進(jìn)行拋光。例如， 一個(gè)襯底可以在裝載臺(tái)50a處裝載，被傳輸?shù)綊?光臺(tái)50b處并受到拋光(而不在裝載臺(tái)50a處拋光)，被傳輸?shù)綊伖馀_(tái) 50d處并受到拋光，然后被傳輸?shù)綊伖馀_(tái)50a處并卸載。下一個(gè)襯底可以 在裝載臺(tái)50a處裝載，被傳輸?shù)綊伖馀_(tái)50c處并受到拋光(這可以與第一 襯底在臺(tái)50d處的拋光同時(shí)進(jìn)行)，然后被傳輸?shù)綊伖馀_(tái)50a處并卸載。在圖1所示的實(shí)施方式中，機(jī)械手24的位置與拋光臺(tái)50'鄰近，以將 襯底IO裝載到專用拋光臺(tái)50'或從該拋光臺(tái)取回該襯底(即，在該實(shí)施方 式中，系統(tǒng)架構(gòu)是機(jī)械手24只能訪問這些拋光臺(tái)中的一個(gè))。在另一種實(shí)施方式中，如圖4所示，機(jī)械手24可以位于兩個(gè)拋光臺(tái)50之間，系統(tǒng)架構(gòu)是機(jī)械手24可以訪問拋光臺(tái)中的兩個(gè)。另外，機(jī)械手 也可以設(shè)置成在幾個(gè)拋光臺(tái)50之間運(yùn)動(dòng)(例如通過軌道)以便將襯底直 接裝載或卸載到相鄰的拋光臺(tái)中?？偟膩碚f，控制器32被設(shè)置成選擇從襯底被發(fā)送到兩個(gè)拋光臺(tái)中的 哪一個(gè)或者從兩個(gè)拋光臺(tái)中的哪一個(gè)取回襯底。例如，機(jī)械手24可以將 襯底發(fā)送到一個(gè)專用拋光臺(tái)50a并從另一個(gè)專用拋光臺(tái)50b取回襯底 (即，在這種實(shí)施方式中，控制器的軟件被設(shè)定成使得機(jī)械手24訪問拋 光臺(tái)中的一個(gè)以進(jìn)行裝載并訪問拋光臺(tái)中的另外一個(gè)以進(jìn)行卸載)。作為 另一種示例，控制器32可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)的狀況來動(dòng)態(tài)地確定使用哪個(gè)拋 光臺(tái)進(jìn)行裝載或卸載。另一個(gè)示例可能有利于上述混合拋光操作，在該示例中，機(jī)械手24 向/從兩個(gè)相鄰的拋光臺(tái)裝載交替的襯底。例如， 一個(gè)襯底在裝載臺(tái)50a處 受到拋光，被傳輸?shù)綊伖馀_(tái)50c處并受到拋光，然后被傳輸?shù)窖b載臺(tái)50a 并從其卸載。這批的下一個(gè)襯底可以在裝載臺(tái)50d處裝載并受到拋光，被 傳輸?shù)綊伖馀_(tái)50b處并受到拋光，然后被裝載到裝載臺(tái)50d并從其卸載。 特別是，通過轉(zhuǎn)盤的第一旋轉(zhuǎn)，臺(tái)50a和50d處受到部分拋光的襯底可以 分別被同時(shí)傳輸?shù)脚_(tái)50c和50b用于附加拋光，而原先在臺(tái)50c和50b處 的襯底被通過同一旋轉(zhuǎn)傳輸回臺(tái)50a和50d用于卸載。轉(zhuǎn)盤的第二旋轉(zhuǎn)將 經(jīng)過拋光的襯底返回臺(tái)50a和50d用于卸載，并將兩個(gè)新的部分拋光襯底 傳輸?shù)脚_(tái)50c和50d。這種操作的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)拋光循環(huán)之需要兩次轉(zhuǎn) 盤旋轉(zhuǎn)。在再一種實(shí)施例中，如圖5所示，系統(tǒng)20包括兩個(gè)裝載機(jī)械手24a和 24b，它們被定位成分別訪問兩個(gè)相鄰的不同拋光臺(tái)，例如臺(tái)50a和50d。 這種系統(tǒng)架構(gòu)可以是每個(gè)機(jī)械手只能訪問拋光臺(tái)中不同的一個(gè)。在一種實(shí) 施方式中，與一個(gè)拋光臺(tái)50a鄰近的機(jī)械手是專用的裝載機(jī)械手24a，與 拋光臺(tái)50d鄰近的機(jī)械手是專用的卸載機(jī)械手24b。這也可以應(yīng)用于上述 順序拋光操作(只是襯底從臺(tái)50d而不是臺(tái)50a卸載)，在另一種實(shí)施方 式中，裝載機(jī)械手24a和24b既執(zhí)行裝載也執(zhí)行卸載。這也可以應(yīng)用于上面參照?qǐng)D4所述的混合拋光操作(只是對(duì)不同臺(tái)使用了不同的機(jī)械手而不 是共用的機(jī)械手)?？刂破?2可以包括一個(gè)或多個(gè)可編程的數(shù)字計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)執(zhí)行中央控制軟件或分布式控制軟件?？刂破?2可以協(xié)調(diào)系統(tǒng)20的操作。在一 種實(shí)施方式中，控制器32管理襯底IO的直接裝載。例如，控制軟件可以 使用映射系統(tǒng)，該系統(tǒng)給機(jī)械手24的運(yùn)動(dòng)范圍分配坐標(biāo)。反饋系統(tǒng)可以 提供當(dāng)前坐標(biāo)，使控制軟件能夠計(jì)算例如如何到達(dá)襯底10可被從臺(tái)板54 卡住的位置?？刂破?2可以產(chǎn)生電控制信號(hào)(例如模擬信號(hào)或數(shù)字信 號(hào))來指導(dǎo)機(jī)械手24。圖6A是機(jī)械手24直接裝載襯底10的一種實(shí)施方式示意圖。機(jī)械手 24具有機(jī)械手基座132、垂直軸134以及終止于襯底握持器141的關(guān)節(jié)臂 136。垂直軸134能夠調(diào)節(jié)襯底的高度。為此，垂直軸134如箭頭A所示 沿著垂直軸線升高和降低關(guān)節(jié)臂136。關(guān)節(jié)臂136能夠橫向移動(dòng)襯底10。 具體地說，關(guān)節(jié)臂136如B所示圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。另外，關(guān)節(jié)臂136如C 所示在水平方向伸縮。在一種實(shí)施方式中，關(guān)節(jié)臂包括旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器138， 旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器138能夠圍繞水平軸線旋轉(zhuǎn)襯底10，如D所示。機(jī)械手24由 此提供了大范圍的運(yùn)動(dòng)來在臺(tái)架部分176與裝載拋光臺(tái)50a之間移動(dòng)襯 底。圖6B是關(guān)節(jié)臂136的仰視圖。襯底握持器141可以是真空卡盤，例 如葉片、靜電卡盤、邊緣夾(edgeclamp)或類似的晶片握持機(jī)構(gòu)。襯底 握持器141在由機(jī)械手24傳送的同時(shí)緊固襯底10。襯底握持器141可以 將襯底10緊固在面向下的位置并在關(guān)節(jié)臂136的運(yùn)動(dòng)過程中緊固襯底 10。在一種實(shí)施方式中，裝載(和卸載)受到由下文中結(jié)合圖7 — 10所述 的一種或多種定位系統(tǒng)實(shí)施方式的輔助。拋光機(jī)22可以具有一個(gè)或多個(gè)元件對(duì)襯底10在裝載拋光臺(tái)50a上的 定位進(jìn)行輔助，圖7 — 10中描述了一些示例。大體上，定位系統(tǒng)的元件可 以包括硬件和/或軟件。硬件方面可以用來在實(shí)體上將襯底10定位到目標(biāo) 卡住位置(即，在可由拋光頭62安全卡住襯底IO的位置范圍內(nèi))。軟件方面可以用來通過指令控制硬件方面，所述指令例如被設(shè)置成計(jì)算當(dāng)前位 置并確定到達(dá)卡住位置所需的運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施方式中，關(guān)節(jié)臂136可以被校準(zhǔn)為將襯底10直接放在卡住位置。例如，反饋處理可以如下所述對(duì) 關(guān)節(jié)臂136進(jìn)行導(dǎo)向。在某些實(shí)施例中，關(guān)節(jié)臂136可以將襯底IO放在臺(tái) 板54上，然后臺(tái)板54可以被重新定位到卡住位置(例如通過使臺(tái)板54旋 轉(zhuǎn))。在其他實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以通過關(guān)節(jié)臂136將襯底10從初 始方位重新定位到目標(biāo)卡住位置(例如從范圍外的位置)。圖7是拋光機(jī)22的示意圖，拋光機(jī)22帶有定位系統(tǒng)的第一實(shí)施方 式，該定位系統(tǒng)在放置襯底過程中使用反饋來控制關(guān)節(jié)臂136的位置。在 定位機(jī)構(gòu)的一種實(shí)施方式中，機(jī)械手24和拋光機(jī)22中一者或二者可以包 括定位傳感器，以確定關(guān)節(jié)臂136相對(duì)于拋光機(jī)22元件的位置。例如， 定位傳感器144可以被定位在關(guān)節(jié)臂136上、葉片141上、轉(zhuǎn)盤60上或載 具頭62上。在一種實(shí)施方式中，機(jī)械手24或拋光機(jī)22之一可以包括位置 傳感器144，而另一元件(例如，如果傳感器144在葉片上，則載具頭62 上)可以包括提高檢測(cè)容易性的特征162，例如對(duì)準(zhǔn)圖案(例如反射條) 或光源(例如LED)。位置傳感器144可以是光學(xué)檢測(cè)器(例如光電檢測(cè) 器)、相機(jī)、邊緣檢測(cè)器等。在一種實(shí)施方式中，光學(xué)檢測(cè)器對(duì)來自安裝 在另一元件上的光源162的光進(jìn)行檢測(cè)，以確定襯底是否已到達(dá)了卡住位 置。在另一種實(shí)施方式中，相機(jī)使用圖像處理，用于對(duì)卡住位置的視覺識(shí) 別。圖6A—6B圖示了位置傳感器144在機(jī)械手24上的一種示例，而圖7 圖示了位置傳感器分布在機(jī)械手24 (例如葉片141)與拋光系統(tǒng)22 (例如 載具頭62)之間的一種示例。盡管傳感器144被圖示為位于葉片141的頂 面上，但傳感器144也可以位于底面上。位置傳感器144可以提供反饋信息。位置傳感器144可以例如向控制 軟件或硬件(例如控制器32)提供輸出，所述控制軟件或硬件計(jì)算位置并 確定如何到達(dá)卡住位置。關(guān)節(jié)臂136可以接收對(duì)進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行指導(dǎo)的信 號(hào)。例如，如果使用相機(jī)，則控制器可以被設(shè)置成使葉片移動(dòng)，以使來自 相機(jī)的圖像與預(yù)定目標(biāo)圖像匹配，其中葉片141在所述預(yù)定目標(biāo)圖像處會(huì) 被正確定位。在一種實(shí)施方式中，關(guān)節(jié)臂136可沿受限軸線延伸(即，具有一個(gè)自由度)并可以通過單一的位置傳感器144而定位到卡住位置。在其他實(shí)施例中，關(guān)節(jié)臂136可沿多于一個(gè)軸線延伸，因而通過多于一個(gè)位置傳感器144來定位。反饋處理可以持續(xù)至到達(dá)卡住位置時(shí)為止。在被定位于拋光物件56上之后，關(guān)節(jié)臂136松開襯底10。圖8A和圖8B是帶有定位系統(tǒng)第二實(shí)施方式的拋光機(jī)22的示意圖，該定位系統(tǒng)帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的第一實(shí)施方式。在圖8A中，載具頭62包括保持環(huán)164。圖8B示出了保持環(huán)164的仰視圖(即，環(huán)狀保持環(huán)的實(shí)施方式)。保持環(huán)164具有可調(diào)內(nèi)徑163。在工作中，可以在降低載具頭62的時(shí)候使內(nèi)徑增大。增大的直徑163放寬了與機(jī)械手放置襯底10的位置有關(guān)的公差。在載具頭被降低之后，使保持環(huán)164的內(nèi)徑減小，以便輕微地將襯底IO向內(nèi)促緊。例如，如果襯底IO相對(duì)于內(nèi)徑163偏心，則保持環(huán)164的相應(yīng)部分可以輕推襯底10至接觸或幾乎接觸保持環(huán)164的相對(duì)側(cè)。在拋光之后，保持環(huán)164的可調(diào)內(nèi)徑可以再次增大以松開襯底10。美國(guó)專利No.6，436，228中描述了帶有可調(diào)內(nèi)徑的保持環(huán)，該專利通過引用方式而 妙a5口 口 o圖9A—9C是帶有定位系統(tǒng)第三實(shí)施方式的拋光機(jī)22的示意圖，該定 位系統(tǒng)帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施方式。臺(tái)板54包括可縮回的對(duì)準(zhǔn)銷166， 這些對(duì)準(zhǔn)銷166圍繞卡住位置定位?？煽s回的銷166可被安裝到臺(tái)板54內(nèi) 的致動(dòng)器(未示出)，并在縮回時(shí)可位于臺(tái)板54中的凹部168中。在被 向上致動(dòng)時(shí)，銷166穿過拋光物件56中的孔延伸，使它們突出于拋光表 面上方。在一種實(shí)施方式中，三個(gè)可縮回的銷166以120度的增量圍繞卡 住位置的周邊設(shè)置。在另一種實(shí)施例中，可以有其他數(shù)目的可縮回銷 166。如圖9C所示，各個(gè)可縮回銷166的頂部處向內(nèi)的表面可以錐形(如 圖所示，整個(gè)銷可以是錐形)，使得可縮回銷的頂部部分比下部對(duì)應(yīng)于更 大的襯底直徑?；蛘?，可縮回銷166也可以不是錐形，而是被定位成使它 們的縱軸相對(duì)于拋光表面成非直角的角度，從而在直徑大小方面有類似進(jìn) 展。在工作中，可以使可縮回銷166降低，使襯底10能夠被沒有干涉地 放置在拋光物件56上?？梢岳酶鞣N技術(shù)來放置襯底10 (例如使用上文 結(jié)合圖7所述的定位傳感器144)?？煽s回銷166可以被致動(dòng)，從而響應(yīng) 于所感知的襯底(例如在被控制器通知時(shí)，或者在被位于襯底10下方的 光傳感器檢測(cè)到時(shí))而從臺(tái)板54伸出。可縮回銷166的錐形邊緣167被設(shè) 置成接觸襯底邊緣，并輕微地將襯底10從初始位置重新定位到卡住位 置。隨后，可縮回銷166可以縮回臺(tái)板54中，以免被降低以卡住襯底10 時(shí)與載具頭62發(fā)生干涉。圖10A和圖10B是帶有定位機(jī)構(gòu)第四實(shí)施方式的拋光機(jī)22的示意 圖。在這種實(shí)施方式中，臺(tái)板54在圖IOA所示的裝載位置與圖IOB所示 的緊固位置之間旋轉(zhuǎn)。在裝載位置，襯底10可被機(jī)械手24放置在可縮回 銷166之間，而不需要操縱載具頭62下的葉片141。在裝載之后，臺(tái)板 54朝卡住位置旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)襯底10進(jìn)行定位以便由載具頭62卡住。上文已經(jīng)說明了本發(fā)明的多種實(shí)施例。但是，應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變。因此，其他實(shí)施例也在所 附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。因此，其他實(shí)施例也在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括具有N個(gè)拋光頭的轉(zhuǎn)盤，所述N個(gè)拋光頭圍繞所述轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)軸線大體上等角度地定位；N個(gè)臺(tái)板，包括裝載臺(tái)板，所述N個(gè)臺(tái)板各自被設(shè)置成支撐拋光物件，所述N個(gè)臺(tái)板圍繞所述轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)軸線大體上等角度地定位，使得每個(gè)拋光頭能夠?qū)⒁r底定位成與有關(guān)臺(tái)板處的拋光物件接觸；和機(jī)械手，所述機(jī)械手位于與所述裝載臺(tái)板接近處，并被設(shè)置成將襯底定位在所述裝載臺(tái)板處的拋光物件上，以裝載到所述N個(gè)拋光頭的拋光頭中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述機(jī)械手被設(shè)置成只將所述 襯底定位在所述裝載臺(tái)板處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述機(jī)械手被設(shè)置成將所述襯 底定位在所述N個(gè)臺(tái)板的多個(gè)臺(tái)板中可選擇的一個(gè)臺(tái)板處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述機(jī)械手被設(shè)置成從所述裝 載臺(tái)板取回襯底。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述機(jī)械手被設(shè)置成從與所述 裝載臺(tái)板不同的臺(tái)板取回襯底。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括另一機(jī)械手，所述另一機(jī)械手 位于與不同于所述裝載臺(tái)板的第二臺(tái)板接近處，并被設(shè)置成將襯底定位在 所述第二臺(tái)板處的拋光物件上，以裝載到所述N個(gè)拋光頭的另一拋光頭 中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括定位傳感器，所述定位傳感器 向所述機(jī)械手通知下述情況襯底已經(jīng)到達(dá)沿著與所述裝載臺(tái)板有關(guān)的第 一維度的第一期望位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括控制器，所述控制器與所述定位傳感器和所述機(jī)械手通信，并被設(shè)置 成從響應(yīng)于位置的第一定位傳感器接收反饋信號(hào)，并作為響應(yīng)而向所述機(jī)械手發(fā)送對(duì)所述機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行指導(dǎo)的位置信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括用于在襯底被所述機(jī)械手松開之后且被所述N個(gè)拋光頭之一卡住之前 對(duì)所述襯底的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述拋光頭包括保持環(huán)，所 述保持環(huán)被設(shè)置成從第一直徑調(diào)節(jié)到小于所述第一直徑的第二直徑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述裝載臺(tái)板包括一組對(duì)準(zhǔn) 銷，所述對(duì)準(zhǔn)銷通過對(duì)所述襯底進(jìn)行重新定位來更加精確地定位所述襯底 以進(jìn)行裝載。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述對(duì)準(zhǔn)銷可縮回到所述臺(tái)板中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述裝載臺(tái)板可旋轉(zhuǎn)至裝載位置以進(jìn)行不受所述載具頭阻礙的訪問，所述裝載臺(tái)板可旋轉(zhuǎn)至卡住位置 以由所述載具頭訪問。
14. 一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括拋光頭；臺(tái)板，設(shè)置成對(duì)拋光物件進(jìn)行支撐；機(jī)械手，位于與所述臺(tái)板接近處并被設(shè)置成將襯底定位于所述拋光物 件上；和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在第一位置處接合所述襯底并將所述襯底重新定位到第二 位置，所述第二位置處于拋光頭從所述裝載臺(tái)板卡住所述襯底的位置范圍 內(nèi)，所述第一位置包括范圍之外的位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括保持環(huán)，所述保持環(huán)設(shè)置成從第一直徑調(diào)節(jié)到小于所述第一直徑的第二直徑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一組可縮回至所述臺(tái)板中的對(duì)準(zhǔn)銷。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述臺(tái)板可旋轉(zhuǎn)至裝載位置 以進(jìn)行不受所述載具頭阻礙的訪問，所述裝載臺(tái)板可旋轉(zhuǎn)至裝載位置以由 所述載具頭訪問。
18. —種對(duì)拋光系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，包括 用機(jī)械手將襯底放置到拋光表面上；使載具頭的至少一部分處于裝載位置，使得所述載具頭的保持環(huán)圍繞所述襯底；和使得所述載具頭與所述拋光表面之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)以對(duì)所述襯底進(jìn)行 拋光。
19. 根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述襯底在第一位置處 被放置到所述拋光表面上，所述方法還包括使所述襯底從所述第一位置移 動(dòng)到所述裝載位置。
20. 根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，移動(dòng)所述襯底包括調(diào)節(jié) 所述保持環(huán)的內(nèi)表面的直徑。
21. 根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，移動(dòng)所述襯底包括使所述襯底的邊緣與對(duì)準(zhǔn)銷接觸。
22. 根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，移動(dòng)所述襯底包括移動(dòng)所述臺(tái)板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于化學(xué)機(jī)械拋光的方法和設(shè)備，其包括支撐著拋光物件的臺(tái)板、位于臺(tái)板附近的機(jī)械手、帶有保持環(huán)的載具頭、以及載具頭支撐機(jī)構(gòu)。機(jī)械手被設(shè)置成將襯底定位在拋光物件上，載具頭支撐機(jī)構(gòu)被設(shè)置成使載具頭移動(dòng)到使保持環(huán)圍繞襯底的位置。
文檔編號(hào)B24B37/04GK101277787SQ200680036363
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者陳宏清 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司