压力控制的抛光压板的制作方法
专利名称：压力控制的抛光压板的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式大体涉及拋光基板，诸如半导体晶圆。更具体地说，本发明的实施方式涉及在抛光工艺期间改变施加于或作用于基板上的力。
背景技术：
化学机械抛光为常用于制造高密度集成电路的一种工艺，以通过在存在抛光液的同时移动与抛光垫接触基板的特征侧，即沉积接收表面，来平坦化或拋光沉积在基板上的材料层。在典型抛光工艺中，将基板保持在抛光头中，所述抛光头朝向抛光介质推动或按压基板背侧。通过化学和机械作用的结合将材料从与抛光介质接触的基板的特征侧去除。基板的刚性在提供为从基板的特征侧成功且均匀地去除材料所必需的接触时起到重要作用。施加于基板背侧压力的急剧变化有时对于有助于均匀的材料去除是理想的。 然而，基板的刚性倾向于重新分布施加于基板的压力，以使得可扩散或平滑化施加于基板的压力。在某些情况下，并不希望所述平滑作用，并且所述平滑作用可能在基板上产生不良的拋光结果。因此，需要一种有助于聚焦、高分辨率控制施加于基板的压力或力以有助于从基板的特征侧去除材料的方法和设备。
发明内容
本发明提供一种用于在抛光工艺中控制施加于基板的压力和力的方法和设备。在一个实施方式中，描述一种拋光系统。系统包括可旋转地布置在基座上的压板和垫压力施加器，所述压板具有侧壁和在压板周边固定至压板的抛光垫以形成内部体积，所述垫压力施加器布置在压板的内部体积中邻近所述抛光垫下侧。在另一实施方式中,提供一种拋光系统。系统包括可旋转地布置在基座上的压板和垫压力施加器，所述压板具有侧壁和在压板周边固定至压板的抛光垫以形成内部体积，所述垫压力施加器布置在压板的内部体积中邻近抛光垫下侧，所述垫压力施加器包含刚性板材或柔性膜。在另一实施方式中，提供一种拋光基板的方法。所述方法包括使用从第一压力施加器施加至基板背侧的第一压力推动基板抵靠抛光垫的第一表面，并且通过抛光垫的第二表面施加第二压力至基板的特征侧。在另一实施方式中，提供一种拋光基板的方法。所述方法包括将基板保持在适合于相对于抛光垫移动基板的载具头中，所述载具头具有随基板可移动的第一压力施加器，所述第一压力施加器具有施加压力至基板第一侧的一或多个压力区域，相对于抛光垫的第一侧以扫掠图案移动基板，并且当基板以扫掠图案移动时，将背压从第二压力施加器传递至基板的第二侧，所述第二压力施加器布置在抛光垫的第二侧上。
因此，以可详细理解本发明的上述特征结构的方式，可以参考实施方式获得上文简要概述的本发明的更具体描述，其中一些实施方式图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，且因此不应将附图视为对本发明范畴的限制，因为本发明可以允许其它同等有效的实施方式。图I为处理站的一个实施方式的部分剖视图。图2A为处理站的另一实施方式的示意部分剖视图。图2B为施加至基板背侧的压力的图形表示。图2C为基板上重新分布压力的图形表示。图3为处理站的一个实施方式的示意俯视图。图4A为具有带有不对称压力区域的垫压力施加器的处理站的另一实施方式的等·角俯视图。图4B为具有带有对称压力区域的垫压力施加器的处理站的另一实施方式的等角俯视图。图4C为图示于图4A和图4B中的处理站的等角剖视图。图5A为垫压力施加器的另一实施方式的示意剖视图。图5B为垫压力施加器的另一实施方式的示意剖视图。图6A为处理站的另一实施方式的等角俯视图。图6B为可利用于图6A的处理站中的第一垫压力施加器的一个实施方式的等角剖视图。图7A为可利用于图6A的第一垫压力施加器中的环形板的一个实施方式的等角视图。图7B为图6B的第一垫压力施加器的放大剖视图。图7C为图7B的环的放大剖视图。图8为环状致动器排列的另一实施方式的示意平面图。图9为图示方法的一个实施方式的流程图。图10为图示方法的另一实施方式的流程图。为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的元件符号表示诸图所共用的相同元件。可以设想，在一个实施方式中公开的元件可在无需特定叙述的情况下有利地用于其他实施方式。
具体实施例方式图I为处理站100的一个实施方式的部分剖视图，所述处理站100经设置以执行抛光工艺，诸如化学机械抛光(chemical mechanical polishing;CMP)工艺或电化学机械抛光(electrochemical mechanical polishing;ECMP)工艺。处理站 100 可为独立单元或较大处理系统的一部分。可适合于利用处理站100的较大处理系统的实例包括可从位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市(Santa Clara, California)的应用材料公司(Applied Materials, Inc.)获得的 REFLEXION 、REFLEXION LK. REFLEXION GT 、MIRRA MESA 拋光系统，以及其他拋光系统。处理站100包括压板105，压板105可旋转地支撑在基座110上。压板105可操作地耦接至驱动马达115，驱动马达115适合于绕旋转轴A旋转压板105。压板105支撑由抛光材料122制成的抛光垫120。在一个实施方式中，抛光垫120的抛光材料122为市售的垫材料，诸如典型地用于CMP工艺中的基于聚合物的垫材料。聚合物材料可为聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)，或上述材料的组合。抛光材料122可进一步包含与处理化学工艺相容的开孔或闭孔泡沫聚合物、弹性体、毛毡、浸溃的毛毡、塑料，及类似材料。在另一实施方式中，抛光材料122为用多孔涂料浸溃的毛毡材料。在其他实施方式中，抛光材料122包括至少部分导电的材料。载具头130布置在抛光垫120的处理表面125之上。抛光头130在处理期间保持基板135，且抛光头130可控地将基板135朝向抛光垫120的处理表面125 (沿着Z轴)推动。压板105包含垫压力施加器138 (以虚线图示)，垫压力施加器138施加压力至抛光垫120的下侧。载具头130安装至支撑构件140，支撑构件140支撑载具头130且支撑构件140有助于载具头130相对于抛光垫120的运动。支撑构件140可耦接至基座110，或支撑构件 140可以将载具头130悬挂于抛光垫120上方的方式安装在处理站100之上。在一个实施方式中，支撑构件140为安装在处理站100之上的圆形轨道。载具头130耦接至驱动系统145，驱动系统145提供载具头130围绕旋转轴B的至少旋转运动。驱动系统145还可经设置以相对于抛光垫120沿着支撑构件140横向地(X轴和/或Y轴)移动载具头130。在一个实施方式中，除横向运动之外，驱动系统145相对于抛光垫120垂直地(Z轴)移动载具头130。例如，除提供基板135相对于抛光垫120的旋转和/或横向运动之外，还可利用驱动系统145朝向抛光垫120移动基板135。载具头130的横向运动可为直线运动、弧形运动或摆动。调节装置150和流体施加器155图示为定位在抛光垫120的处理表面125之上。调节装置150耦接至基座110，且调节装置150包括致动器185，致动器185可适合于旋转调节装置150，或相对于抛光垫120和/或基座110在一或多个直线方向上移动调节装置150。流体施加器155包括一或多个喷嘴160，一或多个喷嘴160适合于将抛光液传递至抛光垫120的一部分。流体施加器155可旋转地耦接至基座110。在一个实施方式中，流体施加器155适合于围绕旋转轴C旋转，且流体施加器155提供导引至处理表面125的抛光液。抛光液可为化学溶液、水、抛光剂、清洗液，或上述液体的组合。图2A为处理站200的另一实施方式的示意部分剖视图，处理站200具有载具头130和布置在压板105上的抛光垫120 (以虚线图示)。载具头130图示为具有布置于载具头130中的基板135，以使得基板135的特征侧与抛光垫120的处理表面125接触。载具头130包括扣环205，扣环205在处理期间限制基板135且防止基板135从载具头130中滑出。载具头130包括柔性膜210，柔性膜210与基板135的背侧接触。在一个实施方式中，载具头130包括主体215，主体215包含载具头压力施加器220，载具头压力施加器220施加压力或力至柔性膜210。作用于柔性膜210的力被传输到基板135的背侧，以朝向抛光垫120的处理表面125推动基板135的特征侧的区域225A至区域225B。在一个实施方式中，载具头压力施加器220包括一或多个囊状物230，一或多个囊状物230耦接至流体供应器235。流体供应器235有选择地提供气体或液体至每一囊状物230，以施加压力至柔性膜210。柔性膜210偏斜以施加力至基板135的背侧。施加于囊状物230的压力可不相同且可回应于诸如基板135的刚性、希望的中心至边缘的均匀性或非均匀性之类的因素，以及其他因素而选择。在一个实施方式中，施加于囊状物230的压力在约-10磅/平方英寸(pounds per square inch;psi)至约90psi之间，例如，在约-IOpsi至约80psi之间。基板135的刚性倾向于重新分布来自柔性膜210的力。例如，可希望囊状物230之间定义明确的压力边界产生所需的中心到边缘均匀性，如图示于图2B中的曲线图所示。例如，可能希望施加更多压力至基板135的中心区域225A且施加较少压力至基板135的边缘区域225B (例如,基板135周边向内约IOmm至约20mm),或反之亦然，并且可能希望在这些区域之间具有急剧压力边界。然而，基板135的刚性倾向于平滑化这些希望的急剧压力边界，如图2C中的图表所示。结果，基板135的特征侧经历平滑压力效应以使得中心区域225A可能为充分地拋光边缘区域225B而被过抛光。平滑压力效应的替代结果是，边缘区域225B可能为充分拋光中心区域225A而被欠抛光。平滑的压力边界在控制拋光均匀性方面产生困难。平滑后的压力边界可负面地影响拋光，且平滑后的压力边界又限制基板135的边缘轮廓的调谐。类似于图I中图示的实施方式，处理站200包括封装在压板105中的垫压力施加 器138。在一个实施方式中，垫压力施加器138包括一或多个压力源240，一或多个压力源240从压力供应器260传送液体或气体，液体或气体形成流体轴承245。可利用流体轴承245独立地施加压力至抛光垫120下侧的不连续区域。在一个实例中，垫压力施加器138包括盖板250，所述盖板250耦合至含有压力源240的外壳255。压力源240适合于提供多个压力区域，可独立地控制所述多个压力区域以施加预定压力至由压力源240界定的每一区域。在一个实施方式中，压力源240可包括囊状物、挡板、充气增压部或腔室，所述腔室由分离压力源240的侧壁形成。压力源240可形成压力区域，所述压力区域同心和/或对称或者非同心和/或非对称。在一个实施方式中，压力源240与耦接至控制器的压力供应器260流体连通。各种阀(未图示)耦接在压力供应器260与每一压力源240之间，以控制施加于压力源240的流体和/或压力。在一个实施方式中，盖板250包含具有多个喷嘴265的多孔板，多个喷嘴265适合于将流体从外壳255导引至抛光垫120的下侧270。每一压力源240流体地耦接至一或多个喷嘴265，以在盖板250与抛光垫120的下侧270之间提供流体轴承245。在此实施方式中，压力供应器260包含流体,诸如气体或液体。在一个实施方式中，压力供应器260包含压缩气体，诸如空气、氮气、氦气、氩气、上述气体的衍生物和上述气体的组合。在另一实施方式中，压力供应器260包含液体，诸如去离子水。流体可通过开口 262离开压板105的内部，开口 262形成在压板105的壁中。在一个实施方式中，基座110可包括泄口 264，泄口264适合于当流体离开压板105时接收流体。可独立地控制每一压力源240以提供加压的流体至抛光垫120的下侧270。在一些实施方式中，压板105可包括在抛光垫120的下侧270之间的柔性背衬275。柔性背衬275可为柔性板或柔性膜，所述柔性板或柔性膜适合于覆盖压板105且防止抛光液进入压板105的内部体积278。在一个实施方式中，柔性背衬275为具有低摩擦系数的纤维/塑料复合材料且柔性背衬275包括约10密尔至约20密尔的厚度。在一个方面中，柔性背衬275包含由KEVLAR 纤维加强的PEEK材料。可利用柔性背衬275以防止液体和抛光碎片进入压板105的内部体积278。另外还可使用柔性背衬275控制施加至抛光垫120的下侧270的压力。在一个实施方式中，将柔性背衬275通过多个夹钳或张紧装置280耦接至压板105的周边，所述多个夹钳或张紧装置280适合于展开柔性背衬275且有助于柔性背衬275在压板105上的紧固。可将一或多个张紧装置280配置为可松开夹钳，所述可松开夹钳具有耦接至所述夹钳的螺丝扣、弹簧或其他张力施加构件。在一个实施方式中，将垫压力施加器138耦接至基座110以使得垫压力施加器138相对于基座110固定。在另一实施方式中，垫压力施加器138相对于基座110可移动。在一个实施方式中，将垫压力施加器138的外壳255稱接至致动器285,致动器285适合于相对于基座110移动外壳255。致动器285适合于相对于基座110在至少横向(即，水平地)方向上移动垫压力施加器138，以便垫压力施加器138可在与保持在载具头130中的基板135相同的方向移动。在另一实施方式中，致动器285可被配置以将垫压力施加器138朝向且远离(即，垂直地)抛光垫120的下侧270移动。在一个实施方式中，施加到抛光垫120的下侧270的流体压力为约-IOpsi至约IOpsi0在压力源240之内或在压力源240之间的压力可为恒定或为间歇的。在一个实施 方式中，载具头130被设置以横跨抛光垫120的处理表面125按扫掠图案横向地移动基板135。在此实施方式中，回应于基板135相对于垫压力施加器138的位置，施加至抛光垫120的下侧270的压力可变化。在另一实施方式中，垫压力施加器138被设置以按扫掠图案与基板135—起移动。在此实施方式中，当基板135和垫压力施加器138以扫掠图案移动时，施加到抛光垫120的下侧270的压力可变化或恒定不变。图3为处理站300的Iv实施方式的不意俯视图，所述俯视不基板135在抛光垫120上的拋光扫掠图案305的实施方式。将基板135保持在载具头130 (图I)中，为清楚起见并未图示载具头130。载具头直线地或以横跨处理表面125的弧线移动基板135，同时相对于旋转抛光垫120旋转基板135以实现材料从基板135的去除。也展示具有调节盘310的调节装置150以图示在抛光垫120上的调节扫掠图案315的一个实施方式。将调节盘310横跨处理表面125而扫掠以调节和/或刷新处理表面125，从而有助于增强材料从基板135的去除率。处理站300包括在抛光垫120之下以虚线图示的第一垫压力施加器325A。如本文所述，可类似于垫压力施加器138地配置第一垫压力施加器325A。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A包括界定一面积的尺寸，所述面积大于基板135的面积。第一垫压力施加器325A的面积还可经设置大小为大于抛光垫上的基板的扫掠图案305。在一个方面中，第一垫压力施加器325A的形状在平面图中为大体上椭圆形，所述形状具有长轴或轴线，所述长轴和轴线与抛光扫掠图案305的长度轴或较长轴大体对准。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A在平面图中的形状包含大于基板135直径的小直径或短轴，及至少大于基板135两倍的大直径或长轴。例如,对于300mm的基板,小直径或短轴为约310mm至约380mm,且大直径或长轴为约310mm至约760mm。在一个实施方式中，处理站300还包括在抛光垫120之下以虚线图示的第二垫压力施加器325B，第二垫压力施加器325B与调节盘310相邻。如本文所述，可类似于垫压力施加器138配置第二垫压力施加器325B，且可将第二垫压力施加器325B配置以施加压力至调节盘310横跨处理表面125移动的抛光垫120的下侧。第二垫压力施加器325B还可包括界定面积的尺寸，所述尺寸大于调节盘310的尺寸。还可将第二垫压力施加器325B的面积经设置大小为大于调节扫掠图案315的尺寸。图4A为处理站400的另一实施方式的等角俯视图。处理站400包括压板105，压板105可旋转地布置在基座110上。为了图示封装在内部体积405之内的第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B的一个实施方式的细节，在压板105上未图示载具头和抛光垫，所述内部体积405由压板105的侧壁409和抛光垫120的下侧270 (未展示)所界定。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B稱接至固定基座407。固定基座407通过压板105底部的开口 415耦接至基座110。固定基座407允许第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B刚性地耦接至基座110，同时允许相对于第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B旋转压板105。第一垫压力施加器325A包括布置在外壳255上的盖板250。外壳255包含以虚线图示的一或多个压力区域作为中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E。每一压力区域440A至440E可由图2A中描述的压力源240形成。在一个实施方式中，通过 载具头130 (图2A)施加第一压力至基板背侧，且第一垫压力施加器325A通过抛光垫120施加第二压力至基板的特征侧。在一个方面中，可配置每一压力区域440A至440E以提供次压力至抛光垫的下侧。在一个实施方式中，可将中心压力区域440A配置以提供第一次压力至抛光垫的下侧，且可将一或多个边缘压力区域440B至440E配置以提供第二次压力至抛光垫的下侧。第一次压力可与第二次压力相同或不同。在一个实施方式中，第一次压力大于第二次压力以比基板周边施加更大压力至基板中心，或反之亦然。在此实施方式中，压力区域440A至440E为不对称的，以使得施加到抛光垫下侧的压力为不同的，并且在邻近与压力区域440A至440E接触或流体连通的区域中产生过渡区。在一个实例中，过渡区为压力区域440A至440E的相邻边界。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A包括不加压区410。在一个实施方式中，不加压区410包含盖板250的区域，所述区域不与压力区域440A至440E接触或流体连通。可利用不加压区410来抵消可能导致基板135过抛光的拋光效应。在一个实例中，可利用不加压区410来防止或最小化基板135的过拋光，所述过拋光可能当旋转基板135的后缘在第一垫压力施加器325A之上时发生。在另一实施方式中，可减少或除去不加压区410，并且可减少在一或多个压力区域440A至440E中的压力以抵消基板135的过拋光。在一个实施方式中，可将一或多个压力区域440A至440E中的压力降低到真空(即，约-IOpsi)以抵消基板135的过拋光。在一个实施方式中，类似于图2A中描述的垫压力施加器138，第二垫压力施加器325B包括盖板417和外壳420。外壳420可包含压力区域430，所述压力区域430由描述于图2A中的压力源240形成。虽然仅图示一个压力区域430，但是可利用额外压力区域。压力区域430适合于施加压力至调节盘310横跨抛光垫扫掠的抛光垫下侧。盖板417可类似于盖板250，且盖板417可经穿孔，且适合于接触抛光垫下侧，及上述情况的组合以施加压力至抛光垫下侧。图4B为处理站400的另一实施方式的等角俯视图，所述实施方式类似于图示于图4A中的实施方式，不同之处在于在第一垫压力施加器325中的对称或同心压力区域440A至440E。在此实施方式中，除去不加压区410 (图4A)，并且可降低在一或多个压力区域440A至440E中的压力以抵消基板135的过拋光。图4C为图示于图4A和图4B中的处理站400的等角剖视图。在此视图中未图示第二垫压力施加器325B，因此可以看见在基座110与压板105之间的交界面的细节。在一个方面中，抛光垫120为圆形或环状。抛光垫120的周边耦接至压板105，以划界内部体积405的一侧。在一个实施方式中，压板105通过齿轮机构450耦接至马达115。第一垫压力施加器325A通过开口 415耦接至基座110，且第一垫压力施加器325A以不干扰齿轮机构450和/或压板105的旋转的方式偏离齿轮机构450。在另一实施方式中，第一垫压力施加器325A可通过致动器(诸如图2A中图示的致动器285)可移动地耦接至基座110。图5A为垫压力施加器500的另一实施方式的示意剖视图，所述垫压力施加器500可利用在图I的处理站100或图4A和图4B的第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B中的任何一个中。在此实施方式中，垫压力施加器500包括轴承面505，轴承面505包含多个接触轴承510，多个接触轴承510适合于接触抛光垫120的下侧270。每一接触轴承510可包含从轴承面505伸出的突起部、从轴承面505伸出的滚子元件和上述突起部和滚子元件的组合。在一个实施方式中，接触轴承510为轴承面505的突起部或突起区域，且接触轴承510由具有低摩擦系数的材料制成或接触轴承510包括具有低摩擦系数的材料。在一个实施方式中，接触轴承510包含至少部分地容纳在凹穴515中的滚子元件，凹穴515 布置在垫压力施加器500的盖板250中。每一滚子元件由具有低摩擦系数的材料制成或每一滚子元件包括具有低摩擦系数的材料。在一个实施方式中，垫压力施加器500的外壳255包括一或多个囊状物520，一或多个囊状物520耦接至压力供应器260，压力供应器260适合于施加力至轴承面505和/或接触轴承510。可独立地控制传送给每一囊状物520的压力以提供受控的力至接触轴承510且至抛光垫120的下侧270。在一个实施方式中，施加至囊状物520的流体的压力为约-IOpsi 至约 IOpsi ο图5B为垫压力施加器525的另一实施方式的示意剖视图，垫压力施加器525可利用在图I的处理站100或图4A和图4B的第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B中的任何一个中。在此实施方式中，垫压力施加器500包括接触面530，接触面530适合于接触抛光垫120的下侧270的一部分。接触面530包含柔性膜535，柔性膜535布置在垫压力施加器525的外壳255中。柔性膜535可布置在垫压力施加器500的盖板250 (未展示)上或柔性膜535可代替盖板250。柔性膜535适合于接触抛光垫120的下侧270。柔性膜535可由具有低摩擦系数的材料制成，所述材料诸如含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量(UHMW)塑料、聚苯硫醚(PPS)，或上述材料的组合。在一个实施方式中，垫压力施加器500的外壳255包括一或多个腔室540，一或多个腔室540耦接至压力供应器260，压力供应器260适合于施加力至柔性膜535。可独立地控制传送给每一腔室540的压力以提供受控的力至柔性膜535且至抛光垫120的下侧270。在一个实施方式中，施加至腔室540的流体的压力为约-IOpsi至约lOpsi。图6A为处理站600的另一实施方式的等角俯视图，处理站600具有第一垫压力施加器625A的另一实施方式。为了简便起见，将不会重复处理站600中类似于图示在图4A和图4B中的处理站400的实施方式的元件。在此实施方式中，第一垫压力施加器625A包括多个环605、610和615，多个环605、610和615可移动地布置在盖板250之内且多个环605、610和615在一或多个压力区域440A至440C之内散布。在一个实施方式中，多个环605,610和615中的一或多个环为半柔性环，所述半柔性环在第一垫压力施加器625A的盖板250之内可独立地移动。图6B为可利用于图6A的处理站600中的第一垫压力施加器625A的一个实施方式的等角剖视图。在此实施方式中，第一垫压力施加器625A包括内部压力区域620A、中间压力区域620B、第一外部压力区域620C和第二外部压力区域620D。内部压力区域620A、中间压力区域620B、第一外部压力区域620C和第二外部压力区域620D中的每一个耦接至由控制器独立控制的一或多个加压流体源。在一个实施方式中，内部压力区域620A包含双重区域空气轴承，所述双重区域空气轴承具有独立受控的次内部区域626A和次外部区域626B。次内部区域626A包括第一充气增压部630A，第一充气增压部630A通过导管635A耦接至压力供应器260，而次外部区域626B通过一或多个导管635B耦接至压力供应器260。在一个实施方式中，第一充气增压部630A与多个开口 632连通，而次外部区域626B包含通道634。加压流体从压力供应器260流动至通道634和/或第一充气增压部630A，在第一充气增压部630A处，加压流体通过开口 632和通道634从盖板250释放。
·
中间压力区域620B包含第二充气增压部630B，第二充气增压部630B通过导管635C耦接至压力供应器260。第二外部压力区域620D包含第三充气增压部630C，第三充气增压部630C通过导管63 耦接至压力供应器260。来自压力供应器260的流体流向充气增压部630B和630C，且流过盖板250中的开口 632。在一个实施方式中，内部压力区域620A和中间压力区域620B向基板的中心区域225A(图2A)提供背压，而第一外部压力区域620C向基板的周边区域225B(图2A)提供背压。在一个方面中，第一外部压力区域620C定位在基板的周边，而第二外部压力区域620D经设置大小且定位以向载具头130的扣环205提供背压(扣环205和载具头130两者均图示于图2A中)。在此实施方式中，第一外部压力区域620C包含一或多个环605、610和615。在一个实施方式中，第一外部压力区域620C定位于盖板250上以对应于基板周边。在一个方面中，第一外部压力区域620C的直径为约280mm至约320mm,诸如约290mm至约310mm。在一个实施方式中，环605至615中的一个环包含约300mm的直径，而其他环同心且其他环包括可稍大于或小于300mm的直径。环605、610和615中的每一环耦接至受独立控制的一或多个致动器640。在一个实施方式中，每一致动器640包括活塞645，活塞645适合于相对于第一垫压力施加器625A的基座650有选择地升高或降低。图7A为可利用于图6A的第一垫压力施加器625A中的环形板655的一个实施方式的等角视图。环形板655包括在内径上的刚性部分660A，刚性部分660A耦接至第一垫压力施加器625A的基座650。刚性部分660A包括孔700，孔700用于安装至第一垫压力施加器625A的基座650。环形板655还包括在环形板655的外径上的柔性部分660B。在环形板655中形成槽705以至少部分地将刚性部分660A与柔性部分660B分离，且允许连接材料710形成活动弹簧。环形板655可由塑料材料或诸如不锈钢的金属材料制造。图7B为图6B的第一垫压力施加器625A的放大剖视图。活塞645适合于接触环形板655的柔性部分660B。柔性部分660B适合于在有来自活塞645的压力时弯曲，且接触耦接至每一环605至615的支脚665A至665C。图7C为图7B的环605至615的放大剖视图。在环状致动器排列的一个实施方式中，每一环605至615包括支脚665A至665C,支脚665A至665C适合于卩齿合环形板655的柔性部分660B的所需区域。将每一支脚665A至665C相对于柔性部分660B定位，以使得柔性部分660B的啮合接触特定支脚665A、665B或665C，而不接触另一支脚，从而允许分别致动环605至615。在一个方面中，将每一支脚665A至665C成形及/或交错为与另一支脚间隔开，以防止当致动时柔性部分660B接触多于一个支脚。每一支脚665A至665C可由刚性金属材料或塑料材料制造。每一环605至615包括支撑可压缩构件675的环形通道670。环形通道670可由刚性塑料或金属制成。环形通道670包括一结构和/或厚度，所述结构和/或厚度为可压缩构件675提供硬性或刚性背衬。在一个实施方式中，环形通道670由不锈钢材料制造。可压缩构件675适合于接触抛光垫(未图示)的下侧，且将可压缩构件675经设置大小及形状以防止抛光垫与环形通道670之间的接触。在一个实施方式中，环形通道包括C形或U形横截面，而可压缩构件675包括T形横截面，如图所示。可压缩构件675可由具有低摩擦系数的可压缩材料制成,诸如PEEK。PEEK材料还可包括诸如碳纤维的其他材料以形成复合材料。 图8为环状致动器排列800的另一实施方式的示意平面图。在此实施方式中，相对于环605至615示意地图示活塞810A至810C的位置。每一活塞810A至810C为与图6B和图6C的致动器640 I禹接的活塞645的不意表不。在一个方面中，每一环605至615与三个活塞对准，所述三个活塞沿着环以大体等间距间隔。例如，环605与活塞810C对准，环610与活塞810B对准且环615与活塞810A对准。可将每一活塞810A至810C独立地致动以独立于其他环或活塞提供压力至每一环的至少一部分。在一个实施方式中，每一环605至615是由三个致动器独立地致动。在一个实施方式中，三个致动器中的每一致动器是相对于一个环和/或一个环的半径以大约120度的间距而间隔。在另一实施方式中，每一致动器同心地间隔且以约40度的角度间隔开。在此实施方式中，如图6B和图6C中所描述的环形板655可利用在每一环605至615与活塞810A至810C之间。图9为图示方法900的一个实施方式的流程图。在步骤910处，推动基板135抵靠抛光垫120的第一表面(例如，处理表面125)。在一个实施方式中，利用来自第一压力施加器(例如，载具头压力施加器220)的至少第一压力推动基板135抵靠第一表面，所述第一压力施加器与基板背侧连通。在一个实例中，将压力传送给布置在第一压力施加器中的一或多个囊状物230，以提供压力至基板135的背侧。囊状物230可独立于提供至基板135的边缘区域225B的第二压力，提供第一压力至基板135的中心区域225A。第一压力和第二压力可相同或不同。在一个实施方式中，施加到囊状物230的第一压力和第二压力为约-IOpsi至约80psi。在步骤920处，将第二压力传送给基板135的特征侧。第二压力从第二压力施加器(例如，垫压力施加器138、325A、500、525或625A)通过抛光垫的第二表面传送，所述第二压力施加器相对于基板135布置在抛光垫120的相对侧上。第二压力可大体上等于或不同于第一压力。在一个实施方式中，第二压力施加器包括中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E。中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E可包含压力源240，压力源240包含囊状物或形成在第二压力施加器中的不连续腔室。在一个实施方式中，传送给每一压力源240的压力包括分别提供至中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E的至少第三压力和第四压力。第三压力和第四压力可相同或不同。在一个实施方式中，施加到压力源240的第三压力和第四压力为约-IOpsi至约lOpsi。在另一实施方式中，除了一或多个压力区域620A至620D之外，第二压力还通过一或多个环605、610和615提供，如图6A至图6C所描述。图10为图示方法1000的另一实施方式的流程图。在步骤1010处，将基板135保持在适合于相对于抛光垫120移动基板135的载具头130中。载具头130包括可与基板一起移动的第一压力施加器(例如，载具头压力施加器220)。在一个实施方式中,第一压力施加器包括一或多个可加压区域(例如，囊状物230)，所述一或多个可加压区域施加压力至基板135的第一侧(例如，背侧)。在一个实施方式中，施加到基板的第一侧的压力为约-IOpsi至约80psi。在步骤1020处，将基板135例如以扫掠图案305相对于抛光垫120的第一侧(例
如，处理表面125)移动。在步骤1030处，将背压传送给基板135的第二侧(例如，特征侧)。背压是当基板以扫掠图案移动时从布置在抛光垫120的第二侧(例如，下侧270)上的第二压力施加器(例如，垫压力施加器138、325A、500、525或625A)提供的。因此，当基板135横跨抛光垫120移动时，作用于基板135的第一侧的第一压力可由第二压力补偿。在一个实施方式中，第二压力施加器相对于抛光垫120是固定的。在另一实施方式中，第二压力施加器相对于抛光垫120是可移动的。背压可大体上等于或不同于第一压力。在一个实施方式中，背压可为约-IOpsi至约lOpsi。背压可为静态力或空气轴承的形式。本发明描述一种用于在抛光工艺中控制施加于基板的压力和力的方法和设备。本文所述的方法和设备有助于聚焦、高分辨率控制施加到基板的压力或力，如此有助于增强从基板去除材料。设备包括如本文所述的垫压力施加器138、325A、500、525或625A的实施方式。利用垫压力施加器138、325A、500、525或625A控制基板可在抛光工艺中经历的压力边界。因此，作用于基板的压力或力的改进控制有助于更大的拋光均匀性、增强的去除率以及增强的轮廓调谐。垫压力施加器138、325A、500、525或625A适合于当基板以扫掠图案移动时，施加在约-IOpsi至约IOpsi之间的压力。以此方式，基板沿着整个扫掠图案经历所需的背压。另外，描述了用于调节装置的第二垫压力施加器325B。第二垫压力施加器325B可以类似于垫压力施加器138、325A、500、525或625A的方式构造和操作。可独立于从第二垫压力施加器325B施加到抛光垫120的压力，来控制从垫压力施加器138、325A、500、525或625A提供到抛光垫120的背压。虽然上述内容是针对本发明的实施方式，但是在不背离本发明的范畴的情况下，可设计本发明的其他和进一步实施方式。
权利要求
1.一种拋光系统，包含 可旋转地布置在基座上的压板，所述压板具有侧壁和在所述压板周边固定至所述压板的抛光垫以形成内部体积；和 垫压力施加器，所述垫压力施加器布置在所述压板的所述内部体积中邻近所述抛光垫的下侧。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器进一步包含具有多个穿孔的板材，所述多个穿孔适合于对所述抛光垫的下侧导引流体。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个穿孔耦接至压力源。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述压力源包含布置在外壳中的一或多个腔室。
5.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器进一步包含一或多个同心环，所述一或多个同心环适合于接触所述抛光垫的下侧。
6.如权利要求I所述的系统，其特征在于，进一步包含适合于接触所述抛光垫的下侧的柔性膜。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述柔性膜通过一或多个张紧装置耦接至所述压板的周边。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器在所述柔性膜与所述垫压力施加器之间提供空气轴承。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述空气轴承包含多个横向间隔的压力区域。
10.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器相对于所述抛光垫的下侧可移动。
11.一种拋光系统，包含 可旋转地布置在基座上的压板，所述压板具有侧壁和在所述压板周边固定至所述压板的抛光垫以形成内部体积；和 可移动垫压力施加器，所述可移动垫压力施加器布置在所述压板的所述内部体积中邻近所述抛光垫的下侧，所述垫压力施加器包含刚性板材或柔性膜。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述刚性板材包括多个穿孔，所述多个穿孔适合于对所述抛光垫的下侧导引流体。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述多个穿孔耦接至压力源。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述压力源包含布置在外壳中的一或多个腔室。
15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器进一步包含一或多个同心环，所述一或多个同心环适合于接触所述抛光垫的下侧。
16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述柔性膜通过一或多个张紧装置耦接至所述压板的周边。
17.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器在所述柔性膜与所述垫压力施加器之间提供空气轴承。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述空气轴承包含多个横向间隔的压力区域。
全文摘要
本发明描述一种用于在抛光工艺中控制施加于基板的压力和力的方法和设备。在一个实施方式中，描述一种拋光系统。系统包括可旋转地布置在基座上的压板和垫压力施加器，所述压板具有侧壁和布置在所述压板上的抛光垫以形成内部体积，所述垫压力施加器布置在压板的内部体积中邻近所述抛光垫的下侧。
文档编号H01L21/304GK102884612SQ201180010227
公开日2013年1月16日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年1月3日
发明者H·C·陈 申请人:应用材料公司
技术领域：
本发明的实施方式大体涉及拋光基板，诸如半导体晶圆。更具体地说，本发明的实施方式涉及在抛光工艺期间改变施加于或作用于基板上的力。
背景技术：
化学机械抛光为常用于制造高密度集成电路的一种工艺，以通过在存在抛光液的同时移动与抛光垫接触基板的特征侧，即沉积接收表面，来平坦化或拋光沉积在基板上的材料层。在典型抛光工艺中，将基板保持在抛光头中，所述抛光头朝向抛光介质推动或按压基板背侧。通过化学和机械作用的结合将材料从与抛光介质接触的基板的特征侧去除。基板的刚性在提供为从基板的特征侧成功且均匀地去除材料所必需的接触时起到重要作用。施加于基板背侧压力的急剧变化有时对于有助于均匀的材料去除是理想的。 然而，基板的刚性倾向于重新分布施加于基板的压力，以使得可扩散或平滑化施加于基板的压力。在某些情况下，并不希望所述平滑作用，并且所述平滑作用可能在基板上产生不良的拋光结果。因此，需要一种有助于聚焦、高分辨率控制施加于基板的压力或力以有助于从基板的特征侧去除材料的方法和设备。
发明内容
本发明提供一种用于在抛光工艺中控制施加于基板的压力和力的方法和设备。在一个实施方式中，描述一种拋光系统。系统包括可旋转地布置在基座上的压板和垫压力施加器，所述压板具有侧壁和在压板周边固定至压板的抛光垫以形成内部体积，所述垫压力施加器布置在压板的内部体积中邻近所述抛光垫下侧。在另一实施方式中,提供一种拋光系统。系统包括可旋转地布置在基座上的压板和垫压力施加器，所述压板具有侧壁和在压板周边固定至压板的抛光垫以形成内部体积，所述垫压力施加器布置在压板的内部体积中邻近抛光垫下侧，所述垫压力施加器包含刚性板材或柔性膜。在另一实施方式中，提供一种拋光基板的方法。所述方法包括使用从第一压力施加器施加至基板背侧的第一压力推动基板抵靠抛光垫的第一表面，并且通过抛光垫的第二表面施加第二压力至基板的特征侧。在另一实施方式中，提供一种拋光基板的方法。所述方法包括将基板保持在适合于相对于抛光垫移动基板的载具头中，所述载具头具有随基板可移动的第一压力施加器，所述第一压力施加器具有施加压力至基板第一侧的一或多个压力区域，相对于抛光垫的第一侧以扫掠图案移动基板，并且当基板以扫掠图案移动时，将背压从第二压力施加器传递至基板的第二侧，所述第二压力施加器布置在抛光垫的第二侧上。
因此，以可详细理解本发明的上述特征结构的方式，可以参考实施方式获得上文简要概述的本发明的更具体描述，其中一些实施方式图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，且因此不应将附图视为对本发明范畴的限制，因为本发明可以允许其它同等有效的实施方式。图I为处理站的一个实施方式的部分剖视图。图2A为处理站的另一实施方式的示意部分剖视图。图2B为施加至基板背侧的压力的图形表示。图2C为基板上重新分布压力的图形表示。图3为处理站的一个实施方式的示意俯视图。图4A为具有带有不对称压力区域的垫压力施加器的处理站的另一实施方式的等·角俯视图。图4B为具有带有对称压力区域的垫压力施加器的处理站的另一实施方式的等角俯视图。图4C为图示于图4A和图4B中的处理站的等角剖视图。图5A为垫压力施加器的另一实施方式的示意剖视图。图5B为垫压力施加器的另一实施方式的示意剖视图。图6A为处理站的另一实施方式的等角俯视图。图6B为可利用于图6A的处理站中的第一垫压力施加器的一个实施方式的等角剖视图。图7A为可利用于图6A的第一垫压力施加器中的环形板的一个实施方式的等角视图。图7B为图6B的第一垫压力施加器的放大剖视图。图7C为图7B的环的放大剖视图。图8为环状致动器排列的另一实施方式的示意平面图。图9为图示方法的一个实施方式的流程图。图10为图示方法的另一实施方式的流程图。为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的元件符号表示诸图所共用的相同元件。可以设想，在一个实施方式中公开的元件可在无需特定叙述的情况下有利地用于其他实施方式。
具体实施例方式图I为处理站100的一个实施方式的部分剖视图，所述处理站100经设置以执行抛光工艺，诸如化学机械抛光(chemical mechanical polishing;CMP)工艺或电化学机械抛光(electrochemical mechanical polishing;ECMP)工艺。处理站 100 可为独立单元或较大处理系统的一部分。可适合于利用处理站100的较大处理系统的实例包括可从位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市(Santa Clara, California)的应用材料公司(Applied Materials, Inc.)获得的 REFLEXION 、REFLEXION LK. REFLEXION GT 、MIRRA MESA 拋光系统，以及其他拋光系统。处理站100包括压板105，压板105可旋转地支撑在基座110上。压板105可操作地耦接至驱动马达115，驱动马达115适合于绕旋转轴A旋转压板105。压板105支撑由抛光材料122制成的抛光垫120。在一个实施方式中，抛光垫120的抛光材料122为市售的垫材料，诸如典型地用于CMP工艺中的基于聚合物的垫材料。聚合物材料可为聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)，或上述材料的组合。抛光材料122可进一步包含与处理化学工艺相容的开孔或闭孔泡沫聚合物、弹性体、毛毡、浸溃的毛毡、塑料，及类似材料。在另一实施方式中，抛光材料122为用多孔涂料浸溃的毛毡材料。在其他实施方式中，抛光材料122包括至少部分导电的材料。载具头130布置在抛光垫120的处理表面125之上。抛光头130在处理期间保持基板135，且抛光头130可控地将基板135朝向抛光垫120的处理表面125 (沿着Z轴)推动。压板105包含垫压力施加器138 (以虚线图示)，垫压力施加器138施加压力至抛光垫120的下侧。载具头130安装至支撑构件140，支撑构件140支撑载具头130且支撑构件140有助于载具头130相对于抛光垫120的运动。支撑构件140可耦接至基座110，或支撑构件 140可以将载具头130悬挂于抛光垫120上方的方式安装在处理站100之上。在一个实施方式中，支撑构件140为安装在处理站100之上的圆形轨道。载具头130耦接至驱动系统145，驱动系统145提供载具头130围绕旋转轴B的至少旋转运动。驱动系统145还可经设置以相对于抛光垫120沿着支撑构件140横向地(X轴和/或Y轴)移动载具头130。在一个实施方式中，除横向运动之外，驱动系统145相对于抛光垫120垂直地(Z轴)移动载具头130。例如，除提供基板135相对于抛光垫120的旋转和/或横向运动之外，还可利用驱动系统145朝向抛光垫120移动基板135。载具头130的横向运动可为直线运动、弧形运动或摆动。调节装置150和流体施加器155图示为定位在抛光垫120的处理表面125之上。调节装置150耦接至基座110，且调节装置150包括致动器185，致动器185可适合于旋转调节装置150，或相对于抛光垫120和/或基座110在一或多个直线方向上移动调节装置150。流体施加器155包括一或多个喷嘴160，一或多个喷嘴160适合于将抛光液传递至抛光垫120的一部分。流体施加器155可旋转地耦接至基座110。在一个实施方式中，流体施加器155适合于围绕旋转轴C旋转，且流体施加器155提供导引至处理表面125的抛光液。抛光液可为化学溶液、水、抛光剂、清洗液，或上述液体的组合。图2A为处理站200的另一实施方式的示意部分剖视图，处理站200具有载具头130和布置在压板105上的抛光垫120 (以虚线图示)。载具头130图示为具有布置于载具头130中的基板135，以使得基板135的特征侧与抛光垫120的处理表面125接触。载具头130包括扣环205，扣环205在处理期间限制基板135且防止基板135从载具头130中滑出。载具头130包括柔性膜210，柔性膜210与基板135的背侧接触。在一个实施方式中，载具头130包括主体215，主体215包含载具头压力施加器220，载具头压力施加器220施加压力或力至柔性膜210。作用于柔性膜210的力被传输到基板135的背侧，以朝向抛光垫120的处理表面125推动基板135的特征侧的区域225A至区域225B。在一个实施方式中，载具头压力施加器220包括一或多个囊状物230，一或多个囊状物230耦接至流体供应器235。流体供应器235有选择地提供气体或液体至每一囊状物230，以施加压力至柔性膜210。柔性膜210偏斜以施加力至基板135的背侧。施加于囊状物230的压力可不相同且可回应于诸如基板135的刚性、希望的中心至边缘的均匀性或非均匀性之类的因素，以及其他因素而选择。在一个实施方式中，施加于囊状物230的压力在约-10磅/平方英寸(pounds per square inch;psi)至约90psi之间，例如，在约-IOpsi至约80psi之间。基板135的刚性倾向于重新分布来自柔性膜210的力。例如，可希望囊状物230之间定义明确的压力边界产生所需的中心到边缘均匀性，如图示于图2B中的曲线图所示。例如，可能希望施加更多压力至基板135的中心区域225A且施加较少压力至基板135的边缘区域225B (例如,基板135周边向内约IOmm至约20mm),或反之亦然，并且可能希望在这些区域之间具有急剧压力边界。然而，基板135的刚性倾向于平滑化这些希望的急剧压力边界，如图2C中的图表所示。结果，基板135的特征侧经历平滑压力效应以使得中心区域225A可能为充分地拋光边缘区域225B而被过抛光。平滑压力效应的替代结果是，边缘区域225B可能为充分拋光中心区域225A而被欠抛光。平滑的压力边界在控制拋光均匀性方面产生困难。平滑后的压力边界可负面地影响拋光，且平滑后的压力边界又限制基板135的边缘轮廓的调谐。类似于图I中图示的实施方式，处理站200包括封装在压板105中的垫压力施加 器138。在一个实施方式中，垫压力施加器138包括一或多个压力源240，一或多个压力源240从压力供应器260传送液体或气体，液体或气体形成流体轴承245。可利用流体轴承245独立地施加压力至抛光垫120下侧的不连续区域。在一个实例中，垫压力施加器138包括盖板250，所述盖板250耦合至含有压力源240的外壳255。压力源240适合于提供多个压力区域，可独立地控制所述多个压力区域以施加预定压力至由压力源240界定的每一区域。在一个实施方式中，压力源240可包括囊状物、挡板、充气增压部或腔室，所述腔室由分离压力源240的侧壁形成。压力源240可形成压力区域，所述压力区域同心和/或对称或者非同心和/或非对称。在一个实施方式中，压力源240与耦接至控制器的压力供应器260流体连通。各种阀(未图示)耦接在压力供应器260与每一压力源240之间，以控制施加于压力源240的流体和/或压力。在一个实施方式中，盖板250包含具有多个喷嘴265的多孔板，多个喷嘴265适合于将流体从外壳255导引至抛光垫120的下侧270。每一压力源240流体地耦接至一或多个喷嘴265，以在盖板250与抛光垫120的下侧270之间提供流体轴承245。在此实施方式中，压力供应器260包含流体,诸如气体或液体。在一个实施方式中，压力供应器260包含压缩气体，诸如空气、氮气、氦气、氩气、上述气体的衍生物和上述气体的组合。在另一实施方式中，压力供应器260包含液体，诸如去离子水。流体可通过开口 262离开压板105的内部，开口 262形成在压板105的壁中。在一个实施方式中，基座110可包括泄口 264，泄口264适合于当流体离开压板105时接收流体。可独立地控制每一压力源240以提供加压的流体至抛光垫120的下侧270。在一些实施方式中，压板105可包括在抛光垫120的下侧270之间的柔性背衬275。柔性背衬275可为柔性板或柔性膜，所述柔性板或柔性膜适合于覆盖压板105且防止抛光液进入压板105的内部体积278。在一个实施方式中，柔性背衬275为具有低摩擦系数的纤维/塑料复合材料且柔性背衬275包括约10密尔至约20密尔的厚度。在一个方面中，柔性背衬275包含由KEVLAR 纤维加强的PEEK材料。可利用柔性背衬275以防止液体和抛光碎片进入压板105的内部体积278。另外还可使用柔性背衬275控制施加至抛光垫120的下侧270的压力。在一个实施方式中，将柔性背衬275通过多个夹钳或张紧装置280耦接至压板105的周边，所述多个夹钳或张紧装置280适合于展开柔性背衬275且有助于柔性背衬275在压板105上的紧固。可将一或多个张紧装置280配置为可松开夹钳，所述可松开夹钳具有耦接至所述夹钳的螺丝扣、弹簧或其他张力施加构件。在一个实施方式中，将垫压力施加器138耦接至基座110以使得垫压力施加器138相对于基座110固定。在另一实施方式中，垫压力施加器138相对于基座110可移动。在一个实施方式中，将垫压力施加器138的外壳255稱接至致动器285,致动器285适合于相对于基座110移动外壳255。致动器285适合于相对于基座110在至少横向(即，水平地)方向上移动垫压力施加器138，以便垫压力施加器138可在与保持在载具头130中的基板135相同的方向移动。在另一实施方式中，致动器285可被配置以将垫压力施加器138朝向且远离(即，垂直地)抛光垫120的下侧270移动。在一个实施方式中，施加到抛光垫120的下侧270的流体压力为约-IOpsi至约IOpsi0在压力源240之内或在压力源240之间的压力可为恒定或为间歇的。在一个实施 方式中，载具头130被设置以横跨抛光垫120的处理表面125按扫掠图案横向地移动基板135。在此实施方式中，回应于基板135相对于垫压力施加器138的位置，施加至抛光垫120的下侧270的压力可变化。在另一实施方式中，垫压力施加器138被设置以按扫掠图案与基板135—起移动。在此实施方式中，当基板135和垫压力施加器138以扫掠图案移动时，施加到抛光垫120的下侧270的压力可变化或恒定不变。图3为处理站300的Iv实施方式的不意俯视图，所述俯视不基板135在抛光垫120上的拋光扫掠图案305的实施方式。将基板135保持在载具头130 (图I)中，为清楚起见并未图示载具头130。载具头直线地或以横跨处理表面125的弧线移动基板135，同时相对于旋转抛光垫120旋转基板135以实现材料从基板135的去除。也展示具有调节盘310的调节装置150以图示在抛光垫120上的调节扫掠图案315的一个实施方式。将调节盘310横跨处理表面125而扫掠以调节和/或刷新处理表面125，从而有助于增强材料从基板135的去除率。处理站300包括在抛光垫120之下以虚线图示的第一垫压力施加器325A。如本文所述，可类似于垫压力施加器138地配置第一垫压力施加器325A。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A包括界定一面积的尺寸，所述面积大于基板135的面积。第一垫压力施加器325A的面积还可经设置大小为大于抛光垫上的基板的扫掠图案305。在一个方面中，第一垫压力施加器325A的形状在平面图中为大体上椭圆形，所述形状具有长轴或轴线，所述长轴和轴线与抛光扫掠图案305的长度轴或较长轴大体对准。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A在平面图中的形状包含大于基板135直径的小直径或短轴，及至少大于基板135两倍的大直径或长轴。例如,对于300mm的基板,小直径或短轴为约310mm至约380mm,且大直径或长轴为约310mm至约760mm。在一个实施方式中，处理站300还包括在抛光垫120之下以虚线图示的第二垫压力施加器325B，第二垫压力施加器325B与调节盘310相邻。如本文所述，可类似于垫压力施加器138配置第二垫压力施加器325B，且可将第二垫压力施加器325B配置以施加压力至调节盘310横跨处理表面125移动的抛光垫120的下侧。第二垫压力施加器325B还可包括界定面积的尺寸，所述尺寸大于调节盘310的尺寸。还可将第二垫压力施加器325B的面积经设置大小为大于调节扫掠图案315的尺寸。图4A为处理站400的另一实施方式的等角俯视图。处理站400包括压板105，压板105可旋转地布置在基座110上。为了图示封装在内部体积405之内的第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B的一个实施方式的细节，在压板105上未图示载具头和抛光垫，所述内部体积405由压板105的侧壁409和抛光垫120的下侧270 (未展示)所界定。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B稱接至固定基座407。固定基座407通过压板105底部的开口 415耦接至基座110。固定基座407允许第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B刚性地耦接至基座110，同时允许相对于第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B旋转压板105。第一垫压力施加器325A包括布置在外壳255上的盖板250。外壳255包含以虚线图示的一或多个压力区域作为中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E。每一压力区域440A至440E可由图2A中描述的压力源240形成。在一个实施方式中，通过 载具头130 (图2A)施加第一压力至基板背侧，且第一垫压力施加器325A通过抛光垫120施加第二压力至基板的特征侧。在一个方面中，可配置每一压力区域440A至440E以提供次压力至抛光垫的下侧。在一个实施方式中，可将中心压力区域440A配置以提供第一次压力至抛光垫的下侧，且可将一或多个边缘压力区域440B至440E配置以提供第二次压力至抛光垫的下侧。第一次压力可与第二次压力相同或不同。在一个实施方式中，第一次压力大于第二次压力以比基板周边施加更大压力至基板中心，或反之亦然。在此实施方式中，压力区域440A至440E为不对称的，以使得施加到抛光垫下侧的压力为不同的，并且在邻近与压力区域440A至440E接触或流体连通的区域中产生过渡区。在一个实例中，过渡区为压力区域440A至440E的相邻边界。在一个实施方式中，第一垫压力施加器325A包括不加压区410。在一个实施方式中，不加压区410包含盖板250的区域，所述区域不与压力区域440A至440E接触或流体连通。可利用不加压区410来抵消可能导致基板135过抛光的拋光效应。在一个实例中，可利用不加压区410来防止或最小化基板135的过拋光，所述过拋光可能当旋转基板135的后缘在第一垫压力施加器325A之上时发生。在另一实施方式中，可减少或除去不加压区410，并且可减少在一或多个压力区域440A至440E中的压力以抵消基板135的过拋光。在一个实施方式中，可将一或多个压力区域440A至440E中的压力降低到真空(即，约-IOpsi)以抵消基板135的过拋光。在一个实施方式中，类似于图2A中描述的垫压力施加器138，第二垫压力施加器325B包括盖板417和外壳420。外壳420可包含压力区域430，所述压力区域430由描述于图2A中的压力源240形成。虽然仅图示一个压力区域430，但是可利用额外压力区域。压力区域430适合于施加压力至调节盘310横跨抛光垫扫掠的抛光垫下侧。盖板417可类似于盖板250，且盖板417可经穿孔，且适合于接触抛光垫下侧，及上述情况的组合以施加压力至抛光垫下侧。图4B为处理站400的另一实施方式的等角俯视图，所述实施方式类似于图示于图4A中的实施方式，不同之处在于在第一垫压力施加器325中的对称或同心压力区域440A至440E。在此实施方式中，除去不加压区410 (图4A)，并且可降低在一或多个压力区域440A至440E中的压力以抵消基板135的过拋光。图4C为图示于图4A和图4B中的处理站400的等角剖视图。在此视图中未图示第二垫压力施加器325B，因此可以看见在基座110与压板105之间的交界面的细节。在一个方面中，抛光垫120为圆形或环状。抛光垫120的周边耦接至压板105，以划界内部体积405的一侧。在一个实施方式中，压板105通过齿轮机构450耦接至马达115。第一垫压力施加器325A通过开口 415耦接至基座110，且第一垫压力施加器325A以不干扰齿轮机构450和/或压板105的旋转的方式偏离齿轮机构450。在另一实施方式中，第一垫压力施加器325A可通过致动器(诸如图2A中图示的致动器285)可移动地耦接至基座110。图5A为垫压力施加器500的另一实施方式的示意剖视图，所述垫压力施加器500可利用在图I的处理站100或图4A和图4B的第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B中的任何一个中。在此实施方式中，垫压力施加器500包括轴承面505，轴承面505包含多个接触轴承510，多个接触轴承510适合于接触抛光垫120的下侧270。每一接触轴承510可包含从轴承面505伸出的突起部、从轴承面505伸出的滚子元件和上述突起部和滚子元件的组合。在一个实施方式中，接触轴承510为轴承面505的突起部或突起区域，且接触轴承510由具有低摩擦系数的材料制成或接触轴承510包括具有低摩擦系数的材料。在一个实施方式中，接触轴承510包含至少部分地容纳在凹穴515中的滚子元件，凹穴515 布置在垫压力施加器500的盖板250中。每一滚子元件由具有低摩擦系数的材料制成或每一滚子元件包括具有低摩擦系数的材料。在一个实施方式中，垫压力施加器500的外壳255包括一或多个囊状物520，一或多个囊状物520耦接至压力供应器260，压力供应器260适合于施加力至轴承面505和/或接触轴承510。可独立地控制传送给每一囊状物520的压力以提供受控的力至接触轴承510且至抛光垫120的下侧270。在一个实施方式中，施加至囊状物520的流体的压力为约-IOpsi 至约 IOpsi ο图5B为垫压力施加器525的另一实施方式的示意剖视图，垫压力施加器525可利用在图I的处理站100或图4A和图4B的第一垫压力施加器325A和第二垫压力施加器325B中的任何一个中。在此实施方式中，垫压力施加器500包括接触面530，接触面530适合于接触抛光垫120的下侧270的一部分。接触面530包含柔性膜535，柔性膜535布置在垫压力施加器525的外壳255中。柔性膜535可布置在垫压力施加器500的盖板250 (未展示)上或柔性膜535可代替盖板250。柔性膜535适合于接触抛光垫120的下侧270。柔性膜535可由具有低摩擦系数的材料制成，所述材料诸如含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量(UHMW)塑料、聚苯硫醚(PPS)，或上述材料的组合。在一个实施方式中，垫压力施加器500的外壳255包括一或多个腔室540，一或多个腔室540耦接至压力供应器260，压力供应器260适合于施加力至柔性膜535。可独立地控制传送给每一腔室540的压力以提供受控的力至柔性膜535且至抛光垫120的下侧270。在一个实施方式中，施加至腔室540的流体的压力为约-IOpsi至约lOpsi。图6A为处理站600的另一实施方式的等角俯视图，处理站600具有第一垫压力施加器625A的另一实施方式。为了简便起见，将不会重复处理站600中类似于图示在图4A和图4B中的处理站400的实施方式的元件。在此实施方式中，第一垫压力施加器625A包括多个环605、610和615，多个环605、610和615可移动地布置在盖板250之内且多个环605、610和615在一或多个压力区域440A至440C之内散布。在一个实施方式中，多个环605,610和615中的一或多个环为半柔性环，所述半柔性环在第一垫压力施加器625A的盖板250之内可独立地移动。图6B为可利用于图6A的处理站600中的第一垫压力施加器625A的一个实施方式的等角剖视图。在此实施方式中，第一垫压力施加器625A包括内部压力区域620A、中间压力区域620B、第一外部压力区域620C和第二外部压力区域620D。内部压力区域620A、中间压力区域620B、第一外部压力区域620C和第二外部压力区域620D中的每一个耦接至由控制器独立控制的一或多个加压流体源。在一个实施方式中，内部压力区域620A包含双重区域空气轴承，所述双重区域空气轴承具有独立受控的次内部区域626A和次外部区域626B。次内部区域626A包括第一充气增压部630A，第一充气增压部630A通过导管635A耦接至压力供应器260，而次外部区域626B通过一或多个导管635B耦接至压力供应器260。在一个实施方式中，第一充气增压部630A与多个开口 632连通，而次外部区域626B包含通道634。加压流体从压力供应器260流动至通道634和/或第一充气增压部630A，在第一充气增压部630A处，加压流体通过开口 632和通道634从盖板250释放。
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中间压力区域620B包含第二充气增压部630B，第二充气增压部630B通过导管635C耦接至压力供应器260。第二外部压力区域620D包含第三充气增压部630C，第三充气增压部630C通过导管63 耦接至压力供应器260。来自压力供应器260的流体流向充气增压部630B和630C，且流过盖板250中的开口 632。在一个实施方式中，内部压力区域620A和中间压力区域620B向基板的中心区域225A(图2A)提供背压，而第一外部压力区域620C向基板的周边区域225B(图2A)提供背压。在一个方面中，第一外部压力区域620C定位在基板的周边，而第二外部压力区域620D经设置大小且定位以向载具头130的扣环205提供背压(扣环205和载具头130两者均图示于图2A中)。在此实施方式中，第一外部压力区域620C包含一或多个环605、610和615。在一个实施方式中，第一外部压力区域620C定位于盖板250上以对应于基板周边。在一个方面中，第一外部压力区域620C的直径为约280mm至约320mm,诸如约290mm至约310mm。在一个实施方式中，环605至615中的一个环包含约300mm的直径，而其他环同心且其他环包括可稍大于或小于300mm的直径。环605、610和615中的每一环耦接至受独立控制的一或多个致动器640。在一个实施方式中，每一致动器640包括活塞645，活塞645适合于相对于第一垫压力施加器625A的基座650有选择地升高或降低。图7A为可利用于图6A的第一垫压力施加器625A中的环形板655的一个实施方式的等角视图。环形板655包括在内径上的刚性部分660A，刚性部分660A耦接至第一垫压力施加器625A的基座650。刚性部分660A包括孔700，孔700用于安装至第一垫压力施加器625A的基座650。环形板655还包括在环形板655的外径上的柔性部分660B。在环形板655中形成槽705以至少部分地将刚性部分660A与柔性部分660B分离，且允许连接材料710形成活动弹簧。环形板655可由塑料材料或诸如不锈钢的金属材料制造。图7B为图6B的第一垫压力施加器625A的放大剖视图。活塞645适合于接触环形板655的柔性部分660B。柔性部分660B适合于在有来自活塞645的压力时弯曲，且接触耦接至每一环605至615的支脚665A至665C。图7C为图7B的环605至615的放大剖视图。在环状致动器排列的一个实施方式中，每一环605至615包括支脚665A至665C,支脚665A至665C适合于卩齿合环形板655的柔性部分660B的所需区域。将每一支脚665A至665C相对于柔性部分660B定位，以使得柔性部分660B的啮合接触特定支脚665A、665B或665C，而不接触另一支脚，从而允许分别致动环605至615。在一个方面中，将每一支脚665A至665C成形及/或交错为与另一支脚间隔开，以防止当致动时柔性部分660B接触多于一个支脚。每一支脚665A至665C可由刚性金属材料或塑料材料制造。每一环605至615包括支撑可压缩构件675的环形通道670。环形通道670可由刚性塑料或金属制成。环形通道670包括一结构和/或厚度，所述结构和/或厚度为可压缩构件675提供硬性或刚性背衬。在一个实施方式中，环形通道670由不锈钢材料制造。可压缩构件675适合于接触抛光垫(未图示)的下侧，且将可压缩构件675经设置大小及形状以防止抛光垫与环形通道670之间的接触。在一个实施方式中，环形通道包括C形或U形横截面，而可压缩构件675包括T形横截面，如图所示。可压缩构件675可由具有低摩擦系数的可压缩材料制成,诸如PEEK。PEEK材料还可包括诸如碳纤维的其他材料以形成复合材料。 图8为环状致动器排列800的另一实施方式的示意平面图。在此实施方式中，相对于环605至615示意地图示活塞810A至810C的位置。每一活塞810A至810C为与图6B和图6C的致动器640 I禹接的活塞645的不意表不。在一个方面中，每一环605至615与三个活塞对准，所述三个活塞沿着环以大体等间距间隔。例如，环605与活塞810C对准，环610与活塞810B对准且环615与活塞810A对准。可将每一活塞810A至810C独立地致动以独立于其他环或活塞提供压力至每一环的至少一部分。在一个实施方式中，每一环605至615是由三个致动器独立地致动。在一个实施方式中，三个致动器中的每一致动器是相对于一个环和/或一个环的半径以大约120度的间距而间隔。在另一实施方式中，每一致动器同心地间隔且以约40度的角度间隔开。在此实施方式中，如图6B和图6C中所描述的环形板655可利用在每一环605至615与活塞810A至810C之间。图9为图示方法900的一个实施方式的流程图。在步骤910处，推动基板135抵靠抛光垫120的第一表面(例如，处理表面125)。在一个实施方式中，利用来自第一压力施加器(例如，载具头压力施加器220)的至少第一压力推动基板135抵靠第一表面，所述第一压力施加器与基板背侧连通。在一个实例中，将压力传送给布置在第一压力施加器中的一或多个囊状物230，以提供压力至基板135的背侧。囊状物230可独立于提供至基板135的边缘区域225B的第二压力，提供第一压力至基板135的中心区域225A。第一压力和第二压力可相同或不同。在一个实施方式中，施加到囊状物230的第一压力和第二压力为约-IOpsi至约80psi。在步骤920处，将第二压力传送给基板135的特征侧。第二压力从第二压力施加器(例如，垫压力施加器138、325A、500、525或625A)通过抛光垫的第二表面传送，所述第二压力施加器相对于基板135布置在抛光垫120的相对侧上。第二压力可大体上等于或不同于第一压力。在一个实施方式中，第二压力施加器包括中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E。中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E可包含压力源240，压力源240包含囊状物或形成在第二压力施加器中的不连续腔室。在一个实施方式中，传送给每一压力源240的压力包括分别提供至中心压力区域440A和一或多个边缘压力区域440B至440E的至少第三压力和第四压力。第三压力和第四压力可相同或不同。在一个实施方式中，施加到压力源240的第三压力和第四压力为约-IOpsi至约lOpsi。在另一实施方式中，除了一或多个压力区域620A至620D之外，第二压力还通过一或多个环605、610和615提供，如图6A至图6C所描述。图10为图示方法1000的另一实施方式的流程图。在步骤1010处，将基板135保持在适合于相对于抛光垫120移动基板135的载具头130中。载具头130包括可与基板一起移动的第一压力施加器(例如，载具头压力施加器220)。在一个实施方式中,第一压力施加器包括一或多个可加压区域(例如，囊状物230)，所述一或多个可加压区域施加压力至基板135的第一侧(例如，背侧)。在一个实施方式中，施加到基板的第一侧的压力为约-IOpsi至约80psi。在步骤1020处，将基板135例如以扫掠图案305相对于抛光垫120的第一侧(例
如，处理表面125)移动。在步骤1030处，将背压传送给基板135的第二侧(例如，特征侧)。背压是当基板以扫掠图案移动时从布置在抛光垫120的第二侧(例如，下侧270)上的第二压力施加器(例如，垫压力施加器138、325A、500、525或625A)提供的。因此，当基板135横跨抛光垫120移动时，作用于基板135的第一侧的第一压力可由第二压力补偿。在一个实施方式中，第二压力施加器相对于抛光垫120是固定的。在另一实施方式中，第二压力施加器相对于抛光垫120是可移动的。背压可大体上等于或不同于第一压力。在一个实施方式中，背压可为约-IOpsi至约lOpsi。背压可为静态力或空气轴承的形式。本发明描述一种用于在抛光工艺中控制施加于基板的压力和力的方法和设备。本文所述的方法和设备有助于聚焦、高分辨率控制施加到基板的压力或力，如此有助于增强从基板去除材料。设备包括如本文所述的垫压力施加器138、325A、500、525或625A的实施方式。利用垫压力施加器138、325A、500、525或625A控制基板可在抛光工艺中经历的压力边界。因此，作用于基板的压力或力的改进控制有助于更大的拋光均匀性、增强的去除率以及增强的轮廓调谐。垫压力施加器138、325A、500、525或625A适合于当基板以扫掠图案移动时，施加在约-IOpsi至约IOpsi之间的压力。以此方式，基板沿着整个扫掠图案经历所需的背压。另外，描述了用于调节装置的第二垫压力施加器325B。第二垫压力施加器325B可以类似于垫压力施加器138、325A、500、525或625A的方式构造和操作。可独立于从第二垫压力施加器325B施加到抛光垫120的压力，来控制从垫压力施加器138、325A、500、525或625A提供到抛光垫120的背压。虽然上述内容是针对本发明的实施方式，但是在不背离本发明的范畴的情况下，可设计本发明的其他和进一步实施方式。
权利要求
1.一种拋光系统，包含 可旋转地布置在基座上的压板，所述压板具有侧壁和在所述压板周边固定至所述压板的抛光垫以形成内部体积；和 垫压力施加器，所述垫压力施加器布置在所述压板的所述内部体积中邻近所述抛光垫的下侧。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器进一步包含具有多个穿孔的板材，所述多个穿孔适合于对所述抛光垫的下侧导引流体。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个穿孔耦接至压力源。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述压力源包含布置在外壳中的一或多个腔室。
5.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器进一步包含一或多个同心环，所述一或多个同心环适合于接触所述抛光垫的下侧。
6.如权利要求I所述的系统，其特征在于，进一步包含适合于接触所述抛光垫的下侧的柔性膜。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述柔性膜通过一或多个张紧装置耦接至所述压板的周边。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器在所述柔性膜与所述垫压力施加器之间提供空气轴承。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述空气轴承包含多个横向间隔的压力区域。
10.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器相对于所述抛光垫的下侧可移动。
11.一种拋光系统，包含 可旋转地布置在基座上的压板，所述压板具有侧壁和在所述压板周边固定至所述压板的抛光垫以形成内部体积；和 可移动垫压力施加器，所述可移动垫压力施加器布置在所述压板的所述内部体积中邻近所述抛光垫的下侧，所述垫压力施加器包含刚性板材或柔性膜。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述刚性板材包括多个穿孔，所述多个穿孔适合于对所述抛光垫的下侧导引流体。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述多个穿孔耦接至压力源。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述压力源包含布置在外壳中的一或多个腔室。
15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器进一步包含一或多个同心环，所述一或多个同心环适合于接触所述抛光垫的下侧。
16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述柔性膜通过一或多个张紧装置耦接至所述压板的周边。
17.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述垫压力施加器在所述柔性膜与所述垫压力施加器之间提供空气轴承。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述空气轴承包含多个横向间隔的压力区域。
全文摘要
本发明描述一种用于在抛光工艺中控制施加于基板的压力和力的方法和设备。在一个实施方式中，描述一种拋光系统。系统包括可旋转地布置在基座上的压板和垫压力施加器，所述压板具有侧壁和布置在所述压板上的抛光垫以形成内部体积，所述垫压力施加器布置在压板的内部体积中邻近所述抛光垫的下侧。
文档编号H01L21/304GK102884612SQ201180010227
公开日2013年1月16日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年1月3日
发明者H·C·陈 申请人:应用材料公司
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