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CN108604543B - 用于化学机械抛光的小型垫的载体 - Google Patents

用于化学机械抛光的小型垫的载体 Download PDF

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CN108604543B CN201680078495.7A CN201680078495A CN108604543B CN 108604543 B CN108604543 B CN 108604543B CN 201680078495 A CN201680078495 A CN 201680078495A CN 108604543 B CN108604543 B CN 108604543B
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Abstract

一种化学机械抛光系统包括基板支撑件、抛光垫组件、抛光垫载体及驱动系统，该基板支撑件经配置以在抛光操作期间固持基板，该抛光垫组件包含膜与抛光垫部分，该驱动系统经配置而引起该基板支撑件与该抛光垫载体之间的相对运动。抛光垫载体包含壳套，该壳套具有空腔与孔隙，该孔隙将该空腔连接到该壳套的外部。该抛光垫组件定位于该壳套中使得该膜将该空腔分成第一腔室与第二腔室，且该孔隙自该第二腔室延伸。该抛光垫载体与该抛光垫组件经定位与配置，使得至少在有充足压力施加于该第一腔室期间，该抛光垫部分突出穿过该孔隙。

Description

用于化学机械抛光的小型垫的载体
技术领域
本公开关于化学机械抛光(CMP)。
背景技术
集成电路通常通过导体、半导体或绝缘层连续地沉积于硅晶片上而形成在基板上。一个制造步骤包括将填料层沉积在非平坦表面上以及平坦化该填料层。对于某些应用，平坦化填料层直到图案化层的顶表面暴露出来。例如，导电填料层可以沉积在图案化绝缘层上，以填充绝缘层中的沟槽或孔。在平坦化之后，保留于绝缘层的突起图案之间的金属层部分形成通孔、插塞及接线，通孔、插塞及接线提供基板上的薄膜电路之间的导电路径。对于其他应用(如氧化物抛光)，平坦化填料层直到一预定的厚度留在非平坦表面上。此外，光刻通常需要基板表面的平坦化。
化学机械抛光(CMP)是一种公认的平坦化方法。此平坦化方法通常要求将基板安装在载体或抛光头上。基板的暴露表面通常放置成抵靠旋转抛光垫。承载头提供在基板上的可控制负载以将基板推靠在抛光垫。研磨抛光浆料通常供应到抛光垫的表面。
发明内容
本公开提供了用于抛光基板的设备，在该设备中抛光垫抵靠基板的接触区域比基板的半径小。
在一个方面中，化学机械抛光系统包括基板支撑件、抛光垫组件、抛光垫载体及驱动系统，该基板支撑件经配置以在抛光操作期间固持基板，该抛光垫组件包含膜与抛光垫部分，该驱动系统经配置而引起该基板支撑件与该抛光垫载体之间的相对运动。该抛光垫部分具有抛光表面，用于在抛光操作期间接触基板，以及在相对抛光表面的一侧上抛光垫部分接合到膜。抛光垫载体包含壳套，该壳套具有空腔与孔隙，该孔隙将该空腔连接到壳套的外部。抛光垫组件定位于壳套中，使得膜将空腔分成第一腔室与第二腔室，且孔隙自第二腔室延伸。抛光垫载体与抛光垫组件经定位与配置，使得至少在有充足压力施加于第一腔室期间，抛光垫部分突出穿过孔隙。
实施可包括以下特征中的一个或多个。
膜与抛光垫部分为单一主体。抛光垫部分可通过黏接剂而固定于膜。膜可包括第一部分，该第一部分由柔性较差的第二部分所围绕，及抛光垫部分接合至第一部分。围绕孔隙的抛光垫载体的外表面可实质平行于抛光表面。
抛光垫载体和抛光垫组件可经配置而使得当第一腔室在大气压力下时，抛光垫部分至少部分地延伸穿过孔隙。抛光垫载体和抛光垫组件可经配置而使得当第一腔室在大气压力下时，抛光垫部分完全延伸穿过该孔隙。抛光垫载体和抛光垫组件可经配置而使得当第一腔室在大气压力下时，抛光垫部分只有部分地延伸穿过孔隙。
可控制的压力源可流体耦接至第一腔室。用于抛光流体的贮槽可流体耦接至第二腔室。该系统可经配置而使得在抛光操作期间，该抛光流体流入第二腔室中并从孔隙流出。清洗流体源可流体耦接至第二腔室。该系统可经配置而使得在抛光操作与抛光操作之间，清洗流体流入该二腔室中并从孔隙流出。
壳套可包括下部分，除了在孔隙处之外，该下部分实质延伸横跨膜的全部。壳套可包括上部分，以及膜的边缘被夹持在壳套的上部分与下部分之间。膜可实质平行于抛光表面。该驱动系统可经配置而将抛光垫载体以轨道运动的方式移动，同时在轨道运动期间，抛光垫部分与基板的暴露表面接触并将抛光垫维持在相对于基板的一固定角度定向上。
在另一个方面中，抛光垫组件可包括膜和抛光垫部分，该膜具有菜豆(kidney-bean)形状的周界，该抛光垫部分具有抛光表面，用于在抛光操作期间接触基板。在相对抛光表面的一侧上，抛光垫部分可接合到膜。
实施可包括以下特征中的一个或多个。
抛光垫部分可定位在膜的中线附近且与膜的相对边缘实质等距。膜可具有横跨膜的中线的双向对称性(bilateral symmetry)。
本发明的优点可包括以下优点中的一个或多个。可以控制抛光垫抵靠基板的压力，因此允许通过抛光垫来调整抛光速率。可以保护固持抛光垫的膜免于抛光碎片的影响，从而提高垫部分的使用寿命。可以在抛光垫的接触基板的部分附近提供浆料。如此允许以较少的量供应浆料，从而降低成本。经历轨道运动的小型垫可用于补偿非同心抛光均匀性。此轨道运动可以提供可接受的抛光速率，同时避免垫与不希望被抛光的区域重叠，从而提高基板的均匀性。可以减少基板的非均匀抛光，以及改善所得到的基板平坦度及光洁度(finish)。
本发明的其他方面、特征和优点将通过说明书、附图以及权利要求得以彰显。
附图说明
图1是抛光系统的概要截面侧视图。
图2是示出基板上的抛光垫部分的装载区域的概要顶视图。
图3A至3E是抛光垫组件的概要截面图。
图4A至4C是抛光垫组件的抛光表面的概要底视图。
图5A至5B是抛光垫组件的概要底视图。
图6是抛光垫载体的概要截面图。
图7是示出以轨道方式移动，同时维持固定角度定向的抛光垫部分的概要截面顶视图。
图8是抛光系统的抛光垫载体和传动系统的概要截面侧视图；
图9是示出抛光垫部分相对于基板的轨道运动的概要截面图和顶视图。
图10是示出抛光垫部分相对于基板的旋转运动的概要截面图和顶视图。
在不同附图中的相同附图标记代表相同的要素。
具体实施方式
1.介绍
某些化学机械抛光处理导致跨基板表面的厚度非均匀性。例如，批量(bulk)抛光处理可能在基板上产生抛光不足(under-polished)的区域。为了解决这个问题，在批量抛光之后，可能会施行“修整(touch-up)”抛光处理，其着重于抛光不足的基板部分。
某些批量抛光处理产生抛光不足的局部化非同心及非均匀的点。绕基板中心旋转的抛光垫可以能够补偿非均匀性的同心环，但可能无法解决局部化的非同心及非均匀的点。然而，经历轨道运动的小型垫可以用于补偿非同心抛光非均匀性。
参照图1，用于抛光基板的局部化区域的抛光设备100包括基板支撑件105及可移动的抛光垫载体300，基板支撑件105固持基板10，可移动的抛光垫载体300固持抛光垫部分200。抛光垫部分200包括抛光表面220，抛光表面220具有比正被抛光的基板10的半径小的直径。
抛光垫载体300悬吊于抛光驱动系统500，抛光驱动系统500将在抛光操作期间提供抛光垫载体300相对于基板10的运动。抛光驱动系统500可以悬吊于支撑结构550。
在一些实施中，定位驱动系统560连接到基板支撑件105和/或抛光垫载体300。例如，抛光驱动系统500可以提供定位驱动系统560和抛光垫载体300之间的连接。定位驱动系统560可经操作而将垫载体300定位于基板支撑件105上方的所期望的横向位置。
例如，支撑结构550可以包括两个线性致动器562和564以提供定位驱动系统560，两个线性致动器562和564经定向而在基板支撑件105上提供两个垂直的方向上的运动。或者，基板支撑件105可由两个线性致动器支持(supported)。或者，基板支撑件105可由一个线性致动器支持，而抛光垫载体300可由其他线性致动器支持。或者，基板支撑件105可以是可旋转的，且抛光垫载体300可以悬吊于单个线性致动器，该单个线性致动器提供沿径向方向的运动。或者，抛光垫载体300可以悬吊于旋转致动器，且基板支撑件105可以随着旋转致动器一起旋转。或者，支撑结构550可以是枢转地附接于定位成偏离基板105一侧的基部的臂，而基板支撑件105可以由线性或旋转致动器支持。
垂直致动器可以选择性地连接到该基板支撑件105和/或抛光垫载体300。例如，基板支撑件105可以连接到垂直可驱动活塞506，垂直可驱动活塞506可以举升或降低基板支撑件105。作为替代或补充，垂直可驱动活塞可被包含于定位系统500中，以便举升或降低整个抛光垫载体300。
抛光设备100可选地包括贮槽60，贮槽60容纳抛光液62，如研磨浆料。如下文所论述的，在一些实施中，浆料穿过抛光垫载体300而分配到待抛光的基板10的表面12上。导管64(如柔性管)可以用于将抛光流体从贮槽60输送到抛光垫载体300。作为替代或补充，抛光设备可包括单独的端口66以分配抛光液。抛光设备100亦可以包括抛光垫调节器，用来研磨抛光垫200以将抛光垫200保持在一致的研磨状态。贮槽60可以包括泵，用于穿过导管64以可控制的速率供应抛光液。
抛光设备100可以包括清洗流体源70，如贮槽或供应管线。清洗流体可以是去离子水。导管72(如柔性管)可以用于将抛光流体从贮槽70输送到抛光垫载体300。
抛光设备100包括可控制的压力源80(如泵)以将可控制的压力施加到抛光垫载体300的内部。压力源80可以通过导管82(如柔性管)而连接到抛光垫载体300。
贮槽60、清洗流体源70和可控制的压力源80中的各者可以安装在支撑结构555上或安装在用于固持抛光设备100的各种部件的单独框架上。
在操作中，基板10由如机器人装载到基板支撑件105上。在一些实施中，定位驱动系统560移动抛光垫载体500，使得当装载基板10时，抛光垫载体500没有位于基板支撑件105的正上方。例如，如果支撑结构550是可枢转的臂，则该臂可以摆动，使得在基板装载期间，抛光垫载体300偏离到基板支撑件105的一侧。
接着，定位驱动系统560将抛光垫支撑件300和抛光垫200定位在基板10上的期望位置处。抛光垫200接触基板10。例如，抛光垫载体300可以致动抛光垫200而将抛光垫200压下来在基板10上。作为替代或补充，一或多个垂直致动器可以降低整个抛光垫载体300和/或升高基板支撑件而接触到基板10。抛光驱动系统500产生抛光垫支撑件300和基板支撑件105之间的相对运动，从而导致抛光基板10。
在抛光操作期间，定位驱动系统560可以将抛光驱动系统500与基板10保持相对于彼此实质固定。例如，定位系统可以使抛光驱动系统500相对于基板10保持固定，或将抛光驱动系统500缓慢地(相较于通过抛光驱动系统500而被提供到基板10的运动)扫掠(sweep)过整个待抛光的区域。例如，通过定位驱动系统560提供到基板10的瞬时速度可能小于通过抛光驱动系统500提供到基板10的瞬时速度的5％(如小于2％)。
抛光系统亦包括控制器90，如可编程计算机。控制器可以包括中央处理单元91、存储器92和支持电路93。控制器90的中央处理单元91执行经由支持电路93从存储器92加载的指令以允许控制器接收基于环境的输入和所需的抛光参数并控制各个致动器和驱动系统。
2.基板支撑件
参照图1，基板支撑件105是位于抛光垫载体300下方的盘状主体。该主体的上表面128提供大到足以容纳待处理的基板的装载区域。例如，基板可以是200至450mm直径的基板。基板支撑件105的上表面128接触基板10的背表面(即不被抛光的表面)并保持其位置。
基板支撑件105的半径大约与基板10的半径相同，或更大。在一些实施中，基板支撑件105比基板稍窄，如比基板窄基板直径的1-2％。在这种情况下，当基板放置在支撑件105上时，基板10的边缘稍微突出支撑件105的边缘。如此可以为边缘抓握机器人提供空隙以将基板放置在支撑件上。在一些实施中，基板支撑件105比基板宽例如基板直径的1-10％。在这两种情况下，基板支撑件105可以与基板的背侧表面的大部分接触。
在一些实施中，在抛光操作期间，基板支撑件105利用夹持组件111保持基板10的位置。例如，夹持组件111可以是在基板支撑件105比基板10更宽的地方。在一些实施中，夹持组件111可以是接触基板10的顶表面边缘的单一环形夹环112。或者，夹持组件111可以包括接触基板10的相对两侧上的顶表面的边缘的两个弧形夹具112。夹持组件111的夹具112可以通过一或多个致动器113被降低到与基板的边缘接触。在抛光操作期间，夹具的向下力限制基板横向移动。在一些实施中，夹具包括围绕基板的外边缘的向下突出的凸缘114。
作为替代或补充，基板支撑件105是真空卡盘。在这种情况下，接触基板10的支撑件105的顶表面128包括多个端口122，多个端口122通过支撑件105中的一或多个通道126连接到真空源126(如泵)。在操作中，空气可以由真空源126自通道126排出，从而透过端口122施加吸力而将基板10保持在基板支撑件105上的恰当位置。不论基板支撑件105比基板10宽还是窄，都可以有真空卡盘。
在一些实施中，基板支撑件105包括固持器，以在抛光过程中沿圆周(circumferentially)环绕基板10。上述各种基板支撑特征可以任选地与彼此组合。例如，基板支撑件可以包括真空卡盘和固持器两者。
3.抛光垫
参照图1和2，抛光垫部分200具有抛光表面220，抛光表面220在抛光期间在接触区域(也称为装载区域)中接触基板10。抛光表面220可以具有最大的横向尺寸D，D是比基板10的半径小的直径。例如，抛光垫的最大横向直径可以大约是基板直径的5-10％。例如，对于直径的范围在200mm至300mm之间的晶片而言，抛光垫表面220可以具有2-30mm的最大横向尺寸，如3-10mm，例如3-5mm。较小的垫提供了更多的精度，但使用起来较慢。
抛光垫部分200(和抛光表面220)横向的截面形状(即平行于抛光表面220的截面)可以几乎是任何形状，如圆形、正方形、椭圆形或圆弧。
参照图1和图3A至3D，抛光垫部分200接合到膜250，以提供抛光垫组件240。如下文所论述的，膜250经配置成弯曲，使得抛光垫部分200所接合的膜250的中心区域252可以经历垂直挠曲(deflection)，而膜250的边缘254保持垂直固定。
膜250具有横向尺寸L，L比抛光垫部分200的最大横向尺寸D大。膜250可以比抛光垫部分200薄。抛光垫部分200的侧壁202可以实质垂直于膜250延伸。
在一些实施中，如图3A所示，抛光垫部分200的顶部通过黏合剂260固定于膜250的底部。黏合剂可以是环氧树脂，如UV可固化的环氧树脂。在这种情况下，抛光垫部分200和膜250可以被分开制造，然后接合在一起。
在一些实施中，例如，如图3B所示，抛光垫组件(包括膜250和抛光垫部分200)为例如同质组成的单一主体。例如，整个抛光垫组件250可以通过在具有互补形状的模具中注模形成。或者，抛光垫组件240可以形成于一个块中，然后再加工以使对应于膜250的部分变薄。
抛光垫部分200可以是适用于在化学机械抛光期间接触基板的材料。例如，抛光垫材料可以包括聚氨酯，如微孔聚氨酯，例如IC-1000材料。
在膜250和抛光垫部分200分别形成时，膜250可以比抛光垫材料软。例如，膜250可以具有约60-70萧氏D(Shore D)的硬度，而抛光垫部分200可以具有约80-85萧氏D的硬度。
或者，膜250可以比抛光垫部分200更柔性，但可压缩性较小。例如，膜可以是柔性聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
膜250可以由不同于抛光垫部分200的材料形成，或者可以由实质相同但具有不同程度的交联或聚合的材料形成。例如，膜250和抛光垫部分200可以皆是聚氨酯，但膜250可以相较于抛光垫部分200固化较少，使得膜250较软。
在一些实施中，例如，如图3C所示，抛光垫部分200可以包括不同组成的两层或更多层，例如具有抛光表面220的抛光层210及在膜250和抛光层210之间的可压缩性更高的背托层212。中间黏合层26(如压敏黏合层)可以选择性地用于将抛光层210固定于背托层212。
具有不同组成的多个层的抛光垫部分也可适用于图3B所示的实施。在这种情况下，膜250和背托层212可以为例如同质组成的单一主体。所以膜250是背托层212的一部分。
在一些实施中，如图3D所示(但也适用于图3B和3C中所示的实施)，抛光垫部分200的底表面可以包括槽224以允许在抛光操作期间输送浆料。槽224可以比抛光垫部分200的深度浅(如比抛光层210浅)。
在一些实施中，例如，如图3E所示(但也适用于图3B至3E所示的实施)，膜250包括围绕中心部分252的薄化部分256。薄化部分256比周围部分258薄。这增加膜200的柔性以允许在所施加的压力下有更大的垂直挠曲。
膜250的周界254可以包括加厚边缘或其他特征以改善对抛光垫载体300的密封。
可能有各种几何形状用于抛光表面220的横向截面形状。参照图4A，抛光垫部分200的抛光表面220可以是圆形区域。
参照图4B，抛光垫部分200的抛光表面220可以是圆弧状区域。如果此类抛光垫包括槽，则槽可以完全延伸穿过弧形区域的宽度。该宽度是沿着弧形区域的较薄尺寸测量的。槽可以沿着弧形区域的长度以均匀的间距间隔开。每个槽可以沿着通过槽和弧形区域的中心的半径延伸，或者可以以相对于该半径的一角度(如45°)定位。
参照图4C，抛光垫部分200的抛光表面220基本上是矩形，但所示是由槽224划分。如图所示，在整个抛光表面220的垂直方向上可以有槽，但在一些实施中，例如，如果抛光表面220够窄，则所有的槽只可以在一个方向上。
参照图1，膜250的最大横向尺寸比基板支撑件105的最小横向尺寸小。同样地，膜250的最大横向尺寸比基板10的最小横向尺寸小。
参照图5A和5B，膜250在抛光垫部分200的所有侧上延伸超出抛光垫部分200的外侧壁202。抛光垫部分200可以与膜250的两个最近的相对边缘等距。抛光垫部分200可以位于膜250的中心。
膜250的最小横向尺寸可以比抛光垫部分的对应横向尺寸大大约五到五十倍。膜250的最小(横向)周围尺寸可以是约260mm至300mm。一般来说，膜250的大小取决于它的柔性；可以选择该大小，使得膜的中心在期望的压力下经历期望量的垂直挠曲。
垫部分200可以具有约0.5至7mm(如约2mm)的厚度。膜250可以具有约0.125至1.5mm(如约0.5mm)的厚度。
膜250的周界259可以通常模仿(mimic)抛光垫部分的周界。例如，如图5B所示，如果抛光垫部分200是圆形的，则膜250也可以是圆形的。然而，膜250的周界259可以是平顺弯曲的，使得它不包括尖角。例如，如果抛光垫部分200是正方形，则膜250可以是具有圆角的正方形或为方圆形。在一些实施中，膜250的周界259与抛光垫部分200的周界具有均匀的距离。即，在膜250的周界259上的各点与抛光垫部分200的周界上的最近点之间的距离是恒定的。
参照图5A，在一些实施中，膜250具有“菜豆”形。即，膜250可以是长椭圆形，其具有在该形状的长边上向内延伸的凹度290，但在该形状的相对边上没有凹度。膜250可以绕该形状的短轴是双轴对称的。在中线M，抛光垫部分200可以距离膜250的两个相对边缘等距。
“菜豆”形可以与弧形抛光垫部分200一起使用。如此可以改善基板上的抛光表面250的压力均匀性。然而，“菜豆”形可以与其他形状的抛光垫部分200一起使用，如，正方形或矩形。
4.抛光垫载体
参照图6，抛光垫组件240由抛光垫载体300所固持，抛光垫载体300经配置而提供可控制的向下压力于抛光垫部分200上。
抛光垫载体包括壳套310。壳套310可以通常围绕抛光垫组件240。例如，壳套310可以包括内空腔，至少抛光垫组件250的膜250定位于该内空腔中。
壳套310亦包括孔隙312，抛光垫部分200延伸进入孔隙312。抛光垫200的侧壁202可以通过具有宽度W(如约0.5至2mm)的间隙而与孔隙312的侧壁314分开。抛光垫200的侧壁202可以平行于的孔隙312的侧壁314。
膜250延伸跨过空腔320，并将空腔320分成上腔室322和下腔室324。孔隙312将下腔室324连接到外部环境。膜254可以密封上腔室320，使得上腔室320可加压。例如，假设膜250是流体无法穿透的，则膜250的边缘254可被夹持于壳套310。
在一些实施中，壳套310包括上部分330和下部分340。上部分330可以包括将围绕上腔室322的向下延伸的缘332，而下部分340可以包括将围绕下腔室342的向上延伸的缘342。
上部分330可以通过例如螺丝可拆卸地固定于下部分340，螺丝延伸穿过上部分330中的孔进入下部分340的螺纹接收孔中。使这些部分可拆卸地固定允许当抛光垫部分200磨损时，移除且更换抛光垫组件240。
膜250的边缘254可以被夹持在壳套310的上部分330和下部分340之间。例如，膜250的边缘254被压缩在上部分330的缘332的底表面334和下部分340的缘342的顶表面342之间。在一些实施中，上部分330或下部分332可以包括凹部区域，凹部区域经形成以接收膜250的边缘254。
壳套310的下部分340包括自缘324水平及向内延伸的凸缘部分350。下部分340(如凸缘350)可以延伸跨过除了孔隙312区域之外的整个膜250。如此可以保护膜250免受抛光碎片影响，以及因此延长膜250的使用寿命。
壳套310中的第一通道360将导管82连接到上腔室322。如此允许压力源80控制腔室322中的压力，以及因而控制在膜250上的向下压力及膜250的挠曲，以及从而控制抛光垫部分200在基板10上的压力。
在一些实施中，当上腔室322在正常大气压下时，抛光垫部分200完全延伸穿过孔隙312并突出超过壳套310的下表面352。在一些实施中，当上腔室322在正常大气压下时，抛光垫部分200仅部分地延伸进入孔隙312中，且没有突出超过壳套310的下表面352。然而，在后面这种情况中，适当的压力施加到上腔室322可导致膜250挠曲，使得抛光垫部分200突出超过壳套310的下表面352。
壳套310中的可选的第二通道362将导管64连接到下腔室324。在抛光操作期间，浆料62可以从贮槽60流入下腔室324，并通过抛光垫部分200和壳套310的下部分之间的间隙流出腔室324。如此允许浆料提供于抛光垫接触基板的部分附近。因此，可以低量供应浆料，从而降低操作的成本。
壳套310中的可选的第三通道364将导管72连接到下腔室324。在操作中，例如在抛光操作之后，清洗流体可以从源70流入下腔室324。如此允许如在抛光操作与抛光操作之间将抛光流体自下腔室324清除。如此可以防止浆料在下腔室324中凝固，从而提高抛光垫组件240的使用寿命并减少缺陷。
壳套310的下表面352(如凸缘350的下表面)可以在操作期间实质平行于基板10的顶表面12延伸。凸缘344的上表面354可以包括倾斜区域356，倾斜区域356在向内测量时远离外侧上部分330倾斜。此倾斜区域356可以有助于确保当上腔室322被加压时，膜250没有接触内表面354，以及因此可以有助于确保在抛光操作期间，膜250没有阻挡浆料62通过孔隙312的流动。作为替代或补充，凸缘354的上表面354可以包括通道或槽。如果膜250接触上表面354，则浆料可以继续流动穿过通道或槽。
虽然图3描绘通道362和364出现于下部分340的缘342的侧壁中，但其他配置是可能的。例如，通道362和364中的一者或两者可以出现于凸缘354的内表面354中或甚至出现在孔隙312的侧壁314中。
5.垫的驱动系统以及轨道运动
参照图1、7和8，抛光驱动系统500可以经配置而在抛光操作期间将耦合的抛光垫载体300和抛光垫部分200以轨道运动的方式移动。特别地，如图7所示，抛光驱动系统500可以经配置以在抛光操作期间将抛光垫维持在相对于基板的一固定角度定向中。
图7描绘抛光垫部分200的初始位置P1。图中以虚线表示抛光垫部分200行进分别通过轨道的四分之一、二分之一及四分之三处的额外位置P2、P3和P4。如由边缘标记E的位置所示，在行进通过轨道期间，抛光垫维持在相对的一固定角度定向中。
仍参照图7，与基板接触的抛光垫部分200的轨道的半径R可以小于抛光垫部分200的最大横向尺寸D。在一些实施中，抛光垫部分200的轨道的半径R小于接触区域的最小横向尺寸。在圆形抛光区域的情况中，抛光垫部分200的最大横向尺寸D。例如，轨道的半径可以是抛光垫部分200的最大横向尺寸的约5-50％，如5-20％。对于最大为20至30mm的抛光垫部分，轨道的半径可以是1-6mm。如此在抛光垫部分200抵靠基板的接触区域中达到更均匀的速度分布。抛光垫应优选以每分钟1000至5000转数(“rpm”)的速率作轨道运动。
参照图1、6和8，抛光驱动系统500的传动系统可以用单个致动器540(如旋转致动器)实现轨道运动。圆形凹槽334可以形成在壳套310的上表面336中，比如在上部分330的顶表面中。具有等于或小于凹槽334的直径的直径的圆形转子510安装在凹槽334内，但圆形转子相对于抛光垫载体300自由地旋转。转子510通过偏移驱动轴520连接到马达530。马达530可以悬吊于支撑结构355，且可以附接于定位驱动系统560以及可以与定位驱动系统560的移动部分一起移动。
偏移驱动轴520可以包括上部驱动轴部分522，上部驱动轴部分522连接到马达540，上部驱动轴部分522绕轴524旋转。驱动轴520亦包括下部驱动轴部分526，下部驱动轴部分526连接到上部驱动轴522，但下部驱动轴部分526例如通过水平延伸的部分528而与上部驱动轴522横向偏移。
在操作中，上部驱动轴522的旋转使得下部驱动轴526和转子510两者皆作轨道运动并旋转。转子510抵靠壳套310的凹槽334的内表面的接触迫使得抛光垫载体300经历相似的轨道运动。
假设下部驱动轴520连接到转子510的中心，下部驱动轴520可以与上部驱动轴522偏移一距离S，距离S提供轨道的期望的半径R。特别地，如果此偏移导致下部驱动轴522以具有半径S的圆形旋转，凹槽344的直径为T，以及转子的直径为U，则
Figure BDA0001725459840000131
多个防旋转的连杆550(如四个连杆)从定位驱动系统560延伸到抛光垫载体300，以防止抛光垫载体300的旋转。防旋转连杆550可以是安装至抛光垫载体300和支撑结构500中的接收孔中的杆。这些杆可以由挠曲但一般不伸长的材料形成，如尼龙。如此一来，这些杆能够轻微挠曲，以允许抛光垫载体300的轨道运动，但防止旋转。因此防旋转连杆550(结合转子510的运动)实现抛光垫载体300和抛光垫部分200的轨道运动，其中在抛光操作期间，抛光垫载体300和抛光垫部分200的角度定向不会改变。轨道运动的优点是更均匀的速度分布，因而相较简单的旋转有更均匀的抛光。在一些实施中，防旋转连杆550可以围绕抛光垫载体300的中心以相等的角度间隔被分隔开。
在一些实施中，抛光驱动系统和定位驱动系统由相同的部件提供。例如，单一驱动系统可以包括两个线性致动器，两个线性致动器经配置而在两个垂直的方向上移动垫支撑头。对于定位，控制器可以使得致动器将垫支撑件移动到基板上的所需位置。对于抛光，控制器可以使得致动器将垫支撑件以轨道运动移动，例如通过向两个致动器施加相位偏移正弦信号。
在一些实施中，抛光驱动系统可以包括两个旋转致动器。例如，抛光垫支撑件可以悬吊于第一旋转致动器，第一旋转致动器又悬吊于第二旋转致动器。在抛光操作期间，第二旋转致动器旋转一臂，该臂将抛光垫载体以轨道运动扫掠。(例如与第二旋转致动器在相反方向但以相同旋转速率的)第一旋转致动器旋转以抵消该旋转运动，使得抛光垫组件作轨道运动，同时相对于基板保持在实质固定的角度位置。
6.结论
在基板上的非均匀性的点的大小将在抛光该点期间决定装载区域的理想大小。如果装载区域太大，则基板上某些区域抛光不足的修正可能导致其他区域过度抛光。另一方面，如果装载区域太小，则垫将需要横跨基板移动以覆盖抛光不足区域，因而降低产量。因此，此实施允许装载区域匹配点的大小。
参照图9，抛光垫部分200的抛光表面250可以经历相对于基板10的轨道运动。与旋转对比，维持抛光垫相对于基板的固定定向的轨道运动提供横跨正在抛光的区域的更均匀的抛光速率。
虽然轨道运动如上所述，但在一些实施中希望有旋转运动。例如，如图10所示，驱动系统500可以绕基板10的中心18旋转抛光垫部分200。如果在基板上的非均匀性是径向对称的，则此实施是有利的。抛光垫部分200可以具有图4B中所示的圆弧形几何形状。抛光垫部分200的弧可以使得该弧的径向中心对应于基板10的中心。这种配置的优点是抛光垫部分200可以通过围绕需要抛光的区域进一步拉伸而变得更大，因此达到更高的抛光速率，而不牺牲径向精度。
如本说明书所用的术语基板可以包括如产品基板(如包括多个存储器或处理器晶粒的产品基板)、测试基板、裸基板和栅控基板。该基板可以是在集成电路制造的不同阶段，如基板可以是裸晶片，或者基板可以包括一个或多个沉积的和/或图案化的层。
已经描述了本发明的多个实施例。然而，将理解到，可在不背离本发明的精神和范围下作各种修改。例如，在一些实施例中，基板支撑件可以包括自己的致动器，该致动器能够将基板相对于抛光垫移动到恰当的位置。作为另一示例，虽然上述的系统包括一驱动系统，该驱动系统将抛光垫沿轨道路径移动而基板固持在实质固定的位置，但是反之亦可以是抛光垫固持在实质固定的位置而基板沿轨道路径移动。在这种情况下，抛光驱动系统可以是类似的，但耦接于基板支撑件，而不是抛光垫支撑件。
虽然一般假设是圆形基板，但这并非必需的，支撑件和/或抛光垫可以是其他形状，如矩形(在这种情况下，“半径”或“直径”的论述将通常适用于沿主轴的横向尺寸)。
术语相对定位用于表示系统的部件相对于彼此定位，而不一定相对于重力；应当理解到，抛光表面和基板可以固持在垂直定向或某些其他定向上。然而，壳套底部中有孔隙的相对于重力的布置可以特别有利，因为重力可以帮助浆料流出壳套。
因此，其他实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种化学机械抛光系统，包括：
基板支撑件，该基板支撑件经配置以在抛光操作期间固持基板；
抛光垫组件，该抛光垫组件包含膜与抛光垫部分，该抛光垫部分具有抛光表面，用于在该抛光操作期间接触该基板，在相对该抛光表面的一侧上该抛光垫部分接合到该膜；
抛光垫载体，该抛光垫载体包含壳套，该壳套具有空腔与孔隙，该孔隙将该空腔连接到该壳套的外部，该抛光垫组件定位于该壳套中使得该膜将该空腔分成第一腔室与第二腔室，且该孔隙自该第二腔室延伸，且其中该抛光垫载体与抛光垫组件经定位与配置使得至少在有充足压力施加于该第一腔室期间，该抛光垫部分突出穿过该孔隙；及
驱动系统，该驱动系统经配置而引起该基板支撑件与该抛光垫载体之间的相对运动。
2.如权利要求1所述的系统，其中该抛光垫部分通过黏接剂而固定于该膜。
3.如权利要求1所述的系统，其中该膜包括第一部分，该第一部分由柔性比所述第一部分差的第二部分所围绕，及该抛光垫部分接合至该第一部分。
4.如权利要求1所述的系统，其中围绕该孔隙的该抛光垫载体的外表面实质平行于该抛光表面。
5.如权利要求1所述的系统，其中该抛光垫载体和该抛光垫组件经配置而使得当该第一腔室在大气压力下时，该抛光垫部分至少部分地延伸穿过该孔隙。
6.如权利要求1所述的系统，包括可控制的压力源，该可控制的压力源流体耦接至该第一腔室。
7.如权利要求1所述的系统，包括用于抛光流体的贮槽，该贮槽流体耦接至该第二腔室。
8.如权利要求7所述的系统，其中该系统经配置而使得在抛光操作期间，该抛光流体流入该第二腔室中并从该孔隙流出。
9.如权利要求1所述的系统，包括清洗流体源，该清洗流体源流体耦接至该第二腔室。
10.如权利要求9所述的系统，其中该系统经配置而使得在抛光操作与抛光操作之间，该清洗流体流入该第二腔室中并从该孔隙流出。
11.如权利要求1所述的系统，其中该壳套包括下部分，除了在该孔隙处之外，该下部分实质延伸横跨该膜的全部。
12.如权利要求11所述的系统，其中该壳套包括上部分，以及该膜的边缘被夹持在该壳套的该上部分与该下部分之间。
13.如权利要求1所述的系统，其中该膜实质平行于该抛光表面。
14.如权利要求1所述的系统，其中该驱动系统经配置而将该抛光垫载体以轨道运动的方式移动，同时在该轨道运动期间，该抛光垫部分与该基板的暴露表面接触并将该抛光垫维持在相对于该基板的一固定角度定向上。
15.一种抛光垫组件，包括：
膜，该膜具有菜豆形状的周界；及
抛光垫部分，该抛光垫部分从所述膜向下突出并具有抛光表面，用于在抛光操作期间接触基板，在相对该抛光表面的一侧上该抛光垫部分接合到该膜，所述膜在所述抛光垫部分的所有侧上延伸超过所述抛光垫部分的侧壁。
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