CN101112749A - 可装配的抛光设备 - Google Patents

Abstract

一种可装配的抛光设备包括：主抛光结构，其包含多个抛光平台、多个抛光头和多个装卸台；以及附加抛光结构，其包含额外抛光平台和额外抛光头。所述附加抛光结构可附接到所述主抛光结构以形成具有所述额外抛光平台和所述额外抛光头的较大抛光结构。

Description

可装配的抛光设备

技术领域

本发明大体上涉及半导体处理装备，且更明确地说涉及一种抛光设备。

背景技术

化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)工艺在半导体装置制造期间广泛用于平坦化。一般来说，CMP工艺涉及使用溶液(如，浆料溶液)在抛光表面(如，抛光垫)上对半导体晶圆的表面进行抛光，所述溶液提供于晶圆表面与抛光表面之间。视CMP工艺而定，可执行多个CMP步骤以在半导体晶圆上产生单个平坦化层。例如，在半导体装置制造期间可对铜镶嵌的结构执行多个CMP步骤。

为了推动多步骤CMP工艺，已开发具有多个抛光台(polishingstation)的CMP装备。常规CMP装备的问题是每一CMP装备仅可执行特定的多步骤CMP工艺，这取决于所述CMP装备的抛光台的数目。例如，具有两个串联布置的抛光台的CMP装备(其是针对两步骤的连续的CMP工艺而设计的)不能执行三步骤的连续的CMP工艺。

有鉴于此考虑，需要一种可执行不同多步骤CMP工艺的抛光设备。

发明内容

根据本发明实施例的用于抛光半导体晶圆的抛光设备包括：主抛光结构，其包含多个抛光平台(polishing table)、多个抛光头(polishing head)和多个装卸台(load-and-unload station)；及附加抛光结构(add-onpolishing structure)，其包含额外抛光平台和额外抛光头。附加抛光结构可附接到主抛光结构以形成具有额外抛光平台和额外抛光头的较大抛光结构。

根据本发明实施例的用于抛光半导体晶圆的抛光设备包括主抛光结构和附加抛光结构。主抛光结构包含耦接到主框架结构的多个抛光平台、多个抛光头和多个装卸台。抛光头耦接到主框架结构，使得所述抛光头中的每一者均可在所述抛光平台中的一者与所述装卸台中的至少一者之间移动。附加抛光结构包含耦接到附加框架结构的额外抛光平台和额外抛光头。附加抛光结构经装配以附接到主抛光结构，从而形成具有额外抛光平台和额外抛光头的较大抛光结构。

根据本发明另一实施例的用于抛光半导体晶圆的抛光设备包括主抛光结构和附加抛光结构。主抛光结构包含耦接到主框架结构的多个抛光平台、多个抛光头和多个装卸台。抛光平台和装卸台经定位以使得每一抛光平台均位于所述装卸台之间。抛光头耦接到主框架结构，使得抛光头中的每一者均可在所述抛光平台中的一者与所述装卸台中的两者之间线性移动。抛光平台中的一者位于所述装卸台中的两者之间。附加抛光结构包含耦接到附加框架结构的额外抛光平台、额外抛光头和多个额外装卸台。附加抛光结构经装配以附接到主抛光结构，从而形成具有额外抛光平台、额外抛光头和额外装卸台的较大抛光结构。

根据本发明另一实施例的用于抛光半导体晶圆的抛光设备包括主抛光结构和附加抛光结构。主抛光结构包含第一抛光平台、第一抛光头和耦接到主框架结构的第一装卸台。第一抛光头耦接到主框架结构，使得第一抛光头可通过使用第一线性轨道以线性方式将半导体晶圆从第一抛光平台传送到第一装卸台。附加抛光结构包含耦接到附加框架结构的第二抛光平台和第二抛光头。第二抛光头耦接到附加框架结构，使得第二抛光头可通过使用至少一个第二线性轨道以线性方式将半导体晶圆从第一装卸台传送到第二抛光平台，使得第二抛光头可从第一装卸台接收半导体晶圆，并在第二抛光平台上对半导体晶圆进行抛光。附加抛光结构经装配以附接到主抛光结构，使得第一线性轨道与第二线性轨道对准，从而形成直接连接的线性轨道。

通过结合附图阅读以下以例示形式说明本发明原理的详细描述，将显而易见本发明的其它方面和优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例的抛光设备的图。

图2是根据本发明实施例的使用图1抛光设备的扩展抛光设备的图。

图3是根根本发明实施例的图1抛光设备的框架结构的前视图。

图4是图3框架结构的侧视图。

图5是根据本发明替代实施例的图1抛光设备的前视图。

图6是图5抛光设备的一部分的放大视图，其说明抛光头组合件、相关联的线性驱动机构和相关联的终点检测机构。

图7是图6所示部分的横截面图。

图8是根据本发明实施例的图2扩展抛光设备的前视图。

图9是图5抛光设备的一部分的横截面图，其说明根据本发明实施例的封闭结构。

图10是绘示根据本发明实施例的封闭结构的开口和开口中细颈状部分的图。

具体实施方式

参看图1，描述根据本发明实施例的抛光设备1。抛光设备1包括：抛光平台30a和30b，装卸台40a、40a’、40b、40b’、40c和40c’，抛光头51a、51a’、51b和51b’；以及框架结构3，所述框架结构3在图1中大概表示为矩形。抛光平台30a和30b，装卸台40a、40a’、40b、40b’、40c和40c’以及抛光或运载头51a、51a’、51b和51b’直接或间接地附接到框架结构3。以下参看图3和图4更详细地描述框架结构3。

如图1所示，抛光平台30a和30b以及装卸台40a、40a’、40b、40b’、40c和40c’附接到框架结构3，使得第一抛光平台30a位于第一和第二装卸台40a和40a’与第三和第四装卸台40b和40b’之间，且第二抛光平台30b位于第三和第四装卸台40b和40b’与第五和第六装卸台40c和40c’之间。第一抛光头51a附接到框架结构3，使得抛光头51a可在第一装卸台40a、第一抛光平台30a与第三装卸台40b之间线性移动。第二抛光头51a’也附接到框架结构3，使得抛光头51a’可在第二装卸台40a’、第一抛光平台30a与第四装卸台40b’之间线性移动。同样，第三抛光头51b附接到框架结构3，使得抛光头51b可在第三装卸台40b、第二抛光平台30b与第五装卸台40c之间移动，且第四抛光头51b’可在第四装卸台40b’、第二抛光平台30b与第六装卸台40c’之间移动。

现在描述根据本发明实施例的抛光设备1的操作。通过一个或一个以上外部装置(例如晶圆传送机械手(wafer transfer robot)，未图示)将两个待抛光的半导体晶圆传送到第一和第二装卸台40a和40a’。接着，抛光头51a和51a’分别将晶圆从第一和第二装卸台40a和40a’传送到第一抛光平台30a，其中通过第一和第二抛光头51a和51a’在第一抛光平台30a上对晶圆进行抛光。当在第一抛光平台30a上对晶圆进行抛光之后，分别通过第一和第二抛光头51a和51a’将晶圆传送到第三和第四装卸台40b和40b’。接着，第一和第二抛光头51a和51a’移动回到第一和第二装卸台40a和40a’以处理接下来的两个晶圆。

第三和第四抛光头51b和51b’分别将已经抛光的晶圆从第三和第四装卸台40b和40b’传送到第二抛光平台30b，其中通过第三和第四抛光头51b和51b’在第二抛光平台30b上对晶圆进行进一步抛光。当在第二抛光平台30b上对晶圆进行抛光之后，分别通过第三和第四抛光头51b和51b’将晶圆传送到第五和第六装卸台40c和40c’。接着，可通过一个或一个以上外部装置(例如晶圆传送机械手，未图示)将第五和第六装卸台40c和40c’上的经过抛光的晶圆传送到下一目的地。接着，第三和第四抛光头51b和51b’移动回到第三和第四装卸台40b和40b’以继续处理接下来的两个晶圆。

为了在抛光平台30a和30b上对晶圆进行抛光，需在抛光平台上施配溶液。在一实施例中，在抛光垫上施配含有研磨颗粒的浆料，所述抛光垫附接在抛光平台30a和30b上。抛光平台30a和30b上的抛光垫通过垫调节器91a和91b来调节，所述垫调节器91a和91b附接到框架结构3，使得每一垫调节器可以线性方式移动从而接入正由该垫调节器调节的抛光垫中的不同部分。

由于抛光设备1具有两个抛光平台，所以抛光设备1可依次对半导体晶圆执行两个顺次的或连续的CMP工艺。因此，可使用抛光设备1来执行需要两个连续CMP工艺的制造方法。然而，与常规抛光装备不同的是，抛光设备1可经过修改或装配以执行两个以上连续的CMP工艺。

在一实施例中，可通过向抛光设备1附接一附加抛光结构5，而将抛光设备1转换成较大的扩展抛光设备10。因此，抛光设备1是主抛光结构，附加抛光结构5附接到所述主抛光结构，以形成扩展抛光设备10。如图2所示，附加抛光结构5包含抛光平台30c、装卸台40d和40d’、抛光头51c和51c’、垫调节器91c和附加框架结构7，所述附加框架结构7在图2中大概表示为矩形。抛光平台30c、装卸台40d和40d’以及抛光头51d和51d’直接或间接地附接到附加框架结构7。以下参看图8更详细地描述附加框架结构7。

如图2所示，第三抛光平台30c以及第七和第八装卸台40d和40d’附接到附加框架结构7，使得当附加抛光结构5附接到抛光设备1时，第三抛光平台30c位于第五和第六装卸台40c和40c’与第七和第八装卸台40d和40d’之间。第五抛光头51c附接到附加框架结构7，使得第五抛光头51c可在第五装卸台40c、第三抛光平台30c和第七装卸台40d之间线性移动。第六抛光头51c’也附接到附加框架结构7，使得第六抛光头51c’可在第六装卸台40c’、第三抛光平台30c与第八装卸台40d’之间线性移动。

现在描述根据本发明一实施例的扩展抛光设备10的操作。在对应于原抛光设备1的部分方面，扩展抛光设备10的操作与图1的抛光设备1的操作相似，且因此将不再重复。在分别通过第三和第四抛光头51b和51b’将晶圆传送到第五和第六装卸台40c和40c’之后，第五和第六抛光头51c和51c’分别将晶圆从第五和第六装卸台40c和40c’传送到第三抛光平台30c，其中通过第五和第六抛光头51c和51c’在第三抛光平台30c上对晶圆进行抛光。当已在第三抛光平台30c上对晶圆进行抛光之后，分别通过第五和第六抛光头51c和51c’将晶圆传送到第七和第八装卸台40d和40d’。接着，可通过一个或一个以上外部装置(例如晶圆传送机械手，未图示)将第七和第八装卸台40d和40d’上的经过抛光的晶圆传送到下一目的地。接着，第五和第六抛光头51c和51c’移动回到第五和第六装卸台40c和40c’以继续处理接下来的两个晶圆。

为了在第三抛光平台30c上对晶圆进行抛光，需在第三抛光平台30c上施配溶液。在一实施例中，在抛光垫上施配含有研磨颗粒的浆料，所述抛光垫附接在第三抛光平台3c上。第三抛光平台30c上的抛光垫通过第三垫调节器91c来调节，所述第三垫调节器91c附接到附加框架结构7，使得第三垫调节器91c可以线性方式移动从而接入第三抛光平台30c上的抛光垫的不同部分。

由于扩展抛光设备10具有三个抛光平台，所以扩展抛光设备10可依次对半导体晶圆执行三个连续的CMP工艺。因此，可使用抛光设备1来依次执行两个连续的CMP工艺，或者可将抛光设备1转换成抛光设备10，以依次执行三个连续的CMP工艺。然而，在其它实施例中，抛光设备1和/或扩展抛光设备10可经修改以包含多于所描述的数目的抛光平台，这样抛光设备1便可依次执行两个以上的连续的CMP工艺，且/或扩展抛光设备10可依次执行三个以上的连续的CMP工艺。在其它实施例中，可向抛光设备1附接一个以上的附加抛光结构，以形成具有较多抛光平台的较大抛光结构。

现在参看图3和图4，图中绘示根据本发明一实施例的框架结构3。图3绘示抛光设备1的框架结构3的前视图。图4绘示抛光设备1的框架结构3的侧视图。

如图3最佳绘示的，框架结构3包含下部支撑结构21a、21b和21c。第一下部支撑结构21a包括垂直部分26a和倾斜部分26a’，如图4所说明。垂直部分26a的一个端部在第一底架(base frame)23a的第一端部附近连接到第一底架23a，所述第一底架23a安装在支腿(leg)24a上。垂直部分26a的另一端部连接到倾斜部分26a’的一个端部。倾斜部分26a’的另一端部连接到第一中间安装板25a的底面的中心部分。

第二下部支撑结构21b也包括垂直部分26b和倾斜部分26b’。垂直部分26b的一个端部在第二底架23b的第一端部附近连接到第二底架23b，所述第二底架23b安装在支腿24b上。垂直部分26b的另一端部连接到倾斜部分26b’的一个端部。倾斜部分26b’的另一端部连接到第二中间安装板25b的底面的中心部分。

第三下部支撑结构21c也包括垂直部分26c和倾斜部分26c’。垂直部分26c的一个端部在第三底架23c的第一端部附近连接到第三底架23c，所述第三底架23c安装在支腿24c上。垂直部分26c的另一端部连接到倾斜部分26c’的一个端部。倾斜部分26c’的另一端部连接到第三中间安装板25c的底面的中心部分。

框架结构3进一步包含下部安装板22a，所述下部安装板22a安装到第一、第二和第三下部支撑结构21a-21c的垂直部分26a-26c。框架结构3还包含上部支撑结构11a、11b和11c。第一上部支撑结构11a安装在第一中间安装板25a的顶面上。第二上部支撑结构11b安装在第二中间安装板25b的顶面上。第三上部支撑结构11c安装在第三中间安装板25c的顶面上。

框架结构3进一步包含上部安装板12a，所述上部安装板12a焊接到上部支撑结构11a和11b，使得安装板12a的第一侧端连接到第一上部支撑结构11a，且安装板12a的底面安装在第二上部支撑结构11b上。上部安装板12a接合到第三上部支撑结构11c，使得安装板12a的第二侧端接合到第三上部支撑结构11c。上部支撑结构11c包括凸出部分(male portion)18，所述凸出部分18接合到上部安装板12a的第二侧端的凹入部分(femaleportion)。框架结构3还包含上部框架17a，所述上部框架17a安装到第一和第三上部支撑结构11a和11c顶部处。

下部线性轨道13a和13a’、上部线性轨道14a和14a’以及调节器线性轨道15a和15b安装在安装板12a上。第一下部线性轨道13a和第一上部线性轨道14a安装在安装板12a的前垂直表面上，使得轨道13a和14a平行于安装板12a的前表面的纵向侧。因此，轨道13a与14a彼此平行。第二下部线性轨道13a’和第二上部线性轨道14a’安装在安装板12a的后垂直表面上，使得轨道13a’和14a’平行于安装板12a的后表面的纵向侧。因此，轨道13a’与14a’彼此平行，且也与轨道13a和14a平行。第一调节器线性轨道15a和第二调节器线性轨道15b安装到安装板12a的底面，且也与轨道13a、13a’、14a和14a’平行。安装板12a的底面垂直于安装板12a的前表面和后表面。调节器线性轨道15a和15b通过第二上部支撑结构11b分离，所述第二上部支撑结构11b连接到安装板12a的底面。

现在参看图5，图中绘示抛光设备1的前视图。在图5中，将图3的框架结构3绘示为具有抛光平台30a和30b，装卸台40a、40a’、40b、40b’、40c和40c’以及抛光头51a、51a’、51b和51b’。然而，在图5中，装卸台40a’、40b’和40c’以及抛光头51a’和51b’被隐藏而无法看到。如图5中说明，抛光设备1进一步包含用于抛光头51a、51a’、51b和51b’中的每一者的抛光头组合件以及用于垫调节器91a和91b中的每一者的垫调节器组合件。在图5中，仅展示分别用于抛光头51a和51b的抛光头组合件50a和50b。另外两个分别用于抛光头51a’和51b’的抛光头组合件50a’和50b’被隐藏而无法看到。然而，这些隐藏的抛光头组合件类似于图示的抛光头组合件50a和50b。图5中还绘示了抛光平台驱动机构32a和32b，其使抛光平台30a和30b旋转。

抛光平台驱动机构32a和32b安装到框架结构3的第一下部安装板22a。抛光平台30a和30b分别通过旋转轴31a和31b连接到抛光平台驱动机构32a和32b。抛光平台驱动机构32a经由旋转轴31a使抛光平台30a旋转。同样，抛光平台驱动机构32b经由旋转轴31b使抛光平台30b旋转。

第一和第二装卸台40a和40a’安装到第一中间安装板25a的顶面。第三和第四装卸台40b和40b’安装到第二中间安装板25b的顶面。第五和第六装卸台40c和40c’安装到第三中间安装板25c的顶面。

第一和第三抛光头组合件50a和50b安装到第一下部线性轨道和上部线性轨道13a和14a，使得这些抛光头组合件50a和50b(其分别包含抛光头51a和51b)可沿着轨道13a和14a线性移动。同样，第二抛光头组合件50a’(未图示)和第四抛光头组合件50b’(未图示)安装到第二下部线性轨道和上部线性轨道13a’和14a’(未图示)，使得这些抛光头组合件50a’和50b’(其分别包含抛光头51a’和51b’)可沿着轨道13a’和14a’线性移动。

第一和第二垫调节器组合件90a和90b安装到第一和第二调节器线性轨道15a和15b，使得这些垫调节器组合件90a和90a(其分别包含垫调节器91a和91b)可分别沿着轨道15a和15b线性移动。

为了在抛光平台30a和30b中的每一者处检测抛光工艺的终点，可使用耦接到用于该抛光平台的抛光平台驱动机构32a或32b的电流传感器34。电流传感器34检测用来转动抛光平台驱动机构32a或32b的马达的电流。当抛光平台30a或30b上的抛光垫与正在该抛光垫上被抛光的两个晶圆之间的摩擦力变化时，改变所述电流以使得转动速度不受摩擦力变化的影响而保持恒定。电流传感器34检测电流变化，而所述电流变化可用来确定终点。

然而，无法使用电流传感器34来判断同时在同一抛光平台30a或30b上被抛光的两个晶圆中，哪个晶圆即将到达或接近终点。为了解决这个问题，可将电流传感器34与负载传感器(load cell)或其它电流传感器结合使用，以针对正在同一抛光平台30a或30b上被抛光的两个晶圆中的每一者确定抛光终点。

参看图6和图7，图中描述抛光头组合件50a、相关联的线性驱动机构以及相关联的终点检测机构。由于抛光头组合件50a、50a’、50b和50b’彼此类似，所以对抛光头组合件50a和相关联的机构的描述也可用作对其它抛光头组合件及其线性驱动机构和终点检测机构的描述。图6是抛光头组合件50a、相关联的线性驱动机构以及相关联的终点检测机构的前视图。图7是图6的横截面A的侧视图。

抛光平台51a通过头旋转轴52a连接到头旋转机构53a。头旋转机构53a连接到支撑板54a，所述支撑板54a通过轴55a连接到头垂直驱动机构56a。头垂直驱动机构56a安装到头组合件板45a。支撑板54a以可滑动方式安装到导轨板(guide rail plate)46a，使得抛光平台51a可通过头垂直驱动机构56a沿着导轨板46a的导轨垂直移动。头组合件板45a通过下部轨道夹具(rail gripper)47a和上部轨道夹具48a以可滑动方式耦接到第一下部线性轨道和上部线性轨道13a和14a。下部轨道夹具和上部轨道夹具47a和48a分别以可滑动方式耦接到下部线性轨道和上部线性轨道13a和14a。

引导螺母(lead nut)61a耦接到头组合件板45a。引导螺母61a还耦接到引导螺杆(lead screw)71a。引导螺杆71a的一端连接到头输送马达70a，所述头输送马达70a通过至少一个弹性金属或聚合板72a悬吊在上部框架17a下方。引导螺杆71a的另一端连接到轴承70b，所述轴承70b至少通过弹性金属或聚合板72b悬吊在上部框架17a下方。当引导螺杆71a由头输送马达70a旋转时，引导螺母61a沿着引导螺杆71a前后移动。

第一和第二位置传感器73a和73b安装到第一上部框架17a，使得当抛光头组合件50a经过位置传感器时，这些位置传感器可进行检测。参考销62a安装到头组合件板45a，使得当抛光头组合件50a经过位置传感器73a与73b中的一者时，参考销会触发该位置传感器。位置传感器73a和73b可为磁性传感器或光电传感器(photo sensor)。

第一位置传感器73a的位置沿着上部框架17a设置，使得当第一位置传感器73a检测参考销62a时，第一抛光头51a与第一装卸台40a垂直对准。同样，第二位置传感器73b的位置沿着上部框架17a设置，使得当第二位置传感器73b检测参考销62a时，第二抛光头51a与第三装卸台40b垂直对准。

在一实施例中，负载传感器74a连同电流传感器34一起使用，以检测正由第一抛光头51a在第一抛光平台30a上抛光的半导体晶圆的抛光工艺的终点。负载传感器74a耦接到第一连接件75a，所述第一连接件75a刚性连接到头输送马达70a。负载传感器74a还耦接到第二连接件76a，所述第二连接件76a刚性连接到上部框架17a。

在抛光工艺期间，第一抛光头51a以循环方式沿着引导螺杆71a线性地前后移动。通过负载传感器74a来检测使第一抛光头组合件50a前后移动的扭矩。所述扭矩随着第一抛光平台30a上的抛光垫与由第一抛光头51a抛光的晶圆之间的摩擦力的变化而改变。当沉积在晶圆上的顶层被平坦化时或者当在通过抛光工艺移除顶层之后使沉积在晶圆上的下一层暴露时，摩擦力会改变。通过使用负载传感器74a检测扭矩的变化，并使用电流传感器34检测到达抛光平台驱动机构32a的马达的电流的变化，来检测抛光工艺的终点。可使用用于第二抛光头51a’的类似负载传感器来检测正由第二抛光头抛光的晶圆的抛光工艺的终点。因此，可个别地检测在第一抛光平台30a上被同时抛光的两个晶圆中的每一晶圆的终点。

特定来说，通过使用与两个抛光头相关联的负载传感器来监视正在同一抛光平台上由两个抛光头抛光的两个晶圆的扭矩变化，来识别出即将到达或接近终点的晶圆。在识别出即将到达或接近终点的晶圆之后，使用耦接到用于抛光平台的抛光平台驱动机构的电流传感器34来检测和确定晶圆的终点。在两个晶圆中的一者已到达终点之后，该晶圆的抛光工艺停止，但另一晶圆的抛光工艺继续进行，直到电流传感器34检测并确定了另一晶圆的终点为止。当从电流传感器34获得的信号的质量优于(噪声小于)从负载传感器获得的信号时，这种使用通过负载传感器辅助运行的电流传感器34的终点检测和确定算法相当奏效。

在替代实施例中，不是使用负载传感器，而是连同电流传感器34一起使用耦接到头旋转机构53a的电流传感器36a，来检测正在第一抛光平台30a上由第一抛光头51a抛光的半导体晶圆的抛光工艺的终点。电流传感器36a检测用于通过头旋转机构53a来旋转抛光头51a的电流的变化。当抛光平台30a上的抛光垫与正由第一抛光头51a抛光的晶圆之间的摩擦力变化时，到达头旋转机构53a的马达的电流便会改变，以便使转动速度保持恒定。电流传感器36检测这种电流变化。通过使用电流传感器36a检测到达头旋转机构53a的马达的电流的变化，并使用电流传感器34检测到达抛光平台驱动机构32a的马达的电流的变化，来检测抛光工艺的终点。可使用用于第二抛光头51a’的类似电流传感器来检测正由第二抛光头抛光的晶圆的抛光工艺的终点。因此，可个别地检测正在第一抛光平台30a上被同时抛光的两个晶圆中的每一晶圆的终点。

特定来说，通过使用与两个抛光头相关联的电流传感器来监视使两个晶圆旋转的电流的变化，来识别出即将到达或接近终点的晶圆。在识别出即将到达或接近终点的晶圆之后，使用耦接到用于抛光平台的抛光平台驱动机构的电流传感器34来检测和确定晶圆的终点。在两个晶圆中的一者已到达终点之后，该晶圆的抛光工艺停止，但另一晶圆的抛光工艺继续进行，直到电流传感器34检测并确定了另一晶圆的终点为止。当从电流传感器34获得的信号的质量优于(噪声小于)从用于抛光头的电流传感器获得的信号时，这种使用多个电流传感器的终点检测和确定算法相当奏效。

现在参看图6和7描述垫调节器组合件90a。垫调节器头91a连接到调节器旋转和垂直驱动机构92a，所述调节器旋转和垂直驱动机构92a连接到引导螺母93a。引导螺母93a以可滑动方式耦接到调节器线性轨道15a和引导螺杆94a。引导螺杆94a的一端连接到调节器输送马达(未图示)。调节器线性输送马达安装到第一上部安装板12a。引导螺母93a随着引导螺杆94a由调节器线性输送马达旋转而沿着引导螺杆94a移动。

现在参看图8，图中绘示图2的扩展抛光设备10的前视图。为了将抛光设备1转换成扩展抛光设备10，用附加框架结构7(其为附加抛光结构5的一部分)的上部框架组合件来代替抛光设备1的第三上部支撑结构11c。附加框架结构7还包含第二上部框架17b、第四下部支撑结构21d、第二下部安装板22b、第四底架23d、支腿24d和第四中间安装板25d。上部框架组合件包括第四上部支撑结构33、第五上部支撑结构33’和第二上部安装板12b，以上各部分焊接在一起。第四上部支撑结构33包括凸出部分18’，所述凸出部分18’坚固地接合到第一上部安装板12a的凹入部分。第四上部支撑结构33安装在第三中间安装板25c的顶面上。第五上部支撑结构33’安装在第四中间安装板25d的顶面上。第二上部框架17b安装到第四和第五支撑结构33和33’的顶部处。

第四中间安装板25d安装到第四下部支撑结构21d，所述第四下部支撑结构21d包括垂直部分26d和倾斜部分26d’。垂直部分26d的一个端部在安装于支腿24d上的第四底架23d的第一端部附近连接到第四底架23d。垂直部分26d的另一端部连接到倾斜部分26d’的一个端部。倾斜部分26d’的另一端部连接到第四中间安装板25d的底面的中心部分。

第七和第八装卸台40d和40d’安装到第四中间安装板25d。第二下部安装板22b安装到第三和第四下部支撑结构21c和21d的垂直部分26c和26d。

附加抛光结构5进一步包含第三抛光平台驱动机构32c，所述第三抛光平台驱动机构32c安装到第二下部安装板22b。第三抛光平台30c通过旋转轴31c连接到第三抛光平台驱动机构32c。第三抛光平台30c由抛光平台驱动机构32c通过旋转轴31c旋转。

附加抛光结构5进一步包含下部线性轨道13b和13b’、上部线性轨道14b和14b’以及调节器线性轨道15c，以上各部分安装在第二上部安装板12b上。图8中未绘示下部线性轨道13b’和上部线性轨道14b’。第三下部线性轨道13b和第三上部线性轨道14b安装在第二安装板12b的前垂直表面上，使得轨道13b和14b平行于第二安装板12b的前表面的纵向侧。因此，轨道13b和14b彼此平行。第三下部线性轨道13b的一端与第一下部线性轨道13a的一端对准，使得第三下部线性轨道13b和第一下部线性轨道13a形成直接连接的下部线性轨道。同样，第三上部线性轨道14b的一端与第一上部线性轨道14a的一端对准，使得第三上部线性轨道14b与第一上部线性轨道14a形成直接连接的上部线性轨道。与第三下部线性轨道13b和第三上部线性轨道14b相似，第四下部线性轨道13b’和第四上部线性轨道14b’安装在第二安装板12b’的后垂直表面上，使得轨道13b’和14b’平行于第二安装板12b的后表面的纵向侧。因此，轨道13b’和14b’彼此平行，且还平行于轨道13b和14b。第四下部线性轨道13b’的一端与第二下部线性轨道13a’的一端对准，使得第四下部线性轨道13b’与第二下部线性轨道13a’形成另一直接连接的下部线性轨道。同样，第四上部线性轨道14b’的一端与第二上部线性轨道14a’的一端对准，使得第四上部线性轨道14b’与第二上部线性轨道14a’形成另一直接连接的上部线性轨道。

第五抛光头组合件50c安装到第三下部线性轨道和上部线性轨道13b和14b。第五抛光头组合件50c沿着由第一和第三下部线性轨道13a和13b形成的直接连接的下部线性轨道和由第一和第三上部线性轨道14a和14b形成的直接连接的上部线性轨道，在第五装卸台40c、第三抛光平台30c与第七装卸台40d之间线性移动。第五抛光头组合件50c使用连接到头输送马达70a’的引导螺杆71c线性移动，其移动方式类似于上文参看图6和图7描述的使用引导螺杆71a和头输送马达70a的第一抛光头组合件50a。

尽管未绘示，但第六抛光头组合件50c’安装到第四下部线性轨道和上部线性轨道13b’和14b’。第六抛光头组合件50c’沿着由第二和第四下部线性轨道13a’和13b’形成的直接连接的下部线性轨道和由第二和第四上部线性轨道14a’和14b’形成的直接连接的上部线性轨道，在第六装卸台40c’、第三抛光平台30c和第八装卸台40d’之间线性移动。第六抛光头组合件50c’使用连接到头输送马达的引导螺杆线性移动，其移动方式类似于上文参看图6和图7描述的使用引导螺杆71a和头输送马达70a的第一抛光头组合件50a。

在一实施例中，使用负载传感器(未图示)来检测关于第五和第六抛光头组合件50c和50c’中的每一者扭矩变化。用于第五和第六抛光头组合件50c和50c’中的每一者的负载传感器与耦接到抛光平台驱动机构32c的马达的电流传感器34一起使用，以检测正由抛光头51c和51c’抛光的每一晶圆的抛光工艺的终点。在替代实施例中，使用第五和第六抛光头组合件50c和50c’中的额外电流传感器36c或36c’(电流传感器36c’未图示)，来检测用于旋转抛光头51c和51c’的电流的变化。用于第五和第六抛光头组合件50c和50c’的额外电流传感器36c或36c’与耦接到抛光平台驱动机构32c的马达的电流传感器34一起使用，以检测正由抛光头51c和51c’抛光的每一晶圆的抛光工艺的终点。

第三调节器线性轨道15c安装到第二安装板12b的底面，且还与轨道13b、13b’、14b和14b’平行。第二安装板12b的底面垂直于第二安装板12b的前后表面。第三垫调节器组合件90c以可滑动方式耦接到第三调节器线性轨道15c。

参看图9，描述根据本发明实施例的抛光设备1的垫调节器组合件。在图9的抛光设备1中，调节器旋转和垂直驱动机构92a连接到安装板77。安装板77具有“ㄈ”形状，所述形状中包含上水平部分77a、下水平部分77b和垂直部分77c。安装板77的上水平部分77a包括细颈状部分81，所述细颈状部分81类似于下述的下部轨道夹具和上部轨道夹具47a、48a、47a’和48a’的细颈状部分81。安装板77的上部水平部分77a耦接到引导螺母93a。安装板77的下部水平部分77b连接到调节器旋转和垂直驱动机构92a。上部水平部分77a和下部水平部分77b通过垂直部分77c彼此连接。

引导螺母93a以可滑动方式耦接到调节器线性轨道15a和引导螺杆94a。引导螺杆94a的一端连接到调节器输送马达(未图示)。调节器线性输送马达安装到第一上部安装板12a。引导螺母93a随着引导螺杆94a由调节器线性输送马达旋转而沿着引导螺杆94a移动。

参看图9，描述根据本发明一实施例的用于抛光设备1的封闭结构78。图9绘示封闭结构78和抛光设备1的横截面图。在图9的抛光设备1中，下部轨道夹具和上部轨道夹具47a、48a、47a’和48a’通过其各自的细颈状部分81连接到各个头组合件板45a和45a’。

如图9所示，封闭结构78封闭第一上部安装板12a、下部线性轨道13a和13a’、上部线性轨道14a和14a’、调节器线性轨道15a、下部轨道夹具47a和47a’的大部分、上部轨道夹具48a和48a’的大部分、引导螺母93a、引导螺杆94a和抛光设备1的其它所有类似组件。封闭结构78还封闭安装板77的水平部分77a的一部分。封闭结构78不封闭安装板77的水平部分77b。因此，抛光头51a、51a’、51b、51b’、51c和51c’以及垫调节器91a和91b在封闭结构78的外部。尽管参看抛光设备1描述了封闭结构78，但封闭结构78可经修改而与扩展抛光设备10一起使用，以封闭扩展抛光设备10的类似组件。

封闭结构78包括线性伸长的开口，所述开口用于下部轨道夹具和上部轨道夹具47a、48a、47a’和48a’的细颈状部分81和安装板77的细颈状部分81。颈状部分81沿着封闭结构78的开口移动。所述开口用软聚合材料79(例如特氟隆、聚氨酯和硅橡胶)密封，使得颈状部分81与密封物之间的摩擦不会产生可能会进入抛光垫中并损坏晶圆的坚硬颗粒。当相关联的头组合件沿着线性轨道13a和14a或线性轨道13a’和14a’移动时，下部轨道夹具和上部轨道夹具47a、48a、47a’和48a’的颈状部分81移动穿过密封物。同样，当垫调节器91a及其它连接到垫调节器91a的组件沿着线性轨道15a移动时，安装板77的细颈状部分81移动穿过密封物。颈状部分81可涂覆有用于密封的相同软聚合材料79。

如图10所示，每一颈状部分81的两个端部83均可成形为尖的。也就是说，颈状部分81的每一端部83可渐缩成为尖点。这种装配确保封闭结构78的开口在颈状部分81的端部83处通过密封物紧密密封，如图10所示。

尽管以上描述内容阐释了本发明的示范性实施例和操作方法，但本发明的范围并不局限于这些特定实施例或所描述的操作方法。所揭示的许多细节对于实践本发明并不是必要的，但之所以包含这些细节是为了充分地揭示本发明的最佳模式以及制造和使用本发明的方式和工艺。在不偏离所附权利要求书所表达的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明的特定形式和设计进行修改。

Claims (29)

1.一种用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其包括：

主抛光结构，其包含耦接到主框架结构的多个抛光平台、多个抛光头和多个装卸台，所述抛光头耦接到所述主框架结构，使得所述抛光头中的每一者均可在所述抛光平台中的一者与所述装卸台中的至少一者之间移动；以及

附加抛光结构，其包含耦接到附加框架结构的额外抛光平台和额外抛光头，所述附加抛光结构经装配以附接到所述主抛光结构，从而形成具有所述额外抛光平台和所述额外抛光头的较大抛光结构。

2.根据权利要求1所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述抛光头附接到所述主框架结构，使得所述抛光头中的每一者均可在所述抛光平台中的所述一者与所述装卸台中的所述至少一者之间线性移动。

3.根据权利要求2所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述附加抛光结构附接到所述主抛光结构，其中所述附加抛光结构进一步包含至少一个额外装卸台，且其中所述额外抛光头附接到所述附加框架结构，使得所述额外抛光头可在所述额外抛光平台、所述至少一个额外装卸台与所述主抛光结构的所述装卸台中的一者之间线性移动。

4.根据权利要求2所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述抛光平台附接到所述主框架结构，使得所述抛光头中的每一者可在所述装卸台中的两者与所述抛光平台中的一者之间线性移动，所述抛光平台中的所述一者位于所述装卸台中的所述两者之间。

5.根据权利要求4所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述抛光头对附接到所述主框架结构，使得所述抛光头中的每一对可线性移动到所述抛光平台中的一者，以在所述抛光平台上对晶圆同时进行抛光。

6.根据权利要求2所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其特征在于其中所述主框架结构包含上部安装板，所述上部安装板具有安装在所述上部安装板的垂直表面上的至少一个线性轨道，所述至少一个线性轨道用于线性地导向所述抛光头中的至少一者。

7.根据权利要求6所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述至少一个额外线性轨道安装在所述上部安装板的另一垂直表面上，所述另一垂直表面是所述垂直表面的相对表面，所述至少一个额外线性轨道用于线性地导向所述抛光头中的至少另外一者。

8.根据权利要求6所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含引导螺杆，所述引导螺杆连接到用于所述抛光头中的每一者的头输送马达，所述引导螺杆和所述头输送马达用于线性地移动所述抛光头。

9.根据权利要求6所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含负载传感器，所述负载传感器连接到用于所述抛光头中的至少一者的所述头输送马达，以检测扭矩的变化以便进行抛光终点检测，且其中所述主抛光结构包含电流传感器，所述电流传感器连接到用于所述抛光平台中的至少一者的抛光平台驱动机构，以检测所述抛光平台驱动机构所用电流的变化，所述负载传感器与所述电流传感器结合使用以进行所述抛光终点检测。

10.根据权利要求6所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含电流传感器，所述电流传感器连接到用于所述抛光头中的至少一者的头旋转机构，以检测所述头旋转机构所用电流的变化，且其中所述主抛光结构包含另一电流传感器，所述另一电流传感器连接到用于所述抛光平台中的至少一者的抛光平台驱动机构，以检测所述抛光平台驱动机构所用电流的变化，所述电流传感器与所述另一电流传感器结合使用以进行所述抛光终点检测。

11.根据权利要求6所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述附加框架结构包含额外上部安装板，所述额外上部安装板具有安装在所述额外上部安装板的垂直表面上的至少一个额外线性轨道，当所述附加抛光结构附接到所述主抛光结构时，所述至少一个额外线性轨道与所述主框架结构的所述至少一个线性轨道对准，所述至少一个额外线性轨道用于线性地导向所述额外抛光头。

12.根据权利要求6所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含垫调节器，所述垫调节器用于所述抛光平台中的每一者，且其中调节器线性轨道安装在所述上部安装板的底面上，所述调节器线性轨道用于线性地导向所述垫调节器。

13.根据权利要求12所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述垫调节器附接到安装板，所述安装板具有“

”形状，所述安装板包含上部水平部分、下部水平部分和垂直部分，所述垂直部分连接所述上部水平部分和所述下部水平部分，所述安装板用于将所述垫调节器连接到所述调节器线性轨道。

14.根据权利要求13所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其进一步包括封闭结构以封闭所述上部安装板，使得所述抛光头和所述垫调节器在所述封闭结构的外部，所述封闭结构包含开口以容纳用于所述抛光头的轨道夹具的颈状部分和所述安装板的所述上部水平部分，所述轨道夹具用于将所述抛光头连接到所述至少一个线性轨道。

15.根据权利要求14所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述封闭结构的所述开口中的至少一些开口用密封材料密封，且其中所述颈状部分经装配以使得每一颈状部分在两个端部处渐缩成点，使得所述封闭结构的所述开口通过所述密封材料在所述颈状部分的所述两个端部处密封。

16.一种用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其包括：

主抛光结构，其包含耦接到主框架结构的多个抛光平台、多个抛光头和多个装卸台，所述抛光平台和所述装卸台经定位以使得每一抛光平台均位于所述装卸台之间，所述抛光头耦接到所述主框架结构，使得所述抛光头中的每一者均可在所述抛光平台中的一者与所述装卸台中的两者之间线性移动，所述抛光平台中的所述一者位于所述装卸台中的所述两者之间；以及

附加抛光结构，其包含耦接到附加框架结构的额外抛光平台、额外抛光头和多个额外装卸台，所述附加抛光结构经装配以附接到所述主抛光结构，从而形成具有所述额外抛光平台、所述额外抛光头和所述额外装卸台的较大抛光结构。

17.根据权利要求16所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述附加抛光结构附接到所述主抛光结构，且其中所述额外抛光头附接到所述附加框架结构，使得所述额外抛光头可在所述额外抛光平台、所述额外装卸台中的一者与所述主抛光结构的所述装卸台中的一者之间线性移动。

18.根据权利要求16所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述抛光头对附接到所述主框架结构，使得所述抛光头中的每一对均可线性移动到所述抛光平台中的一者，从而在所述抛光平台上对晶圆同时进行抛光。

19.根据权利要求16所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主框架结构包含上部安装板，所述上部安装板具有安装在所述上部安装板的垂直表面上的至少一个线性轨道，所述至少一个线性轨道用于线性地导向所述抛光头中的至少一者。

20.根据权利要求19所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中至少一个额外线性轨道安装在所述上部安装板的另一垂直表面上，所述另一垂直表面是所述垂直表面的相对表面，所述至少一个额外线性轨道用于线性地导向所述抛光头中的至少另一者。

21.根据权利要求19所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含引导螺杆，所述引导螺杆连接到用于所述抛光头中的每一者的头输送马达，所述引导螺杆和所述头输送马达用于线性地移动所述抛光头。

22.根据权利要求19所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含负载传感器，所述负载传感器连接到用于所述抛光头中的至少一者的所述头输送马达，以检测扭矩的变化以便进行抛光终点检测，且其中所述主抛光结构包含电流传感器，所述电流传感器连接到用于所述抛光平台中的至少一者的抛光平台驱动机构，以检测所述抛光平台驱动机构所用电流的变化，所述负载传感器与所述电流传感器结合使用以进行所述抛光终点检测。

23.根据权利要求19所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含电流传感器，所述电流传感器连接到用于所述抛光头中的至少一者的头旋转机构，以检测所述头旋转机构所用电流的变化，且其中所述主抛光结构包含另一电流传感器，所述另一电流传感器．连接到用于所述抛光平台中的至少一者的抛光平台驱动机构，以检测所述抛光平台驱动机构所用电流的变化，所述电流传感器与所述另一电流传感器结合使用以进行抛光终点检测。

24.根据权利要求19所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述附加框架结构包含额外上部安装板，所述额外上部安装板具有安装在所述额外上部安装板的垂直表面上的至少一个额外线性轨道，当所述附加抛光结构附接到所述主抛光结构时，所述至少一个额外线性轨道与所述主框架结构的所述至少一个线性轨道对准，所述至少一个额外线性轨道用于线性地导向所述额外抛光头。

25.根据权利要求19所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述主抛光结构包含垫调节器，所述垫调节器用于所述抛光平台中的每一者，且其中调节器线性轨道安装在所述上部安装板的底面上，所述调节器线性轨道用于线性地导向所述垫调节器。

26.根据权利要求25所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述垫调节器附接到安装板，所述安装板具有“

”形状，所述安装板包含上部水平部分、下部水平部分和垂直部分，所述垂直部分连接所述上部水平部分和所述下部水平部分，所述安装板用于将所述垫调节器连接到所述调节器线性轨道。

27.根据权利要求26所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其进一步包括封闭结构以封闭所述上部安装板，使得所述抛光头和所述垫调节器在所述封闭结构的外部，所述封闭结构包含开口以容纳用于所述抛光头的轨道夹具的颈状部分和所述安装板的所述上部水平部分，所述轨道夹具用于将所述抛光头连接到所述线性轨道。

28.根据权利要求27所述的用于抛光半导体晶圆的抛光设备，其特征在于其中所述封闭结构的所述开口的至少一些开口用密封材料密封，且其中所述颈状部分经装配以使得每一颈状部分在两个端部处渐缩成点，使得所述封闭结构的所述开口通过所述密封材料在所述颈状部分的所述两个端部处密封。

29.一种用于抛光半体导晶圆的抛光设备，其特征在于其包括：

主抛光结构，其包含耦接到主框架结构的第一抛光平台、第一抛光头和第一装卸台，所述第一抛光头耦接到所述主框架结构，使得所述第一抛光头可使用第一线性轨道以线性方式将所述半导体晶圆从所述第一抛光平台传送到所述第一装卸台；以及

附加抛光结构，其包含耦接到附加框架结构的第二抛光平台和第二抛光头，所述第二抛光头耦接到所述附加框架结构，使得所述第二抛光头可使用至少一个第二线性轨道以线性方式将所述半导体晶圆从所述第一装卸台传送到所述第二抛光平台，使得所述第二抛光头可从所述第一装卸台接收所述半导体晶圆，并在所述第二抛光平台上对所述半导体晶圆进行抛光，

其中所述附加抛光结构经装配以附接到所述主抛光结构，使得所述第一线性轨道和所述第二线性轨道对准以形成直接连接的线性轨道。

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