CN111872851A - 修整器和包括其的化学机械抛光装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种化学机械抛光(CMP)装置的修整器和一种包括该修整器的CMP装置。所述修整器包括：盘，所述盘用于对所述CMP装置的抛光垫进行修整；驱动器，所述驱动器用于使所述盘旋转；升降器，所述升降器用于升降所述驱动器；臂，所述臂用于使所述升降器旋转；以及连接器，所述连接器用于将所述驱动器连接到所述升降器，所述驱动器相对于所述升降器是可倾斜的。

Description

修整器和包括其的化学机械抛光装置

相关申请的交叉引用

于2019年5月2日在韩国知识产权局提交并且标题为：“Conditioner,ChemicalMechanical Polishing Apparatus Including the Same and Method of Manufacturinga Semiconductor Device Using the Apparatus(修整器、包括该修整器的化学机械抛光装置以及使用该装置制造半导体器件的方法)”的韩国专利申请No.10-2019-0051237通过引用整体并入本文。

技术领域

示例实施例涉及修整器、包括该修整器的化学机械抛光(CMP)装置以及使用该CMP装置制造半导体器件的方法。更具体地，示例实施例涉及用于抛光抛光垫的修整器、包括该修整器的CMP装置以及使用该CMP装置制造半导体器件的方法。

背景技术

通常，CMP装置可以用于使半导体衬底上的层平坦化。CMP装置可以包括具有抛光垫的CMP机构和用于通过修整盘来修整抛光垫的修整器。为了准备抛光垫相对于修整器的倾斜，修整器可以包括连接模块。

发明内容

根据示例实施例，可以提供一种CMP装置的修整器。所述修整器可以包括：盘，所述盘用于对所述CMP装置的抛光垫进行修整；驱动器，所述驱动器用于使所述盘旋转；升降器，所述升降器用于升降所述驱动器；臂，所述臂用于使所述升降器旋转；以及连接器，所述连接器用于将所述驱动器连接到所述升降器，所述驱动器相对于所述升降器是可倾斜的。

根据示例实施例，可以提供一种CMP装置的修整器。所述修整器可以包括：盘，所述盘用于对所述CMP装置的抛光垫进行修整；驱动器，所述驱动器用于使所述盘旋转；升降器，所述升降器用于升降所述驱动器；臂，所述臂用于使所述升降器旋转；以及连接器，所述连接器用于将所述驱动器连接到所述升降器，所述驱动器相对于所述升降器是可倾斜的；以及气囊机构，所述气囊机构位于所述连接器中，所述气囊机构包括位于所述连接器中的至少两个气囊。

根据示例实施例，可以提供一种CMP装置。所述CMP装置可以包括：压板，所述压板上附接有抛光垫；CMP机构，所述CMP机构位于所述压板上方，用于对衬底上的层进行化学机械抛光；以及修整器，所述修整器包括：盘，所述盘用于对所述抛光垫进行修整；驱动器，所述驱动器用于使所述盘旋转；升降器，所述升降器用于升降所述驱动器；臂，所述臂用于使所述升降器旋转；以及连接器，所述连接器将所述驱动器连接到所述升降器，所述驱动器相对于所述升降器是可倾斜的。

根据示例实施例，可以提供一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：将衬底放置在抛光垫上；使用所述抛光垫对所述衬底上的层进行化学机械抛光；以及使用修整器对所述抛光垫进行修整，所述修整器包括：盘，所述盘用于对所述抛光垫进行修整；驱动器，所述驱动器用于使所述盘旋转；升降器，所述升降器用于升降所述驱动器；臂，所述臂用于使所述升降器旋转；以及连接器，所述连接器将所述驱动器连接到所述升降器，所述驱动器相对于所述升降器是可倾斜的。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得显而易见，在附图中：

图1示出了根据示例实施例的修整器的截面图；

图2示出了图1中的修整器的内部结构的截面图；

图3示出了图1的修整器中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的透视图；

图4示出了图3中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的截面图；

图5示出了图3中的连接模块和气囊模块的分解透视图；

图6示出了图5中的连接模块和气囊模块的透视图；

图7示出了图5的连接模块中的球面轴承的内部结构的透视图；

图8示出了驱动模块和图7中的球面轴承的组合结构的透视图；

图9示出了升降模块和图7中的球面轴承的组合结构的透视图；

图10示出了盘模块和抛光垫的旋转方向的俯视图；

图11示出了图1中的修整器的倾斜的盘模块的截面图；

图12示出了用于校正图11中的盘模块的倾斜的气囊模块的操作的截面图；

图13示出了通过图12中的气囊模块校正后的盘模块的截面图；

图14示出了根据示例实施例的修整器的截面图；

图15示出了图14中的修整器的内部结构的截面图；

图16示出了图14的修整器中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的透视图；

图17示出了图16中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的截面图；

图18示出了图16中的连接模块和气囊模块的分解透视图；

图19示出了图18中的连接模块和气囊模块的透视图；

图20示出了图18的连接模块中的球面轴承的内部结构的透视图；

图21示出了驱动模块和图20中的球面轴承的组合结构的透视图；

图22示出了驱动模块和图20中的球面轴承的组合结构的透视图；

图23示出了升降模块和图20中的球面轴承的组合结构的透视图；

图24示出了包括图1中的修整器的CMP装置的截面图；以及

图25示出了在使用图24中的CMP装置制造半导体器件的方法中的各阶段的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细说明示例实施例。

修整器

图1是示出了根据示例实施例的修整器的截面图，图2是示出了图1中的修整器的内部结构的截面图，图3是示出了图1中的修整器中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的透视图，图4是示出了图3中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的截面图，图5是示出了图3中的连接模块和气囊模块的分解透视图，图6是示出了图5中的连接模块和气囊模块的透视图，图7是示出了图5的连接模块中的球面轴承的内部结构的透视图，图8是示出了驱动模块和图7中的球面轴承的组合结构的透视图，图9是示出了升降模块和图7中的球面轴承的组合结构的透视图。

参照图1和图2，该示例实施例的修整器100可以包括臂模块110(例如，臂)、升降模块120(例如，升降器)、驱动模块130(例如，驱动器)、盘模块140(例如，盘)、连接模块150(例如，连接器)和气囊模块160(例如，气囊机构)。修整器100可以由将在下面更详细地描述的控制器116和190控制。

盘模块140可以布置在被配置为对衬底上的层进行抛光的抛光垫上方。盘模块140可以包括修整盘142和旋转轴144。修整盘142可以布置在抛光垫上方。修整盘142可以旋转并且与抛光垫的上表面接触以对抛光垫的上表面进行修整。旋转轴144可以将修整盘142与驱动模块130连接。

驱动模块130可以通过旋转轴144连接到修整盘142的上表面。驱动模块130可以通过旋转轴144将旋转力传递到修整盘142。在示例实施例中，驱动模块130可以包括电机。

升降模块120可以被配置为竖直地移动驱动模块130。升降模块120可以通过驱动模块130将竖直力传递到盘模块140。因此，旋转的修整盘142可以对抛光垫加压。例如，升降模块120可以包括气缸。例如，升降模块120可以包括布置为以均匀的间隙彼此间隔开的一对气缸。

臂模块110可以被配置为相对于竖直轴(例如，绕着Z轴)旋转升降模块120。臂模块110可以包括连接到升降模块120的臂112和被配置为使臂112相对于竖直轴旋转的致动器114。

臂112可以在水平方向上延伸。升降模块120可以连接到臂112的第一端，例如，图2中的臂112的左端。致动器114可以连接到臂112的第二端(与第一端相对)，例如，图2中的臂112的右端。致动器114可以使臂112相对于臂112的第二端(例如，右端)旋转。在示例实施例中，致动器114可以包括电机。

连接模块150可以布置在升降模块120和驱动模块130之间。连接模块150可以将驱动模块130与升降模块120连接，以允许驱动模块130相对于升降模块120倾斜。例如，参照图3至图4，驱动模块130和升降模块120可以连接到连接模块150的不同部分，因此驱动模块130和升降模块120可以通过连接模块150彼此连接。例如，驱动模块130可以通过连接模块150相对于升降模块120向水平轴(例如，X轴)的左方向或右方向倾斜，如下面将参照图3至图9更详细地描述的。

如图5至图9中所示，连接模块150可以包括球面轴承。连接模块150的球面轴承可以包括外环152和内环154。外环152可以具有带有轴向孔的环形形状。内环154可以具有带有轴向孔的环形形状。内环154可以相对于水平轴倾斜地容纳在外环152的轴向孔中，例如，内环154可以紧密地适配在外环152的轴向孔内，从而相对于水平轴在外环152的轴向孔内在存在摩擦力的情况下可移动(例如，在内环154与外环152之间的摩擦力可以使内环154保持在外环152内的同时，内环154的边缘可以相对于相对边缘沿Z轴向上倾斜)。例如，内环154的最外侧半径可以等于外环152的轴向孔的半径，以使内环154适配在外环152的轴向孔内。因此，内环154的最外侧半径可以小于外环152的最外侧半径。例如，如图7中所示，内环154可以包括与外环152的内周(例如整个内周)贴合的第一部分154a、以及从第一部分154a(例如整个第一部分154a)的底部向内环154的中心径向延伸的第二部分154b，例如，第二部分154b可以垂直于第一部分154a。例如，还如图7中所示，内环154的第二部分154b可以限定内环154的轴向孔，例如，内环154的轴向孔的半径可以比内环154的第一部分154a的内半径小第二部分154b沿径向的长度。

如图8中所示，驱动模块130可以容纳在内环154的轴向孔中。驱动模块130可以固定到内环154，例如，固定到内环154的第二部分154b。因此，驱动模块130可以与内环154的运动联锁。也就是说，驱动模块130可以随着内环154的倾斜一起倾斜。

相比之下，如图9中所示，升降模块120可以固定到外环152。例如，升降模块120可以在外环152的在驱动模块130与臂112的中心之间的一侧固定到外环152的上表面，即，图2和图9中的外环152的上表面的右侧部分。在示例实施例中，升降模块120可以利用支架122固定到外环152的上表面，如图9中所示。支架122可以具有被配置为与外环152的上表面的例如右侧部分接触的下表面以及固定到升降模块120的上表面。因为外环152的宽度(即，外环152的外半径与内半径之差)可以比升降模块120的宽度窄，所以支架122的上表面的宽度可以比支架122的下表面的宽度宽。

因此，因为升降模块120可以固定到外环152，并且驱动模块130可以固定到内环154，所以内环154在外环152中的倾斜只会传递到驱动模块130，而未传递到升降模块120。因此，内环154在外环152中的倾斜可以产生驱动模块130相对于升降模块120的倾斜，而升降模块120可以相对于外环152保持静止。

如图4至图6中所示，连接模块150还可以包括下延伸板156和上延伸板158。如图5中所示，下延伸板156可以固定到外环152的下表面。下延伸板156的外径可以大于外环152的外径。因此，下延伸板156可以从外环152的外圆周表面水平突出(例如，超过外环152的外圆周表面)。

上延伸板158可以固定到内环154的上表面，即，固定到内环154的第二部分154b的上表面。上延伸板158的外径可以大于外环152的外径。例如，上延伸板158的外径可以与下延伸板156的外径基本相同。在另一个示例中，上延伸板158的外径可以与下延伸板156的外径不同。上延伸板158可以从外环152的外圆周表面水平突出(例如，超过外环152的外圆周表面)。因此，可以在下延伸板156的突出超过外环152的外圆周表面的部分与上延伸板158的突出超过外环152的外圆周表面的部分之间形成环形空间151(图3)。例如，上延伸板158可以包括一对板。在另一个示例中，上延伸板158可以包括单个板。

在示例实施例中，如图5和图6中所示，每个上延伸板158可以包括轮缘(rim)158a、上固定部分158b和下固定部分158c。轮缘158a可以位于外环152的外圆周表面的外部，以与下延伸板156一起形成环形空间151。轮缘158a可以具有圆弧形状。上固定部分158b可以从轮缘158a的内表面向上延伸(图6)，例如，开口158e可以形成在轮缘158a和上固定部分158b之间，以暴露外环152并容纳升降模块120与外环152之间的连接。下固定部分158c可以从轮缘158a的内表面向下延伸(图5)。例如，下固定部分158c可以被配置为与内环154的上表面接触，例如，下固定部分158c可以直接接触内环154的第二部分154b的上表面(图6)，而轮缘158a可以在外环152的最上表面上方延伸(例如，可以悬于外环152的最上表面上方)(图6)，例如，因此升降模块120可以固定到外环152。

上固定部分158b和下固定部分158c可以设置在同一竖直线上，例如，面向轮缘158a的中心的上固定部分158b和下固定部分158c的最内边缘可以竖直地对齐(图5)。固定孔158d可以穿过上固定部分158b和下固定部分158c竖直地形成。可以通过将螺栓插入固定孔158d中，将上延伸板158固定到内环154。然而，上延伸板158可以具有被配置为在下延伸板156和上延伸板158之间形成环形空间的任何其他便利的形状。

如图3中所示，气囊模块160可以布置在上延伸板158和下延伸板156之间的环形空间151中。气囊模块160可以在升降模块120和驱动模块130之间形成至少两个气囊。由气囊模块160形成的在升降模块120和驱动模块130之间的至少两个气囊可以具有不同的压力。因此，气囊模块160可以在升降模块120和驱动模块130之间形成具有不同刚度的气囊。

详细地，如图3和图5中所示，气囊模块160可以包括第一气囊块162和第二气囊块164。此外，如图1至图2中所示，气囊模块160可以包括第一空气管线192、第二空气管线194和控制器190。第一空气管线192和第二空气管线194可以形成在臂模块110中，例如，可以延伸穿过臂112以接触气囊模块160(图2和图4)。

参照图3和图5，第一气囊块162和第二气囊块164可以布置在上延伸板158和下延伸板156之间的环形空间151中。例如，如图3中所示，第一气囊块162和第二气囊块164可以例如完全地填充上延伸板158和下延伸板156之间的位于外环152外部的环形空间151。第一气囊块162和第二气囊块164可以具有基本相同的形状和尺寸。因为环形空间151可以具有环形形状，所以第一气囊块162和第二气囊块164均可以具有圆弧形状。详细地，第一气囊块162和第二气囊块164的曲率可以与外环152的曲率基本相同。然而，除了圆弧形状之外，第一气囊块162和第二气囊块164还可以具有可以容纳在环形空间151中的其他形状。此外，第一气囊块162和第二气囊块164可以相对于外环152的中心点彼此对称地布置。因此，第一气囊块162和第二气囊块164可以布置为以均匀的间隙彼此间隔开。此外，第一气囊块162和第二气囊块164可以包括柔性材料。例如，第一气囊块162和第二气囊块164可以包括硅氧烷、橡胶等。

第一气囊块162可以具有第一气囊161。第一气囊161可以形成在第一气囊块162中，例如，第一气囊161可以是第一气囊块162内的空的空间。第一空气管线192可以连接到第一气囊161，以向第一气囊161提供第一充气气压P1，例如，因此第一空气管线192可以控制由柔性材料形成的第一气囊块162的空的空间内的空气量(和相应的压力)。通过第一空气管线192传递到第一气囊161的第一充气气压P1可以由控制器190控制。

在示例实施例中，第一气囊161可以通过第一气囊块162的上表面和下表面暴露，例如，在图5中，第一气囊块162的底部的形状可以与其顶部的形状相同。例如，为了密封第一气囊161，下盖153可以布置在第一气囊块162的下表面上，并且上盖155可以布置在第一气囊块162的上表面上，例如，下盖153的上表面和第一气囊块162的上表面可以彼此齐平，或者下盖153可以完全覆盖第一气囊块162的下表面。在另一个示例中，下盖153可以与下延伸板156一体地形成，并且上盖155可以与上延伸板158一体地形成。如果第一气囊161不通过第一气囊块162的上表面和下表面暴露，则在第一气囊块162上可以不设置下盖153和上盖155。

第二气囊块164可以具有第二气囊163。第二气囊163可以形成在第二气囊块164中，例如，第二气囊163可以是第二气囊块164内的空的空间。第二气囊163的容积可以与第一气囊161的容积基本相同。第二空气管线194可以连接到第二气囊163，以向第二气囊163提供第二充气气压P2，例如，因此第二空气管线194可以控制由柔性材料形成的第二气囊块164的空的空间内的空气量(和相应的压力)。通过第二空气管线194传递到第二气囊163的第二充气气压P2可以由控制器190控制。

在示例实施例中，第二气囊163可以通过第二气囊块164的上表面和下表面暴露。例如，为了密封第二气囊163，下盖153可以布置在第二气囊块164的下表面上，并且上盖155可以布置在第二气囊块164的上表面上。在另一个示例中，如果第二气囊163不通过第二气囊块164的上表面和下表面暴露，则可以不为第二气囊块164设置下盖153和上盖155。

控制器190可以控制提供给第一气囊161的第一充气气压P1和提供给第二气囊163的第二充气气压P2。第一气囊161中的第一充气气压P1和第二气囊163中的第二充气气压P2可以彼此基本相等或不同。因此，控制器190可以为第一气囊161提供与第二气囊163的刚度基本相等或不同的刚度。控制器190对第一气囊161和第二气囊163的充气气压控制可以根据盘模块140的倾斜来确定。此外，控制器190可以从用于控制包括修整器100的CMP装置的操作的主控制器116接收控制信号。

例如，气囊模块160可以包括分别连接到第一空气管线192和第二空气管线194的第一气囊块162和第二气囊块164。在另一个示例中，气囊模块160可以包括至少三个分别连接到不同的空气管线的气囊块。

另外，如图2中所示，修整器100还可以包括称重传感器170。称重传感器170可以测量从升降模块120施加到盘模块140的负荷。也就是说，称重传感器170可以测量从修整器100施加到抛光垫的修整力。由称重传感器170测量的负荷可以传送到控制器190。为了通过修整器100最佳地修整抛光垫，控制器190可以控制施加到第一气囊161和第二气囊163的充气气压以及施加到盘模块140的负荷。

此外，修整器100还可以包括角度传感器模块180。角度传感器模块180可以测量驱动模块130相对于升降模块120的倾斜角度。在示例实施例中，如图9中所示，角度传感器模块180可以包括支架182和角度传感器184。支架182可以安装在上延伸板158的上表面。因此，支架182可以与内环154的倾斜联锁。角度传感器184可以安装在支架182上。因为支架182可以与内环154一起倾斜，因此角度传感器184可以测量驱动模块130的倾斜角度。由角度传感器184测量的驱动模块130的倾斜角度(即，盘模块140的倾斜角度)可以传送到控制器190。

图10是示出了盘模块140和抛光垫的旋转方向的俯视图，图11是示出了修整器100中的倾斜的盘模块140的截面图，图12是示出了用于校正图11中的盘模块140的倾斜的气囊模块160的操作的截面图，图13是示出了通过气囊模块160校正后的盘模块140的截面图。

参照图10，当盘模块140在R2方向上旋转并且抛光垫P在R1方向上旋转时，在盘模块140和抛光垫P之间可以产生摩擦。因此，如图11中所示，由于由盘模块140和抛光垫P之间的摩擦产生的横向力，盘模块140可能相对于竖直轴V相对于抛光垫P的上表面倾斜。

例如，参照图11，倾斜的盘模块140可以具有相对于竖直轴V向右倾斜的旋转轴V1。因此，盘模块140的在第一气囊块162下方的左侧部分可以从抛光垫P的上表面稍微浮起。在这种情况下，从盘模块140的左侧部分(即，稍微浮起的部分)施加到抛光垫P的压力会低于从盘模块140的右侧部分(即，直接在抛光垫P上的部分)施加到抛光垫P的压力。称重传感器170(图2)可以测量被盘模块140的右侧部分和左侧部分施加到抛光垫P的压力之间的压力差，并且角度传感器模块180可以测量盘模块140的倾斜角度。由称重传感器170测量的压力差和由角度传感器模块180测量的盘模块140的倾斜角度可以传送到控制器190。

参照图12，控制器190可以根据测得的压力差和倾斜角度来设置施加到第一气囊161和第二气囊163中的每一者的充气气压。也就是说，参照图11，如果盘模块140的在第一气囊块162下方的左侧部分浮起并且在抛光垫P上施加的压力低于盘模块140的右侧部分，则控制器190可以将施加到第一气囊块162中的第一气囊161的第一充气气压P1设置为高于施加到第二气囊块164中的第二气囊163的第二充气气压P2，以调整由第一气囊块162所施加的减小的压力。因此，因为施加到盘模块140的在第一气囊161下方的左侧部分的第一充气气压P1可以高于施加到盘模块140的在第二气囊163下方的右侧部分的第二充气气压P2，所以可以校正盘模块140的倾斜(图13)。因此，盘模块140可以使用均匀的压力来修整抛光垫P。

图14是示出了根据示例实施例的修整器的截面图，图15是示出了图14中的修整器的内部结构的截面图，图16是示出了图14的修整器中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的透视图，图17是示出了图16中的升降模块、驱动模块、连接模块和气囊模块的组合结构的截面图，图18是示出了图16中的连接模块和气囊模块的分解透视图，图19是示出了图18中的连接模块和气囊模块的透视图，图20是示出了图18的连接模块中的球面轴承的内部结构的透视图，图21是示出了驱动模块和图20中的球面轴承的组合结构的透视图，图22是示出了驱动模块和图20中的球面轴承的组合结构的透视图，图23是示出了升降模块和图20中的球面轴承的组合结构的透视图。

参照图14至图23，该示例实施例的修整器200可以包括臂模块210、升降模块220、驱动模块230、盘模块240、连接模块250和气囊模块260。

根据该示例实施例的臂模块210、升降模块220、驱动模块230和盘模块240的结构和功能可以分别与图1中的臂模块110、升降模块120、驱动模块130和盘模块140的结构和功能基本相同。因此，为简洁起见，在此将省略关于根据该示例实施例的臂模块210、升降模块220、驱动模块230和盘模块240的任何进一步的说明。

连接模块250可以布置在升降模块220和驱动模块230之间。连接模块250可以将驱动模块230与升降模块220连接，以允许驱动模块230相对于升降模块220倾斜。具体地，通过连接模块250，驱动模块230可以相对于升降模块220向水平轴的左方向或右方向倾斜。

连接模块250可以包括球面轴承。球面轴承可以包括外环252和内环254。外环252可以具有带有轴向孔的环形形状。内环254可以具有带有轴向孔的环形形状。内环254可以相对于水平轴倾斜地容纳在外环252的轴向孔中。因此，内环254的外径可以小于外环252的外径。

在示例实施例中，外环252的外径可以小于图5中的外环152的外径。此外，外环252的厚度可以大于图5中的外环152的厚度。因此，外环252的宽度可以大于图5中的外环152的宽度。因此，外环252的刚度可以大于图5中的外环152的刚度。

驱动模块230可以容纳在内环254的轴向孔中。驱动模块230可以固定到内环254。因此，驱动模块230可以与内环254的运动联锁。也就是说，驱动模块230可以随着内环254的倾斜一起倾斜。

相比之下，升降模块220可以固定到外环252。具体地，升降模块220可以固定到外环252的上表面的右侧部分。在示例实施例中，升降模块220可以使用支架222固定到外环252的上表面的右侧部分。支架222可以具有被配置为与外环252的上表面的右侧部分接触的下表面以及升降模块220可以固定到其的上表面。因为外环252的宽度可以大于图5中的外环152的宽度，所以支架222可以具有均匀的宽度。也就是说，支架222的上表面的宽度可以与支架222的下表面的宽度基本相同。

因此，因为升降模块220可以固定到外环252上，并且驱动模块230可以固定到内环254上，所以内环254在外环252中的倾斜可以只传递到驱动模块230，而未传递到升降模块220。因此，内环254在外环252中的倾斜可以产生驱动模块230相对于升降模块220的倾斜。

连接模块250还可以包括延伸板258。延伸板258可以固定到内环254的上表面。延伸板258的外径可以大于内环254的外径。延伸板258的外径可以与外环252的外径基本相同。或者，延伸板258的外径可以与外环252的外径不同。因此，可以在延伸板258和外环252之间形成环形空间。

在示例实施例中，延伸板258可以包括轮缘258a和固定部分258b。轮缘258a可以位于外环252上方，以与外环252一起形成环形空间。轮缘258a可以包括一对具有圆弧形状的轮缘。固定部分258b可以从轮缘258a的内表面向下延伸。固定部分258b可以固定到内环254的上表面。或者，延伸板258可以具有被配置为在延伸板258和外环252之间形成环形空间的其他形状。

气囊模块260可以布置在外环252与延伸板258之间的空间中。气囊模块260可以在升降模块220与驱动模块230之间形成至少两个气囊。具体地，在升降模块220和驱动模块230之间由气囊模块260形成的至少两个气囊可以具有不同的压力。因此，气囊模块260可以在升降模块220和驱动模块230之间形成具有不同刚度的气囊。

气囊模块260可以包括第一气囊块262、第二气囊块264、第三气囊块266、第四气囊块268、第一空气管线292、第二空气管线294、第三空气管线296、第四空气管线298和控制器290。第一空气管线292、第二空气管线294、第三空气管线296和第四空气管线298可以形成在臂模块210中。

第一至第四气囊块262、264、266和268可以布置在延伸板258和外环252之间的空间中。第一至第四气囊块262、264、266和268可以具有基本相同的形状和尺寸。因为该空间可以具有环形形状，所以第一至第四气囊块262、264、266和268可以具有圆弧形状。然而，除了圆弧形状之外，第一至第四气囊块262、264、266和268还可以具有可以容纳在该空间中的其他形状。此外，第一至第四气囊块262、264、266和268可以相对于外环252的中心点彼此对称地布置。因此，第一至第四气囊块262、264、266和268可以布置为以均匀的间隙彼此间隔开。此外，第一至第四气囊块262、264、266和268可以包括柔性材料。例如，第一至第四气囊块262、264、266和268可以包括硅氧烷、橡胶等。

第一气囊块262可以具有第一气囊261。第一气囊261可以形成在第一气囊块262中。第一空气管线292可以连接到第一气囊261，以向第一气囊261提供第一充气气压P1。通过第一空气管线292传递到第一气囊261的第一充气气压P1可以由控制器290控制。

在示例实施例中，第一气囊261可以通过第一气囊块262的上表面和下表面暴露。为了密封第一气囊261，下盖253可以布置在第一气囊块262的下表面上，并且上盖255可以布置在第一气囊块262的上表面上。或者，上盖255可以与延伸板258一体地形成。相比之下，当第一气囊261可以不通过第一气囊块262的上表面和下表面暴露时，则可以不为第一气囊块262设置下盖253和上盖255。

第二气囊块264可以具有第二气囊263。第二气囊263可以形成在第二气囊块264中。第二气囊263的容积可以与第一气囊261的容积基本相同。第二空气管线294可以连接到第二气囊263，以向第二气囊263提供第二充气气压P2。通过第二空气管线294传递到第二气囊263的第二充气气压P2可以由控制器290控制。

在示例实施例中，第二气囊263可以通过第二气囊块264的上表面和下表面暴露。为了密封第二气囊263，下盖253可以布置在第二气囊块264的下表面上，并且上盖255可以布置在第二气囊块264的上表面上。相比之下，当第二气囊263可以不通过第二气囊块264的上表面和下表面暴露时，则可以不为第二气囊块264设置下盖253和上盖255。

第三气囊块266可以具有第三气囊265。第三气囊265可以形成在第三气囊块266中。第三气囊265的容积可以与第一气囊261的容积基本相同。第三空气管路296可以连接到第三气囊265，以向第三气囊265提供第三充气气压P3。通过第三空气管线296传递到第三气囊265的第三充气气压P3可以由控制器290控制。

在示例实施例中，第三气囊265可以通过第三气囊块266的上表面和下表面暴露。为了密封第三气囊265，下盖253可以布置在第三气囊块266的下表面上，并且上盖255可以布置在第三气囊块266的上表面上。或者，上盖255可以与延伸板258一体地形成。相比之下，，当第三气囊265可以不通过第三气囊块266的上表面和下表面暴露时，则可以不为第三气囊块266设置下盖253和上盖255。

第四气囊块268可以具有第四气囊267。第四气囊267可以形成在第四气囊块268中。第四气囊267的容积可以与第一气囊261的容积基本相同。第四空气管线298可以连接到第四气囊267，以向第四气囊267提供第四充气气压P4。通过第四空气管线298传递到第四气囊267的第四充气气压P4可以由控制器290控制。

在示例实施例中，第四气囊267可以通过第四气囊块268的上表面和下表面暴露。为了密封第四气囊267，下盖253可以布置在第四气囊块268的下表面上，并且上盖255可以布置在第四气囊块268的上表面上。相比之下，，当第四气囊267可以不通过第四气囊块268的上表面和下表面暴露时，则可以不为第四气囊块268设置下盖253和上盖255。

控制器290可以控制提供给第一至第四气囊261、263、265和267的第一至第四充气气压P1、P2、P3和P4。第一气囊261中的第一充气气压P1、第二气囊263中的第二充气气压P2、第三气囊265中的第三充气气压P3和第四气囊267中的第四充气气压P4可以彼此基本相等或不同。因此，控制器290可以为第一至第四气囊261、263、265和267提供基本相等的刚度或不同的刚度。控制器290对第一至第四气囊261、263、265和267的充气气压控制可以根据盘模块240的倾斜来确定。此外，控制器290可以从用于控制包括修整器200的CMP装置的操作的主控制器216接收控制信号。

在示例实施例中，气囊模块260可以包括四个气囊块262、264、266和268。或者，气囊模块260可以包括两个、三个或至少五个气囊块。

另外，修整器200还可以包括称重传感器270。称重传感器270可以测量从升降模块220施加到盘模块240的负荷。由称重传感器270测得的负荷可以传送到控制器290。为了通过修整器200最佳地修整抛光垫，控制器290可以控制施加到第一至第四气囊261、263、265和267的充气气压以及施加到盘模块240的负荷。

此外，修整器200还可以包括角度传感器模块280。角度传感器模块280可以测量驱动模块230相对于升降模块220的倾斜角度。由角度传感器模块280测量的驱动模块230的倾斜角度(即，盘模块240的倾斜角度)可以传送到控制器290。

CMP装置

图24是示出了包括图1中的修整器100的CMP装置的截面图。

参照图24，该示例实施例的CMP装置300可以包括压板310、CMP机构320和修整器100。CMP装置300的操作可以由主控制器116控制。

在示例实施例中，该示例实施例的修整器100可以包括与先前参照图1所描述的元件基本相同的元件。因此，相同的附图标记可以指代相同的元件，并且为了简明起见，在此省略关于相同元件的任何进一步的说明。或者，CMP装置300可以包括图14中的修整器200。

参照图24，抛光垫P可以布置在压板310的上表面上。CMP机构320可以使衬底上的层与抛光垫P接触，以使用浆料对该层进行化学机械抛光。

修整器100可以布置在抛光垫P上方。修整器100可以使旋转的盘模块140与旋转的抛光垫P接触以修整抛光垫P。

具体地，臂模块110可以使升降模块120、驱动模块130、盘模块140、连接模块150和气囊模块160旋转，以将盘模块140定位在抛光垫P的修整区域上方。升降模块120可以使驱动模块130、盘模块140、连接模块150和气囊模块160向下朝着抛光垫P移动，以使盘模块140与抛光垫P接触。驱动模块130可以使盘模块140旋转。因此，旋转的盘模块140可以对抛光垫P加压以修整抛光垫P。

在修整工序期间，通过连接模块150，驱动模块130可以相对于升降模块120倾斜。具体地，因为气囊模块160可以在连接模块150中包括至少两个气囊，所以连接模块150的变形可以由气囊缓冲。因此，连接模块150可以相对于由抛光垫P和盘模块140之间的摩擦所导致的疲劳失效(fatigue failure)具有改善的耐久性。

此外，称重传感器170可以测量从升降模块120施加到盘模块140的负荷。由称重传感器170测量的负荷可以传送到控制器190。角度传感器模块180可以测量驱动模块130相对于升降模块120的倾斜角度。由角度传感器模块180测量的驱动模块130的倾斜角度(即，盘模块140的倾斜角度)可以传送到控制器190。

控制器190可以根据负荷和倾斜角度控制分别提供给第一气囊161和第二气囊163的第一充气气压P1和第二充气气压P2。具体地，控制器190可以根据由角度传感器模块180测量的盘模块140的倾斜角度向第一气囊161和第二气囊163提供不同的充气气压，以校正盘模块140的倾斜。此外，从盘模块140施加到抛光垫P的修整力可以对应于升降模块120的负荷与第一气囊161和第二气囊163中的压力之和。因此，控制器190可以选择性地控制第一气囊161和第二气囊163中的充气气压，以向盘模块140提供最佳的修整力。

制造半导体器件的方法

图25是示出了使用图24中的CMP装置制造半导体器件的方法的流程图。

参照图24和图25，可以将具有层的衬底布置在抛光垫P的上表面上(ST400)。CMP机构320可以利用浆料使用抛光垫P对该层进行化学机械抛光(ST410)。

臂模块110可以使升降模块120、驱动模块130、盘模块140、连接模块50和气囊模块160旋转，以将盘模块140定位在抛光垫P的修整区域上方(ST420)。

升降模块120可以使驱动模块130、盘模块140、连接模块150和气囊模块160向下朝着抛光垫P移动，以使盘模块140与抛光垫P接触(ST430)。

驱动模块130可以使盘模块140旋转(ST440)。因此，旋转的盘模块140可以对抛光垫P加压以修整抛光垫P。

称重传感器170可以测量从升降模块120施加到盘模块140的负荷(ST450)。由称重传感器170测量的负荷可以传送到控制器190。

角度传感器模块180可以测量驱动模块130相对于升降模块120的倾斜角度(ST460)。由角度传感器模块180测量的驱动模块130的倾斜角度(即，盘模块140的倾斜角度)可以传送到控制器190。

控制器190可以根据负荷和倾斜角度控制分别提供给第一气囊161和第二气囊163的第一充气气压P1和第二充气气压P2(ST470)。具体地，控制器190可以根据由角度传感器模块180测量的盘模块140的倾斜角度向第一气囊161和第二气囊163提供不同的充气气压，以校正盘模块140的倾斜。此外，从盘模块140施加到抛光垫P的修整力可以对应于升降模块120的负荷与第一气囊161和第二气囊163中的压力之和。因此，控制器190可以选择性地控制第一气囊161和第二气囊163中的充气气压，以向盘模块140提供最佳的修整力。

通过总结和回顾，CMP机构中的修整器的连接模块可以布置在用于使修整盘旋转的电机和修整盘之间。连接模块可以直接接收修整器的竖直负荷以及旋转的修整盘与连接模块之间的摩擦力矩，从而连接模块会具有弱的疲劳失效。然而，由于只有修整盘可以接触倾斜的抛光垫，所以可能产生修整器的竖直负荷损失，从而导致修整器具有低的修整能力。

相比之下，示例实施例提供了具有改善的修整能力的修整器。示例实施例还提供了包括上述修整器的CMP装置。示例实施例还提供了使用上述CMP装置制造半导体器件的方法。

也就是说，根据示例实施例，连接模块可以将驱动模块连接到升降模块，以允许驱动模块相对于升降模块倾斜，使得连接模块可以相对于由抛光垫和盘模块之间的摩擦所导致的疲劳失效具有改善的耐久性。此外，气囊模块可以在连接模块中包括至少两个气囊，使得连接模块的变形可以被气囊缓冲。具体地，可以根据盘模块的斜率对气囊施加不同的压力，使得盘模块可以均匀地接触抛光垫。因此，修整器可以具有改善的修整能力。因此，通过修整器修整的抛光垫还可以具有改善的抛光能力，使得CMP装置可以具有改善的CMP能力。

这里已经公开了示例实施例，并且尽管采用了特定术语，但是仅以一般性和描述性意义来使用和解释它们，而不是出于限制的目的。在某些情况下，自提交本申请起，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，除非另外特别指出，否则结合特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解的是，可以在不脱离由所附权利要求陈述的本发明的精神和范围的情况下，进行形式和细节上的各种改变。

Claims (25)

1.一种化学机械抛光装置的修整器，所述修整器包括：

盘，所述盘用于对所述化学机械抛光装置的抛光垫进行修整；

驱动器，所述驱动器用于使所述盘旋转；

升降器，所述升降器用于升降所述驱动器；

臂，所述臂用于使所述升降器旋转；以及

连接器，所述连接器用于将所述驱动器连接到所述升降器，所述驱动器相对于所述升降器是可倾斜的。

2.根据权利要求1所述的修整器，其中，所述连接器包括球面轴承，所述球面轴承用于固定所述升降器并可倾斜地支撑所述驱动器。

3.根据权利要求2所述的修整器，其中，所述球面轴承包括：

外环，所述外环附接到所述升降器；以及

内环，所述内环被所述外环围绕，所述内环在所述外环内是可倾斜的，并附接到所述驱动器。

4.根据权利要求3所述的修整器，其中，所述连接器还包括支架，所述支架将所述升降器连接到所述外环的上表面。

5.根据权利要求3所述的修整器，其中，所述连接器还包括：

下延伸板，所述下延伸板位于所述外环的下表面下方，所述下延伸板突出超过所述外环的外圆周表面；以及

上延伸板，所述上延伸板位于所述外环的上表面上方，所述上延伸板突出超过所述外环的所述外圆周表面，在所述外环的所述外圆周表面之外在所述下延伸板和所述上延伸板之间限定了空间。

6.根据权利要求5所述的修整器，所述修整器还包括气囊机构，所述气囊机构位于所述下延伸板和所述上延伸板之间的所述空间中，所述气囊机构包括位于所述空间中的至少两个气囊。

7.根据权利要求6所述的修整器，其中，所述气囊机构包括：

第一气囊块，所述第一气囊块位于所述空间中并具有第一气囊；以及

第二气囊块，所述第二气囊块位于所述空间中并具有第二气囊。

8.根据权利要求7所述的修整器，其中，所述第一气囊块和所述第二气囊块具有基本相同的尺寸和基本相同的形状。

9.根据权利要求8所述的修整器，其中，所述第一气囊块和所述第二气囊块均具有圆弧形状，所述圆弧形状的曲率对应于所述外环的曲率。

10.根据权利要求8所述的修整器，其中，所述第一气囊的容积与所述第二气囊的容积基本相同。

11.根据权利要求8所述的修整器，其中，所述第一气囊块和所述第二气囊块相对于所述外环的中心点对称地布置。

12.根据权利要求7所述的修整器，其中，所述第一气囊和所述第二气囊包括柔性材料。

13.根据权利要求12所述的修整器，其中，所述柔性材料包括硅氧烷或橡胶。

14.根据权利要求7所述的修整器，其中，所述气囊机构还包括：

第一空气管线，所述第一空气管线连接到所述第一气囊以向所述第一气囊提供第一充气气压；

第二空气管线，所述第二空气管线连接到所述第二气囊以向所述第二气囊提供第二充气气压；以及

控制器，所述控制器用于控制所述第一充气气压和所述第二充气气压。

15.根据权利要求3所述的修整器，其中，所述连接器还包括延伸板，所述延伸板位于所述内环的上表面上，以在所述外环和所述延伸板之间限定空间。

16.根据权利要求15所述的修整器，所述修整器还包括气囊机构，所述气囊机构位于所述延伸板和所述外环之间的所述空间中，所述气囊机构包括位于所述空间中的至少两个气囊。

17.根据权利要求16所述的修整器，其中，所述气囊机构包括：

第一气囊块，所述第一气囊块位于所述空间中并具有第一气囊；

第二气囊块，所述第二气囊块位于所述空间中并具有第二气囊；

第三气囊块，所述第三气囊块位于所述空间中并具有第三气囊；以及

第四气囊块，所述第四气囊块位于所述空间中并具有第四气囊。

18.根据权利要求17所述的修整器，其中，所述第一气囊块至所述第四气囊块具有基本相同的尺寸和基本相同的形状。

19.根据权利要求18所述的修整器，其中，所述第一气囊块至所述第四气囊块具有圆弧形状，所述圆弧形状的曲率对应于所述外环的曲率。

20.根据权利要求1所述的修整器，所述修整器还包括角度传感器，所述角度传感器位于所述连接器上，以测量所述驱动器的倾斜角度。

21.根据权利要求1所述的修整器，所述修整器还包括称重传感器，所述称重传感器位于所述升降器上，以测量从所述升降器施加到所述盘的负荷。

22.一种化学机械抛光装置，所述化学机械抛光装置包括：

压板，所述压板上附接有抛光垫；

化学机械抛光机构，所述化学机械抛光机构位于所述压板上方，用于对衬底上的层进行化学机械抛光；以及

修整器，所述修整器包括：

盘，所述盘用于对所述抛光垫进行修整，

驱动器，所述驱动器用于使所述盘旋转，

升降器，所述升降器用于升降所述驱动器，

臂，所述臂用于使所述升降器旋转，以及

连接器，所述连接器将所述驱动器连接到所述升降器，所述驱动器相对于所述升降器是可倾斜的。

23.根据权利要求22所述的化学机械抛光装置，其中，所述修整器还包括气囊机构，所述气囊机构位于所述连接器中，所述气囊机构包括位于所述连接器中的至少两个气囊。

24.根据权利要求22所述的化学机械抛光装置，其中，所述修整器还包括角度传感器，所述角度传感器位于所述连接器上，以测量所述驱动器的倾斜角度。

25.根据权利要求22所述的化学机械抛光装置，其中，所述修整器还包括称重传感器，所述称重传感器位于所述升降器上，以测量从所述升降器施加到所述盘的负荷。

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