CN1498725B - 具有枢轴机构且垂直可调的化学机械抛光头及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学机械抛光头及其使用方法，该抛光头带有一枢轴机构，且在垂直方向上是可调的。
Description
与在先申请的优先权关系
本申请要求享有第60/425125号美国专利申请的优先权，并将该申请结合到本文中作为背景资料，该申请是由发明人Kunihiko Sakurai等人在2002年11月7日提交的，其名称为“具有枢轴机构的抛光头”
技术领域
本发明总体上涉及化学机械抛光(CMP)工艺，更具体来讲，但不绝对，本发明提供了一种具有枢轴机构的化学机械抛光设备及其使用方法。
背景技术
CMP是将化学反应与机械抛光组合起来的方法。普通的CMP系统包括一抛光头，其带有一保持环，该保持环把持着一个基片(其也被称为晶片)，并使其转动，且将其贴压到一个抛光垫的表面上，其中的抛光垫在相反或相同的方向上转动。抛光垫可用粗套毛(cast)制成，也可用带有填料的切片聚氨脂(或其它聚合物)或涂敷了尿烷的毛毡制成。
在基片贴着抛光垫旋转的过程中，在抛光垫上敷施一种氧化硅(和/或其它研磨剂)研浆，其中的氧化硅等研磨剂悬浮在一种温和的蚀刻剂中，该蚀刻剂例如为氢氧化钾或氢氧化铵。研浆的化学反应作用与抛光垫的机械抛光作用相结合，去除掉基片表面上的垂向不平整部分，从而形成一个非常平坦的表面。
但是，常规的CMP系统具有几方面缺点，这些缺点包括：执行过程不稳定，从而导致基片的抛光型廓存在不平整部分；在不同的CMP系统之间进行处理时，工作台与工作台之间、以及工具与工具之间的变动会造成对基片型廓的抛光并不一致；以及由于涉及多个压力控制器，所以在空气加压室内实现压力平衡将是困难的，从而很难对过程进行优化。
图1A中的结构框图表示了现有技术中一种抛光头100的剖面构造，该抛光头就存在上述的缺陷。一保持环140的形状为圆柱体，在CMP过程中，其将一基片120(也被称为晶片)固定就位。在执行CMP过程中，采用了一种空气加压/施力平衡方法(图1A中用箭头来表示)来保持一个向下的加压力，从而压紧一杆轴和基片120。另外，为防止保持板140从抛光头100中鼓出，还利用所输送的压力产生一个向上的作用力。
但是，上述这些作用力都会受到过程不稳定的影响，这将导致基片抛光型面出现不平整。具体来讲，上述的作用力都是由气压产生的，而气压受数个气压控制器的调控。各个气压控制器都具有自己的误差容限，从而导致所施加的气压量存在误差。例如，如果在105区域内的压力大于区域115中的压力，则板件140所处的位置就比预期的位置要低。并使一橡胶插入件130处于图1B所示的形态(该形态与图1C所示不同，图1C表示了当板件140处于预期位置时的状况)。在图1B所示的状态下，由于在区域105与115之间存在压差，所以板件140会对橡胶插入件130的边缘施压。此加压力会在基片120的边缘上产生一个压力，该压力与区域115中气压对其它部位所施加的压力不同。结果就是，在基片120的边缘上施加了过高的压力，这将增大对基片120的抛光率。
另外，在常规的CMP系统之间，还存在其它一些差异，这将导致不同系统加工的基片的型廓并不一致。此外，在普通的CMP系统中，几乎不可能对过程进行优化，从而不可能使所需的作用力获得适当而一致的平衡。
普通CMP系统的另一个缺点在于CMP头始终只是下降到同样的位置处—即使抛光垫已经随时间的延续而被磨损。这将导致对基片的抛光是不充分的。
因而，需要有一种系统和方法来克服上述的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种化学机械抛光头、以及使用该抛光头的方法。在一种实施方式中，化学机械抛光头包括一基片保持头和一电机。电机与保持头相连接，从而可在垂直方向上对保持头进行定位，以补偿抛光垫的磨损。
在本发明的一种实施方式中，所述方法包括：将一基片放置到一个用于进行抛光的化学机械抛光头中；以及对抛光头进行定位，以补偿抛光垫的磨损。
附图说明
下文将参照附图对本发明非限定性、且非排它性的实施方式进行描述，在所有的附图中，除非特别指明，相同的数字标号将指代相同的部件。在附图中：
图1A中的结构框图表示了现有技术中一种抛光头的剖面构造；
图1B和图1C分别表示了现有抛光头一个部分的未受压状态和受压状态；
图2中的结构框图表示了根据本发明一实施方式的抛光头的剖面构造；
图3中的俯视图表示了根据本发明一实施方式的抛光头；
图4是图3所示抛光头300的剖视图；
图5是图3所示抛光头的第二个剖视图；
图6是图3所示抛光头的第三个剖视图；
图7是图3所示抛光头的第四个剖视图；
图8中的流程图表示了执行化学机械抛光的方法；
图9A-9D中的结构框图表示了一个抛光系统，其采用了高度可调的抛光头；
图10中的结构框图表示了图9A所示抛光系统在处于未受压状态时的情形；
图11中的结构框图表示了一种能对图9A所示抛光系统执行控制的计算机实例；
图12中的框图表示了一种定位系统；
图13中的流程图表示了对CMP头进行定位的方法；以及
图14中的流程图表示了对CMP头进行定位的第二种方法。
具体实施方式
下文的描述将使本领域普通技术人员能够实施和采用本发明，该描述针对于一种具体的应用环境，并涉及该应用的各种要求。对于本领域技术人员来讲，这些实施方式的各种改型将是很显然的，在不悖离本发明设计思想和保护范围的前提下，本文中所限定的原理也适用于其它的实施方式和其它的应用。因而，本发明并不仅限于所示的实施方式，而是涵盖与本文所公开原理、特征和教导内容一致的最宽泛的范围。
图2中的结构框图表示了根据本发明一实施方式的抛光头200的剖面构造。抛光头200包括一上壳体215、一保持环220、一保持环适配器225、驱动凸缘240、杆轴245、滚珠轴承250、拱顶255、下托架260、橡胶插入件210、以及基准点230。
保持环220为圆筒形状，在CMP过程中，其夹持着一个基片。对于200mm规格的基片，保持环220的内径至少约在200mm到203mm之间，而对于300mm规格的基片，该内径至少约为300mm到303mm。对于200mm的基片，保持环220的外径大约在230mm到275mm之间，而对于300mm的基片，该尺寸大约在330mm到375mm之间。保持环220通过一隔膜(图中未示出)和保持环适配器225与上壳体215相联接，适配器225的外径和内径基本上与保持环220的尺寸相类似。
驱动凸缘240的底面通过滚珠轴承250可枢转地联接到拱顶255上。拱顶255被连接到基部凸缘265上。基部凸缘265则被联接到下托架260和橡胶插入件210上。基准点230被安装到下托架260上，且可在其底部设置一柔软的衬垫。
杆轴245的形状为圆柱体，其从驱动凸缘240向上延伸。滚珠轴承250包括多个陶瓷滚球，每个滚球的直径都约为5/16英寸。在本发明的一实施方式中，滚珠轴承250包含十五粒陶瓷滚球。拱顶255的形状呈现为顶部为平面的圆穹体。
下托架260是圆柱状的，其直径约等于基片的直径(例如约为200mm或约为300mm)。基准点230也是圆柱状的，其直径仅为很小的几个毫米。通过用隔壁将橡胶插入件210与下托架260容积空间隔开，可在橡胶插入件210中形成了几个气压区或气压室，这些区域例如为280、290和295。
在执行CMP过程中，保持环220夹置着所要处理的基片。然后，向驱动凸缘240施加压力，迫使抛光头200向下运动，直到使一个支架950与一止动组件945相接触为止(见图9)。然后，向217区域输送一个可被控制的保持环气压，用于将保持环220向下压。还向295区域施加一个可控的主气压。并向280区域和290区域输送另外的可控区域气压。在CMP过程中，主气压与区域气压的作用在于将橡胶插入件紧压到一基片上，从而迫使基片与抛光垫270发生相互作用。另外，主压力和区域压力还向下托架260施加一个向上的压力作用。
一枢轴机构(包括滚珠轴承250)使得抛光头200可基于主压力和区域压力进行枢转。如果杆轴245未被装配成垂直于抛光垫270，则枢轴机构将能使抛光头200排布成与抛光垫270平行。可利用三个弹簧和三个销杆将抛光头200悬垂在离驱动凸缘240有很短距离的位置处。一旦抛光头200被布置到抛光垫270上、且在保持环220和晶片的背面上施加了压力之后，上壳体215就通过一个基部凸缘(图中未示出)受到了向上的作用力，该作用力足以将整个抛光头组件200顶起，直到使抛光头200顶面上的拱顶255与驱动凸缘240所联接的滚珠轴承250相接触为止，从而，抛光头200可进行枢转，并被排布成与抛光垫270平行。因此，在执行每一次抛光时，下托架260和插入件210都能保持相同的垂直位置。
图3是根据本发明一实施方式的抛光头300的俯视图。该抛光头300是圆柱形状的，其外径对于200mm规格的晶片约为250mm，而对于300mm规格的晶片则约为350mm。下面将结合图4到图7详细地讨论该抛光头300各个不同的截面。
抛光头300包括多个气压输入口，这些输入口包括：一个中央区气压输入口310、一个边缘区气压输入口305、以及一个保持环气压输入口315。抛光头300还包括一空气通道325和一水通道320。气压输入口305、310、315均能独立地向抛光头300中的不同区域输送可控的气压。在执行CMP过程中，保持环气压输入口315向一保持环区域输送一个气压，从而向保持环20(见图6)施加一个向下的压力。中央区输入口310向抛光头300中的一个中央区输送气压，其中的中央区是由一内橡胶插入件27(见图6)和一下托架38(见图6)形成的。边缘区域输入口305向空气通道325输送气压，其中的空气通道325与一个边缘区相通，该边缘区是由外橡胶插入件28(见图6)和下托架38构成的。
图4是对图3所示抛光头300所作的剖面图。该剖面图表示出了一个凸缘驱动件23、一个拱顶24、滚珠轴承26、一内橡胶插入件27、一外橡胶插入件28、一基部凸缘36、以及一下托架38。拱顶24通过滚珠轴承26与凸缘驱动件23可枢转地连接着。凸缘驱动件23也为圆柱状，作用在凸缘驱动件23顶部上的压力将在向下的方向上推顶抛光头300。基部凸缘36为圆筒状，其与拱顶24的底部相联接。
内橡胶插入件27和外橡胶插入件28被连接到下托架38上，而下托架反过来则被联接到基部凸缘36上，由此使得插入件27、28与一基片可枢转地接触着，抛光头300从该基片的上方向其施加作用。下托架38为碟盘状，其与插入件27和28相配合而形成了上述的中央区和边缘区。压力分别通过中央区输入口310和边缘区输入口305输送到中央区和边缘区中。
图5是图3所示抛光头300的第二剖面图。图5中的剖面图表示了基部凸缘36通过两个组件500和510与凸缘驱动件23相连接。第一组件500包括一套环16、一顶帽17、一螺钉2、一橡胶垫22、一垫圈7以及一销杆11。套环16环套在销杆11上，顶帽17盖在销杆的上方。另外，橡胶垫22被设置在销杆11与套环16之间，从而可对销杆11与套环16之间的相互接合提供缓冲。垫圈7被设置在基部凸缘36与凸缘驱动件23之间的交界面处，并环套着销杆11。当杆轴带动凸缘驱动件23转动时，第一组件500使抛光头300能传递力矩。
第二组件510包括一垫圈8、一弹簧12、另一垫圈9、以及螺钉33。螺钉33将基部凸缘36与凸缘驱动件23联接起来。弹簧12套在螺钉33上，且弹簧12使得基部凸缘36由于枢转产生回弹。第二组件510还包括垫圈8、9，它们分别位于螺钉33的顶部、以及隔膜支撑环α常平架36与凸缘驱动件23之间的交界面处。第二组件510使得抛光头300可从凸缘驱动件23悬垂下去。本领域普通技术人员可以领会：抛光头300可包括另外一些基本上与第一组件500和/或第二组件510类似的组件。例如，在本发明的一实施方式中，抛光头300包括三个基本上与第一组件类似的组件、以及三个与第二组件510基本类似的组件。
图6是图3所示抛光头300的第三个剖视图。在该剖视图中，抛光头300上可见的部件包括：上壳体37、密封环1、一个管件30、螺钉32、陶瓷滚球25、平十字埋头孔29、凸缘驱动件23、拱顶适配器24、滚珠保持架驱动凸缘25、保持环20、下托架38、内橡胶插入件27、内隔膜支撑件34、隔膜支撑件α常平架36、一O形圈13、外橡胶插入件28、适配器15、止动环21、下壳体18、以及一主隔膜35。
保持环20为环形，其在CMP过程中夹持着一基片。保持环20也环套着盘形的下托架38。通过保持环压力输入口315(例如为管件30)向保持环20施加一个向下的压力，可使保持环20与抛光垫相接触。
保持环20利用密封圈1与隔膜35相联接，从而对隔膜35执行了封边。隔膜35的外边缘被上壳体37和下壳体19固结起来，而其内边缘侧被上壳体37和基部凸缘36固结起来，这样就形成了一个能容纳加压空气的圆筒形腔室，从而，保持环20可抵着抛光垫施加一个向下的压力。
在执行CMP过程中，向中央区和边缘区中输送一个压力来将保持环区域中的保持环20压紧。中央区和边缘区中的压力将内橡胶插入件27和外橡胶插入件28向下顶向基片，使得基片与抛光垫产生相互作用。各个腔室中的压力通过相关的部件向拱顶24施加一个向上的作用力。因而，在执行抛光过程中，拱顶24与驱动凸缘23是相互接触的。另外，由于设置了拱顶和驱动凸缘23，在执行抛光过程中，抛光头是可以进行枢转的。
图8中的流程图表示了执行化学机械抛光的方法800。首先，所要进行抛光的基片被安装到抛光头中(步骤810)，以便于进行抛光，其中的抛光头例如为抛光头200或300。在安装好基片之后(步骤810)，在抛光垫上敷施研浆(步骤820)。研浆可包括氧化硅(和/或其它研磨剂)，研磨剂悬浮在某种温和的蚀刻剂中，该蚀刻剂例如为氢氧化钾或氢氧化铵。然后，将抛光头置于抛光垫上(步骤830)。
向抛光头的各个区域施加气压(步骤840)。例如，可向抛光头200的区域217和295输送气压。在施加气压(步骤840)之后，将基片贴着抛光垫转动(步骤850)。来源于研浆的化学反应与来自于抛光垫的机械抛光作用相互结合，可去掉基片表面上的垂向不平整部分，从而形成一个非常平坦的表面。
可以理解：也可按照与上述过程不同的次序来执行施压(840)、敷设(820)、转动(850)以及放置(830)等各个步骤。另外，不难理解：敷设(820)、施压(840)以及转动(850)这几个步骤也可基本上同时进行。
图9A-D中的结构框图表示了一种带有高度可调抛光头的抛光系统900。系统900包括抛光头200，其被联接到一圆柱杆轴930上，该杆轴穿过一支撑臂940。在杆轴930上固定了一安装组件910，其该安装组件上设置有一传感器组件920。支撑臂940具有一止动组件945，其在支撑臂940的顶部，靠近杆轴930，并与之平行。止动组件945在支撑臂940上所处的位置位于传感器组件920的正下方，从而传感器组件920与止动组件945无阻隔地直接相对。
如图9B中详细表示的那样，传感器组件920包括一个被支架950包围着的传感器960。传感器960可包括一个红外波段探测器或其它类型的传感器(例如超声传感器)，该传感器能确定出其与止动组件945顶部之间的距离。传感器960在支架950中陷入了一段距离Z，从而如下文结合图10详细讨论的那样，当传感器组件与止动组件945接触时，可防止传感器960被损坏。在本发明的一实施方式中，Z约等于10mm。
止动组件945包括一个联接到伺服电机(图中未示出)上的止动件，伺服电机被设置在支撑臂940中。在垂直方向上，伺服电机将止动件从图9A所示的低位处移动到低位上方Y-Z+X的高度处。伺服电机还可使抛光头200在垂直方向上移动。当抛光头200的定位位置可将插入件210紧压到下托架260上(如图9C所示)时，传感器960与止动件之间的距离为Y。在每次对基片120执行抛光之后，由于抛光垫存在磨损，数值Y就会有略微的减小。例如，每对基片120执行一次抛光之后，Y就减小约0.3μm，甚至达到10.0μm。可在每次CMP过程之后、或每隔一定的时间间隔就对Y值测量一次，这取决于伺服电机的灵敏度。例如，如果伺服电机能以50μm的精度将止动件升高到某一位置，则可每隔10到50次CMP过程就计算一次Y值。
在如图9D所示的抛光过程中，X为下托架260与插入件210之间的距离—即为区域295的高度。在本发明一实施方式中，X约等于0.5μm。
本领域普通技术人员可以理解：系统900可采用不同的抛光头，例如可采用抛光头100或300。
图10中的结构框图表示了处于未受压状态时—即在要进行CMP的位置上时的抛光系统900。在传感器960测得Y值之后，将抛光头抬高，从而使传感器组件920底部在止动组件945上方的高度等于Y-Z+X。然后，伺服电机将止动件抬高到其原始低位上方Y-Z+X高的位置处。然后，如果必要的话，将抛光头200降低，直到使传感器组件920与止动件相接触为止。可以领会：只通过伺服电机、而无需采用止动件就可调整垂直位置。另外，利用伺服电机的脉冲信号、而不是采用传感器来测出垂直距离。
在本发明的一实施方式中，在执行CMP的各个不同步骤中，可将抛光头200降低到不同的高度处。例如，总的抛光时间被设定为100秒，且包括三个在不同的高度上执行的不同抛光时序。第一时序是在抛光条件A下执行30秒，第二时序是转到抛光条件B下执行60秒，最后是在抛光条件C中执行10秒。在铜线路抛光过程中，首先将线路上的Cu去掉，然后将铜下方的阻挡金属去掉。铜层和阻挡层的材料是不同的，因而，为了去除各种材料，就要采用不同的研浆和工艺条件。因而，在对Cu进行处理的操作中，设定了两种或更多种不同的条件(即抛光步骤)。抛光头的垂直位置是一个能决定抛光性能的参数，且需要在对铜层进行抛光与对阻挡层进行抛光之间进行改变。结果就是：在整个抛光过程中，垂直位置并不是固定的，而在每一抛光步骤中，垂直位置却是一个固定值。
图11中的结构框图表示了一种计算机实例1100，其能对抛光系统900进行控制。该示例性的计算机1100可被设置到支撑臂940中、或任何其它的位置处，并通过连线或无线技术与伺服电机和传感器960实现通讯联接。下文将结合图12进一步讨论利用计算机1100来对伺服电机和传感器960进行控制的情况。示例计算机1100包括一中央处理器单元(CPU)1105、一工作存储器1110、永久存储器1120、输入/输出(I/O)接口1130、显示器1140、以及输入装置1150，所有这些部件都通过总线1160进行相互通讯。CPU1105可以是INTEL PENTIUM微处理器、Motorola的POWRPC微处理器、或其它任何能执行永久存储器1120中所存储软件的处理器。工作存储器1110可以是随机访问存储器(RAM)、任何其它类型的可读/写存储器件、或存储器件的组合体。永久存储器1120可以是一硬盘驱动器、只读存储器(ROM)、其它任何的存储器件、或存储器件的组合体，只要其在示例计算机1100关机之后能保持数据即可。I/O接口1130通过连线或无线技术与传感器960和伺服电机作通讯联接。显示器1140与计算机1100中的其它部件一样—是可选的，其可以是阴极射线管显示器或其它显示装置。输入装置1150也是可选的，其可包括键盘、鼠标、用于输入数据的其它装置、或者数据输入装置的组合体。
本领域技术人员将会认识到：示例计算机1100可包括其它一些装置，例如网络连接件、附加的存储器、另外的存储器、LAN设备、用于在硬件通道中传送信息的输入/输出线路、互联网或内部网设备。本领域普通技术人员也能意识到：还可按照备选的方式来接收、存储程序和数据。另外，在本发明的一实施方式中，采用一ASIC(专用集成电路)取代计算机1100，以便于对伺服电机和传感器960进行控制。
图12中的结构框图表示了一种定位系统1200，其可被驻存于示例计算机1100上。该定位系统1200与传感器960和伺服电机保持通讯，并通过对伺服电机进行控制来控制传感器960和抛光头200的运动。定位系统1200包括一传感器引擎1210、一伺服电机引擎1220、一抛光头引擎1230、以及一参数文件1240。传感器引擎1210对传感器960进行控制，该控制包括开关传感器960，从而获取距离读数。伺服电机引擎1220响应于由抛光头引擎1230作出的计算结果控制止动件和抛光头200的垂直运动。抛光头引擎1230基于传感器960的读数、以及参数文件1240中存储的数值计算出为执行CMP抛光头200应当处于什么样的位置。参数文件1240中存储着数值X和Z。在本发明一实施方式中，X和Z分别等于0.5mm和10mm。
在本发明一实施方式中，参数文件1240还包括一个最大Y值，该数值对应于抛光垫磨损最大时的情况。抛光头引擎1230可将测得的Y值与最大Y值进行比较，以判断Y值是否超过最大Y值。如果测得的Y值并超过最大Y值，则抛光头引擎就会向系统900的操作人员报警，提醒抛光垫270的磨损已经超过最大量，从而在对CMP进行初始化之前，可用一新的抛光垫来替下抛光垫270。
在本发明的另一实施方式中，参数文件1240中包括有关抛光垫磨损率的数据，该数据是通过测量出依次抛光之间抛光垫高度的差值来计算出的。作为备选方案，也可通过测量出第一次抛光与最后一次(例如第50次)抛光之间的抛光垫高度差、并用两次测量之间的抛光次数进行相除来计算出该磨损率。在该实施方式中，参数文件1240还可包含这一数据：当换用新抛光垫时，进行抛光的抛光头高度。因而，根据伺服电机的灵敏度，抛光头引擎1230可采用抛光垫磨损率数据来重新计算出在执行了预定次数的抛光之后、每次抛光时抛光头200的预计位置。例如，抛光头位置可被计算为抛光头原始高度(使用新抛光垫时的高度)减去抛光垫磨损率与抛光次数的乘积。
在本发明的另一实施方式中，参数文件1240还存储有抛光过程中各个不同步骤的垂直定位信息。例如，如上所述，对铜层进行抛光时，抛光头被定位在第一高度处，而在对阻挡层进行抛光时，定位在第二高度。
图13中的流程图表示了用于对CMP头200进行定位的方法1300。首先，将一基片120放置到抛光头200中(步骤1310)。然后，将抛光头200降低(步骤1320)，从而将下托架260紧压到插入件210上。然后测量传感器960与止动组件945顶部之间的距离(1330)，从而获得数值Y。而后，判断数值Y是否超过了其最大值(步骤1340)。如果判断是肯定的，则通过声音、视觉、触觉信息和/或其它技术向操作者报警(步骤1350)，提醒抛光垫的磨损已超过推荐量，至此，方法1300结束。不然的话，抛光头200在随后被升高(1360)，且将止动件也升高(步骤1370)到某一高度处，该高度在其被降低后的位置上方Y-Z+X处。然后，将抛光头200降低(1380)，直到使传感器组件920与止动组件945接触为止。然后开始进行CMP(1390)。在本发明的一实施方式中，CMP过程(1390步骤)可包括一些不同的步骤，这些步骤可调节抛光头200的垂直位置，以便于对基片120的不同结构层进行抛光。然后，终止方法1300。
图14中的流程图表示了对CMP头200进行定位的第二种方法1400。首先，对系统进行初始化(步骤1410)，该步骤包括计算出抛光垫的磨损率，并确定抛光头的可压缩性(即确定距离X)。抛光垫的磨损率可通过测量抛光垫高度在依次抛光之间的差值来计算出。作为备选方案，也可通过测量出第一次抛光与最后一次(例如第50次)抛光之间的抛光垫高度差、并用两次测量之间的抛光次数进行相除来计算出抛光垫磨损率。抛光垫的可压缩性是通过测量抛光头在其被压紧到抛光垫之前与之后的高度差来测量出。
在初始化(1410)之后，将基片放置到抛光头中，以进行抛光。然后对止动件进行定位—例如升高(1430)，从而当抛光头被降低(1440)时，该定位可补偿抛光垫的磨损。可通过用抛光头原始高度减去抛光垫磨损率与抛光次数的乘积来得出定位位置。在对止动件执行定位(1430)之后，将抛光头降低(1440)，直到使传感器组件与止动件相接触为止。然后，开始执行CMP(1450)，方法1400结束。
上文对本发明所展示实施方式的描述仅是示例性的，在前述内容的启示下，对上述实施方式和方法的其它变型和改动是可能的。例如，本文所述的实施方式并非是排它性或限定性的。
Claims (25)
1.一种可调的化学机械抛光头，用于对在抛光垫上的基片进行抛光，包括：
下托架(260)，其可相对于一抛光垫的基片调整垂直位置，并能在执行CMP的过程中将高度固定；
橡胶插入件(210)，其连接到下托架(260)以形成可容纳空气的腔室(280，290，295)；
定位系统(1200)；
传感器组件(920)；
其中，所述定位系统(1200)在每次抛光操作的准备中将下托架(260)定位到与橡胶插入件(210)紧压的位置，所述传感器组件(920)，用于在下托架定位到与橡胶插入件(210)紧压的位置时测量关于抛光垫厚度的距离(Y)，所述测量距离(Y)用于确定抛光垫的磨损，以及
所述定位系统(1200)还构造成将下托架(260)从与橡胶插入件(210)紧压的位置升高一等于所述腔室的高度的距离(X)，所容纳的空气在腔室内提供一个基片抛光的向下作用力。
2.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，还包括：保持环，在执行抛光过程中，其可固持基片。
3.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，还包括：壳体，其被联接到一隔膜上；
保持环与隔膜相联接，从而形成一个可容纳空气的腔室，该空气可在保持环上形成向下的作用力。
4.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，还包括：枢轴机构，其联接到下托架上，使下托架可进行枢转，从而可将下托架保持在与抛光垫相平行的姿态。
5.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于：橡胶插入件和下托架形成了多个腔室，在执行抛光过程中，这些腔室可充纳空气。
6.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于：充气压力是变化的。
7.根据权利要求3所述的抛光头，其特征在于：可在保持环上形成向下作用力的充气压力是可变的。
8.根据权利要求5所述的抛光头，其特征在于：多个腔室中的充气压力是可变的。
9.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于：在0.5mm或更小的精度范围上，可对垂直位置进行控制。
10.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，还包括：一基准点，其位于下托架的底面上，基准点可与抛光垫上的基片相接触，并限制向下的运动，从而可确定抛光垫顶面的位置。
11.根据权利要求10所述的抛光头，其特征在于，还包括：一软垫，其位于基准点的底面上。
12.根据权利要求11所述的抛光头，其特征在于：软垫的压缩性小于插入件的压缩性。
13.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于：所述传感器组件(920)包括传感器(960)和包围所述传感器的支架(950)，其中传感器在支架中(950)陷入一距离(Z)；以及
所述定位系统包括：
止动组件(945)，包括止动件和移动止动件的伺服电机；以及
所述测量距离(Y)是在所述传感器(960)与止动件之间的距离，其中止动组件的伺服电机构造成将止动件移动一所述等于所述腔室的高度的距离(X)与所述测量距离(Y)之和减去所述传感器在支架中陷入距离(Z)。
14.一种靠压在抛光垫上的基片的化学机械抛光方法，其包括步骤：
将基片装载到抛光头(200)上，
在使用抛光垫在基片上的抛光操作的准备中定位下托架，下托架连接到橡胶插入件用于承载基片，从而形成可容纳空气的腔室(280，290，295)，
定位系统(1200)在每次抛光操作的准备中将下托架(260)定位到与橡胶插入件(210)紧压的位置，
通过传感器组件(920)在下托架定位到与橡胶插入件(210)紧压的位置时测量关于抛光垫厚度的距离(Y)，所述测量距离(Y)用于确定抛光垫的磨损，以及
所述定位系统(1200)将下托架(260)从与橡胶插入件(210)紧压的位置升高一等于所述腔室的高度的距离(X)，所容纳的空气在腔室内提供一个基片抛光的向下作用力。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述抛光垫的磨损是通过抛光垫的磨损率参数和抛光次数的乘积确定的，所述磨损率参数通过测量出依次抛光之间抛光垫高度的差值来计算出的，或者磨损率参数通过测量出第一次抛光与最后一次抛光之间的抛光垫高度差并用这两次测量之间的抛光次数进行相除来计算出。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：还包括步骤：将止动件相对于抛光头移动到止动件定位位置，所述止动件定位位置可通过用抛光头原始高度减去抛光垫磨损率与抛光次数的乘积来确定；
其中在抛光操作的准备中定位下托架的步骤包括：移动下托架直到传感器组件(920)接触止动件。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：可压缩性参数是通过测量抛光头在下托架被压紧到橡胶插入件之前与之后的高度差来测量出。
18.一种化学机械抛光系统，其包括：
根据权利要求1所述的抛光头，其能固持一基片，所述抛光头包括：下托架，其被连接到杆轴上，且其相对于杆轴的垂直距离是固定的；以及插入件，其被联接到下托架上，从而形成一个可容纳空气的腔室，所容纳的空气在腔室内产生一基片抛光的向下作用力；
杆轴，其可调节垂直位置，并能进行转动。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括：传感器，当下托架处于一降低位置时，其能执行距离的测量，该距离对应于抛光垫的厚度，在其中的降低位置上，下托架与一抛光垫上的基片被压紧；以及电子设备，其与传感器保持通讯连接，其可记忆所述的降低位置。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：杆轴可对向下的作用力进行控制，向下的作用力将下托架紧压到一抛光垫上的基片上。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：向下的作用力是可变的。
22.根据权利要求19所述的系统，其还包括：将所记忆的降低位置存储起来。
23.根据权利要求22所述的系统，其还包括：根据关于降低位置的存储数据，计算出抛光垫的厚度。
24.根据权利要求22所述的系统，其还包括：基于关于降低位置的存储数据，计算出抛光垫的磨损量。
25.根据权利要求24所述的系统，其还包括：判断计算出的抛光垫厚度是否小于抛光垫厚度的最小值，如果计算出的抛光垫厚度小于抛光垫厚度的最小值，则向操作者报警，提醒抛光垫厚度已达最小值。
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