CN1943989A - 具有多个腔的承载头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于化学机械抛光的系统，该系统具有包括能够配置为压力区的可加压腔的承载头。该系统包括具有膜的用于在抛光期间和衬底接触的承载头。位于膜后面的可加压腔与压力输入连通。该压力输入可以向可加压腔施加不同的压力。某些可加压腔可以和不止一个压力输入连接。可以排列压力区域，其中每个区域包括一个或者多个可加压腔。通过改变构成每个压力区域的可加压腔来配置所述区域。

Description

具有多个腔的承载头

技术领域

本发明涉及在化学机械抛光过程中用于控制施加在衬底上压力的承载头。

背景技术

通常通过在硅衬底上顺序沉积导体层、半导体层或者绝缘层在衬底上形成集成电路。制造步骤涉及在不平整表面上沉积填料层，并对该填料层进行平坦化处理直到露出不平整表面。例如，可以在构图的绝缘层上沉积导电填料层以填充绝缘层中的沟道或者孔。然后抛光该填料层直到暴露出绝缘层的凸起图案。在平坦化以后，在绝缘层凸起图案之间保留的导电层部分形成在衬底上的薄膜电路之间提供导电路径的通孔、接点和连线。此外，由于光刻装置的聚焦深度有限，因此需要平坦化工艺对要进行光刻的衬底表面进行平坦化处理。

化学机械抛光(CMP)是一种可接受的平坦化方法。该平坦化方法通常需要将衬底固定在载体或者CMP装置的研磨头上。该衬底的暴露面靠在旋转研磨垫或者带状垫上。该研磨垫可以是“标准”研磨垫也可以是固定研磨剂垫。标准垫具有耐用的粗糙表面，而固定研磨剂垫具有保持在容纳媒介中的研磨剂颗粒。承载头对衬底施加可控负载从而使其紧靠研磨垫。对研磨垫的表面施加研磨溶液，诸如包括研磨剂颗粒的浆体。

发明内容

本发明提供了多种在不必对承载头同比例增加压力输入数量的情况下在承载头中增加接触压力腔数量的技术。

通常，本发明公开了一种用于衬底化学机械抛光的承载头。所述承载头包括配置为连接至第一压力输入的第一通路和配置为连接至第二压力输入的第二通路。承载头还包括具有所述第一和第二通路的底座组件。结合至底座组件的柔性膜。所述膜通常具有圆形主体，其下表面提供衬底安装表面。在所述底座组件和柔性膜之间的体积形成多个可加压腔。各第一和第二通路与多个可加压腔其中至少之一连通并且可加压腔的数量比压力输入数量更多。

承载头还可以包括形成多个可加压腔其中至少之一的内部膜。承载头还可以包括多个阀，诸如电磁阀或者MEMS阀。所述多个阀的每个可以电控制。承载头可以具有和阀数量相等或者大于阀数量的可加压腔数量。所述阀是可控制的从而建立多个压力区域，其中每个区域包括所述多个可加压腔中一个或多个，所述第一和第二通路结合至所述多个可加压腔中每个。承载头还可以包括阀控制器，其中所述阀控制器控制所述多个阀中每个位于第一位置和第二位置之间。承载头可以具有固定到底座组件上的分割部件，其中所述分割部件限定多个可加压腔每个的侧面。所述分割部件可以是环形侧壁，从而形成环形形状的可加压腔。可选地，以分割结构配置所述可加压腔。所述底座组件包括板体，其包括歧管，所述歧管将第一和第二通路流体结合至所述多个可加压腔上。所述歧管为可重配置的，从而可以将第一可加压腔和所述第一通路的结合改变为第一可加压腔和所述第二通路之间的结合。所述板体可以通过紧固件连接到所述底座组件的部件上。

另一方面，本发明涉及用于具有板体的承载头的部件。所述板体具有沿底面的多个腔区域。多个通路贯穿所述板体，每个通路用于将压力输入连接到所述腔区域其中至少之一上，其中贯穿所述板体连接的压力输入的数量少于腔区域的数量。

所述板体可以具有用于将通路连接到腔区域的歧管。所述歧管为可配置的，从而在某一结构中所述歧管决定通路和腔区域的第一对应关系并在第二结构中所述歧管决定通路和腔区域之间的第二对应关系，所述第一对应关系不同于第二对应关系。

在再一方面，本发明涉及形成承载头的方法。提供了一种具有第一通路和第二通路的底座组件，配置所述第一通路使其与第一压力源流体连通并配置第二通路使其与第二压力源流体连通。提供具有多个腔的衬底背部组件，其中腔的数量大于压力源的数量。所述第一通路结合到至少第一腔和第二腔上，其中所述第一通路和第一、第二腔之间的连接为可配置的，从而使得所述第一通路与所述第一腔、第二腔至少之一流体连通或者与第一腔和第二腔两个腔流体连通。

所述第一通路结合到至少第一腔和第二腔上可以包括将所述第一腔结合至具有与所述第一腔和第二腔其中至少之一流体连通的输出的阀。提供衬底背部组件包括提供具有所需歧管设计的衬底背部组件并且将所述第一通路结合到至少第一腔和第二腔包括将所述衬底背部组件结合到底座上。

在另一方面，本发明涉及承载头的使用方法。将衬底保持在承载头下方从而使得衬底的正面与抛光表面接触。所述承载头包括向衬底背面施加压力的衬底背部组件。所述衬底背部组件包括多个腔，其中腔与第一压力输入连通。向所述衬底的背面施加压力，使得对所述腔室加压到通过第一压力输入施加的压力。在所述衬底和所述抛光表面之间形成相对运动。然后使所述腔与第二压力输入流体连通而不与所述第一压力输入连通。

使所述腔与第二压力输入连通包括向阀发送电信号以改变阀。该方法包括在使所述腔与第二压力输入连通以后连续抛光所述衬底。所述衬底背部组件可以包括第一歧管，并且使所述腔与第二压力输入连通包括将所述第一歧管改变为第二歧管。

在再一方面，本发明包括形成承载头部件的方法。形成具有用于连接多个压力输入和多个腔区域的多个通路的板体。在板体的下表面设置腔区域并且压力输入的数量小于腔区域的数量。

本发明的实施例可以包括如下一个或者多个优点。与现有技术的多腔承载头相比，在不必与承载头同比例增加压力输入数量的情况下在承载头中增加接触压力腔的数量。可选地，在保持同样腔数的同时可以减少压力输入数量。通过限制所需的所述压力输入的数量以制成可配置的承载头系统，该系统比需要更多压力输入的承载头更简单。更简单的承载头系统需要更少的部件，并更容易建立和保持。可以对腔分组从而形成通过公共压力输入控制的腔组，并且该腔组的成员是可配置的。通过软件可以选择配置，并且在抛光过程中或者多个抛光操作之间可以现场改变配置。压力分配系统可以与不同的膜结构结合一起使用。该承载头适用于各种抛光工艺和参数。由于改变配置的灵活性得到提高，因此提高了抛光均匀性，并改善了成品率。区域配置的选择能力以及在不同区域结构之间的变化能力可以对抛光控制产生很好的分辨率。对抛光工艺的控制程度越大就会产生越高的芯片成品率。与膜组件相匹配的区域数量存在限制，在驱动轴中气动口的数量存在限制。对于给定的输入数量，通过向承载头组件中增加腔同时不添加附加压力输入可以获得对于抛光图形更多的控制。这里所述的方法和组件可以与现有承载头结构结合一起使用。

在附图和如下说明书中陈述了本发明一个或者多个实施方式的细节。通过说明书、附图和权利要求书将让本发明的其他特征、目的和优点更加显而易见。

附图说明

图1A和1B所示为衬底承载头的截面示意图；

图2所示为与各数字调节阀连接的压力腔的示意图；

图3所示为可配置的压力区域示意图；

图4为具有多个区域的承载头示意图；

图5为板体的顶部透视图；

图6为部分板体的截面图；

图7为在图4的承载头中压力区域的示意图；以及

图8为具有分割的区域结构的膜的示意图。

在各附图中同样的附图标记表示同样的元件。

具体实施方式

参照图1A和图1B，描述了承载头100的一个实施方式。承载头100包括壳体102、底座组件104、万向装置106(可以认为是底座组件的一部分)、加载腔108、保持环110，以及包括可加压腔的衬底背部组件112。在1997年5月21日递交的美国专利号为6,183,354、2000年11月13日递交的美国专利6,857,945以及2004年3月26日递交的美国专利申请号10/810,784和2003年3月7日递交的美国专利号6,764,387中可以找到类似的承载头描述。在此引入公开的全部内容作为参考。

壳体102通常为圆形形状并且可以和驱动轴连接以在抛光期间旋转与其连接的部件。可以穿过壳体102形成垂直孔120，并且，可选地，一个或者多个附加通路122(仅示出一个)可以延伸经过该垂直孔120以对承载头进行气动控制。圆柱环形法兰125从壳体102向下延伸，万向节106的圆柱部分106a沿法兰125外部向上延伸从而在允许底座组件104垂直旋转的同时限制底座组件104水平运动。O-圈124用于在穿过壳体的通路和穿过驱动轴的通路之间形成流体密封。电导线204也可以经过垂直孔120，将电信号传送给底座组件104内的组件。可选地，电导线204可以经过该承载头的另一部件进入该底座组件104中。

底座组件104为位于壳体102下部可垂直移动的组件。底座组件104包括板体130、外部锁紧环134和万向节装置106。通过内部锁紧环128将通常为圆形滚动膜片126的内边缘固定到壳体102上，并且通过外部锁紧环134将圆形滚动膜片126的的外边缘固定到底座组件104上从而形成位于壳体102和底座组件104之间的加载腔108，进而向底座组件104施加负载，即向下的压力。通过加载腔108控制底座组件104相对于研磨垫的垂直位置。可加压腔208向衬底背部组件112施加压力。

衬底背部组件112包括具有通常平面主体部分142的柔性膜140。主体部分142的下表面144为衬底提供安装表面。将膜的主体部分142和底座组件104之间的体积分割为多个腔。在所示的实施例中，通过从膜140的主体部分142延伸出来的同心环形侧壁150、152、154、156、158、160、162、164和166分割所述体积。将最外部侧壁168固定在底座组件104和保持环110之间。可以通过锁紧环将其他侧壁固定到底座组件104上。所述侧壁可以是膜的整体部件，可以由分离部分构成以及与膜的背部连接或者不与膜连接。尽管示出10个环形侧壁，但是可以设置更多或者更少的侧壁，这一点由所需的腔数量决定。其他承载头结构也可以用来形成腔，诸如具有位于膜140和底座组件104之间的附加膜或者气囊的承载头。在2001年6月10日递交的美国专利6,722,965和1997年5月21日递交的美国专利6,183,354中可以发现关于该膜结构的描述，在此引入其全部内容作为参考。

位于底座组件104和膜140之间密封在第一侧壁150内的体积提供第一环形腔172。位于底座组件104和膜140之间密封在第一侧壁150和第二侧壁152之间的体积提供围绕第一环形腔172的第二可加压环形腔174。类似地，位于其他相邻侧壁对之间的体积提供其他环形腔176-190。每个腔可以比相邻腔更宽、更窄或者具有一样的宽度。环形腔可以具有恒定宽度，因此该环形结构形成围绕衬底具有均匀径向宽度的环形结构。尽管这里描述了具体的腔结构，但是实际上可以采用任何所需的腔结构或者区域结构。通过一个膜或者多个膜的物理结构、承载头、或者衬底背部组件112限定腔。区域包括一个或者多个腔并且基于在任意时间在该区域包括多少腔对区域进行配置。

进一步如下所述，所述腔可以和诸如气体输入、泵的多个压力源(未示出)或者压力管道或真空管道流体结合(couple)。可以调节该结合使得腔在某一时刻仅对一个压力源开放。如果每个腔都与其他腔隔离，则流体不能稳定地从一个腔传送到另一个腔。但是，腔组与其它腔流体结合，甚至临时结合。可以对腔施加不同压力。具有同样压力的每个腔或者连续腔组构成一个区域。没必要设计压力输入和腔数一一对应。实际上，承载头可以具有比腔更少的输入。

底座组件104包括用于控制哪个腔与哪个压力源流体连通的压力选路组件133。该压力选路组件133可以安装在板体130上或者位于板体130内部。压力选路组件133可以通过贯穿壳体102的垂直孔120或者通路122与压力源流体结合。类似地，每个腔172-190通过贯穿板体130的连接通路131与压力选路组件133流体连通。任何流体结合可以包括管连接，诸如柔性或者刚性管连接，或者仅仅为贯穿底座组件104或者板体130的通道。

压力选路组件133可以包括具有阀216或者没有阀的歧管的元件，该元件控制通路131和通路122之间的连接关系以确定腔172-190中哪个结合至哪个压力源。虽然阀支撑元件212可以包括许多阀，但是在阀支撑元件212中仅示出一个阀216。压力选路组件133还可以包括具有固定压力选路的歧管和阀，即，位于阀支撑元件和歧管之间的混接。压力选路组件133可以是可配置的(即，可以调节通路131到通路122的连接方式)或者不可配置的(即，固定其连接方式)。具体的，对于至少一个压力源，压力选路组件133能够将多个腔与所述压力源的输入连接。因此，连接到压力选路组件133的压力输入的数量可以少于腔的数量。同样地，可以将至少两个腔与同一压力源连接。所述腔不必为连续腔。壳体218可以覆盖每个阀。

如果压力选路组件是可配置的，在某些实施方式中，在不从承载头上去除压力选路组件133的情况下可以改变结构(并且在某些实施例中在抛光操作过程中可以改变所述结构)，而在某些实施例中可能需要去除压力选路组件133来修改所述结构。如果压力选路组件133是可配置的，则可以改变结合至公共压力源的腔组。

对于分离的腔或者腔组，可以独立控制通过衬底上柔性膜140的相关部分施加的压力和负载。这使得在抛光期间可以对衬底的不同区域施加不同压力，从而可以补偿抛光率不均匀或者引入衬底的厚度不均匀。

在抛光期间，可以增加或者降低腔中的压力以改变施加给衬底相应区域的压力量。通过将流体引入或者从腔中去除流体可以改变施加的压力量，从而使得每个区域包括一个或者多个腔。因此，可以在具体区域施加基本均匀的压力。通过改变阀的设置或者歧管的选路，可以改变属于每个区域的具体腔。由于可以对任意或者所有的腔施加不同的压力，因此在承载头中可以包括用于保持施加在衬底上总体压力的装置。在一实施例中，改变通过增压腔208施加的向下的力可以保持施加给衬底总体压力恒定并对单独腔施加的压力进行补偿。

在一实施例中，压力选路组件包括控制哪个腔属于哪个区域的阀，并且通过通过输入可以改变每个阀的位置，同时承载头保持固定在驱动轴上。在该实施方式中，承载头中的电导线204可以从控制器向阀传输信号。该控制器可以包括软件，诸如执行抛光配方的软件。该配方可以包括一组抛光参数，诸如时间、速度、浆等级和压力，并且还包括切换每个阀从而连接所需压力源与至少一个腔。该控制器可以是计算机系统的部件或者与计算机系统通信，诸如包括用于发送开关阀的信号的指令的计算机系统。计算机系统编程有用于改变阀状态的配方，即从开到关或者关到开。可选地，该计算机系统可以从测量膜厚度或者通过抛光去除的材料量的监控系统接收反馈。衬底测量能够用于基于反馈确定阀是开的或者是关的。该控制器还可以接受命令，诸如由用户输入的命令，并向执行该命令的阀组件发送信号。在衬底抛光过程中或者在抛光多片衬底之间可以改变阀的状态。

在另一实施例中，压力选路组件包括控制哪个腔属于哪个区域的阀，但是必须机械地改变阀的位置。例如，为了调整这些阀，可以从驱动轴上去除承载头从而获得进入压力选路组件的通道，并且手动对阀进行调整。在该实施方式中，通过输入改变区域，同时压力选路组件仍固定到板130上。

参照图2，在一实施方式中(适用于上述任一实施例)，承载头包括两个通路，其中一个通路122a与相对较高压力的源220连接而另一通路122b与相对较低压力的源210连接。压力选路组件133包括用于每个腔172-190的阀232-250，例如电磁阀或者MEMS阀。每个腔172-190通过相关阀232-250交替地结合至通路122a或通路122b之一。因此，每个阀232-250可以在允许流体从高压力的源220流至相关腔和允许流体从低压力的源210流至相关腔之间切换。在任意给定的时间，每个腔处于所述两种压力其中之一。

在衬底后面形成与腔同样多的区域。另一方面，可以对衬底的背面施加同一压力，形成一个大区域。腔可以处于任意所需压力，诸如在约0.1psi(标准)到6psi(标准)或者更高。在一实施例中，与高压力输入连接的腔约为3.0psi(标准)，而与低压力输入连接的腔约为2.0psi(标准)。在另一实施例中，高压输入和低压输入之间的差在10-20％之间。在某些系统中，在相邻腔或者相邻区域之间设置较小压差比在相邻腔或者相邻区域之间存在较大压差时承载头具有更好的执行效果。但是，所述腔可以调整为任意所需压力。

参照图3，在另一实施方式中(适用于上述的任意实施例)，并不是每个腔均具有相关阀。在该实施方式中，腔176、180、184、188连接到相关阀284、286、288、290上，而腔172、174、178、182、186和190分别直接连接到压力源262、264、266、268、270和272上。每个阀均可以将其相关腔连接到两个压力源其中之一上。例如，腔174和178分别与压力源264和266连接，并且腔176通过阀284既可以和压力源264连接又可以和压力源266连接。中央腔172具有专用的压力源262。因此，每个区域可以包括一个、两个或者三个腔。

对于每个具有两个输入的四个阀，可以形成16种结构。因此，通过6个输入和4个阀，可以将具有包括10个腔的膜的承载头配置为16种不同的6腔承载头。在如下表1种示出了采用图3实施例的几种可能的区域结构。

表1

		输入
								262	264	266	268	270	272
		结构	1	172	174	176，178	180，182							184，186	188，190
2	172							174，176	178，180	182，184	186，190	190
			3	172	174	176，178，180	182						184，186，188	190
4	172							174，176	178	180，182，184	186	188，190

通常，可以配置的区域数量由阀位置数量(X)的阀数量(Y)次方决定，或者XY。阀可以具有两种设定方式。但是，也可以采用其他类型的阀，诸如可以多于两种输入的选路的阀。

图4所示为具有多个区域承载头的另一实施例。该承载头可以包括许多和图1中的承载头相同或者相似的部件，诸如壳体102、底座组件104、万向节装置106、通路122和柔性膜140。但是，压力路由组件不包括阀，而是包括将腔172-190结合到两个或者多个压力输入(未示出)上的歧管310。歧管310可以是板体130的一个部件。如果歧管310是板体130的一个部件，则可以通过采用具有所需结构歧管310的另一板体更换板体130而改变歧管310的结构。如图所示，可以从板体130的支撑部分去除板体130的一部分、膜支架192并采用具有所需结构的膜支架192更换。可选地，该歧管310为从板体130上可去除的或在板体130内可更换的。通过更换诸如导管的流体管道的连接部件或者替换整个歧管310替换该歧管310。还可以通过打开至压力输入的连接之一同时关闭其他连接来改变将两个或者多个压力输入结合到单个腔上的歧管310。通过任意类型的歧管310，都可以从承载头上去除板体130或者板体130的一部分从而进行所需变化。

参照图5，在一实施例中，在板体130中形成歧管310。板体130具有引导柔性管路103的输入孔135。柔性管路103进入板体130的内部到达歧管310所在的位置。板体130与底座104紧密配合，使得通路122经过孔135与柔性管103流体连通。柔性管103导入歧管310中。可以通过紧固件将用于更换硬件结构而去除的部分承载头连接到承载头上，该紧固件诸如螺丝或者其他可以替换的紧固件。板体130可以包括用于容纳紧固件的孔137。

参照图6，柔性管路103与歧管310的管路260流体连通。管路260与腔190连接。管路260通向腔区域。腔190可以不是具有膜或者其他覆盖腔区域的衬底背部构件的完整腔。

在具有歧管的承载头的一个实施方式中(适用于图4-6所述的实施例)，如图7所示，可以对区域进行硬件配置。这里，歧管310a而非阀确定压力区域的结构。第一压力输入360与第一腔402和第二腔404连接。第二压力输入370与第二压力腔404、第三压力腔406和第四压力腔408连接。第三压力输入380与第四压力腔404、第五压力腔410和第六压力腔412连接。第四压力输入390与第六压力腔412、第七压力腔414和第八压力腔416连接。在具有两个压力输入的腔404、408和412中，歧管设计确定哪个压力通向所述腔。通过改变歧管，通过图7所示的排列结构可以提供8种可能的组合。

多种不同的膜可以用于上述公开的腔控制方法。例如，在上述实施例中，所述膜为用于连接至底座组件的具有单独挠曲的单个外部膜。内部膜、气囊或者衬底背部组件的其他构件可以形成腔。对于形成具有可配置区域的承载头来说外部膜不是必不可少的。外部膜可以用于保持限定腔的构件不受到磨损或者不受到污染。和多个内部膜、具有复杂连接模式的膜或者形成多个腔的其他类型组件相比该外部膜更易于更换。在其他实施例中，承载头包括双重膜，具有外部膜或者向外部膜的内表面施加压力的一个或者多个内部膜。在2001年6月10日递交的美国专利申请6,722,965中公开了类似的承载头，在此引入其全部内容作为参考。此外，该膜具有专用的边缘控制区域。在衬底边缘处抛光率倾向于最不均匀，边缘控制有助于得到均匀抛光的衬底。如上所述，膜具有侧壁或者通过气囊可以形成独立膜。

作为另一实施例，在上述实施例中，所述腔和相关的区域径向对称。但是，膜具有用于不对称形面控制的蜂窝状区域结构。通过在一个腔中施加更大的压力而不是在环形区域施加同样的压力实现不对称形面。例如，如图8所示，截面结构1000具有通过环形环1006、1008环绕的中央腔1002，沿膜的半径1004分割环形环1006、1008以形成腔。蜂窝状结构可以包括类似于蜂房的许多单元。也可以采用具有不同腔数的其他膜结构。具有截面结构1000或者蜂窝式结构的膜考虑到调整衬底形面的不对称情况。

在执行工艺期间配置施加给衬底区域的压力的能力可以改进衬底平坦化工艺。由于平坦化衬底可能造成衬底一部分抛光速率比诸如中央的其他部分更快，通过在抛光过程中向衬底的不同区域选择性施加压力有助于得到更平坦的衬底表面。在衬底的整个表面可以通过不同速率进行抛光。此外，随着承载头组件特性的变化，诸如由于磨损，即使在非常稳定的抛光方法中，衬底上各个区域的各个区域的抛光速率也可以随着衬底的不同而变化。在抛光过程中改变施加给衬底的一个或者另一个区域的压力可以补偿这些变化。但是，增加施加压力的区域的数量会增加承载头中所需压力输入的数量。

增加压力选路组件可以在抛光期间向衬底选择部分施加压力方面提高承载头的灵活性。压力选路组件可以使几个压力输入能够与膜相关的更多数量的腔一起使用。压力选路组件还允许改变腔和压力输入之间的连接关系，诸如通过改变阀或者改变诸如管路或者歧管的连接关系。

在抛光期间可以改变包括阀的压力选路组件。这样可以允许对衬底不同区域施加的压力执行软件控制。采用阀控制至任意数量腔的压力输入允许少到两个压力输入进入承载头，同时在抛光过程中仍然能够灵活地向衬底的两个以上不同区域施加不同压力。而且，在抛光期间可以改变压力区域的尺寸。设置压力输入比腔少可以简化承载头。几乎任意类型的腔结构，诸如环形、可组合的或者蜂窝状的腔结构都可以结合控制阀压力选路组件一起使用。

在和对于每个腔具有单独压力输入的承载头进行比较时，阀和通向腔的专用通路的组合也减少与腔数量相对的压力输入数量。即，腔的数量大于压力输入的数量。阀和腔的专用通路的组合降低了用在压力选路组件中的阀的数量。阀数量变少降低了可能潜在失效的工作部件的数量。同一压力的腔可以组合为独立可加压区域。与阀连通的腔可以从一个区域移动到另一区域，实现对区域的配置。在抛光期间和对不同衬底抛光过程之间可以改变区域配置。在抛光期间配置区域的能力可以改进对抛光工艺的控制。

具有歧管系统，在压力输入和腔之间没有设置阀。因此，不存在可能潜在失效的阀。此外，由于在承载头内不存在要进行控制的电控元件，诸如阀，因此在承载头内不需要电子装置。可以从承载头上去除板体，诸如通过改变腔和压力输入之间的连接关系，或者采用具有所需歧管结构的另一板体更换该板体可以改变结构。

在该承载头中各种元件的结构，诸如相对尺寸和间距、保持环、底座组件或者柔性膜的侧壁均为示例性的并且本发明不限于此。在没有加载腔的情况下也可以构造该承载头，并且底座组件和壳体可以是单独结构。

可以采用上述承载头通过控制衬底相对于抛光平面的运动对衬底进行平坦化处理。在抛光过程中，衬底与所述膜的下表面接触。承载头保持该衬底紧靠抛光表面。该承载头使衬底相对于抛光表面移动，诸如通过旋转和平移经过该抛光表面。相对运动使得抛光表面打磨衬底的最上层表面。由于可能出现抛光速率不均匀以及引入的衬底表面潜在不均的情况，因此可以在每个腔施加不同压力从而局部提高或者降低抛光速率。

在抛光期间，在抛光速率太快的区域，通过切换为低压力输入降低压力。可选地，可以在内嵌的测量台测量衬底的过抛光从而决定是否需要调整用于对该衬底进行的继续抛光或者用于衬底的抛光的抛光参数。通过实时监控，在整个抛光过程中可以改变区域。在单独腔改变压力的同时，通过在衬底背部组件上施加向下压力改变施加给衬底上的总体压力。

当对衬底进行充分平坦化时，停止相对运动，并且通过顺序提升衬底并将该衬底传输给加载或者卸载台、冲洗槽或者随后的抛光表面的过程，承载头从抛光表面上去除衬底。

对于所述的技术，和传统多腔承载头相比，在不必成比例的对于承载头增加压力输入数量的情况下增加了承载头中接触压力腔的数量。可选地，在保持同样腔数的同时可以减少压力输入数量。可以对腔分组从而形成通过公共压力输入控制的腔组，并且该腔组中成员是可配置的。通过软件可以选择配置，并且在抛光过程中或者多个抛光操作之间可以现场改变配置。压力分配系统可以与不同的膜结构一起使用。该承载头适用于各种抛光工艺和参数。甚至在从抛光不同衬底时产生相对重复性结果的方法中，该承载头部件可能会磨损而且抛光表面可能会磨损。一段时间后该磨损会改变对衬底的抛光特性。控制在衬底上各种区域的输入可以补偿这些变化。区域配置的选择以及在不同区域配置之间的变化能力可以对抛光控制产生很好的分辨率。对抛光工艺的控制程度越大就会产生越高的芯片成品率。在具体区域可以实现均匀的薄膜厚度和均匀的薄膜清除，诸如铜薄膜。由于改变配置的灵活性得到提高，因此提高了抛光均匀性，并改善了成品率。

在驱动轴可能对气动口的数量存在限制。对于给定的输入数量，通过向承载头组件中添加腔同时不添加附加压力输入可以获得对于抛光图形更多的控制。此外，这里所述的方法和组件可以与现有承载头结构结合一起使用。通过限制所需压力输入的数量实现可配置的承载头系统，该系统比需要更多压力输入的承载头更简单。简单的承载头系统需要更少的部件，并且更容易建立和保持。

本发明中已经描述了很多实施方式。但是，应该理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行各种修改。例如，每个压力输入可以施加彼此不同的压力，或者可以调整压力输入从而施加相同的压力。该承载头最少需要三个腔，但是可以具有如同在横跨衬底的整个背面设置的腔一样多的腔。在某些实施方式中，可以通过O-圈代替膜的侧壁限定所述腔。因此，其他实施方式也落入所附权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于衬底化学机械抛光的承载头，包括：

配置为连接至第一压力输入的第一通路和配置为连接至第二压力输入的第二通路；

包括所述第一和第二通路的底座组件；以及

结合至底座组件并具有通常圆形主体的柔性膜，所述主体的下表面提供衬底安装表面，在所述底座组件和柔性膜之间的体积形成多个可加压腔，其中第一通路和多个可加压腔的第一腔连通，并且所述第二通路和多个可加压腔的第二腔连通，并且可加压腔的数量大于进入所述承载头内通路的数量。

2.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，还包括：

形成所述多个可加压腔至少其中之一的内部膜。

3.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，还包括位于底座组件内的压力选路组件，用于决定哪个输入与所述腔连通，其中所述压力选路组件包括包括多个阀，多个阀中的每一个阀与所述多个可加压腔其中之一相关。

4.根据权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述多个阀包括电控阀。

5.根据权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述承载头具有和阀数量相等的可加压腔数量。

6.根据权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述承载头具有大于阀数量的可加压腔数量。

7.根据权利要求3所述的承载头，其特征在于，所述阀是可控制的从而建立多个压力区域，其中每个区域包括所述多个可加压腔中一个或多个。

8.根据权利要求3所述的承载头，其特征在于，还包括阀控制器，其中所述阀控制器控制所述多个阀中每个位于第一位置和第二位置之间。

9.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述承载头还包括固定到底座组件上的分割部件，其中所述分割部件限定多个可加压腔每个的侧面。

10.根据权利要求1所述的承载头，其特征在于，所述底座组件包括具有歧管的板体，所述歧管将第一和第二通路流体连通至所述多个可加压腔。

11.一种形成承载头的方法，包括：

设置具有第一通路和第二通路的底座组件，配置所述第一通路使其与第一压力源流体连通并配置第二通路使其与第二压力源流体连通；

提供具有多个腔的衬底背部组件，其中腔的数量大于承载头中通路的数量；

将所述第一通路结合到至少第一腔或者第二腔上，其中所述第一通路和第一、第二腔之间的连接关系为可配置的从而所述第一通路与所述第一腔或者第二腔流体连通或者与所述第一腔和所述第二腔两个腔流体连通。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述将所述第一通路结合到至少第一腔或第二腔上的步骤包括将所述第一腔结合至具有与所述第一腔和第二腔至少其中之一流体连通的输出的阀。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述提供衬底背部组件的步骤包括提供具有所需歧管设计的衬底背部组件；以及

将所述第一通路结合到至少第一腔或者第二腔上的步骤包括将所述衬底背部组件结合到底座上。

14.一种承载头的使用方法，包括：

将衬底保持在承载头下方使得衬底的正面与抛光表面接触，其中多个压力输入连接至经过承载头的多个通路，所述承载头包括向衬底背面施加压力的衬底背部组件，所述衬底背部组件包括多个可加压腔，可加压腔的数量大于承载头中通路的数量，并且所述多个腔中的腔与所述多个压力输入中第一压力输入连通；

向所述衬底的背面施加压力，使得对所述腔室加压至通过第一压力输入施加的压力；

在所述衬底和所述抛光表面之间形成相对运动；以及

使所述腔与所述多个压力输入中第二压力输入流体连通而不与所述第一压力输入连通。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的使所述腔与第二压力输入连通的步骤包括向阀发送电信号以改变阀。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述衬底背部组件包括第一歧管，并且所述的使所述腔与第二压力输入连通的步骤包括将所述第一歧管改变为第二歧管。

17.一种用于衬底化学机械抛光的承载头，包括：

配置为连接至第一压力输入的第一通路和配置为连接至第二压力输入的第二通路；

包括所述第一和第二通路的底座组件；

结合至底座组件并具有通常圆形主体的柔性膜，所述主体的下表面提供衬底安装表面，在所述底座组件和柔性膜之间的体积形成多个可加压腔，其中第一通路和多个可加压腔的第一腔连通，并且所述第二通路和多个可加压腔的第二腔连通，并且可加压腔的数量大于所述承载头内通路的数量；并且

其中所述底座组件包括具有歧管的板体，所述歧管将所述第一和第二通路流体连通到所述多个可加压腔上，所述歧管为可配置的从而第一可加压腔和所述第一通路的结合可以改变为第一可加压腔和所述第二通路之间的结合。

18.根据权利要求17所述的承载头，其特征在于，改变所述第一可加压腔的结合包括改变阀的位置。

19.根据权利要求17所述的承载头，其特征在于，所述歧管为板体的部件并且改变所述第一可加压腔的结合包括将板体更换为具有所需结构的板体。

20.根据权利要求17所述的承载头，其特征在于，所述歧管包括流体导管并且改变所述第一可加压腔的结合包括改变所述歧管内部流体导管的连接。

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