CN216657549U - 用于抛光基板的表面的基板载体组件 - Google Patents

用于抛光基板的表面的基板载体组件 Download PDF

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Abstract

本文的实施例总体上涉及用于抛光基板的表面的基板载体组件。在一个实施例中，用于抛光基板的表面的基板载体包括被配置成在抛光工艺期间包围基板的扣环。扣环包括：第一表面，该第一表面被配置成在抛光工艺期间与抛光垫的表面接触；第二表面，该第二表面在扣环的与第一表面相对的一侧上；以及在第二表面上形成的凹部的阵列。用于抛光基板的表面的基板载体还包括多个承载销，其中多个承载销中的每个承载销包括接触表面和具有长度的主体，并且多个承载销中的每个承载销的长度的至少部分设置在凹部的阵列中的每个凹部内，并且多个承载销中的每个承载销的接触表面在抛光工艺期间能相对于该承载销所设置在其中的凹部的表面进行定位。

Description

用于抛光基板的表面的基板载体组件
技术领域
本实用新型的实施例总体上涉及在半导体器件的制造中使用的化学机械抛光(CMP)系统。具体而言，本文的实施例涉及用于在CMP处理期间对基板的表面进行均匀平坦化的方法和装置。
背景技术
通常在半导体器件的制造中使用化学机械抛光(CMP)以平面化或抛光设置在基板表面上的材料层。在典型的CMP工艺中，由扣环将基板保持在包括隔膜的基板载体中，该隔膜与基板的背侧接触并且在存在抛光液的情况下将基板前侧上的材料层表面推向旋转的抛光垫。一般而言，抛光液包括一种或多种化学成分的水溶液和悬浮在所述水溶液中的纳米尺度研磨颗粒。通过由抛光液以及由基板与抛光垫的相对运动产生的研磨作用来提供的化学和机械活动的组合，来在基板的材料层表面上去除材料。
在基板抛光期间，由基板与抛光垫以及设置成围绕基板的扣环与抛光垫之间生成的摩擦产生抛光剪切力。扣环的磨损和将基板载体耦接到抛光系统的元件内的刚度使扣环相对于抛光垫表面倾斜，并且因此生成不期望的力矩和反作用力，该力矩和反作用力在抛光期间影响基板表面上的材料去除工艺的均匀性。由此倾斜产生的倾斜力矩可能导致扣环的进一步磨损，并且促成在 CMP工艺期间在基板的边缘附近的非均匀性。
因此，本领域中需要解决上述问题的制品和相关方法。
实用新型内容
本公开的实施例总体上涉及在半导体器件的制造中使用的化学机械抛光(CMP)系统及其方法。在一个实施例中，一种用于抛光基板表面的基板载体包括被配置成在抛光工艺期间包围基板的扣环。扣环包括：第一表面，该第一表面被配置成在抛光工艺期间与抛光垫的表面接触；第二表面，该第二表面在扣环的与第一表面相对的一侧上；以及在第二表面上形成的凹部的阵列。用于抛光基板的表面的基板载体还包括多个承载销，其中多个承载销中的每个承载销包括接触表面和具有长度的主体，并且多个承载销中的每个承载销的长度的至少部分设置在凹部的阵列中的每个凹部内，并且多个承载销中的每个承载销的接触表面在抛光工艺期间能相对于该承载销所设置在其中的凹部的表面进行定位。
在一个实施例中，一种用于抛光基板的表面的基板载体包括扣环，该扣环被配置成在抛光工艺期间包围基板，该扣环包括：第一表面，该第一表面被配置成在抛光工艺期间与抛光垫的表面接触；第二表面，该第二表面在扣环的与第一表面相对的一侧上；以及在第二表面上形成的凹部的阵列。用于抛光基板的表面的基板载体还包括：多个承载销，该多个承载销中的每个承载销具有在抛光工艺期间能相对于该承载销所设置在其中的凹部的表面进行定位的接触表面；以及一个或多个致动器组件，该一个或多个致动器组件耦接到多个承载销中的一个或多个承载销，一个或多个致动器组件被配置成调整多个承载销中的一个或多个承载销的接触表面相对于承载销所设置在其中的凹部的表面的位置。
在一个实施例中，一种抛光基板的方法包括将承载销的部分定位在扣环的第一表面中形成的凹部的阵列中的每个凹部中。扣环包括抛光垫接触表面，该抛光垫接触表面定位在扣环的与第一表面所设置在其上的一侧相对的一侧上，扣环被配置成在抛光工艺期间包围基板，并且承载销的定位在凹部中的部分包括接触表面。抛光基板的方法还包括：围绕中心载体轴旋转基板载体组件，以及将扣环的抛光垫接触表面抵靠在抛光垫的表面上，并且承载销中的每个承载销的接触表面在抛光工艺期间能相对于该承载销所设置在其中的凹部的表面进行定位。
附图说明
为了能够详细理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例对以上简要概括的本公开进行更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意到，附图仅示出了示例性实施例，并且因此不应视为限制其范围，并且可允许其他等效的实施例。
图1是用于根据本文公开的实施例使用的抛光系统的示意性侧视图。
图2A和图2B是根据不同实施例的诸如图1中的基板载体组件之类的两个基板载体组件的示意性侧视图。
图3A是根据一个实施例的图2A的基板载体组件的部分的截面图。
图3B是根据一个实施例的图2A和图3A的基板载体组件的不同部分的截面图。
图3C是根据一个实施例的图2B的基板载体组件的部分的截面图。
图4A是根据本文描述的一个或多个实施例的可定位在图2A、图 2B、图3A、图3B或图3C的基板载体组件的部分内的承载销环的示意性等距视图。
图4B是根据本文描述的一个或多个实施例的可定位在图2A、图 2B、图3A、图3B或图3C的基板载体组件的部分内的承载销元件的示意性等距视图。
图5是根据一个或多个实施例的图2A和图2B的载体环组件的部分的截面图。
图6A、图6B和图6C是根据一个或多个实施例的示出施加在图5 所示的载体环组件的部分上的力的截面图。
为了促进理解，在可能的情况下使用相同的附图标记来指示附图中共有的相同元素。可以预期，一个实施例的元素和特征可以有益地结合在其他实施例中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文的实施例总体上涉及在电子器件的制造中使用的化学机械抛光(CMP)系统。具体而言，本文的实施例涉及用于半导体基板的CMP处理的基板载体及其方法。
本文描述的实施例提供被配置成在CMP工艺期间控制由围绕基板的扣环与抛光垫的相互作用生成的倾斜力矩MG(图1)的基板载体。在一些实施例中，通过定位承载销或简称为负载销来控制所生成的倾斜力矩的影响，该承载销或负载销在扣环内的期望位置处具有期望的形状和取向，以抵消在基板载体围绕其中心轴旋转并且通过各种硬件部件跨抛光垫平移时由于将基板载体耦接到抛光系统(例如，万向架组件)的元件中的不期望的刚度而产生的倾斜力矩MG。将基板载体耦接到抛光系统的元件中对于扭转运动的刚度或阻力产生扣环反作用力，该扣环反作用力作用在与这些耦合元件相距一距离处，这产生了倾斜力矩MG。因此，倾斜力矩MG通常是由于在CMP抛光工艺期间，在扣环和抛光垫相对于彼此持续旋转和移动时，将基板载体耦接到抛光系统对于扣环相对于抛光垫的变化位置的阻力而形成的。因此，在处理期间，载体扣环502所经历的倾斜力矩防止扣环的下表面(即，抛光垫接触表面)均匀地接触抛光垫的表面，这防止设置在基板的边缘附近的扣环在抛光期间能够控制和 /或均匀地提供对基板105的边缘附近的抛光垫的表面的压力分布，尤其是在相对于基板中心的径向方向上。在处理期间由扣环施加到抛光垫表面的压力用于减小在抛光工艺期间在基板的边缘处自然地经历的各种边缘效应(例如，“复选标记(check mark)”效应或“刀刃”效应)。
另外，基板、基板卡紧元件或基板载体的其他内部部件经常在基板载体下方移位和撞击扣环的径向内表面。基板和/或基板载体与扣环的内表面之间的接触可以生成施加在扣环的径向内表面上的横向撞击力，这可能不期望地影响在抛光期间扣环所经历的负载和/或力矩，并且因此产生抛光不均匀性，该抛光不均匀性也由本文提供的公开内容的实施例中的一个或多个实施例解决。
如下文进一步讨论的，通过至少控制扣环内承载销的位置并且由此控制该承载销的相互作用，可以控制扣环所经历的反作用力，并且进而控制基板所经历的反作用力。在一些实施例中，一个或多个致动器组件用于将承载销定位在扣环内，由此调整承载销相对于扣环的抛光垫接触表面的接触位置。调整接触位置增加或减少所生成的力矩，以抵消至少由于在抛光工艺期间施加到扣环的与剪切和撞击相关的力而使扣环经历的倾斜力矩MG。还据信，随着扣环磨损，倾斜力矩MG随时间增加或变化，这通常将导致基板内或基板之间的抛光均匀性问题，尤其是在基板的径向向外的边缘上。在一些实施例中，通过主动调整扣环内承载销的位置，可以在处理期间控制倾斜力矩MG或保持倾斜力矩MG恒定，并且可以将基板上的压力分布、尤其是基板的径向向外的边缘上的压力分布保持均匀。
图1是用于根据本文公开的实施例使用的抛光系统100的示意性侧视图。抛光系统100包括抛光站102和系统控制器107。系统控制器107通常控制在抛光系统100中发现的自动化部件的活动和操作参数。一般而言，通过使用由系统控制器107发送的命令，使用本文公开的各种自动化设备来执行基板通过抛光系统100的各部分(诸如通过抛光站102)的移动。系统控制器107 是用于控制抛光系统100中找到的一个或多个部件的通用计算机。系统控制器 107通常被设计成促进对本文公开的处理序列中的一个或多个处理序列的控制和自动化，并且通常包括中央处理单元(CPU)(未示出)、存储器(未示出)、以及支持电路(或I/O)(未示出)。软件指令和数据可被编码并存储在存储器(例如，非瞬态计算机可读介质)内以用于指示CPU。可由系统控制器107 内的处理单元读取的程序(或计算机指令)确定哪些任务可在抛光系统100中执行。例如，非瞬态计算机可读介质包括程序，该程序被配置成在由处理单元执行时，执行本文描述的方法中的一个或多个方法。优选地，程序包括用于执行与监控、执行和控制基板的移动、支撑和/或定位相关的任务以及在其中执行的各种工艺配方任务和各种抛光站102工艺配方步骤的代码。
如图所示，抛光站102包括载体组件104、工作台106、安装在工作台106上并固定到工作台106的抛光垫108、用于清洁和/或恢复抛光垫的垫调节器组件110、以及用于将抛光液分配到抛光垫108上的流体输送臂112。万向架组件191将载体组件104耦接到各种硬件部件(未示出)，这些硬件部件被配置成使载体组件104在抛光工艺期间围绕轴A旋转并且同时跨抛光垫 108的表面平移。载体组件104通常包括扣环109、载体构件204、壳体构件202和第一隔膜214，这些部件都在下文更详细地描述。此处，工作台106设置在底板114上方并且由工作台屏蔽件120围绕(两者都以横截面示出)，底板114和工作台屏蔽件120共同限定排水盆116。排水盆116用于收集从工作台106径向向外旋转出的流体并且通过与排水盆116流体连通的排放口118排放流体。
垫调节器组件110用于通过抵靠抛光垫108推动调节器盘124(例如，金刚石浸渍盘)来研磨抛光垫108的表面，以清洁和/或恢复抛光垫108。垫调节操作可在抛光基板之间进行(即异位调节)、与抛光基板同时进行(即原位调节)、或以上两者。
此处，垫调节器组件110包括设置在底板114上的第一致动器126、耦接到第一致动器126的调节器臂128、以及安装板130，安装板130具有固定地耦接到其上的调节器盘124。调节器臂128的第一端耦接到第一致动器 126，并且安装板130耦接到调节器臂128的远离第一端的第二端。第一致动器126用于围绕轴C扫动调节器臂128并且因此扫动调节器盘124，使得当抛光垫108在调节器盘124下方旋转时，调节器盘124在抛光垫108的内半径与抛光垫108的外半径之间振荡。在一些实施例中，垫调节器组件110进一步包括设置在调节器臂128的第二端处并且耦接到调节器臂128的第二端的第二致动器132。第二致动器132用于使调节器盘124围绕轴D旋转。通常，使用设置在安装板130与第二致动器132之间的轴杆134来将安装板130耦接到第二致动器132。
在一些实施例中，当工作台106并且因此抛光垫108围绕工作台轴 B在旋转的基板载体组件104下方旋转时，旋转的基板载体组件104从工作台 106的内半径到外半径来回扫动。使用定位在抛光垫108之上的流体输送臂112 将抛光液输送到抛光垫108，并且通过抛光垫108围绕工作台轴B的旋转进一步将抛光液输送到抛光垫108与基板105之间的抛光界面。通常，流体输送臂 112进一步包括输送延伸构件和多个喷嘴。多个喷嘴用于将抛光液或相对高压的清洁液流(例如，去离子水)输送至抛光垫108。
基板载体组件104包括安装表面，在处理期间基板105被定位并保持在该安装表面上。在基板处理期间，基板载体组件104围绕基板105并且在基板105上施加向下的力以使得能够进行抛光工艺并且防止基板105从基板载体组件104下方滑出。基板105通常被卡紧到基板载体组件104。基板载体组件104围绕载体轴A旋转，同时将基板105推靠在抛光垫108上。如上所述，基板载体组件104另外在抛光垫的顶表面之上以振荡运动平移。
图2A和图2B是根据不同实施例的两个不同的基板载体组件104a 和104b的示意性侧视图，基板载体组件104a和104b可用作图1所示的基板载体组件104。预期在本文的实施例中，基板载体组件104a或104b中每一者的所述元件可以与另一个基板载体组件104a或104b的元件相组合和/或可以替代另一个基板载体组件104a或104b的元件。一般而言，基板载体组件104a-b 中的每一者的特征值在于：壳体构件202、载体构件204、耦接到载体构件204 的扣环109、设置在载体构件204和扣环109的径向内侧的支撑板212、以及设置在支撑板212下方以为基板105提供安装表面的第一隔膜214(诸如基板卡紧隔膜)。为了描述图2A和图2B，除非另有说明，否则术语径向向外是参考载体轴A、即在抛光(图1)期间基板载体组件104a-b中的每一者的旋转轴而使用的。在一些实施例中，扣环109可包括用于改善硬件的机械稳定性和稳健性和/或改善抛光工艺结果的两个或更多个元件。虽然在本文中扣环109通常被示为包含单个实心元件，但是该配置不旨在限定本文提供的公开内容的范围，因为更复杂的多元件扣环可以替代地与本文公开的实施例中的任一者一起使用。
如上所述，图2A和图2B的基板载体组件104a-b中的每一者用于向基板105的背侧(非主动)表面施加向下的力。由基板载体组件104a或104b 施加的向下的力用于将基板105推靠在抛光垫108的表面上。基板载体组件 104a-b中的每一者被配置成在整个抛光工艺中将基板105保持在基板载体组件 104a-b下方。
在一些情况下，基板105和/或整个支撑板212和第一隔膜214在载体容积252内可移动。载体容积252被定义为在载体组件104的壳体构件202 和载体构件204下方并在抛光垫108的表面上方的容积。载体容积252的大部分由支撑板212和第一隔膜214占据。
壳体构件202是支撑构件并且是基板载体组件104a-b中的每一者的最上部分。壳体构件202的上表面连接到配合凸缘(未示出)，该配合凸缘耦接到万向架组件191(未示出)，这允许在处理期间将基板和基板载体组件104a、 104b定位成与抛光垫的抛光表面基本上平行。在一些实施例中，壳体构件202 包括定心件222，定心件222设置在壳体构件202的底表面上并且以载体轴A 为中心。定心件222进一步包括盖224。盖224设置成围绕定心件222的向下延伸的延伸件的部分。盖224被配置成减小定心件与载体构件204内的凹陷之间的摩擦力。载体构件204设置成围绕壳体构件202并耦接到壳体构件202。载体构件204设置成围绕支撑板212和第一隔膜214中的每一者。载体构件204 覆盖支撑板212和第一隔膜214中的每一者，并且设置在支撑板212与壳体构件202之间。载体构件204包括外部部分，该外部部分向下延伸并且围绕支撑板212和第一隔膜214的外径。
如本文所述，使用第一柔性构件218来将支撑板212和第一隔膜214 附接到载体构件204。第一柔性构件218是环形弯曲件并且允许基板105、支撑板212和第一隔膜214在基板处理期间相对于载体构件204在垂直和水平方向两者上移动(其中垂直方向平行于载体轴A，而水平方向平行于抛光垫108 (图1)的顶表面)。第一柔性构件218可以弯曲或变形以允许支撑板212相对于载体构件204的垂直移动。第一柔性构件218在支撑支撑板212的负载的同时允许支撑板212的受控移动。
支撑板212、载体构件204和第一柔性构件218共同限定在支撑板 212与载体构件204之间的第一容积230。通常，第一容积230和在第一隔膜 214中形成的多个通道226在抛光期间被各自单独地加压，以使支撑板212和第一隔膜214在基板载体组件104a、104b围绕载体轴A旋转时在基板105上施加向下的力，从而将基板105推靠在抛光垫108(图1)上。在第一隔膜214 中形成的通道226中的一个或多个通道226是环形的并且以载体轴A为中心。例如，在图2A和图2B中，第一通道227设置在基板载体组件104a-b的旋转中心处，使得载体轴A穿过第一通道227设置，并且多个通道226(示出了八个)设置成围绕第一通道227并且从载体轴A径向向外间隔开。在一些实施例中，可包括约5个通道226至约15个通道226，诸如约6个通道226至约12 个通道226，诸如约7个通道226至约10个通道226。通道226中的每个通道226与在支撑板212内形成的气体通道流体连通。通道226用于向基板105的背侧表面施加正气压或负气压。第一隔膜214由柔软材料和/或柔性材料形成，诸如弹性材料(例如，硅树脂材料)，该材料允许第一隔膜214随着通道226 中的每个通道226内的压力增加或减小而偏转。通道226中的每个通道226可具有不同或相同的气压，以实现跨基板105的半径的不同水平的真空力。
在抛光之前和之后，将真空施加到第一容积230，使得第一隔膜214 向上偏转，以在第一隔膜214与基板105之间产生低压袋，从而从抛光垫的表面提升支撑板212和被卡紧的基板105。可通过对在第一隔膜214中形成的多个通道226中的一个或多个通道226施加真空压力来将基板“卡紧”到第一隔膜214。第一隔膜214耦接到支撑板212的底部。因此，第一隔膜214还被配置成通过向在第一隔膜214中形成的多个通道226中的一个或多个通道226施加真空来夹持基板105的表面。第一隔膜214横跨支撑板212的基本上整个底表面延伸。
第二柔性支撑件220设置在载体构件204与壳体构件202之间。第二柔性支撑件220是将载体构件204耦接到壳体构件202的环形支撑件。第二容积232被限定在载体构件204与壳体构件202之间。第二柔性支撑件220在载体构件204与壳体构件202之间形成密封，以便允许相对于周围环境调整第二容积232内形成的压力，并且由此允许载体构件204由于柔性支撑件220的延伸或缩回而相对于壳体构件202移位。因此，在第二容积232内形成的压力可用于影响载体构件204相对于壳体构件202的垂直偏转，并且在一些情况下，如下文相对于图2B和图3C讨论的，可由耦接到载体构件204的载体环组件 206将向下的力单独地施加到抛光垫。
在一些实施例中，如图2A和图3A所示，扣环109设置在载体构件204的外部部分下方。在基板载体组件104的一些实施例中(诸如基板载体组件104a(图2A))，基板载体组件包括致动器组件601、扣环109、承载销环504、以及耦接到承载销环504的部分的多个承载销338。
图3A是根据一个实施例的图2A的基板载体组件104a的部分的截面图。更具体地，图3A是通过致动器组件601耦接到载体构件204的扣环109 的展开截面图。扣环109包括载体扣环502，载体扣环502包括上凹部505的阵列，该上凹部505的阵列被配置成接受致动器组件601的承载销338。在一些实施例中，每个上凹部505是盲孔或盲槽，其具有被配置成接触承载销338 的部分的表面(例如，图3A中的垂直表面)。一般而言，致动器组件601包括多个承载销338、一个或多个致动器401和一个或多个弹簧602。设置在载体构件204的部分与承载销338的部分之间的一个或多个弹簧602被配置成抵消由一个或多个致动器401施加的负载，使得在载体组件104a在抛光工艺期间围绕轴A旋转并且同时跨抛光垫108的表面平移时的任何一个时刻，承载销 338的接触部分的位置被定位在上凹部505内的期望的高度或位置处。在一些实施例中，承载销338的接触肩部501具有比承载销338的主体339的其余部分更大的厚度，使得接触肩部501可用作承载销338与在载体扣环502中形成的上凹部505之间的接触点507(图5、图6A、图6B和图6C)，这将在下文进一步讨论。在一个示例中，如图3A和图3C所示，由于接触肩部501的存在，多个承载销338中的每个承载销在主体339的长度340的端部处具有比承载销338的长度的其余部分的水平宽度更大的厚度或水平宽度，在可与本文公开的其他实施例组合的一个实施例中，弹簧602由不锈钢材料制成。
在一些实施例中，系统控制器107被配置成调整由致动器401中的一个或多个致动器401施加到承载销338和弹簧602的力的量，以在任何时刻调整承载销338中的一个或多个承载销338在其相应上凹部505内的位置，以补偿施加到载体扣环502的倾斜力矩。在一个示例中，系统控制器被配置成使一个或多个致动器401向包括多个承载销338的承载销环504(图4A)和弹簧 602施加期望量的力，以调整承载销环504和承载销338相对于在载体扣环502 中形成的上凹部505的位置。在另一个示例中，系统控制器107被配置成使致动器401向包括承载销338的承载销元件511(图4B)和弹簧602施加期望量的力，以调整承载销338的接触部分相对于在载体扣环502中形成的上凹部505 的位置。
在一个实施例中，一个或多个力致动器401可包括气动致动设备，该气动制动设备被配置成接收通过在载体构件204和壳体构件202中形成的端口(未示出)以期望压力输送的气体，以将期望量的力输送到承载销338和弹簧602。在另一个实施例中，一个或多个致动器401可包括机电制动设备，该机电制动设备配置成接收从在壳体构件202中形成的旋转电馈通件(未示出) 并通过该旋转电馈通件接收电功率。致动器组件601中的致动器的数量与承载销338的数量的比率是任何合适的比率以允许对承载销338进行充分控制，该比率为例如约1：3至约1：1。在一些实施例中，致动器组件601中的致动器中的每一者耦接到多个承载销338中的一个或多个承载销338并且被配置成垂直地致动该一个或多个承载销338。如图5、图6A、图6B和图6C所示，电源280可以耦接到致动器组件601中的致动器中的一个或多个致动器。一个或多个力致动器401和弹簧602可操作以将承载销338相对于载体扣环502升高或降低约0.001英寸至约1.25英寸，例如约0.005英寸至约1英寸、或在0.01 英寸到0.5英寸之间、或者甚至在0.1英寸到0.25英寸之间。
在可与本文描述的其他实施例组合的一些实施例中，如图3B所示，大体上负载施加元件522设置在载体扣环502与载体构件204之间。图3B所示的截面图包括设置在相邻承载销338之间的载体组件104的部分，并且因此负载施加元件522可包括散布在承载销338之间的多个规则地间隔开的区段，使得可由负载施加元件522将相对均匀的向下的力施加到载体扣环502和抛光垫108。负载施加元件522可包括在一端处密封到载体构件204的气囊、波纹管或其他可扩展元件。可以通过使用气体源524来对负载施加元件522的内部区域523进行充气或放气，以调整在处理期间载体扣环502所能够施加到抛光垫108的表面的向下的力的量，并且还调整载体扣环502相对于承载销338的相对位置。通过使用系统控制器107来调整由负载施加元件522施加的向下的力，系统控制器107通过使用一个或多个气动部件(例如，阀门、压力调节器等)来控制在内部区域523中形成的气压，该一个或多个气动部件能够调整通过在载体构件204和壳体构件202中形成的端口(未示出)输送的气体的压力。
在基板载体组件104的一些实施例中，传感器组件531(图3A)设置在致动器组件601内，以便检测和/或测量承载销338到扣环109的部分的相对高度。在一个实施例中，传感器组件531包括扣环位置传感器532和承载销位置传感器533，扣环位置传感器532和承载销位置传感器533单独使用或组合使用以检测和/或测量承载销338到扣环109的部分的相对高度。扣环位置传感器532被配置成测量载体构件204与载体扣环502的表面之间的距离。承载销位置传感器533被配置成测量载体构件204与承载销338的部分之间的距离。在一个实施例中，一旦通过对由传感器532、533提供的信号的比较确定了承载销338的相对高度，就可以使用力致动器401、弹簧602和从系统控制器107 发送的命令来相应地调整承载销338的位置。在一些实施例中，通过使用校准工艺，可以预先确定载体构件204与部分载体扣环502之间的平均距离，使得系统控制器107仅需要由承载销位置传感器533提供的单个输入以对承载销 338相对于载体扣环502的位置做出调整。扣环位置传感器532和承载销位置传感器533可包括被配置成通过使用光学技术(例如，激光传感器、超声传感器、或其他非接触位移或距离测量传感器)或机械技术(例如，LVDT、线激活编码器传感器)来测量部件或表面之间的相对距离的设备。
在一些实施例中，如图4A所示，多个承载销338耦接在一起，使得它们形成承载销环504。承载销环504内的承载销338用于接收和分配在载体组件104a在抛光工艺期间围绕轴A旋转并且同时在抛光垫108的表面平移时由每个承载销338接收到的变化的倾斜力矩产生的反作用力。如作为承载销环504的仰视等距视图的图4A所示，承载销环504包括多个承载销338(例如，示出了九个承载销338)，该多个承载销338被定向成圆形阵列，并且因此被配置成设置在载体扣环502内形成的上凹部505的圆形阵列内。承载销环 504包括主体部分509，主体部分509将多个承载销338中的每一个耦接在一起。承载销环504可以由诸如金属(例如，SST)之类的固体结构材料形成，该材料可被铸造或机械加工以形成一个固体结构件。在一些实施例中，承载销环504的多个承载销338在载体扣环502内等距间隔开。在一些实施例中，承载销338的接触肩部501具有比承载销338的主体339更大的厚度，并且用作承载销338与载体扣环502之间的接触点507(图5、图6A、图6B和图6C)，这将在下文进一步讨论。
然而，在一些实施例中，多个承载销338中的每个承载销338可单独地安装和定位在载体构件204的部分内，并且因此在此配置中将允许通过使用直接或间接耦接到相应承载销338的致动器401来将承载销338中的每个承载销338的接触部分相对于在扣环109内形成的上凹部505定位在不同高度处。在一个配置中，承载销元件511可包括耦接到基座元件508的承载销338。基座元件508安装在承载销338的上端，并且可用于为承载销338提供锚固点或安装表面。如作为承载销元件511的仰视等距视图的图4B所示，承载销元件 511可以各自被单独地设置在载体扣环502内形成的上凹部505的圆形阵列内。承载销元件511可以由诸如金属(例如，SST)之类的固体结构材料形成，该材料可被铸造或机械加工以形成一个固体结构件。
一般而言，在承载销元件511或承载销环504的配置中，可以选择承载销338的数量及其间隔，以优化扣环所经历的反作用力的均等分布，同时降低成本和基板载体组件104的复杂性。因此，在一些实施例中，在基板载体组件104中使用的承载销338的数量可包括例如四个或更多个、六个或更多个、八个或更多个、十二个或更多个、或任何合适的值。
在承载销338的一个实施例中，每个承载销338的主体339大致为 I形，具有整体上大致相同的厚度。在另一个实施例中，承载销338中的每个承载销338的主体339大致为T形，在承载销338的不与载体扣环502接触的端部处具有更大的水平宽度，以用于将承载销338耦接到承载销环504。在又另一个实施例中，承载销338中的每个承载销338的主体339大致为L形，在承载销338的配置成与载体扣环502接触的端部处具有更大的水平宽度。主体 339具有长度340和在垂直于长度340的方向上测量的横截面积。一般而言，对于特定材料(例如，316SST)的长度340和横截面积两者都被尺寸设计成使得承载销在正常使用期间不会折断或断裂。在一个示例中，长度340在12mm 与60mm之间，诸如在16mm与50mm之间、或者甚至在18mm与40mm 之间。在一些实施例中，在处理期间，在设置在载体扣环502中形成的上凹部505内的主体339的部分与上凹部505之间的重叠量可在主体的长度340的 10％与95％之间，诸如长度340的40％与90％之间。
图3C是根据一个实施例的图2B的基板载体组件的部分的截面图。更具体地，图3C是扣环109和载体环组件206的扩展截面图，扣环109和载体环组件206两者都耦接到载体构件204。根据可与本文公开的其他实施例组合的一个实施例，扣环109包括具有多个上凹部505的载体扣环502，该多个上凹部505被配置成至少接受承载销338的部分，其中载体扣环502包括在载体扣环502的径向外侧面上的突起503。突起503可以是围绕整个载体扣环502延伸的环形突起，或者可能存在从载体扣环502的径向外侧面延伸的离散数量的突起503，诸如2个或更多个、5个或更多个、10个或更多个突起503。突起503防止不想要的液体、颗粒或其他污染物被捕获在与载体扣环502相邻的空间中。多个承载销338中的每个承载销设置在载体扣环502的多个上凹部505 中的每个上凹部505中。在一些实施例中，如上所述，多个承载销338耦接在一起，使得它们形成承载销环504。在一些实施例中，多个承载销338中的每个承载销338可单独地安装和定位在载体构件204的部分内，并且因此可以与如上所述的承载销元件511类似地配置。在一些实施例中，多个承载销338在载体扣环502内等距间隔开。
在可以与本文描述的其他实施例组合的基板载体组件104b的一些实施例中，负载施加元件(诸如U形气囊512)设置在载体扣环502与载体构件204之间。可以通过使用夹具513来在耦接到载体扣环502的一端处密封U 形气囊512，并且通过将U形气囊512的部分夹紧到载体构件204的部分来在相对端处密封。可以对U形气囊512的内部区域512A进行充气或放气，以调整在处理期间载体扣环502所能够施加到抛光垫108的表面的向下的力的量，并且还调整载体扣环502相对于承载销338的相对位置。通过控制经由在载体构件204、壳体构件202和U形板514中形成的端口(未示出)输送的气体的压力而控制在内部区域512A中形成的气压，来调整由U形气囊512施加的向下的力。
在基板载体组件104b的一些实施例中，可通过使用气体源和系统控制器107来形成和控制第二容积232内的压力，使得可调整的向下的力也可由耦接到载体构件204的载体环组件206单独地产生在抛光垫108上。在第二容积232内形成的压力将影响载体构件204相对于壳体构件202的垂直偏转，并且因此允许由载体环组件206相对于载体扣环502单独地向抛光垫108施加向下的力。
在基板载体组件104的一些实施例中，预期承载销338的接触部分 (例如，接触肩部501)相对于载体构件204固定，但被配置成相对于载体扣环502的上凹部505定位在期望位置。在此配置中，不需要致动器组件601，并且承载销环504的主体509或承载销元件511的基座元件508可以安装或耦接到载体构件204的部分，并且因此将允许承载销338在处理期间相对于载体构件204保持固定。由此，通过进行建模和/或预先测试，可以确定承载销338的垂直长度(例如，长度340)(例如，上凹部505内的插入深度)，使得承载销338在相对于上凹部505内的深度并且相对于抛光垫108的表面定位在期望的平均高度处，以期望地抵消在处理期间生成的倾斜力矩。
图5、图6A、图6B和图6C是图2A、图2B、图3A和图3C的基板载体组件104的部分的示意性截面图，并且旨在示出本文提供的公开内容的实施例中的一个或多个实施例对于使在抛光工艺期间产生的倾斜力矩MG的影响最小化所具有的影响。图5是在本文提供的公开内容的实施例中的一个或多个实施例中使用的抛光站102的各种元件的示意性表示。尽管不旨在限制本文提供的公开内容的范围，但图5、图6A、图6B和图6C包括基板载体组件104，基板载体组件104包括被配置成相对于上凹部505的部分定位承载销338(例如，接触肩部501)的致动器部件601。如上文所讨论的，力致动器401可包括能够通过压缩弹簧602将承载销338相对于载体构件204定位到期望高度的气动的、压电的、机电的或任何其他合适的设备。
在处理期间，通过使用负载产生元件(诸如U形气囊512或负载施加元件522)来将载体扣环502推靠在抛光垫108的表面上，并且通过使用第一隔膜214将设置成与载体扣环502相邻的基板105推靠在抛光垫的表面上。在处理期间，由于载体扣环502与抛光垫的表面之间产生的摩擦力而在载体扣环502的下表面处生成抛光剪切力802(图6A)。因此，通过调整上凹部505 内的承载销338的接触部分(例如，接触肩部501)的位置，由于承载销338 的部分与上凹部505的部分之间的接触而产生相对的反作用力801(图6A)，使得产生将抵消倾斜力矩的相对力矩或反作用力矩，使得在处理期间倾斜力矩的大小可被消除、控制、保持恒定或至少被最小化。因为通过减小由载体扣环 502所经历的倾斜力矩并且因此允许扣环的下表面(例如，抛光垫接触表面) 均匀地接触抛光垫的表面，来将载体扣环502定位在基板105的边缘附近并且被配置成减小在处理期间在基板的边缘处所通常经历的高接触力(例如，“复选标记”效应或“刀刃”效应)，所以可以使抛光期间在基板105上的压力分布(尤其是在相对于基板105中心的径向方向上)更加均匀。
图6A、图6B和图6C示出了根据一个或多个实施例的施加在图5 的扣环109的部分上的力。如上文所讨论的，由于在CMP抛光工艺期间，在扣环和抛光垫相对于彼此旋转和移动时，将基板载体组件104耦接到抛光系统的元件对于扣环相对于抛光垫的变化位置的阻力而形成了倾斜力矩MG。此外，在处理期间，基板105、第一隔膜214或基板载体组件104a-b的其他内部部件经常在载体下方略微移位并且在第一接触点处撞击载体扣环502的内表面，从而导致施加在载体扣环502的径向内表面上的横向撞击力。当扣环和抛光垫在 CMP抛光工艺期间相对于彼此移动时，抛光剪切力802也被施加在载体扣环 502上。施加在载体扣环502的径向内表面上的这些横向力的结果导致通过承载销338的接触肩部501作用在载体扣环502上的反作用力801。调整接触点 507在承载销338与载体扣环502之间的垂直位置，即调整反作用力801的位置，从而增加或减小所生成的力矩以抵消载体扣环502在抛光工艺期间所经历的倾斜力矩。
换言之，通过调整承载销338的位置，可以增加或减小在其上产生剪切力802的载体扣环502的下表面与反作用力801之间的偏移距离803、或距离、或高度803。如果如图6B相对于图6A所示减小偏移距离803，则所得的载体扣环502的倾斜力矩减小。由反作用力801产生的抵消倾斜力矩与偏离距离803和施加在基板载体扣环502的下表面处的抛光剪切力802成正比。如图6C所示的增加的偏移距离803导致载体扣环502的抵消倾斜力矩的增加。如果如图6C所示进一步减小偏移距离803，则所得的载体扣环502的抵消倾斜力矩增加。通过用传感器和/或系统控制器107监控偏移距离803，可以通过使用致动器组件601垂直地致动承载销338以在倾斜力矩不期望地大时增加偏移距离803并在倾斜力矩较小时减小偏移距离803，来控制载体扣环502的抵消倾斜力矩。在一些实施例中，可以期望保持恒定的抵消倾斜力矩，而不管载体扣环502、抛光垫108或扣环109的其他部件上的磨损。
本公开的实施例允许对抛光模块中的扣环所经历的力的改善的控制。该改善的控制与基板105的表面之上的改善的压力分布控制相关，并且导致改善的基板抛光均匀性。
虽然前述涉及本公开的实施例，但是可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步实施例，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于抛光基板的表面的基板载体组件，其特征在于，所述基板载体组件包括：
载体构件，所述载体构件包括支撑表面；
扣环，所述扣环被配置成在抛光工艺期间包围基板，所述扣环包括：
第一表面，所述第一表面被配置成在所述抛光工艺期间接触抛光垫的表面；
第二表面，所述第二表面在所述扣环的与所述第一表面相对的一侧上；以及
在所述第二表面中形成的凹部的阵列；
多个承载销，其中
所述多个承载销中的每个承载销包括接触表面和具有长度的主体，
所述多个承载销中的每个承载销的所述长度的至少部分设置在所述凹部的阵列中的每个凹部内，并且
所述多个承载销中的每个承载销的所述接触表面在所述抛光工艺期间能相对于所述承载销所设置在其中的所述凹部的表面进行定位；以及
负载施加元件，所述负载施加元件设置在所述扣环与所述载体构件之间，其中所述负载施加元件被配置成将所述扣环的所述第一表面推靠在抛光垫上。
2.如权利要求1所述的基板载体组件，进一步包括一个或多个致动器组件，所述一个或多个致动器组件耦接到所述多个承载销中的一个或多个承载销，所述一个或多个致动器组件被配置成调整所述多个承载销中的一个或多个承载销的所述接触表面相对于所述承载销所设置在其中的所述凹部的所述表面的位置。
3.如权利要求2所述的基板载体组件，其中所述一个或多个致动器组件进一步包括：
复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述支撑表面与所述多个承载销中的每个承载销的部分之间；以及
力致动器，所述力致动器耦接到所述载体构件，并且被配置成当相对于所述凹部的所述表面调整所述接触表面的所述位置时压缩或解压所述复位弹簧。
4.如权利要求2所述的基板载体组件，其中致动器组件的数量与承载销的数量的比率在1：3与1：1之间。
5.如权利要求1所述的基板载体组件，其中所述负载施加元件被配置成当正压力被施加在所述负载施加元件的内部区域内时将所述扣环的所述第一表面推靠在抛光垫上。
6.如权利要求1所述的基板载体组件，其中所述多个承载销中的每个承载销相对于所述载体构件固定。
7.如权利要求1所述的基板载体组件，其中当所述承载销中的每个承载销的所述主体的所述长度垂直地定向时，所述多个承载销中的每个承载销在所述承载销的所述主体的所述长度的端部处具有比设置在所述凹部内的承载销的所述长度的所述至少部分的其余部分的水平宽度更大的水平宽度。
8.一种用于抛光基板的表面的基板载体组件，其特征在于，所述基板载体组件包括：
扣环，所述扣环被配置成在抛光工艺期间包围基板，所述扣环包括：
第一表面，所述第一表面被配置成在所述抛光工艺期间接触抛光垫的表面；
第二表面，所述第二表面在所述扣环的与所述第一表面相对的一侧上；以及
在所述第二表面中形成的凹部的阵列；
多个承载销，所述多个承载销中的每个承载销具有在所述抛光工艺期间能相对于所述承载销所设置在其中的所述凹部的表面进行定位的接触点；
负载施加元件，所述负载施加元件被配置成向所述扣环的与所述第一表面相对的一侧施加负载，以使所述扣环的所述第一表面在所述抛光工艺期间被推靠在抛光垫上；以及
一个或多个致动器组件，所述一个或多个致动器组件耦接到所述多个承载销中的一个或多个承载销，所述一个或多个致动器组件被配置成调整所述多个承载销中的一个或多个承载销的所述接触点相对于所述承载销所设置在其中的所述凹部的所述表面的位置。
9.如权利要求8所述的基板载体组件，其中所述多个承载销中的每个承载销进一步包括具有长度的主体，并且其中所述多个承载销中的每个承载销的所述长度的至少部分设置在所述凹部的阵列中的每个凹部内。
10.如权利要求9所述的基板载体组件，其中当所述承载销中的每个承载销的所述主体的所述长度垂直地定向时，所述多个承载销中的每个承载销在所述承载销的所述主体的所述长度的端部处具有比设置在所述凹部内的承载销的所述长度的所述至少部分的其余部分的水平宽度更大的水平宽度。
11.如权利要求8所述的基板载体组件，进一步包括：
载体构件，所述载体构件包括支撑表面，
其中所述一个或多个致动器组件进一步包括：
复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述支撑表面与所述多个承载销中的每个承载销的部分之间；以及
力致动器，所述力致动器耦接到所述载体构件，并且被配置成当相对于所述凹部的所述表面调整所述接触点的所述位置时压缩或解压所述复位弹簧。
12.如权利要求8所述的基板载体组件，其中致动器组件的数量与承载销的数量的比率在1：3与1：1之间。
13.一种用于抛光基板的表面的基板载体组件，其特征在于，所述基板载体组件包括：
载体构件，所述载体构件包括支撑表面；
扣环，所述扣环被配置成在抛光工艺期间包围基板，所述扣环包括：
第一表面，所述第一表面被配置成在所述抛光工艺期间接触抛光垫的表面；
第二表面，所述第二表面在所述扣环的与所述第一表面相对的一侧上；
在所述第二表面中形成的凹部的阵列；
多个承载销，其中
所述多个承载销中的每个承载销包括接触表面和具有长度的主体，
所述多个承载销中的每个承载销的所述长度的至少部分设置在所述凹部的阵列中的每个凹部内，并且
所述多个承载销中的每个承载销的所述接触表面在所述抛光工艺期间能相对于所述承载销所设置在其中的所述凹部的表面进行定位；以及
一个或多个致动器组件，所述一个或多个致动器组件耦接到所述多个承载销中的一个或多个承载销，其中所述一个或多个致动器组件被配置成调整所述多个承载销中的一个或多个承载销的所述接触表面相对于所述承载销所设置在其中的所述凹部的所述表面的位置，所述一个或多个致动器组件包括：
复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述支撑表面与所述多个承载销中的每个承载销的部分之间；
力致动器，所述力致动器耦接到所述载体构件，并且被配置成当相对于所述凹部的所述表面调整所述接触表面的所述位置时压缩或解压所述复位弹簧；以及
一个或多个传感器组件，所述一个或多个传感器组件被配置成测量所述多个承载销中的每个承载销对于所述扣环的部分的相对高度。
14.如权利要求13所述的基板载体组件，其中所述一个或多个传感器组件包括：
扣环位置传感器，所述扣环位置传感器被配置成测量所述载体构件与所述载体扣环的所述部分之间的距离；以及
承载销位置传感器，所述承载销位置传感器被配置成测量所述载体构件与所述多个承载销中的一个或多个承载销的部分之间的距离。
15.如权利要求13所述的基板载体组件，其中致动器组件的数量与承载销的数量的比率在1：3与1：1之间。
16.如权利要求13所述的基板载体组件，其中当所述承载销中的每个承载销的所述主体的所述长度垂直地定向时，所述多个承载销中的每个承载销在所述承载销的所述主体的所述长度的端部处具有比设置在所述凹部内的承载销的所述长度的所述至少部分的其余部分的水平宽度更大的水平宽度。
17.如权利要求13所述的基板载体组件，其中设置在所述凹部的阵列中的每个凹部内的所述多个承载销中的每个承载销的所述长度的所述至少部分为所述承载销的所述主体的所述长度的40％与90％之间。
18.如权利要求13所述的基板载体组件，其中所述复位弹簧包括不锈钢。
19.如权利要求13所述的基板载体组件，其中所述多个承载销中的每个承载销的所述主体的所述长度为18mm与40mm之间。
20.如权利要求13所述的基板载体组件，进一步包括控制器，所述控制器耦接到所述力致动器并且被配置成调整所述接触表面相对于所述凹部的所述表面的所述位置。
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