CN2730554Y - 一种用于抛光衬底的抛光部件 - Google Patents

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Abstract

在电化学机械抛光处理过程中，现有技术的抛光部件不能提供用于与衬底相接触的适当的物理和电气接触。本实用新型提供了用于抛光衬底的抛光部件，其包括一个具有非导电抛光表面的上层；一个耦合到该上层的导电层；穿过所述上层形成的第一组孔，用于将所述导电层暴露到抛光表面；以及穿过所述上层和导电层形成的至少一个开口。该抛光部件提供了有效的物理和电气接触，适于各工业领域，特别是半导体制造过程中衬底表面的抛光处理。

Description

一种用于抛光衬底的抛光部件
技术领域
本实用新型涉及一种用于平面化衬底表面的制造和设备的部件。
背景技术
化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)是用于平面化衬底的常用技术。CMP利用化学成分，通常为浆料或其它流体媒质，用于从衬底选择除去材料。在常规CMP技术中，在CMP设备中衬底载体或抛光头安装在载体组件上并设置成与抛光垫接触。载体组件给衬底提供可控压力，对着抛光垫给衬底加压。由外部驱动力使该抛光垫相对于衬底移动。CMP设备实现了衬底表面和抛光垫之间的抛光或研磨运动，同时分散抛光成分以进行化学作用或机械作用并最终从衬底表面除去材料。
在集成电路制造中日益增加使用的一种材料是铜，因为它的电特性是所希望的。然而，铜具有其本身特殊的制造问题。例如，铜难以构图和刻蚀，并采用新的工艺和技术如镶嵌或双镶嵌工艺用于形成铜衬底结构。
在抛光铜材料时遇到的一个挑战是导电材料和阻挡层之间的界面一般是非平面的，残余铜材料保留在由非平面界面形成的凸凹不平之物中。此外，通常以不同的速度从衬底表面除去导电材料和阻挡材料，这都将导致过量的铜材料作为残余物保留在衬底表面上。此外，衬底表面可具有不同表面构形，这取决于形成在其中的结构的密度或尺寸。以不同的除去速度沿着衬底表面的不同表面构形除去铜材料，这就难以实现从衬底表面有效地除去铜材料和难以实现衬底表面的最终平面化。
用于在低介电材料中抛光铜的一个方案是通过电化学机械抛光(ECMP)技术抛光铜。ECMP技术通过电化学溶解同时利用与CMP工艺相比减少的机械研磨从衬底除去导电材料。电化学溶解是通过在阴极和衬底表面之间施加偏压进行的，以便从衬底表面将导电材料除去到周围的电解液中。
在ECMP系统的一个实施例中，通过与衬底支承装置如衬底承载头中的衬底表面电连接的导电接触环施加偏压。然而，接触环被认为在衬底表面上展示电流的非均匀分布，这将导致非均匀分布，特别是在导电接触环不能有效地除去残余物的过抛光期间。机械研磨是通过使衬底与常规抛光垫接触并提供衬底和抛光垫之间的相对运动来进行的。然而，常规的抛光垫通常限制电解液流到衬底表面上。此外，抛光垫可由绝缘材料构成，这可能与给衬底表面施加偏压干扰，并导致材料在衬板面上的非均匀或可变的分布。
结果是，必须提供一种用于除去衬底表面上的导电材料的改进抛光部件。
实用新型内容
本实用新型的方案一般提供采用电化学淀积技术、电化学溶解技术、抛光技术和/或其组合而用于平面化衬底上的层的制造和设备的设备。
在本实用新型的一个方案中，提供了一种用于抛光衬底的抛光部件，其包括一个具有非导电抛光表面的上层；一个耦合到该上层的导电层；穿过所述上层形成的第一组孔，用于将所述导电层暴露到抛光表面；以及穿过所述上层和导电层形成的至少一个开口。
在本实用新型的另一个方案中，提供了一种用于抛光衬底的抛光部件，其包括一个具有非导电抛光表面的上层；一个耦合到所述上层与所述抛光表面相对的辅助垫；一个导电层，其将所述辅助垫夹在所述上层和所述导电层之间，所述导电层具有用于连接到功率源的终端；一个穿过所述上层和辅助垫形成的第一组孔，其用于将所述导电层暴露到所述抛光表面；以及穿过所述上层、所述辅助垫和所述导电层形成的至少一个开口。
在本实用新型的另一个方案中，提供一种球体组件。在一个实施例中，球体组件包括外壳、球体、导电适配器和接触元件。外壳具有延伸到内部通道的第一端的环形底座。导电适配器耦合到外壳的第二端。接触元件电耦合适配器和球体，球体保持在底座和适配器之间的外壳中。
附图说明
通过下面参照附图中所示的实施例使实现本实用新型的上述方案的方式和细节以及更具体的说明和简要概述更明显。
然而，应该注意的是，附图只表示本实用新型的典型实施例，因此附图不限制本实用新型的范围，本实用新型应该可以允许其它等效的实施例。
图1是表示本实用新型的处理设备的一个实施例的平面图；
图2是ECMP操作台的一个实施例的剖面图；
图3是抛光部件的一个实施例的部分剖面图；
图4A-D是导电部件的替换实施例的顶视图和剖面图；
图5是导电部件的的另一实施例的剖视图；
图6是具有球体组件的一个实施例的导电部件的另一实施例的剖视图；以及
图7A-B是图6的球体组件的侧视图和放大图；
图8是图6和7A-B的球体组件的接触元件的一个实施例；和
图9-11是具有球体组件的另一实施例的导电部件的另一实施例的透视图和剖面图。
为便于理解，在所有附图中尽可能地使用相同的参考标记表示相同的部件。
具体实施方式
除非另外定义，这里使用的词语和短语应该提供它们在本技术领域中由本领域普通技术人员能理解的原始的和常规的含义。化学机械抛光应该指广义含义并包括(但不限于)通过化学作用、机械作用或化学和机械作用两种作用的组合研磨衬底。电抛光应该之广义含义并包括(但不限于)通过施加电化学作用如通过阳极溶解施加使衬底平面化。
电化学机械抛光(ECMP)应该指广义含义并包括(但不限于)通过施加电化学作用、化学作用、机械作用或电化学、化学和机械用作的组合进行衬底的平面化，以便从衬底表面除去材料。
电化学机械镀覆工艺(ECMPP)应该指广义含义并包括(但不限于)在衬底上电化学地淀积材料并通过施加电化学作用、化学作用、机械作用和电化学用作、化学作用和机械作用的组合一般地平面化被淀积的材料。
阳极溶解应该指广义含义并包括(但不限制)直接或间接给衬底施加阳极偏压，结果从衬底表面除去导电材料并使该导电材料进入周围的电解液中。抛光表面广义地定义为在处理期间至少部分地与衬底表面接触或者通过接触直接地或通过导电介质间接地将制造部件电耦合到衬底表面的制造的部件的部分。
抛光装置
图1表示处理设备100，该处理设备100具有适于电化学淀积和化学机械抛光的至少一个操作台，如电化学-机械抛光(ECMP)操作台102和设置在单个平台或工具上的至少一个常规抛光或磨光台106。可适用于本实用新型的一个抛光工具是可从Santa Clara，California的应用材料公司获得的MIRRAMesaTM化学机械抛光器。
例如，在图1所示的设备100中，设备100包括两个ECMP102和一个抛光台106。这些操作台可用于处理衬底表面。例如，其中具有结构限制并用阻挡层填充、然后在阻挡层上设置导电材料的衬底可具有在两个ECMP操作台102中的两个步骤中除去的导电材料，其中阻挡层在抛光台106中被抛光以形成平面化表面。
示意设备100一般包括支撑一个或多个ECMP操作台102、一个或多个抛光台106、传送台110和圆盘传送带112的基座108。传送台110一般便于经过机械手116向设备100和从设备100传送衬底114。装载机械手116通常在传送台110和工厂接口装置120之间传送衬底114，其中工厂接口装置120可包括清洗组件122、计量装置104和一个或多个衬底储存盒118。计量装置104的一个例子是从Phoenix，Rrizona的Nova测量仪器公司获得的NovaScanTM整体厚度检测系统。
或者，装载机械手116(或工厂接口装置120)可将衬底传送到一个或多个其它处理工具(未示出)，如化学汽相淀积工具、物理汽相淀积工具、刻蚀工具等。
在一个实施例中，传送台110至少包括输入缓冲台124、输出缓冲台126、传送机械手132、和负载杯组件128。装载机械手116将衬底114放在输入缓冲台124上。传送机械手132具有两个夹子组件，每个夹子组件具有通过衬底边缘保持衬底的气动夹指。传送机械手132将衬底114从输入缓冲台124升高并旋转夹子和衬底114使衬底114定位在负载杯组件128上，然后将衬底114向下放到负载杯组件128上。
圆盘传送带112一般支撑多个抛光头130，在处理期间每个抛光头夹持一个衬底114。圆盘传送带112在传送台110、一个或多个ECMP操作台102和一个或多个抛光台106之间传送抛光头130。可适用于本实用新型的一个圆盘传送带112一般在授予Tolles等人并于1998年9月8日公布的美国专利US5804507中有介绍。
一般情况下，圆盘传送带112中心地设置在基座108上。圆盘传送带1 12通常包括多个臂138。每个臂138一般支撑抛光头之一130。图1中所述的臂138之一没有示出，以便可以看见传送台110。圆盘传送带112是可以指引的，以便抛光头130可在操作台102、106和传送台110之间按照用户限定的顺序移动。
一般情况下，抛光头130保持衬底114，同时衬底114设置在ECMP操作台102或抛光台106中。ECMP操作台106和抛光台102在设备100上的设置允许通过在这些操作台之间移动衬底同时使衬底保持在同一抛光头130中而连续地镀覆或抛光衬底114。可适于本实用新型的一个抛光头是由Santa Clara，California的应用材料公司制造的TITANHEADTM衬底载体。
为了便于控制抛光设备100和在其上进行的处理，控制器140连接到抛光设备100，该控制器140包括中心处理单元(CPU)142、储存器144和支持电路146。CPU142可以是可用在用于控制各种驱动器和压力的工业装配中的任何形式的计算机处理器之一。储存器144连接到CPU142。支持电路146连接到CPU 142，用于以常规方式支持处理器。
使抛光设备100和/或控制器140工作的功率有电源150提供。如图所示，电源150连接到抛光设备100的多个部件，包括传送台110、工厂接口装置120、装载机械手116和控制器140。在另一个实施例中，为抛光设备100的两个或多个部件提供分开的电源。
图2示出了在ECMP操作台102上方支撑的抛光头130的剖面图。ECMP操作台102一般包括盆202、电极204、抛光部件205圆盘206和盖子208。在一个实施例中，盆202耦合到抛光设备100的基座108上。盆202一般限定容器或电解槽，其中可容纳导电流体，如电解液220。在处理衬底114时使用的电解液220可用于处理金属，如铜、铝、钨、金、银、或可以电化学地淀积在衬底114上或从衬底114上电化学地除去的任何其他材料。
盆202可以是碗形部件，由可与电镀和电抛光化学性能兼容的材料制成。盆202具有包括孔216和排水口214的底部210。孔216一般设置在底部210的中心并允许传动轴212通过它。密封垫218设置在孔216和传动轴212之间并允许传动轴212旋转同时防止盆202中的液体通过孔216。
盆202通常包括电极204、圆盘206和设置在其中的抛光部件205。抛光部件205如抛光垫设置并被支撑在圆盘206上的盆202中。
电极204是与衬底114和/或与衬底表面接触的抛光部件205相对的对置电极。抛光部件205至少部分是导电的，并且在电化学处理如电化学机械镀覆处理(ECMPP)期间可与衬底组合用作电极，该ECMPP包括电化学淀积和化学机械抛光，或电化学溶解。电极204可以是阳极或阴极，这取决于施加于电极204和抛光部件205之间的正偏压(阳极)或负偏压(阴极)。
例如，在衬底表面淀积来自的电解液的材料，电极204用作阳极，衬底表面和/或抛光部件205用作阴极。当从衬底表面除去材料时，如通过施加电压而进行溶解，电极204用作阴极，衬底表面和/或抛光部件205可用作用于溶解处理的阳极。
电极204一般设置在圆盘206和盆202的底部210之间，在那里电极204浸在电解液220中。电极204可以是板状部件、具有贯穿它形成的多个孔的板、或设置在可渗透膜片或容器中的多个电极件。可渗透膜片(未示出)可设置在源背叛206和电极204之间或电极204和抛光部件205之间，以便过滤气泡，如氢气泡，形成晶片表面并减少缺陷形成，稳定化或更均匀地在其间施加电流或功率。
对于电淀积工艺，电极204由可淀积或除去的材料构成，如铜、铝、金、银、钨和可电化学地淀积在衬底114上的其它材料构成。对于电化学除去工艺，如阳极溶解，电极204可包括淀积材料以外的材料的非消耗电极，例如铂、碳、或铝，用于铜溶解。
抛光部件205可以是有与流体环境和处理指标相容的材料构成的垫、卷材、或带。在图2中所示实施例中，抛光部件205是圆形的并设置在盆202的上端，在其下表面由圆盘206支撑。抛光部件205包括导电材料的至少部分导电表面，如一个或多个导电元件，用于在处理期间接触衬底表面。抛光部件205可以是一部分或全部导电抛光材料或者埋置或设置在常规抛光材料中的导电抛光材料的组合部件。例如，导电材料可以设置在圆盘206和抛光部件205之间的“背衬”材料上，以便在处理期间适应抛光部件205的柔顺性和/或硬度计。
盆202、盖子208和圆盘206可以可移动地设置在基座108上。在圆盘传送带112指示衬底114在ECMP和抛光台102、106之间时，盆202、盖子208和圆盘206可以向着基座108轴向移动，以便除去抛光头130。圆盘206设置在盆202中并耦合到传动轴212上。传动轴212一般耦合到设置在基座108下面的电机224上。电机224响应来自控制器140的信号以预定速度旋转圆盘206。
圆盘206可以是由与电解液220相容的材料制成的被穿孔的部件支架。圆盘206可由聚合物制成，例如含氟聚合物、PE、TEFLON、PFA、PES、HDPS、UHMW等。圆盘206可采用固定器如螺钉而固定在盆202中。圆盘206优选与电极204隔开，以便提供较宽的处理窗口，由此减小从衬底表面到电极204尺寸的淀积材料和除去材料的灵敏性。
圆盘206一般可渗透到电解液220中。在一个实施例中，圆盘206包括形成在其中的多个穿孔或沟道222。穿孔包括孔、孔洞、开口或者部分或完全通过物体如抛光部件的通道。
抛光部件205可以通过机械夹具或导电粘接剂设置在圆盘206上。
这里所述的抛光部件是用于电化学机械抛光(ECMP)处理的，本实用新型可以在涉及电化学作用的其它制造工艺中采用导电抛光部件。采用电化学作用的这种工艺的例子包括电化学淀积和电化学机械镀覆工艺(ECMPP)，其中电化学淀积包括用于给衬底表面施加均匀偏压的抛光部件205，用于在不使用常规偏压施加装置的情况下淀积导电材料，电化学机械镀覆工艺包括电化学淀积和化学机械抛光的结合。
在工作中，抛光部件205设置在盆202中的电解液中的圆盘206上。抛光头上的衬底114设置在电解液中并与抛光部件205接触。电解液通过形成在其中的沟槽流过圆盘206和抛光部件205的穿孔并分布在衬底表面上。然后将来自电源的功率施加于导电抛光部件205和电极204，然后通过阳极溶解方法除去电解液中的导电材料如铜。
电解液可以是商业上可得到的电解液。例如在含有可除去材料的铜中，电解液可包括硫酸基电解质或磷酸基电解液，如磷酸钾(K3PO4)，或其组合。
另外，本实用新型可以采用在电镀或电抛光工艺中通常使用的电解液充分，包括常用的电镀或电抛光添加剂，如抛光剂。用于电化学处理如铜镀、铜阳极溶解或其组合的电解液的一个源是Shipley Leonel，a division of Rohm和Haas，总部在Philadelphia，Pennsylvania，在Tradename Ultrafill 2000之下。
当在抛光工艺中使用机械研磨时，衬底114和抛光部件205互相相对旋转，以便从衬底表面除去材料。机械研磨可通过与这里所述的导电抛光材料和常规抛光材料物理接触来提供。衬底114和抛光部件205分别以约5rpm或更高的速度如在约10rpm和约50rpm之间旋转。在另一个实施例中，转速可以包括以约150rpm或更高的速度旋转抛光部件205；且可以以约150rpm和约500rpm之间的旋转速度来旋转衬底114。在处理期间还可以进行其它运动，包括轨道运动基片和贯穿衬底表面的全面运动。
当接触衬底表面时，约6psi或更低的压力，如约2psi或更低的压力施加于抛光部件205和衬底表面之间。如果包含低介电常数材料的衬底被抛光，在抛光衬底期间对着抛光部件205采用约2psi或更低的压力，如约0.5psi或更低的压力压在衬底114上。
在阳极溶解中，电位差或偏压施加于作为阴极的电极204和作为阳极的抛光部件205的抛光表面310(见图3)之间。在偏压施加于导电部件支撑件的同时，与抛光部件接触的衬底经导电抛光表面310被平面化。偏压的施加允许将形成在衬底表面上的导电材料，如含铜材料除去。建立偏压可以包括给衬底表面施加约15V或更低的电压。该偏压还可以产生在约0.1毫安/cm2和约50毫安/cm2之间、或对于200mm衬底的约0.1-20毫安的电流密度。
抛光部件材料
这里所述的抛光部件可由导电材料形成，可包括导电抛光材料或可包括设置在介电或导电抛光材料中的导电元件。在一个实施例中，导电抛光材料可包括导电纤维，导电填充物，或其组合。导电纤维、导电填充物或其组合可以分散在聚合物材料中。
导电纤维可包括导电或介质材料，如介质或导电聚合物或碳基材料，它们至少部分地用包括金属、碳基材料、导电陶瓷材料导电合金或其组合的导电材料涂敷或覆盖。导电纤维可以是纤维或灯丝、导电编织物或布、一个或多个环路、线圈、或导电纤维环的形式的。多层导电材料，例如多层导电布或编织物可用于形成导电抛光材料。
导电纤维包括用导电材料涂敷的介质或导电纤维材料。介质聚合物材料可用作纤维材料。
导电纤维材料可包括内导电聚合物材料。导电抛光材料的例子，包括导电纤维，在申请日为2001年12月27日、发明名称为“用于电化学机械抛光的导电抛光部件”的共同未审美国专利申请系列号10/033732中有更全面的说明，
设置在导电或介质纤维材料上的导电材料一般包括导电无机化合物，如金属、金属合金、碳基材料、导电陶瓷材料、金属无机化合物、或其组合。可用于这里的导电材料涂层的金属的例子包括贵金属、锡、铅、铜、镍、钴、和其组合。贵金属包括金、铂、钯、铱、铼、铑、铼、钌、锇、和其组合，但优选金和铂。本实用新型还可以采用这里所述的材料以外的其它金属用于导电材料涂层。碳基材料包括碳黑、石墨、和能附着于纤维表面上的碳颗粒。陶瓷材料的例子包括碳化铌(NbC)、碳化锆(ZrC)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)和其组合。本实用新型还可以采用这里所述的材料以外的其它金属、其它碳基材料和其它陶瓷材料用于导电材料涂层。金属无机化合物例如包括设置在聚合物纤维上的硫化铜或danjenite，Cu9S5，如丙烯酸或尼龙纤维。Danjenite涂敷的纤维是在日本的Nihon Sanmo公司的商标名Thunderon之下可得到的。Thunderon纤维通常具有Danjenite涂层，即Cu9S5，并在约0.03μm和约0.1μm之间，并且已经观察到约40Ω/cm的导电性。该导电涂层可通过导电材料的镀覆、涂敷、物理汽相淀积、化学淀积、粘接、或键合直接设置在纤维上。此外，例如铜、钴或镍等导电材料的核化或籽晶层可以用于提高导电材料和纤维材料之间的粘接性。导电材料可设置在可变长度的单独的介质或导电纤维上，以及由介质或导电纤维材料制成的成形环路、泡沫和布或编织物上。
合适的导电纤维的例子包括用金涂覆的聚乙烯纤维、用金镀覆的丙烯酸纤维和用铑涂覆的尼龙纤维。
导电填充物可包括碳基材料或导电颗粒和纤维。导电碳基材料的例子包括碳粉末、碳纤维、碳纳米管、碳纳米泡沫、碳气凝胶、石墨和其组合。导电颗粒或纤维的例子包括固有导电聚合物、用导电材料涂敷的介质或导电颗粒、被涂覆在导电材料中的介质填充物、包括金属颗粒如金、铂、锡、铅和其它金属的导电无机颗粒或金属合金颗粒、导电陶瓷颗粒、和其组合。
导电材料用于涂覆介质和导电纤维和填充物，以便提供所希望水平的导电性，用于形成电镀抛光材料。该涂层通常产生具有低于约100Ω-cm、如在约0.001Ω-cm和约32Ω-cm之间的电阻率的纤维或填充物。
导电纤维材料、导电填充物材料或其组合可分散在粘接剂材料中或形成复合导电抛光材料。粘接剂材料的一种形式包括常规抛光材料如介质聚合物材料。本实用新型还可以这样的，即常规抛光材料可以用作具有这里所述的导电纤维和填充物的粘接剂材料(还公知为基质)。
导电纤维和/或填充物可以用于形成导电抛光材料或具有体积或约50Ω-cm或以下、如约3Ω-cm或以下的表面电阻率的部件。
抛光部件结构
在一个方案中，抛光部件由设置在支架上的这里所述的单层导电抛光材料构成。在另一方案中，抛光部件可包括多个材料层，包括在衬底表面上的至少一种导电材料或提供用于与衬底接触的导电表面和至少一个部件支架或子垫。
图3是抛光部件205的一个实施例的部分剖面图。图3中所示的抛光部件205包括复合抛光部件，其具有用于抛光衬底表面的导电抛光部分310和部件支架，或子垫部分320。
导电抛光部分310可包括导电抛光材料，其包括这里所述的导电纤维和/或导电填充物。例如，导电抛光部分310可包括导电材料，其包括分散在聚合物材料中的导电纤维和/或导电填充物。导电填充物可设置在聚合物粘接剂中。导电填充物可包括设置在聚合物粘接剂中的软导电材料。软导电材料一般具有低于或约等于铜的硬度和模量。软导电材料的例子包括金、锡、钯、钯-锡合金、铂和铅，在其它导电金属中，合金和陶瓷复合物比铜软。如果它们的尺寸足够小以便不会刮伤抛光衬底，本实用新型还期望采用比铜硬的其它导电填充物。此外，导电抛光部分可以包括一个或多个环路、线圈或导电纤维环，或者导电纤维中间纺织物以形成导电编织物或布。导电抛光部分310还可由多层导电材料构成，例如多层导电布或编织物。
导电抛光部分310的一个例子包括金涂覆尼龙纤维和设置在聚氨基甲酸酯中的石墨颗粒。另一例子包括设置在聚氨基甲酸酯或硅酮中的石墨颗粒和/或碳纤维。另一例子包括分散在聚氨基甲酸酯基质中的金或锡颗粒。
在另一实施例中，导电抛光部分310可具有分散在其中的研磨剂颗粒360。
部件支撑部分320一般具有导电抛光部分310的相同或较小的直径或宽度。然而，本实用新型还可以采用具有比导电抛光部分310大的宽度或直径的部件支撑部分320。图中示出了圆形导电抛光部分310和部件支撑部分320，本实用新型可以是这样的，即导电抛光部分310、部件支撑部分320或两者都可具有不同形状，如矩形表面或椭圆形表面。本实用新型还可以使导电抛光部分310、部件支撑部分320或两者都可形成线形材料卷材或带。
部件支撑部分320在抛光处理期间可包括惰性材料，并在ECMP期间抵抗消耗或损伤。例如，部件支撑部分可由常规抛光材料构成，包括聚合物材料，例如聚氨基甲酸酯和与填充物混合的聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、对聚苯硫(PPS)、乙烯-丙烯-二烯-亚甲基(EPMD)、TeflonTM聚合物、或其组合，以及在抛光衬底表面时适用的其它抛光材料。部件支撑部分可以是常规软材料，如用氨基甲酸酯浸渍的压缩毛毡纤维，用于在处理期间吸收施加在抛光部件205和载体头130之间的一些压力。该软材料可具有在约20和约90之间的Shore A硬度。
或者，部件支撑部分320可以由与周围电解液相容的不会有害地影响抛光的导电材料构成，这些导电材料包括贵金属或导电聚合物，以便提供穿过抛光部件的导电性。
当部件支撑部分320是导电的时，部件支撑部分320可具有比导电抛光部分310高的导电性，即比其低的电阻率。例如，与包括铂的部件支撑部分320相比，其中铂具有在0℃的9.81Ω-cm的电阻率，导电抛光部分310可具有约1.0Ω-cm或以下的电阻率。导电部件支撑部分320可提供均匀偏压或电流，以便在衬底表面上的均匀阳极容解的抛光期间，使沿着部件的表面例如部件的半径的电阻最小化。导电部件支撑部分320可耦合到电源，用于给导电抛光部分310提供功率。
导电抛光部分310和抛光部件205的部件支撑部分320一般可渗透到电解液中。可分别在导电抛光部分310和部件支撑部分320中形成多个穿孔，以便利于流体流过。
从抛光表面延伸的导电球体
图4A-D是导电部件1500的选择实施例的顶视和剖面图。导电部件1500包括从导电部件1500的上部1504的抛光表面1502延伸的导电滚轴1506。滚轴1506在抛光期间通过衬底可以被向下推进到抛光表面1502的相同平面。嵌入在导电部件1500中的导电滚轴被耦合于处于高电压的外部电源以在处理期间对部件抛光衬底有高除去速率。
导电滚轴1506可以相对于上部1504固定，或可以自由滚动。导电滚轴1506可以构造成球体、圆柱、钉、椭圆体或其它形状以便在处理期间不刮擦衬底。
在图4B中所述的实施例中，导电滚轴1506为设置在一个或多个导电载体1520中的多个球体。每个导电载体1520设置在形成于导电部件1500的抛光表面1502中的狭缝1508中。导电滚轴1506一般从抛光表面1502延伸并构造成以便提供与要抛光衬底的金属表面的电接触。导电滚轴1506可以由任意导电材料形成，或由至少部分被导电涂层1524涂覆的芯1522形成。在图4B描述的实施例中，导电滚轴1506具有至少部分被软导电材料1524涂覆的聚合物芯1522。一个实例为在TORLONTM和金层之间利用铜作为籽层来用导电金层涂覆的TORLONTM聚合物芯。另一个实例为被铜或其它导电材料层涂覆的TORLONTM或其它聚合物芯。其它软导电材料1524包括，但并不受限于，银、铜、锡等。
在一个实施例中，聚合物芯1522可以从有弹性或弹力的材料中选择，如聚氨基甲酸酯，以便在抛光期间滚轴1506与衬底相接触时发生形变。可以用于芯1522的材料的一些例子包括弹性有机聚合物、三元乙丙橡胶(EDPM)、聚烯烃、多炔、聚酯、聚芳香烯烃/炔烃、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯和其组合物。芯材料的其它例子包括无机聚合物例如硅氧烷，或有机和无机的混合材料，如多晶硅和聚硅烷。由于滚轴1506发生形变，在滚轴1506和衬底之间的接触面积增加，这样提高了滚轴1506和设置在衬底上的导电层之间的电流并由此改善抛光结果。
选择地，聚合物芯1522可以制成导电的以便于选择地用软导电材料1524制成芯1522的涂层。例如，聚合物芯1522可以用其它导电元素涂覆，如金属、导电碳或石墨、以及其它导电材料。
导电滚轴1506可以在抛光表面1502上设置成各种几何或任意结构。在一个实施例中，导电滚轴1506在抛光表面1502上呈放射状取向，然而，在其它取向中也预料到导电滚轴1506的其它取向如螺旋、格子、平行和同心取向。
在图4B中描述的实施例中，弹性构件1510可以设置在位于导电载体1520和导电部分1504之间的各自狭缝1508中。弹性构件1510允许导电滚轴1506(和载体1520)相对于导电部分1504移动，由此对衬底提供增进的顺从性以便在抛光期间更为均匀的电接触。
在图4C中描述的实施例中，导电滚轴1506分别设置在多个电绝缘的外壳1530中，该外壳1530耦合于圆盘206。每一外壳可以通过焊接、粘合、堆叠或其它方法来耦合到圆盘206。在图4C中描述的实施例中，将外壳1530装入圆盘206中。
外壳1530一般为空心圆柱，其允许滚轴1506垂直于圆盘206和抛光表面1502的平面垂直移动。外壳1530的上端包括锥形座1532，该锥形座阻止滚轴1506从外壳1530的上端脱离。座1532构成为允许在处理期间滚轴周边的至少一部分从外壳1532延伸出并接触衬底114。
接触装置1534构成为保持在滚轴1506和电源1536之间的电接触。接触装置1534可以为任意类型的导电构件，例如弹簧结构、压缩弹簧、导电轴承等，或其它允许在外壳1530内的滚轴1506的不同位置之间保持电连接的器件。接触装置1534设置在每一外壳1530的下端中。在一个实施例中，接触装置1534为片弹簧。可以利用接触装置1534将滚轴1506远离于圆盘206并相逆于座1532偏置。
选择地，从电解液源提供的电解液流经外壳1530并从座1532和滚轴1506之间流出外壳1530。流出外壳1530的电解液流将滚轴1506远离圆盘206偏置。
在又一实施例中，滚轴1056可以构造成具有小于电解液的特定重力以便当外壳1530至少被电解液部分填充时滚轴1506的浮力将滚轴1506远离圆盘206偏置。滚轴1506可以选择地为空心的以增加浮力并减小滚轴1506的惯性。美国专利申请号No.10/211,626中描述了一个具有通过接触构件耦合于电源的滚轴的外壳，其可以适用受益本实用新型。
垫组件1540设置在圆盘206上。垫组件1540包括多个第一开孔1542，该第一开孔构造成允许外壳1530至少部分从其中延伸。通常，外壳1530构成一高度以允许滚轴1506的周边部分延伸到垫组件1540之上以便在处理期间通过衬底114可以将滚轴1506设置在基本与垫组件1540的抛光表面1502齐平的位置。
在图4C中描述的实施例中，垫组件1540包括绝缘层1550、底垫1552和电极1554。绝缘层1550、底垫1552和电极1554可以耦合在一起作为可替换单元，例如通过压模、立桩、闩扣、粘合、键合或其它耦合方法。
绝缘层1550可以类似于上述导电部分310。底垫1552可以相似于上述部件支撑部分320。电极可以相似于上述电极204。
第二组孔1544(在图4C中示出其中之一)可以至少贯穿绝缘层1550至少贯穿绝缘层1550和底垫1552形成以允许设置在垫组件1540上的电解液在电极1554和衬底114之间提供电流路径。选择地，孔1554可以延伸进或贯穿电极1554。可以在垫组件1540中形成窗口(未示出)，以便于处理控制。
在图4D中描述的实施例中，垫组件1560至少包括导电层1562、底垫1564和电极1554。导电层1562、底垫1564和电极1554可以耦合在一起作为可替换单元。垫组件1560可以包括构造成接受外壳1530的第一孔1570和允许设置在垫组件1560上的电解液在衬底114和电极1554之间建立电流路径的第二孔1572。如上所述，还可以在垫组件1560中形成窗口(未示出)。
在一个实施例中，导电层1562和底垫1564可以相似于上述抛光部件205的导电层310和部件支撑部分320构造。选择地，垫组件1560可以包括导电背衬1566和设置于导电层1562和底垫1564之间的插入垫1568。导电背衬1566和插入垫1568可以相似于下述题目为“CONDUCTIVE ARTICLE WITH INTERPOSED PAD”中描述的导电背衬和插入垫构造。
导电背衬1566一般通过开关1574耦合于电源1536。导电背衬1566将电压横穿导电层1562的背面均匀地分散以便在处理期间在导电层和衬底114之间横穿衬底114的直径配送均匀的电流。
在处理期间，开关1574设置在第一状态，其将滚轴1506电耦合于电源1536，而使导电背衬1566和电源1536之间开路。滚轴1506允许在衬底114和电极1554之间有相对高的电流，由此促进导电层从衬底上大块去除。一旦基本上去除导电层，开关1574设置到第二状态，其将导电背衬1566电耦合于电源1536，而使滚轴1506和电源1536之间开路。导电背衬1566提供横穿导电层1562宽度的均匀电势以促进从衬底上去除剩余的导电材料。因此，衬底的大块的和剩余的导电材料的去除可以在单个压板上进行而不需要从垫组件1540上提升衬底。其它可以适用于受益本实用新型的垫组件的实例将在下面参考图5-7描述。还预料到可以使用包括那些上面描述过的以及那些包含促进感知抛光性能的窗口的垫组件。
具有插入垫的导电部件
图5是导电部件1600的另一实施例的剖面图。导电部件1600一般包括适用于在抛光期间接触衬底的导电部分1602、部件支撑部分1604和夹在导电部分1602和部件支撑部分1604之间的插入垫1606。导电部分1602和部件支撑部分1604可以构造成类似于本文中所述的任意实施例或它们的等同物。可以在插入垫1606的每一侧面上提供粘合层1608以将插入垫1606耦合于部件支撑部分1604和导电部分1602。导电部分1602、部件支撑部分1604和插入垫1606可以通过选择性的方法被耦合，由此允许导电部件1600的元件易于在其有效寿命后作为单独的单元被替换，简化导电部件1600的替换、总量和正常状态的管理。
选择地，支撑部分1604可以耦合于电极204并可以用作为单个单元的导电部件1600替换。导电部件1600，选择地包括电极04，还可以包括贯穿其中形成的窗口。
插入垫1606一般比部件支撑部分1604硬且与导电部分1602一样硬或比其更硬。本实用新型预料到插入垫1606可以选择地比导电部分1602软。插入垫1606的硬度可以选择地向导电部件1600提供硬度，这延长了导电部分1602和部件支撑部分1604的机械寿命同时改善导致增大被抛光的衬底的球形平面的导电部件1600的衰减特性。在一个实施例中，插入垫1606具有小于或等于大约80 Shore D的硬度，部件支撑部分1604具有小于或等于大约80 Shore A的硬度，而导电部分1602具有小于或等于100 Shore D的硬度。在另一实施例中，插入垫1606具有小于或等于大约35密耳的厚度，部件支撑部分1604具有小于或等于大约100密耳的厚度。
插入垫1606可以由绝缘材料制成，该材料允许贯穿包括导电部件1600的叠层板(即导电部分1602、插入垫1606和部件支撑部分1604的叠层)建立导电路径。当导电部件1600被浸入导电液体或由导电液体如电解液涂覆时，建立导电路径。为促进贯穿导电部件1600的电路径的建立，插入垫1606可以为浸透性的或多孔的至少一种以允许电解液从其中流过。
在一个实施例中，插入垫1606由适宜于电解液和电化学处理的绝缘材料制成。适合的材料包括聚合物，如聚氨基甲酸酯、聚酯、聚酯薄膜片、环氧树酯和聚碳酸酯，以及其它。
选择地，导电背衬1610可以设置在插入垫1606和导电部分1602之间。导电背衬1610一般使穿过导电部分1602的电势均匀，由此提高抛光的均匀性。具有穿过导电部分1602抛光表面的相同电势确保了导电部分1602和要抛光的导电材料之间的良好电接触，特别是如果导电材料为剩余的不再为连续膜的材料(即膜剩余的分离的岛)。而且，导电背衬1610为导电部分1602提供机械强度，由此增加导电部件1600的有效寿命。导电背衬1610的使用在穿过导电部分的电阻大于约500m-欧姆的实施例中非常有用且其提高了导电部分1602的机械完整性。还可以利用导电背衬1610来提高导电均匀性和降低导电部分1602的电阻。除其它适宜于抛光处理的合适的导电材料之外，导电背衬1610可以由金属薄片、金属屏蔽、金属涂覆的布或无纺布制成。在一个实施例中，导电背衬1610被压模到导电部分1602。构成背衬1610以不阻止在导电部分1604和插入垫1606之间的电解液流。导电部分1602可以通过压模、叠层、注模和其它适合的方法安装在导电背衬1610上。
图6是ECMP台1990的另一实施例的局部剖面图，而图7A-B是图6的ECMP台1990的球体组件1900的侧面和解析图。ECMP台1990包括支撑抛光垫组件1960的压板1950，在其上，保持在抛光头部130中的衬底114被处理。压板1950包括至少一个从其中突出并耦合于电源1972的球体组件1900，其适用于在处理期间偏置衬底114的表面。虽然在图6中示出两个球体组件，可以使用任意数目的球体组件，且可以将任意数目的球体组件相对于压板1950的中心线分散成任意数目的结构。
抛光垫组件1960可以为适用于处理衬底的任意垫组件，其包括上述的任意实施例。抛光垫组件1960可以包括电极1962和抛光层1966。在一个实施例中，抛光垫组件1960的抛光层1966可以包括绝缘的抛光表面1964，如聚氨基甲酸酯垫。在另一实施例中，抛光垫组件1960的抛光层1966可以包括导电的抛光表面1964，例如其中具有导电颗粒分散在其中的聚合物基体或导电织物及其它。在抛光表面为导电的实施例中，抛光表面1964和电极1962可以通过开关1974耦合于电源1972(由虚线示出)，该开关允许电源在球体组件1900和导电抛光表面1940之间选择切换，已分别在不从抛光垫组件1960提升衬底114的情况下促进从衬底114去除大块金属和去除剩余金属。
球体组件1900一般耦合于压板1950并至少部分穿过形成在抛光垫组件1960中的相应的孔1968延伸。每一球体组件1900包括空心外壳1902、适配器1904、球体1906、接触元件1914和夹具衬套1916。球体1906可移动地设置在外壳1902中，且其可以设置在具有延伸在抛光表面1964的球体1906的至少一部分的第一位置和当球体与抛光表面1964齐平的至少第二位置。球体1906一般适合于电偏置衬底114并可以如上述构造。
外壳1902由适宜于化学处理的绝缘材料制成。在一个实施例中，外壳1902由PEEK制成。外壳1902具有第一端1908和第二端1910。驱动装置1912形成在第一端1908中或其上以促进球体组件1900安装到压板1950。驱动装置1912可以是用于扳手的孔、一个狭缝或多个狭缝、凹陷的驱动装置(例如用于TORX或六角形驱动等)或突出的驱动装置(如扳手平面或六角形头部等)，以及其它。第一端1908还包括阻止球体1906从外壳1902的第一端1908穿出的座1926。
接触元件1914耦合于夹具衬套1916和适配器1904之间。接触元件1914一般构造成基本或完全穿过外壳1902内球体位置的范围电连接适配器1904和球体1906。接触元件1914可以如上述构造。
在图6-7A-B中以及图8中所描述的实施例中，接触元件1914包括具有多个从其中成极对称排列延伸的弯曲部1944的环形基座1942。弯曲部1944包括两个从基座1942延伸到末端2108的支撑元件2102。支撑元件2102通过多个横档2104耦合以限定孔2110，孔2110促进流量以很小的压降经过接触元件1916，如下所述。适用于接触球体1906的接触垫2106在每一弯曲部1944的末端2108耦合支撑元件2102。弯曲部1944一般由适用于化学处理使用的弹性和导电材料制成。在一个实施例中，弯曲部1944有镀金的铜铍合金制成。
返回图6-7B，夹具衬套1916包括具有从其中延伸的螺纹柱1922的扩口头部1924。夹具衬套可以由绝缘或导电材料制造，且在一个实施例中，由与外壳1902相同的材料制成。扩口头部1924将弯曲部1944相对与球体组件1900的中心线呈锐角保持，以便接触元件1914的接触垫2106设置成分散在球体1906的表面上以阻止在球体组件1900的组装期间和穿过球体1906的运动范围时对弯曲部1944弯曲、捆绑和/或损伤。
夹具衬套1916的柱1922设置穿过基座1942中的孔1946以及穿过贯穿适配器1904形成的通道1936的螺纹部分1940。穿过夹具衬套1916形成的通道1918包括设置在扩口头部1924中的一端处的驱动装置1920。相似地，通道1936包括与螺纹部分1940相反的一端的驱动装置1938。驱动装置1920、1930类似于上述描述，且在一个实施例中，为适合于六角形驱动装置使用的六角形孔。夹具衬套1924紧固到能够保证在接触元件1914和适配器之间有良好接触而没有损伤接触元件1914或其它元件的程度。
适配器1904一般由适用于化学处理的导电材料制成，且在一个实施例中，由不锈钢制成。适配器1904包括具有从一侧延伸的螺纹柱1930的环形凸缘1932和从相反侧延伸的轴套1934。螺纹柱1930适用于与设置在压板1950中的接触板1980啮合，其将相应的球体组件1900中的球体1906耦合于电源1972。
轴套1934被接收在外壳1902的第二端1910中并向其提供用于夹持接触元件1914的表面。轴套1934还包括至少一个设置在轴套侧面的螺纹孔2006，该孔与穿过形成在外壳1902中的孔2004设置的结合件2002相啮合，由此将外壳1902固定于适配器1904并在其中接收球体1906。在图7A中描述的实施例中示出用于将外壳1902穿过反向凹孔2004耦合到适配器1904的三个结合件。预料到外壳1902和适配器1904可以由选择性的方法或器件来固定，例如立桩、粘合、键合、压配合、销钉、弹簧钉、铆钉和扣环，及其它。
球体1904一般通过弹簧、浮力或流力的至少一种向抛光表面1906运动。在图6示出的实施例中，贯穿适配器1904和夹具衬套1916形成的通道1936、1918通过压板1950耦合于电解液源1970。电解液源1970通过通道1936和1918向空心外壳1902的内部提供电解液。电解液在座1926与球体1906之间退出外壳1902，因此导致球体1906在处理期间朝抛光表面偏置并与衬底114接触。
为了使经过外壳1906内的球体1906在不同高度的球体1906上的力相一致，在外壳1906的内壁中形成凸起或凹槽1928以接收弯曲部1944的末端(图8中的2108)以阻止对经过球体1908的电解液的流量限制。远离座1926设置的凹槽1928的一端在球体1906处于下降位置时一般构成为等于或小于球体1906的直径。
图9是ECMP台2290的另一实施的透视图。而图10-11是图9的ECMP台2290的球体组件的透视和局部剖面图。ECMP台2290包括支撑抛光垫组件2260(在图9中部分示出)的压板2250。压板2250包括至少一个从其中突起并耦合于电源1972的球体组件2200。球体组件2200适用于在处理期间电偏置衬底114(在图11中示出)表面。虽然在图9中示出一个球体组件耦合到压板2250的中心，可以使用任意数目的球体组件且可以相对于压板的中心线将任意数目的球体组件分散成任意数目的结构。
抛光垫组件2260可以包括电极2642和抛光层2466。在一个实施例中，抛光垫组件2260的抛光层2466可以包括绝缘的抛光表面2464，例如聚氨基甲酸酯垫。在另一实施例中，抛光垫组件2260的抛光层2466可以包括导电的抛光表面2464，例如具有导电颗粒分散在其中的聚合物基座或导电涂覆的织物，及其它。在抛光表面2464导电的实施例中，抛光表面2464和电极2462可以通过开关1974耦合于电源1972(由虚线示出)，该开关允许电源在球体组件2200和导电抛光表面2464之间选择切换，已分别在不从抛光垫组件2260提升衬底114的情况下促进从衬底114去除大块金属和去除剩余金属。
球体组件2200一般耦合于压板2250并至少部分延伸穿过形成在抛光垫组件2260中的相应的孔2468。每一球体组件2200包括保持多个球体1906的外壳2302。球体可移动地设置在外壳2302，且其可以设置在具有在抛光表面2464上延伸的球体1906的至少一部分的第一位置和当球体1906与抛光表面2464齐平的至少第二位置。球体1906一般适合于电偏置衬底114并可以如上述构造。
外壳2302可移动地耦合于压板2250以利于在任意次数的抛光周期之后球体组件2200的替换。在一个实施例中，外壳2302包括耦合到下壳2306的上壳2304且在二者之间保持球体。上壳2304由适宜于化学处理的绝缘材料制成。在一个实施例中，上壳2304由PEEK制成。下壳2306由适宜于化学处理的导电材料制成。在一个实施例中，下壳2306由不锈钢制成。下壳2306耦合于电源1972。外壳2304、2306可以以任意方法耦合，包括但并不受限于，拧、插闩、铆钉、键合、立桩和夹持，及其它。在图9-11中描述的实施例中，外壳2304、2306通过多个螺丝钉2408耦合。
球体1906设置在贯穿外壳2304、2306形成的多个孔2402中。每一孔2402的上部包括从上壳2304延伸进孔2402的座2404。座2404构造成以阻止球体1906从孔2402的顶端脱离。
接触元件1914设置在每一孔2402中以将球体1906电耦合于下板2306。每一个接触元件1914通过相应的夹具衬套1916耦合于下板2306。在一个实施例中，夹具衬套1916的柱1922穿入贯穿外壳2302形成的孔2402的螺纹部分2410。
每一孔2402的上部包括形成在上壳2304中的凸起或凹槽2406。凹槽2406构造成接收接触元件1914的末端，由此阻止对从电解液源1970流经于球体1906和外壳2302之间的电解液的限制。电解液源1970在处理期间通过孔2402提供电解液并与衬底114接触。
在处理期间，设置在外壳2302内的球体2204通过弹簧、浮力或流力的至少一种向抛光表面2206运动。球体1906将衬底114通过接触元件1914和下板2306电耦合于电源1972。流经外壳2302的电解液在电极2462和偏置衬底114之间提供导电路径，由此驱动电化学抛光处理。
因此，已经提供了多种适合于衬底电化学抛光的导电部件的实施例。导电部件对衬底的表面提供良好的顺从性以促进提高抛光性能的均匀电接触。而且导电部件构造成以在处理期间最小化刮擦，有利地减小了缺陷的产生并由此降低了处理的单位损耗。
虽然前面涉及了本实用新型的多种实施例，本实用新型的其它以及另外的实施例可以在不脱离其基本范围的情况下作出，且本实用新型的范围由下述权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种用于抛光衬底的抛光部件，其特征在于：
一个具有非导电抛光表面的上层；
一个耦合到该上层的导电层；
穿过所述上层形成的第一组孔，用于将所述导电层暴露到抛光表面；以及
穿过所述上层和导电层形成的至少一个开口。
2.根据权利要求1所述的抛光部件，其特征在于所述第一组孔暴露所述导电层的一个上表面。
3.根据权利要求2所述的抛光部件，其特征在于所述至少一个开口是穿过所述上层和导电层的中心形成的一个单个通道。
4.根据权利要求2所述的抛光部件，其特征在于所述至少一个开口进一步包括穿过所述上层和导电层形成的多个通道。
5.根据权利要求1所述的抛光部件，其特征在于进一步包括夹在所述上层和导电层之间的辅助垫。
6.根据权利要求5所述的抛光部件，其特征在于所述辅助垫、导电层和上层通过压模、打桩、紧固、粘结、束缚中的至少一种来进行连接。
7.根据权利要求5所述的抛光部件，其特征在于所述辅助垫由来自聚氨基甲酸酯、混合有填充物的聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、聚苯撑硫化物(PPS)、乙烯-丙烯-二烯-亚甲(EPDM)、TeflonTM聚合物、注入有氨基甲酸乙酯的压感纤维，及其组合中的至少一种制造。
8.根据权利要求5所述的抛光部件，其特征在于辅助垫的硬度在约20到约90肖氏A级之间。
9.根据权利要求1所述的抛光部件，其特征在于所述导电层是不锈钢。
10.根据权利要求1所述的抛光部件，其特征在于所述导电层进一步包括多个导电区域。
11.根据权利要求10所述的抛光部件，其特征在于所述导电区域进一步包括多个同心环。
12.根据权利要求1所述的抛光部件，其特征在于所述导电层进一步包括用于连接到功率源的一个终端。
13.根据权利要求1所述的抛光部件，其特征在于所述上层由聚氨基甲酸酯制造。
14.一种用于抛光衬底的抛光部件，其特征在于：
一个具有非导电抛光表面的上层；
一个耦合到所述上层与所述抛光表面相对的辅助垫；
一个导电层，其将所述辅助垫夹在所述上层和所述导电层之间，所述导电层具有用于连接到功率源的终端；
一个穿过所述上层和辅助垫形成的第一组孔，其用于将所述导电层暴露到所述抛光表面；以及
穿过所述上层、所述辅助垫和所述导电层形成的至少一个开口。
15.根据权利要求14所述的抛光部件，其特征在于所述导电层进一步包括多个单独可偏置的导电区域。
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