TW201726317A - 用於化學機械拋光的小型墊的載體 - Google Patents

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Abstract

一種化學機械拋光系統包括基板支撐件、拋光墊組件、拋光墊載體及驅動系統，該基板支撐件經配置在拋光操作期間固持基板，該拋光墊組件包含膜與拋光墊部分，該驅動系統經配置而引起該基板支撐件與該拋光墊載體之間的相對運動。拋光墊載體包含殼套，該殼套具有空腔與孔隙，該孔隙將該空腔連接到該殼套的外部。該拋光墊組件定位於該殼套中使得該膜將該空腔分成第一腔室與第二腔室，且該孔隙自該第二腔室延伸。該拋光墊載體與該拋光墊組件經定位與配置，使得至少在有一充足壓力施於該第一腔室期間，該拋光墊部分凸出穿過該孔隙。

Description

用於化學機械拋光的小型墊的載體
本揭露係關於化學機械拋光（CMP）。
積體電路通常係藉由導體、半導體或絕緣層連續地沉積於矽晶圓上而形成在基板上。一個製造步驟包括將填料層沉積在非平坦表面上以及平坦化該填料層。對於某些應用，平坦化填料層直到圖案化層的頂表面暴露出來。例如，導電填料層可以沉積在圖案化絕緣層上，以填充絕緣層中的溝槽或孔。在平坦化之後，保留於絕緣層的突起圖案之間的金屬層部分形成通孔、插塞及接線，通孔、插塞及接線提供基板上的薄膜電路之間的導電路徑。對於其他應用（如氧化拋光），平坦化填料層直到一預定的厚度留在非平坦表面上。此外，光微影術通常需要基板表面的平坦化。
化學機械拋光（CMP）是一種公認的平坦化方法。此平坦化方法通常要求將基板安裝在載體或拋光頭上。基板的暴露表面通常放置抵靠旋轉拋光墊。承載頭提供在基板上的可控制負載以將基板推靠在拋光墊。研磨拋光漿通常供應到拋光墊的表面。
本揭露提供了用於拋光基板的設備，在該設備中拋光墊抵靠基板的接觸面積比基板的半徑小。
在一個態樣中，化學機械拋光系統包括基板支撐件、拋光墊組件、拋光墊載體及驅動系統，該基板支撐件經配置在拋光操作期間固持基板，該拋光墊組件包含膜與拋光墊部分，該驅動系統經配置而引起該基板支撐件與該拋光墊載體之間的相對運動。該拋光墊部分具有拋光表面以在拋光操作期間接觸基板，以及在相對拋光表面的一側上拋光墊部分接合到膜。拋光墊載體包含殼套，該殼套具有空腔與孔隙，該孔隙將該空腔連接到殼套的外部。拋光墊組件定位於殼套中，使得膜將空腔分成第一腔室與第二腔室，且孔隙自第二腔室延伸。拋光墊載體與拋光墊組件經定位與配置，使得至少在有一充足壓力施於第一腔室期間，拋光墊部分凸出穿過孔隙。
實施可包括以下特徵中的一個或多個。
膜與拋光墊部分為單一主體。拋光墊部分可經由黏接劑而固定於膜。膜可包括第一部分，該第一部分由彈性較差的第二部分所圍繞，及拋光墊部分接合至第一部分。圍繞孔隙的拋光墊載體的外表面可實質平行於拋光表面。
拋光墊載體和拋光墊組件可經配置而使得當第一腔室在大氣壓力下時，拋光墊部分至少部分地延伸穿過孔隙。拋光墊載體和拋光墊組件可經配置而使得當第一腔室在大氣壓力下時，拋光墊部分完全延伸穿過該孔隙。拋光墊載體和拋光墊組件可經配置而使得當第一腔室在大氣壓力下時，拋光墊部分只有部分地延伸穿過孔隙。
可控制的壓力源可流體耦接至第一腔室。用於拋光流體的貯槽可流體耦接至第二腔室。該系統可經配置而使得在拋光操作期間，該拋光流體流入第二腔室並從孔隙流出。清洗流體源可流體耦接至第二腔室。該系統可經配置而使得在拋光操作與拋光操作之間，清洗流體流入該二腔室並從孔隙流出。
殼套可包括一下部分，除了在孔隙處之外，該下部分實質延伸橫跨膜的全部。殼套可包括一上部分，以及膜的邊緣被夾持在殼套的上部分與下部分之間。膜可實質平行於拋光表面。該驅動系統可經配置而將拋光墊載體以軌道運動的方式移動，而在軌道運動期間，拋光墊部分與基板的暴露表面接觸並將拋光墊保持在相對於基板的一固定角定向上。
在另一個態樣中，拋光墊組件可包括一膜，該膜具有菜豆（kidney-bean）形狀的外周，以及拋光墊部分具有拋光表面以在拋光操作期間接觸基板。在相對拋光表面的一側上，拋光墊部分可接合到膜。
實施可包括以下特徵中的一個或多個。
拋光墊部分可定位在膜的中線附近且與膜的相對邊緣實質等距。膜可具有橫跨膜的中線之雙向對稱性（bilateral symmetry）。
本發明的優點可包括以下優點中的一個或多個。可以控制抵靠基板的拋光墊之壓力，因此允許藉由拋光墊來調整拋光速率。可以保護固持拋光墊的膜免於拋光碎片的影響，從而提高墊部分的使用壽命。可以在拋光墊接觸基板的部分附近提供研磨漿。如此允許以較少的量提供研磨漿，從而降低成本。經歷軌道運動的小型墊可用於補償非同心拋光均勻性。此軌道運動可以提供可接受的拋光速率，同時避免墊與不希望被拋光的區域重疊，從而提高基板的均勻性。可以減少基板的非均勻拋光，以及改善所得到的基板平坦度及光潔度（finish）。
本發明的其他態樣、特徵和優點將由說明書、附圖以及申請專利範圍得以彰顯。
1. 介紹
某些化學機械拋光處理導致跨基板表面的厚度非均勻性。 例如，批量（bulk）拋光處理可能在基板上產生拋光不足（under-polished）的區域。 為了解決這個問題，在批量拋光之後，可能會施行「修整（touch-up）」拋光處理，其著重於拋光不足的基板部分。
某些批量拋光處理產生拋光不足的局部化非同心及非均勻的點。繞基板中心旋轉的拋光墊可以能夠補償非均勻性的同心環，但可能無法解決局部化的非同心及非均勻的點。然而，經歷軌道運動的小型墊可以用於補償非同心拋光非均勻性。
參照圖1，用於拋光基板的局部化區域之拋光設備100包括基板支撐件105及可移動的拋光墊載體300，基板支撐件105固持基板10，可移動的拋光墊載體300固持拋光墊部分200。拋光墊部分200包括拋光表面220，拋光表面220具有比基板10被拋光的半徑小的直徑。
拋光墊載體300懸吊於拋光驅動系統500，拋光驅動系統500將在拋光操作期間提供拋光墊載體300相對於基板10的運動。拋光驅動系統500可以懸吊於支撐結構550。
在一些實施中，定位驅動系統560連接到基板支撐件105和（或）拋光墊載體300。 例如，拋光驅動系統500可以提供定位驅動系統560和拋光墊載體300之間的連接。定位驅動系統560可經操作而將墊載體300定位於基板支撐件105上方的所期望的橫向位置。
例如，支撐結構550可以包括兩個線性致動器562和564以提供定位驅動系統560，兩個線性致動器562和564經定向而在基板支撐件105上提供兩個垂直方向上的運動。或者，基板支撐件105可由兩個線性致動器支援（supported）。或者，基板支撐件105可由一個線性致動器支援，而拋光墊載體300可由其他線性致動器支援。或者，基板支撐件105可以是可旋轉的，且拋光墊載體300可以懸吊於單個線性致動器，單個線性致動器提供沿徑向方向的運動。或者，拋光墊載體300可以懸吊於旋轉致動器，且基板支撐件105可以隨著旋轉致動器一起旋轉。或者，支撐結構550可以是樞轉地附接於位在基板105一側附近的基部之臂，以及基板支撐件105可以由直線或旋轉致動器支援。
垂直致動器可以選擇性地連接到該基板支撐件105和（或）拋光墊載體300。例如，基板支撐件105可以連接到垂直可驅動活塞506，垂直可驅動活塞506可以舉升或降低基板支撐件105。作為替代或補充，垂直可驅動活塞可包含於定位系統500中，以便舉升或降低整個拋光墊載體300。
拋光設備100可選地包括貯槽60，貯槽60容納拋光液62，如研磨漿。如下文所論述的，在一些實施中，研磨漿經由拋光墊載體300而分配到待拋光的基板10的表面12上。導管64（如彈性管）可以用於將拋光流體從貯槽60輸送到拋光墊載體300。作為替代或補充，拋光設備可包括單獨的埠66以分配拋光液。拋光設備100亦可以包括拋光墊調節器，用來研磨拋光墊200以將拋光墊200保持在一致的研磨狀態。貯槽60可以包括泵，泵透過導管64以可控制的速率來供應拋光液體。
拋光設備100可以包括清洗流體源，如貯槽或供應管線。清洗流體可以是去離子水。導管72（如彈性管）可以用於將拋光流體從貯槽70輸送到拋光墊載體300。
拋光設備100包括可控制的壓力源80（如泵）以將可控制的壓力施加到拋光墊載體300的內部。壓力源80可以藉由導管82（如彈性管）而連接到拋光墊載體300。
貯槽60、清洗流體源70和可控制的壓力源80中的各者可以安裝在支撐結構555上或安裝在用於固持拋光設備100的各種元件之單獨支架上。
在操作中，基板10由如機器人裝載到基板支撐件105上。在一些實施中，定位驅動系統560移動拋光墊載體500，使得當裝載基板10時，拋光墊載體500沒有直接位於基板支撐件105的上方。例如，如果支撐結構550是可樞轉的臂，該臂可以擺動，使得在基板裝載期間，拋光墊載體300偏離到基板支撐件105的一側。
接著定位驅動系統560將拋光墊支撐件300和拋光墊200定位在基板10上的所需位置處。拋光墊200接觸基板10。例如，拋光墊載體300可以致動拋光墊200而將拋光墊200壓下來在基板10上。作為替代或補充，一或多個垂直致動器可以降低整個拋光墊載體300以及（或）升高基板支撐件而接觸到基板10。拋光驅動系統500產生拋光墊支撐件300和基板支撐件105之間的相對運動，而導致拋光基板10。
在拋光操作期間，定位驅動系統560可以將拋光驅動系統500與基板10保持彼此相對實質固定。例如，定位系統500可以使拋光驅動系統500相對於基板10保持固定，或將拋光驅動系統500緩慢地（相對於藉由拋光驅動系統500而被提供到基板10的運動）掃掠（sweep）過整個待拋光之區域。例如，藉由定位驅動系統560提供到基板10的瞬時速度可能小於藉由拋光驅動系統500提供到基板10的瞬時速度的5％（如小於2％）。
拋光系統亦包括控制器90，如可程式化電腦。控制器可以包括中央處理器91、記憶體92和支援電路93。控制器90的中央處理器91執行經由支援電路93從記憶體92載入的指令以允許控制器接收基於環境的輸入和所需的拋光參數並控制各個致動器和驅動系統。
2.基板支撐件
參照圖1，基板支撐件105是位於拋光墊載體300下方的板狀主體。該主體的上表面128提供大到足以容納待處理的基板之裝載區域。例如，基板可以是200至450mm直徑的基板。基板支撐件105的上表面128接觸基板10的背表面（即不被拋光的表面）並保持其位置。
基板支撐件105的半徑大約與基板10的半徑相同，或更大。在一些實施中，基板支撐件105比基板稍窄，如比基板窄基板直徑的1-2％。在這種情況下，當基板放置在支撐件105上時，基板10的邊緣稍微突出支撐件105的邊緣。如此可以為機器人抓握邊緣提供空隙以將基板放置在支撐件上。在一些實施中，基板支撐件105比基板寬如基板直徑的1-10％。在這兩種情況下，基板支撐件105可以與基板的背側表面之大部分接觸。
在一些實施中，在拋光操作期間，基板支撐件105以夾持組件111將基板10保持定位。例如，夾持組件111可以是在基板支撐件105比基板10更寬的地方。 在一些實施中，夾持組件111可以是接觸基板10的頂表面邊緣之單一環形夾環112。或者，夾持組件111可以包括接觸基板10的相對兩側上的頂表面的邊緣之兩個弧形夾具。夾持組件111的夾具112可以藉由一或多個致動器113被降低到與基板的邊緣接觸。在拋光操作期間，夾具向下的力限制基板的橫向移動。在一些實施中，夾具包括圍繞基板的外邊緣之向下突出的凸緣114。
作為替代或補充，基板支撐件105是真空卡盤。在這種情況下，接觸基板10的支撐件105之頂表面128包括複數個埠122，複數個埠122藉由支撐件105中的一或多個通道126連接到真空源126（如泵）。在操作中，空氣可以由真空源126而自通道126排出，從而透過埠122施加吸力而將基板10維持在基板支撐件105上定位。不論基板支撐件105比基板10寬或窄，都可以有真空卡盤。
在一些實施中，基板支撐件105包括固持器，以在拋光過程中沿圓周（circumferentially ）環繞基板10。上述各種基板支撐特徵可以任選地與彼此組合。例如，基板支撐件可以同時包括真空卡盤和固持器。
3.拋光墊
參照圖1和2，拋光墊部分200具有拋光表面220，拋光表面220在拋光期間在接觸區域（也稱為裝載區域）中接觸基板10。拋光表面220可以具有最大的橫向尺寸D，D比基板10的半徑小。例如，拋光墊的最大橫向直徑可以大約是基板直徑的5-10％。例如，對於晶圓的直徑範圍在200mm至300mm之間，拋光墊表面220可以具有2-30mm的最大橫向尺寸，如3-10mm，例如3-5mm。較小的墊提供了更多的精度，但使用起來較慢。
拋光墊部分200（和拋光表面220）橫向的截面形狀（即平行於拋光表面220的橫截面）可以幾乎是任何形狀，如圓形、正方形、橢圓形或圓弧。
參照圖1和圖3A至3D，拋光墊部分200接合到膜250，以提供拋光墊組件240。如下文所論述的，膜250經配置成彎曲，使得拋光墊部分200所接合之膜250的中心區域252可以經歷垂直撓曲（deflection），而膜250的邊緣254保持垂直固定。
膜250具有橫向尺寸L，L比拋光墊部分200的最大橫向尺寸D大。膜250可以比拋光墊部分200薄。拋光墊部分200的側壁202可以實質垂直於膜250延伸。
在一些實施中，如圖3A所示，拋光墊部分200的頂部藉由黏合劑260固定於膜250的底部。黏合劑可以是環氧樹脂，如UV可固化的環氧樹脂。在這種情況下，拋光墊部分200和膜250可以被分開製造，然後接合在一起。
在一些實施中，如圖3B所示，（包括膜250和拋光墊部分200的）拋光墊組件為如均質組成的單一主體。例如，整個拋光墊組件250可以藉由在具有互補形狀的模具中注模形成。或者，拋光墊組件240可以形成於一個塊中，然後再加工變薄為對應於膜250的部分。
拋光墊部分200可以是適用於在化學機械拋光期間接觸基板的材料。例如，拋光墊材料可以包括聚氨酯，如微孔聚氨酯，例如IC-1000材料。
在膜250和拋光墊部分200分別形成時，膜250可以比拋光墊材料軟。例如，膜250可以具有約60-70蕭氏硬度D型（Shore D），而拋光墊部分200可以具有約80-85蕭氏硬度D型。
或者，膜250可以比拋光墊部分200更有彈性，但可壓縮性較小。例如，膜可以是彈性聚合物，如聚乙烯對苯二甲酸酯（PET）。
膜250可以由不同於拋光墊部分200的的材料形成，或者可以由實質相同但具有不同程度的交聯或聚合的材料形成。例如，膜250和拋光墊部分200可以皆是聚氨酯，但膜250可以相較於拋光墊部分200固化較少，使得膜較軟。
在一些實施中，如圖3C所示，拋光墊部分200可以包括不同組成的兩層或更多層，例如具有拋光表面220之拋光層210及在膜250和拋光層210之間的可壓縮性更高的背托層212 。中間黏合層26（如壓感黏合層）可以選擇性地用於將拋光層210固定於背托層212。
具有不同組成的多個層的拋光墊部分也可適用於圖3B所示的實施。在這種情況下，膜250和背托層212可以為如均質組成的單一主體。所以膜250是背托層212的一部分。
在一些實施中，如圖3D所示（但也適用於圖3B和3C中所示的實施），拋光墊部分200的底表面可以包括槽224以允許在拋光操作期間輸送研磨漿。槽224可以比拋光墊部分200的深度淺（如比拋光層210淺）。
在一些實施中，如圖3E所示（但也適用於圖3B至3E所示的實施），膜250包括圍繞中心部252之薄化部分256。薄化部分256比周圍部分258薄。如此增加膜200的彈性以允許在施加壓力下有更大的垂直撓曲。
膜250的外周254可以包括加厚邊緣或其他特徵以改善對拋光墊載體300的密封。
可能有各種幾何形狀用於拋光表面220的橫向截面形狀。參照圖4A，拋光墊部分200的拋光表面220可以是圓形區域。
參照圖4B，拋光墊部分200的拋光表面220可以是圓弧狀區域。如果此拋光墊包括槽，槽可以完全延伸通過弧形區域的寬度。該寬度係沿著弧形區域的較薄尺寸量測。槽可以沿著弧形區域的長度以均勻的間距間隔開。每個槽可以沿著通過槽和弧形區域的中心之半徑延伸，或者可以依相對於該半徑的一角度（如45°）定位。
參照圖4C，拋光墊部分200的拋光表面220基本上是矩形，但所示是由槽224劃分。如圖所示，在整個拋光表面220的垂直方向上可以有槽，但在一些實施中，例如，如果拋光表面220夠窄，則所有的槽只可以在一個方向上。
參照圖1，膜250的最大橫向尺寸比基板支撐件105的最小橫向尺寸小。同樣地，膜250的最大橫向尺寸比基板10的最小橫向尺寸小。
參照圖5A和5B，膜250在拋光墊部分200的所有側上延伸超出拋光墊部分200的外側壁。拋光墊部分200可以與膜250的兩個最近的相對邊緣等距。拋光墊部分200可以位於膜250的中心。
膜250的最小橫向尺寸可以比拋光墊部分相應的橫向尺寸大大約五到五十倍。膜250的最小（橫向）周圍尺寸可以是約260mm至300mm。一般來說，膜250的尺寸取決於它的彈性；可以選擇該尺寸，使得膜的中心在所需的壓力下具有所需量的垂直撓曲。
墊部分200可以具有約0.5至7mm（如約2mm）的厚度。膜250可以具有約0.125至1.5mm（如約0.5mm）的厚度。
膜250的外周259可以大致模仿（mimic）拋光墊部分的外周。例如，如圖5B所示，如果拋光墊部分200是圓形的，則膜250也可以是圓形的。然而，膜250的外周259可以係平順彎曲的，使得它不包括尖角。例如，如果拋光墊部分200是正方形，則膜250可以是具有圓角的正方形或為方圓形。  在一些實施中，膜250的外周259與拋光墊部分200的外周具有均勻的距離。即，在膜250的外周259上的各點與拋光墊部分200的外周上的最近點之間的距離是固定的。
參照圖5A，在一些實施中，膜250具有「菜豆」形。即，膜250可以係長橢圓形，其具有在該形狀的長邊上向內延伸的凹度290，但在該形狀的相對邊上沒有凹度。膜250可以繞該形狀的短軸是雙軸對稱的。在中線M，拋光墊部分200可以距離膜250的兩個相對邊緣等距。
「菜豆」形可以與弧形拋光墊部分200一起使用。如此可以改善基板上的拋光表面250的壓力均勻性。然而，「菜豆」形可以與其他形狀的拋光墊部分200一起使用，如，正方形或矩形。
4.拋光墊載體
參照圖6，拋光墊組件240由拋光墊載體300所固持，拋光墊載體300經配置而提供可控制的向下壓力於拋光墊部分200上。
拋光墊載體包括殼套310。殼套310可以大致圍繞拋光墊組件240。例如，殼套310可以包括內空腔，至少拋光墊組件250的膜250定位於該內空腔中。
殼套310亦包括孔隙312，拋光墊部分200延伸進入孔隙312。拋光墊200的側壁202可以藉由具有寬度W（如約0.5至2mm）的間隙而與孔隙312的側壁314分開。拋光墊200的側壁202可以平行於的孔隙312的側壁314。
膜250延伸跨過空腔320，並將空腔320分成上腔室322和下腔室324。孔隙312將下腔室324連接到外部環境。膜254可以密封上腔室320，使上腔室320可加壓。例如，假設膜250是流體無法穿透的，則膜250的邊緣254可夾持於殼套310。
在一些實施中，殼套310包括上部分330和下部分340。上部分330可以包括將圍繞上腔室322之向下延伸的緣332，及下部分340可以包括將圍繞下腔室342之向上延伸的緣342。
上部分330可以藉由如螺絲可拆卸地固定於下部分340，螺絲延伸穿過上部分330中的孔進入下部分340的螺紋接孔中。使此等部分可拆卸地固定允許當拋光墊部分200磨損時，移除且更換拋光墊組件240。
膜250的邊緣254可以被夾持在殼套310的上部分330和下部分340之間。例如，膜250的邊緣254在上部分330的緣332的底表面334和下部分340的緣342的頂表面342之間被壓縮。在一些實施中，上部分330或下部分332可以包括凹部區域，凹部區域經形成以接收膜250的邊緣254。
殼套310的下部分340包括自緣324水平及向內延伸的凸緣部分350。下部分340（如凸緣350）可以延伸跨過除了孔隙312區域之外的整個膜250。如此可以保護膜250免受拋光碎片影響，以及因此延長膜250的使用壽命。
殼套310中的第一通道360將導管82連接到上腔室322。如此允許壓力源80控制腔室322中的壓力，以及因而控制在膜250上的向下壓力及膜250的撓曲，以及從而控制拋光墊部分200在基板10上的壓力。
在一些實施中，當上腔室322在正常大氣壓下，拋光墊部分200完全延伸穿過孔隙312及突出超過殼套310的下表面352。在一些實施中，當上腔室322在正常大氣壓下，拋光墊部分200僅部分地延伸進入孔隙312中，且沒有突出超過殼套310的下表面352。然而，在後面這種情況中，適當的壓力施加到上腔室322導致膜250撓曲，使得拋光墊部分200突出超過殼套310的下表面352。
殼套310中的可選第二通道362將導管64連接到下腔室324。在拋光操作期間，研磨漿62可以從貯槽60流入下腔室324，並通過拋光墊部分200和殼套310的下部分之間的間隙流出腔室324。如此允許研磨漿提供於拋光墊接觸基板的部分附近。因此，可以低量供應研磨漿，從而降低操作的成本。
殼套310中的可選第三通道364將導管72連接到下腔室324。在操作中，如在拋光操作之後，清洗流體可以從源70流入下腔室324。如此允許如在拋光操作與拋光操作之間將拋光流體自下腔室324清除。如此可以防止研磨漿在下腔室324中凝固，從而提高拋光墊組件240的使用壽命並減少缺陷。
殼套310的下表面352（如凸緣350的下表面）可以在操作期間實質平行於基板10的頂表面12延伸。凸緣344的上表面354可以包括傾斜區域356，傾斜區域356由向內量測係從外上部分330傾斜。此傾斜區域356可以有助於確保當上腔室322被加壓時，膜250沒有接觸內表面354，以及因此可以有助於確保在拋光操作期間，膜250沒有阻擋研磨漿62通過孔隙312的流動。作為替代或補充，凸緣354的上表面354可以包括管道或槽。如果膜250接觸上表面354，則研磨漿可以繼續流動通過管道或槽。
雖然圖3繪示通道362和364出現於下部分340的緣342的側壁中，但其他配置是可能的。例如，通道362和364中的一者或兩者可以出現於凸緣354的內表面354中或甚至出現在孔隙312的側壁314中。
5.驅動系統以及墊的軌道運動
參照圖1、7和8，拋光驅動系統500可以經配置而在拋光操作期間將耦合的拋光墊載體300和拋光墊部分200以軌道運動的方式移動。 具體言之，如圖7所示，拋光驅動系統500可以經配置在拋光操作期間將拋光墊維持在相對於基板的一固定角度定向中。
圖7繪示拋光墊部分200的初始位置P1。拋光墊部分200分別移動通過軌道的四分之一、二分之一及四分之三處的額外位置P2、P3和P4以虛線表示。如由邊緣標記E的位置所示，在移動通過軌道期間，拋光墊維持在相對於基板的一固定角度定向中。
仍參照圖7，與基板接觸的拋光墊部分200之軌道半徑R可以小於拋光墊部分200的最大橫向尺寸D。在一些實施中，拋光墊部分200的軌道半徑R小於接觸區域的最小橫向尺寸。在圓形拋光區域的情況中，拋光墊部分200的最大橫向尺寸D。例如，軌道半徑可以是拋光墊部分200的最大橫向尺寸的約5-50％，如5-20％。對於最大為20至30mm的拋光墊部分，軌道半徑可以是1-6mm。如此在拋光墊部分200抵靠基板的接觸面積中達到更均勻的速度分佈。拋光墊最好應以每分鐘1000至5000轉數（「rpm」 ）的速度作軌道運動。
參照圖1、6和8，拋光驅動系統500的傳動系統可以用單個致動器540（如旋轉致動器）實現軌道運動。 圓形凹槽334可以形成在殼套310的上表面336中，比如在上部分330的頂表面中。具有等於或小於凹槽334的直徑之直徑的圓形轉子切合地在凹槽334內，但圓形轉子相對於拋光墊載體300自由地旋轉。轉子510藉由偏移驅動軸520連接到馬達530。馬達530可以懸吊於支撐結構355，且可以附接於定位驅動系統560以及可以與定位驅動系統560的移動部分一起移動。
偏移驅動軸520可以包括上部驅動軸部分522，上部驅動軸部分522連接到馬達540，上部驅動軸部分522繞軸524旋轉。驅動軸520亦包括下部驅動軸部分526，下部驅動軸部分526連接到上部驅動軸522，但下部驅動軸部分526藉由水平延伸的部分528而與上部驅動軸522橫向偏移。
在操作中，上部驅動軸522的旋轉使得下部驅動軸526和轉子510兩者皆作軌道運動和旋轉。轉子510抵靠殼套310的凹槽334的內表面之接觸使得拋光墊載體300經歷相似的軌道運動。
假設下部驅動軸520連接到轉子510的中心，下部驅動軸520可以與上部驅動軸522偏移一距離S，距離S提供所需的軌道的半徑R。具體而言，如果此偏移導致下部驅動軸522以具有半徑S的圓形旋轉，凹槽344的直徑為T，以及轉子的直徑為U，則
複數個防旋轉的連桿550（如四個連桿）從定位驅動系統560延伸到拋光墊載體300，以防止拋光墊載體300旋轉。防旋轉連桿550可以係配合拋光墊載體300和支撐結構500中接孔的桿。此等桿可以由撓曲但一般不伸長的材料形成，如尼龍。如此一來，此等桿能夠輕微撓曲，以允許拋光墊載體300的軌道運動，但防止旋轉。因此防旋轉連桿550（結合轉子510的運動）實現拋光墊載體300和拋光墊部分200的軌道運動，其中在拋光操作期間，拋光墊載體300和拋光墊部分200的角度定向不會改變。軌道運動的優點是更均勻的速度分佈，因而相較簡單的旋轉有更均勻的拋光。在一些實施中，防旋轉連桿550可以繞拋光墊載體300的中心以相等的角度間隔被分隔開。
在一些實施中，拋光驅動系統和定位驅動系統係由相同的元件提供。例如，單一驅動系統可以包括兩個線性致動器，兩個線性致動器經配置而在兩個垂直方向上移動墊支撐頭。對於定位，控制器可以使得致動器將墊支撐件移動到基板上的所需位置。對於拋光，控制器可以使得致動器將墊支撐件以軌道運動移動，例如藉由施加相位偏移正弦信號到兩個致動器。
在一些實施中，拋光驅動系統可以包括兩個旋轉致動器。例如，拋光墊載體可以懸吊於第一旋轉致動器，第一旋轉致動器又懸吊於第二旋轉致動器。在拋光操作期間，第二旋轉致動器旋轉一臂，該臂將拋光墊載體以軌道運動掃掠。（與第二旋轉制動器在相反方向但具有相同旋轉速率的）第一旋轉致動器旋轉以抵消該旋轉運動，使得拋光墊組件作軌道運動，同時相對於基板保持在實質固定的角位置。
6.結論
在基板上的非均勻點的尺寸將在拋光該點期間決定裝載區域的理想尺寸。如果裝載區域太大，基板上某些區域拋光不足的修正可能導致其他區域過度拋光。另一方面，如果裝載區域太小，墊將需要橫跨基板移動以覆蓋拋光不足區域，因而降低產量。因此，此實施允許裝載區域匹配點的尺寸。
參照圖9，拋光墊部分200的拋光表面250可以經歷相對於基板10的軌道運動。與旋轉對比，維持相對於基板的拋光墊之固定定向的軌道運動提供整個正在拋光區域更均勻的拋光速率。
雖然軌道運動如上所述，但在一些實施中希望有旋轉運動。例如，如圖10所示，驅動系統500可以繞基板10的中心18旋轉拋光墊部分200。如果在基板上的非均勻性是徑向對稱的，則此實施是有利的。拋光墊部分200可以具有圖4B中所示的圓弧形幾何形狀。拋光墊部分200可以是弧形，使得該弧形的徑向中心對應於基板10的中心。這種配置的優點是拋光墊部分200可以藉由進一步拉伸需要拋光的區域周圍而變得更大，因此達到更高的拋光速率，而不犧牲徑向精度。
如本說明書所用的術語基板可以包括如產品基板（如其包括多個記憶體或處理器晶粒）、測試基板、裸露基板和閘控基板。該基板可以是在積體電路製造的不同階段，如基板可以是裸露晶圓，或者基板可以包括一個或多個沉積的和（或）圖案化的層。
本發明已經描述了多個實施例。然而，將理解到，可在不背離本發明的精神和範圍下作各種修改。例如，在一些實施例中，基板支撐件可以包括自己的致動器，致動器能夠將基板移動到相對於拋光墊的位置。作為另一實例，雖然上述的系統包括一驅動系統，該驅動系統將拋光墊以軌道路徑移動而基板固持在實質固定的位置，但是反之亦可以是拋光墊固持在實質固定的位置而基板以軌道路徑移動。在這種情況下，拋光驅動系統可以是類似但耦接於基板支撐件，而不是拋光墊支撐件。
雖然一般假設基板是圓形，但這並非必需的，支撐件和（或）拋光墊可以是其他形狀，如矩形（在這種情況下，「半徑」或「直徑」的論述將通常適用於沿主軸的橫向尺寸）。
術語相對定位用於表示系統的元件彼此相對定位，而不一定相對於重力；應當理解到，拋光表面和基板可以固持在垂直定向上或某些其他定向。然而，殼套底部有孔隙的相對於重力的佈置可以特別有利，因為重力可以幫助研磨漿流出殼套。
因此，其他實施例係在以下申請專利範圍的範圍內。
10‧‧‧基板
12‧‧‧表面
18‧‧‧中心
60‧‧‧貯槽
62‧‧‧拋光液
64‧‧‧導管
66‧‧‧埠
70‧‧‧貯槽
72‧‧‧導管
80‧‧‧壓力源
82‧‧‧導管
90‧‧‧控制器
91‧‧‧中央處理器
92‧‧‧記憶體
93‧‧‧支援電路
100‧‧‧拋光設備
105‧‧‧基板支撐件
111‧‧‧夾持組件
112‧‧‧夾具
113‧‧‧致動器
114‧‧‧凸緣
122‧‧‧埠
126‧‧‧真空源
128‧‧‧上表面
200‧‧‧拋光墊部分
202‧‧‧側壁
210‧‧‧拋光層
212‧‧‧背托層
220‧‧‧拋光表面
224‧‧‧槽
240‧‧‧拋光墊組件
250‧‧‧膜
252‧‧‧中心區域
254‧‧‧邊緣
256‧‧‧薄化部分
258‧‧‧周圍部分
259‧‧‧外周
260‧‧‧黏合劑
300‧‧‧拋光墊載體
310‧‧‧殼套
312‧‧‧孔隙
314‧‧‧側壁
320‧‧‧空腔
322‧‧‧上腔室
324‧‧‧下腔室
330‧‧‧上部分
332‧‧‧緣
334‧‧‧底表面
336‧‧‧上表面
340‧‧‧下部分
342‧‧‧緣
344‧‧‧凹槽
350‧‧‧凸緣
352‧‧‧下表面
354‧‧‧上表面
355‧‧‧支撐結構
356‧‧‧傾斜區域
360‧‧‧第一通道
362‧‧‧通道
364‧‧‧通道
500‧‧‧拋光驅動系統
506‧‧‧可驅動活塞
510‧‧‧轉子
520‧‧‧驅動軸
522‧‧‧上部驅動軸部分
524‧‧‧軸
526‧‧‧下部驅動軸
530‧‧‧馬達
550‧‧‧支撐結構
555‧‧‧支撐結構
560‧‧‧定位驅動系統
562‧‧‧線性致動器
564‧‧‧線性致動器
圖1是拋光系統的概要截面側視圖。
圖2是表示基板上的拋光墊部分的裝載區域之概要頂視圖。
圖3A至3E是拋光墊組件的概要截面圖。
圖4A至4C是拋光墊組件的拋光表面之概要底視圖。
圖5A至5B是拋光墊組件的概要底視圖。
圖6是拋光墊載體的概要截面圖。
圖7是表示拋光墊部分以軌道方式移動，同時保持固定角定向之概要截面頂視圖。
圖8是拋光系統的拋光墊載體和傳動系統的概要截面側視圖；
圖9是表示拋光墊部分相對於基板的軌道運動之概要截面圖和頂視圖。
圖10是表示拋光墊部分相對於基板的旋轉運動之概要截面圖和頂視圖。
在不同圖示中的相同數字編號代表相同的元件。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
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10‧‧‧基板
12‧‧‧表面
60‧‧‧貯槽
62‧‧‧拋光液
64‧‧‧導管
66‧‧‧埠
70‧‧‧貯槽
72‧‧‧導管
80‧‧‧壓力源
82‧‧‧導管
90‧‧‧控制器
91‧‧‧中央處理器
92‧‧‧記憶體
93‧‧‧支援電路
100‧‧‧拋光設備
105‧‧‧基板支撐件
111‧‧‧夾持組件
112‧‧‧夾具
113‧‧‧致動器
114‧‧‧凸緣
122‧‧‧埠
126‧‧‧真空源
128‧‧‧上表面
200‧‧‧拋光墊部分
220‧‧‧拋光表面
250‧‧‧膜
300‧‧‧拋光墊載體
310‧‧‧殼套
320‧‧‧空腔
322‧‧‧上腔室
324‧‧‧下腔室
500‧‧‧拋光驅動系統
506‧‧‧可驅動活塞
510‧‧‧轉子
522‧‧‧上部驅動軸部分
524‧‧‧軸
526‧‧‧下部驅動軸
555‧‧‧支撐結構
560‧‧‧定位驅動系統
562‧‧‧線性致動器
564‧‧‧線性致動器

Claims (20)

  1. 一種化學機械拋光系統，包括： 一基板支撐件，該基板支撐件經配置在一拋光操作期間固持一基板； 一拋光墊組件，該拋光墊組件包含一膜與一拋光墊部分，該拋光墊部分具有一拋光表面以在該拋光操作期間接觸該基板，在相對該拋光表面的一側上該拋光墊部分接合到該膜； 一拋光墊載體，該拋光墊載體包含一殼套，該殼套具有一空腔與一孔隙，該孔隙將該空腔連接到該殼套的一外部，該拋光墊組件定位於該殼套中使得該膜將該空腔分成一第一腔室與一第二腔室，且該孔隙自該第二腔室延伸，及其中該拋光墊載體與該拋光墊組件經定位與配置使得至少在有一充足壓力施於該第一腔室期間，該拋光墊部分凸出穿過該孔隙；及 一驅動系統，該驅動系統經配置而引起該基板支撐件與該拋光墊載體之間的相對運動。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該膜與該拋光墊部分為一單一主體。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該拋光墊部分經由一黏接劑而固定於該膜。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該膜包括一第一部分，該第一部分由一彈性較差的第二部分所圍繞，及該拋光墊部分接合至該第一部分。
  5. 如請求項1所述之系統，其中圍繞該孔隙的該拋光墊載體的一外表面實質平行於該拋光表面。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該拋光墊載體和該拋光墊組件經配置而使得當該第一腔室在大氣壓力下時，該拋光墊部分至少部分地延伸穿過該孔隙。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該拋光墊載體和該拋光墊組件經配置而使得當該第一腔室在大氣壓力下時，該拋光墊部分完全延伸穿過該孔隙。
  8. 如請求項6所述之系統，其中該拋光墊載體和該拋光墊組件經配置而使得當該第一腔室在大氣壓力下時，該拋光墊部分只有部分地延伸穿過該孔隙。
  9. 如請求項1所述之系統，包括一可控制的壓力源，該可控制的壓力源可流體耦接該第一腔室。
  10. 如請求項1所述之系統，包括用於拋光流體的一貯槽，該貯槽可流體耦接該第二腔室。
  11. 如請求項10所述之系統，其中該系統經配置而使得在一拋光操作期間，該拋光流體流入該第二腔室並從該孔隙流出。
  12. 如請求項1所述之系統，包括一清洗流體源，該清洗流體源可流體耦接該第二腔室。
  13. 如請求項12所述之系統，其中該系統經配置而使得在拋光操作與拋光操作之間，該清洗流體流入該第二腔室並從該孔隙流出。
  14. 如請求項1所述之系統，其中該殼套包括一下部分，除了在該孔隙處之外，該下部分實質延伸橫跨該膜的全部。
  15. 如請求項14所述之系統，其中該殼套包括一上部分，以及該膜的邊緣被夾持在該殼套的該上部分與該下部分之間。
  16. 如請求項1所述之系統，其中該膜實質平行於該拋光表面。
  17. 如請求項1所述之系統，其中該驅動系統經配置而將該拋光墊載體以一軌道運動的方式移動，而在該軌道運動期間，該拋光墊部分與該基板的一暴露表面接觸並將該拋光墊保持在相對於該基板的一固定角定向上。
  18. 一種拋光墊組件，包括： 一膜，該膜具有一菜豆（kidney-bean）形狀的一外周；及 一拋光墊部分，該拋光墊部分具有一拋光表面以在該拋光操作期間接觸該基板，在相對該拋光表面的一側上該拋光墊部分接合到該膜。
  19. 如請求項18所述之拋光墊組件，其中該拋光墊部分定位在該膜的一中線附近且與該膜的相對邊緣實質等距。
  20. 如請求項18所述之拋光墊組件，其中該膜具有橫跨該膜的一中線之雙向對稱性（bilateral symmetry）。
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