TWI301089B

TWI301089B - Carrier head with multiple chambers

Info

Publication number: TWI301089B
Application number: TW095136105A
Authority: TW
Inventors: Steven M Zuniga; Hung Chih Chen; Thomas B Brezoczky; Steven T Mear
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-09-21
Also published as: CN1943989B; CN1943989A; US7207871B1; US20070082589A1; TW200732087A

Description

1301089 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】 *明涉及在化學機械研磨過程中用於控制施材上壓力的承載頭。【先前技術】通吊藉由在矽基材上依序沉積導體層、半導體絕緣層’而在基材上形成積體電路。一製造步驟包平整表面上沉積一填料層，並對該填料層進行平坦直到暴露出不平整表面。例如，可以在圖案化之絕 Λ 沉積導電填料層，以填充絕緣層中的溝道或者孔。，磨該填料層直到暴露出絕緣層的凸起圖案。在平後’在絕緣層凸起圖案之間保留的導電層部分形成上的薄膜電路之間提供導電路徑的通孔、接點和連外，由於微影裝置的聚焦深度有限，因此需要平坦對要進行光微影的基材表面進行平坦化處理。 Φ 化學機械研磨（CMP )是一種公認的平坦化方 • 平坦化方法通常需要將基材固定在CMP裴置的承是研磨頭上。該基材的暴露面則置於緊靠在旋轉研者帶狀墊處。該研磨墊可以是“標準，，研磨塾，也固定研磨微粒墊（fixed-abrasive pad )。標準塾具有粗糙表面，而固定研磨微粒墊具有保持在容納媒介磨微粒。承载頭對基材施加可控負載，從而使其緊墊。研磨墊的表面則施加有一研磨溶液，諸如包括加在基層或者括在不化處理緣層上然後研坦化以在基材線。此化技術法。該戴頭或磨塾或可以是耐用的中的研罪研磨研磨微 5

1301089 粒的研磨漿。【發明内容】本發明提供了多種在不必使承載頭同比例增加入數量的情況下，用以增加承載頭中壓力腔室數量白一般來說，於一實施態樣中，本發明以一種用機械研磨一基材的承載頭為其特徵。所述承載頭包爲連接至第一壓力輸入的第一通路和配置爲連接至力輸入的第二通路。承載頭還包括具有第一和第二底座組件。一彈性膜係結合至底座組件。而膜通常致為圓形之主體，且主體之下表面提供一基材安裝在底座組件和彈性膜之間的空間形成多個可加壓腔個第一和第二通路與多個可加壓腔室至少其中之通，並且可加壓腔室的數量較壓力輸入的數量多。承載頭還可以包括形成多假可加壓腔室至少其的内部膜。承載頭還可以包括多個閥，諸如電磁閥或閥，其中各個閥與多個可加壓腔室其中之一連接。可以為電控制/承載頭可以具有和閥數量相等或者數量的可加壓腔室數量。閥係可控制而產生多個域，其中每個區域包括多個可加壓腔室之一個或多一和第二通路可耦接至各個可加壓腔室。承載頭還括一闊控制器，其中，闊控制器控制各個閥位於第和第二位置之間。承載頭具有固定至底座組件的件，其中，分割部件限定各個可加壓腔室的側壁。壓力輸 b技術。於化學括配置第二壓通路的具有大表面。室。各一者連中之一 MEMS 多個閥大於闊壓力區個，第可以包一位置分割部分割部 6

1301089 件可以是環形侧壁，從而形成環狀的可加壓j 可加壓腔室可配置為一區隔結構（sectional 底座組件包括板體，且板體包括歧管，而歧二通路流體結合至多個可加壓腔室。歧管的，從而可以將第一可加壓腔室和第一通路第一可加壓腔室和第二通路之間的連接。板固件而連接到底座組件的一部分。於另一實施態樣中，本發明涉及用於具頭的部件。板體沿著底面而具有多個腔室區延伸穿過板體，而每個通路用於將壓力輸入腔室區域，其中，連接穿過板體的壓力輸入室區域的數量。板體可以具有將通路連接到腔室區域的爲可配置的，從而在一配置中，歧管決定通的第一對應關係，並在第二配置中，歧管決區域之間的第二對應關係，而第一對應關係應關係。在另一實施態樣中，本發明涉及形成承包括：提供了一種具有第一通路和第二通路其中第一通路係設置成與第一壓力源為流體路係設置成與第二壓力源為流體連通；提供的基材背襯組件，其中腔室的數量大於壓力第一通路耦接至第一腔室和第二腔室至少其中，第一通路和第一、第二腔室之間的連接空室。可選地， formation ) 〇管將第一和第焉可重新配置的連接改變爲體可以藉由緊有板體的承載域。多個通路連接到至少一之數量少於腔歧管。歧管係路和腔室區域定通路和腔室不同於第二對載頭的方法，的底座組件，連通，第二通具有多個腔室源的數量；將中之一者，其爲可配置的， 7

1301089 從而使得第一通路與第一腔室或第二腔室其中之一者體連通，或者使第一通路與第一腔室和第二腔室兩者流體連通。耦接第一通路至第一腔室和第二腔室至少其中一步驟係包括：將第一通路耦接至一闊，而閥係具有與腔室和第二腔室至少其中之一者為流體連通的輸出。基材背襯組件之步驟包括：提供具有所需歧管設計的背襯組件，並且，將第一通路耦接至第一腔室和第二至少其中之一者的步驟包括：將基材背襯組件結合到組件。在另一實施態樣中，本發明涉及使用承載頭的方包括：將基材保持在承載頭下方，從而使得基材的前研磨表面接觸。承載頭包括向基材背面施加壓力的基襯組件。基材背襯組件包括多個腔室，其中，一腔室第一壓力輸入連通；施加壓力至基材的背面，使得腔壓到由第一壓力輸入所施加的壓力；在基材和研磨表間產生相對運動；然後，使腔室與第二壓力輸入為流通，而不與第一壓力輸入連通。使腔室與第二壓力輸入連通之步驟包括：向閥發信號，造成閥改變。該方法包括在使腔室與第二壓力連通以後，接續研磨該基材。基材背襯組件可以包括歧管，並且，使腔室與第二壓力輸入連通的步驟包括第一歧管改變爲第二歧管。在又一實施態樣中，本發明包括形成承載頭之一為流皆為者之第一提供基材腔室底座法，側與材背係與室加面之體連送電輸入第一 :將部件 8

1301089 的方法。板體係形成而具有用於連接多個壓力输入和多腔室區域的多個通路。腔室區域係位於板體的下表面，且壓力輸入的數量小於腔室區域的數量。本發明的實施例可以包括如下一個或者多個優點。習知之多腔室承載頭相比，在不必使承載頭同比例增加力輸入數量的情況下，可增加承載頭中壓力腔室的數量可選地，在保持同樣腔室數的同時，可以減少壓力輸入量。藉由限制形成一可配置之承載頭系統所需的壓力輸之數量，該系統相較於需要更多壓力輸入的承載頭更為化。較為簡化的承載頭系統需要較少的部件，並更容易立和保持。可以將腔室進行分組，從而形成以同一壓力入而控制的腔室組，並且該腔室組的成員是可配置的。以藉由軟體來選择配置，並且可以在研磨過程中或者多研磨操作之間進行S&置之原位（in-situ )改變。壓力分系統可以與不同的膜結構結合一起使用。承載頭適用於種研磨製程和參數。由於增進了改變配置的靈活性，因提高了研磨均勻性，並改善了產量。針對區域配置的選能力以及針對在不同區域配置之間的變化能力，可以對磨控制産生很好的解析度。對研磨製程的較佳控制可造較高的晶片產量。對於與膜組件相匹配的區域數量存在限制，而在驅動軸中之氣動口的數量亦存在限制。對於定的壓力輸入數量，藉由於承載頭組件中增設腔室，而增設額外的壓力輸入，則可以獲得對於研磨圖形更多的制。此處所述的方法和組件可以與現有之承載頭結構結個並與壓〇數入簡建輸可個配各此擇研成有給不控合 9 1301089 一起使用。在附圖和如下說明書中陳述了本發明一個或者多個實施例的細節。藉由說明書、附圖和申請專利範圍，則本發明的其他特徵、目的和優點將變得更加顯而易見。【實施方式】

參照第1A圖和第1B圖，描述了承載頭1 0 0的一實施例。承載頭1〇〇包括殼體102、底座組件104、萬向構件 1 0 6 (可以認爲是底座組件的一部分）、負載腔 1 0 8、保持環110，以及包括可加壓腔的基材背襯組件112。在1997 年5月21日遞交的美國專利號爲6，1 83，3 54、2000年11 月13曰遞交的美國專利6,857,945以及20 04年3月26日遞交的美國專利申請號1 0/8 1 0,7 84和2003年3月7曰遞交的美國專利號 6,764,3 87中可以找到類似的承載頭描述。在此引入公開的全部内容作爲參考。殼體1 02通常爲圓形形狀，並且可以和驅動軸連接以在研磨期間與其一起旋轉件。垂直孔1 20係穿過殼體1 02 而形成，並且，可選地，一個或者多個附加通路 122 (僅示出一個）可以延伸經過該垂直孔 1 2 0，以對承載頭進行氣動控制。圓柱環形凸緣125由殼體102向下延伸，萬向構件1 0 6的圓柱部分1 0 6 a沿凸緣1 2 5外部向上延伸，從而在允許底座組件1 04垂直移動的同時，限制底座組件1 04 的水平運動。〇形圈124用於在穿過殼體的通路和穿過驅動軸的通路之間形成流體密封。電導線2 04也可以延伸通 10 1301089 過垂直孔1 2 0，以將電信號傳送給底座組件1 04内的元件。可選地，電導線204可以經過該承載頭的另一部件而延伸進入該底座組件1 0 4中。

底座組件104爲位於殼體102下方且可垂直移動的組件。底座組件1 04包括板體1 3 0、外部固定環1 3 4，和萬向構件1 0 6。藉由内部固定環1 2 8而將通常爲圓形之滾動隔板1 2 6的内邊緣固定到殼體1 02上，並且藉由外部固定環 1 3 4而將滾動隔板1 2 6的外邊緣固定到底座組件1 04上，從而形成位於殼體 102和底座組件 104之間的負載腔 1 0 8，進而向底座組件1 04施加負載，即向下的壓力。亦可藉由負載腔1 0 8而控制底座組件1 04相對於研磨墊的垂直位置。可加壓腔208可向基材背襯組件112施加壓力。基材背襯組件 11 2包括具有大致為平面之主體部分 142的彈性膜140。主體部分142的下表面144提供基材一安裝表面。將膜的主體部分1 42和底座組件1 04之間的空間分割爲多個腔室。在所示的實施例中，藉由從膜140的主體部分1 42延伸出來的同心環形側壁15 0、1 5 2、1 5 4、 1 5 6、1 5 8、1 60、16 2、164和1 66來分割所述空間。將最外部側壁1 68固定在底座組件1 04和保持環1 1 0之間，並可以藉由固定環而將其他側壁固定到底座組件1 04上。所述側壁可以是與膜為一體成形的部件，可以由不同之主體所形成，以及與膜的背部連接或者不與膜連接。儘管圖中示出1 0個環形側壁，但是亦可以設置更多或者更少的側壁，此係由所需的腔室數量來決定。其他承載頭結構也可 11

1301089 以用來形成腔室，諸如具有位於膜1 40和底座組件間的附加膜或者氣囊的承載頭。在200 1年6月10 的美國專利6,722,965和1 997年5月21曰遞交的利 6，1 8 3，3 5 4中可以發現關於該膜結構的描述，在其全部内容作爲參考。位於底座組件1 0 4和膜1 4 0之間，且密封在第 1 5 0内的空間係提供第一環形腔室1 72。位於底座翻和膜1 4 0之間，且密封在第一側壁1 5 0和第二側壁間的空間係提供圍繞第一環形腔室1 72的第二可加腔室 1 74。類似地，位於其他相鄰之側壁對之間的提供其他環形腔室 1 7 6 - 1 9 0。每個腔室可以比相鄰寬、更窄或者具有一樣的寬度。環形腔室可以具有度，因此該環形結構形成圍繞基材而具有均一徑向研磨區域。儘管此處描述了特定的腔室結構，但是可以採用任何所需的腔室結構或者區域結構。藉由或者多個膜的物理結構、承載頭、或者基材背襯組來限定腔室。研磨區域包括一個或者多個腔室，並在任意時間在該區域包括多少腔室而對區域進行配進一步如下所述，所述腔室可以和諸如氣體輸的多個壓力源（未示出）或者壓力管道或真空管道連結。可以調節該連結使得腔室在某一時刻僅對一源開放。如果每個腔室都與其他腔室隔離，則流體速地從一個腔室傳送到另一個腔室。但是，腔室組其他腔室流體連結，甚至僅為臨時連結。可以對腔 104之曰遞交美國專此引入一側壁 L 件 104 152之壓環形空間係腔室更恒定寬寬度的實際上一個膜件112 且基於置。入、泵為流體個壓力不能快可以與室施加 12 1301089 不同壓力。具有同樣壓力的每個腔室或者鄰近的腔室組係構成一個區域。壓力輸入不需要和腔室為一比一（1: 1) 對應。實際上，承載頭可以具有比腔室更少的輸入。

底座組件1 04包括用於控制哪個腔室與哪個壓力源為流體連通的壓力選路（routing )組件 1 33。該壓力選路組件1 3 3可以安裝在板體1 3 0上或者位於板體1 3 0内部。壓力選路組件1 3 3可以藉由貫穿殼體1 02的垂直孔1 20或者通路122而與壓力源流體連結。類似地，每個腔室172-190 藉由貫穿板體130的連接通路131而與壓力選路組件133 流體連通。任何流體連結可以包括管道，諸如彈性或者剛性管道，或者僅爲貫穿底座組件104或者板體130的通道。壓力選路組件1 3 3可以包括具有閥2 1 6的元件或者不具有閥的歧管，其係控制通路1 3 1和通路1 22之間的連接關係，以確定哪些腔室1 72- 1 90與哪個壓力源結合。雖然閥支撐元件212可以包括許多闊，但是在閥支撐元件212 中僅示出一個閥216。壓力選路組件133還可以包括具有固定壓力選路的歧管和閥，即，位於閥支撐元件和歧管之間的混接。壓力選路組件133可以是可配置的（即，可以調節通路1 3 1到通路1 2 2的連接方式）或者為不可配置的 (即，其連接方式為固定的）。具體的，對於至少一個壓力源，壓力選路組件1 3 3能夠將多個腔室與所述壓力源的輸入連接。因此，連接到壓力選路組件1 3 3的壓力輸入的數量可以少於腔室的數量。同樣地，可以將至少兩個腔室與同一壓力源連接。所述腔室不必爲相鄰之腔室。殼體 2 1 8 13 1301089 可以覆蓋每個閥。如果壓力選路組件是可配置的，在某些實施方式中，可以在不從承載頭上移除壓力選路組件1 3 3的情況下而改變其結構（並且在某些實施例中，可在研磨操作過程中改變所述結構），而在某些實施例中可能需要移除壓力選路組件1 3 3來修改所述結構。如果壓力選路組件1 3 3是可配置的，則可以改變結合至同一壓力源的腔室組。

藉由分離的腔室或者腔室組，則可以猶立控制彈性膜 1 40的相關部分施加至基材上的壓力和負載。這使得在研磨期間，可以對基材的不同區域施加不同壓力，從而可以補償研磨率的不均勻或者引入基材的不均勻厚度。在研磨期間，可以增加或者降低腔室中的壓力，以改變施加給基材相應區域的壓力量。藉由將流體引入腔室或者從腔室中去除流體則可以改變施加的壓力量，而腔室可以分類為壓力區域，從而使得每個區域包括一個或者多個腔室。因此，可以在具體區域施加實質均勻的壓力。藉由改變閥的設定或者歧管的選路，則可以改變每個區域所屬的特定腔室。由於可以對任意或者所有的腔室施加不同的壓力，因此在承載頭中可以包括用於保持施加在基材上總體壓力的構件。在一實施例中，改變通過可加壓腔2 0 8所施加的向下力量，則可以保持施加給基材之總體壓力為恒定，並對單獨腔室施加的壓力進行補償。在一實施例中，壓力選路組件包括控制哪個腔室屬於哪個區域的閥，並且藉由輸入而可以改變每個閥的位置， 14

1301089 同時，承載頭保持固定在驅動軸上。在載頭中的電導線204可以從控制器向閥器可以包括軟體，諸如執行研磨配方（的軟體。該配方可以包括一組研磨參數研磨漿等級和壓力，並且還包括切換每壓力源與至少一個腔室的時間。該控制的部件或者與電腦系統連接，諸如包括或關閉的信號之指令的電腦系統。電腦具有用於改變閥狀態的配方，即由開啟閉到開啟。可選地，該電腦系統可以從量經由研磨而去除的材料量的監控系統基材測量能夠用於根據反饋信息而確定的。該控制器還可以接受命令，諸如由相並傳送信號給執行該命令的闊組件。在者在研磨多片基材之間，可以改變閥的在另一實施例中，壓力選路組件包室屬於哪個區域的閥，但是閥的位置必如，爲了調整這些閥，可以從驅動軸上得進入壓力選路組件的通道，並且手動該實施方式中，當壓力選路組件仍固定則藉由輸入來改變區域。參照第2圖，在一實施方式中（適例），承載頭包括兩個通路，其中一個立高之壓力源220連接，而另一通路12 2b 該實施方式中，承傳輸信號。該控制 polishing recipe ) ，諸如時間、速度、個閥從而連接所需器可以是電腦系統用於發送使閥開啟系統經程式設計而到關閉，或者由關測量膜厚度或者測來接收反饋信息。閥是開的或者是關 L用者輸入的命令，基材研磨過程中或狀態。括用於控制哪個腔須機械地改變。例移除承載頭從而獲對閥進行調整。在在板體130上時，用於上述任一實施 i路1 2 2 a與相對較與相對較低之壓力 15 1301089 源2 1 0連接。壓力還路組件1 3 3包括用於每個腔室1 7 2 -1 9 0

的閥2 3 2 · 2 5 0，例如電磁閥（solenoid valve)或者MEMS 閥。每個腔室1 72-190藉由與其相連之閥232-250而交替地結合至通路122a或通路12 2b之一。因此，每個閥232-25 0 可以在允許流體從高壓力源2 2 0流至與其相連之腔室，和允許流體從低壓力源2 1 0流至相關腔室之間切換。在任意給定的時間，每個腔室處於所述兩種壓力其中之一。

由於腔室的存在，因此可在基材後面形成許多區域。另方面’可以對基材的背面施加同一壓力，而形成一個大區域。腔室可以處於任意所需壓力下，諸如在約〇1 psi (錶壓）到6 psi (錶壓）之間或者更高。在一實施例中，與高壓力輸入連接的腔室約爲3.0 psi (錶壓），而與低壓力輪入連接的腔室約爲2 _ 〇 p s i (錶壓）。在另一實施例中，向愿輸入和低壓輸入之間的差介於1〇_2〇%之間。在某些系統中，在相鄰腔室或者相鄰區域之間設置較小壓差比在相4腔至或者相鄰區域之間存在較大壓差時，承載頭具有更好的執行效果。但是，所述腔室可以調整爲任意所需壓力0 參照第3圖，在另一實施方式中（適用於上述的任意實施例），並不是每個腔室均具有與其相連之閥。在該實施方式中，腔室1 7 6、1 8 0、1 8 4、1 8 8連接到與其相連接之閥 284、286、288、290 上，而腔室 172、174、178、182、186 和1 9 0分別直接連接到壓力源2 6 2、2 6 4、2 6 6、2 6 8、2 7 〇和2 7 2上。每個閥均可以將與其相連接之腔室連接到兩個 16 1301089 壓力源其中之一上。例如，腔室174和178分別與壓力源 264和266連接，並且腔室176藉由閥284而可與壓力源 264或266連接。中央腔172可具有專用的壓力源262。因此’每個區域可以包括一個、兩個或者三個腔室。

對於每個具有兩個輸入的四個閥，可以形成1 6種結構。因此，具有6個輸入和4個閥，可以將具有包括1 〇個腔室的膜之承载頭配置爲1 6種不同的6腔室承載頭。在如下表1中示出了採用第3圖實施例的幾種可能的區域結構。輸入 ---------- _______________ 262 26 4 266 26 8 270 272 1 1 72 174 176,178 180,182 184,186 188，190 2 172 174,176 178,180 182,184 186,190 190 配置 3 172 174 176,178 ,180 182 184,186 ,188 190 4 172 ^4,176 178 180,182 ,184 186 188,190 通常’可以配置的區域數量由閥位置數量（X )的閥 17 1301089 數量（Υ )次方決定，或者χΥ。閥可以具有兩種設定方式。但是，也可以採用其他類型的閥，諸如可以多於兩種輸入的選路的閥。第4圖所示爲具有多個區域之承載頭的另一實施例。該承载頭可以包括許多和第1圖中的承載頭相同或者相似的部件’諸如殼體丨〇2、底座組件1 〇4、萬向構件丨Μ、通路HZ和彈性膜MO C但是，壓力路由組件不包括閥，而鲁是包括將腔室l72-l90耦揍到兩個或者多個壓力輸入（未不出）上的歧管3 1 0。歧管3 1 0可以是板體1 3 〇的一部分。如果歧官31〇是板體13〇的一部分，則可以藉由採用具有，所需歧管310結構的另一板體來更換板體13〇，而改變歧 • 官310的結構。如圖所示，可以將板體130 —部分的膜支撐件192自板體13〇的其餘部分移除，並採用具有所需結構的膜支撐件192來更換之。可選地，該歧管31〇爲從板體130上為可去除的，或在板體13〇内為可更換的。藉由更換諸如導管的流體管道的連接部件或者替換整個歧管 • 3 1〇 ^ ^ ^ ^ ^ f 31〇〇 ^ ^ α * Μ ^ Μ ^ ^ ^ • 中之一連接，且同時關閉其他連接來改變將兩個咬者多個 .一結合到單個腔室上的歧管31。。藉由任歧官31〇，都可以從承載頭上去除板體13〇或者板體υ。的一部分從而進行所需變化。參照第5圖，在一實施例中，歧管31〇係形成於板體中。板體130具有通到彈性管路1〇3的輸入孔135。彈性管路1〇3於板豸130内部而通到位於板冑13〇内的歧管 18

1301089 3 1 0。板體 1 3 0與底座組件1 04緊密配合，經過孔1 3 5而與彈性管1 03為流體連通。彈到歧管3 1 0。可以藉由緊固件而將用於更換除的部分之承載頭連接到承載頭上，該緊固者其他可以替換的緊固件。板體1 3 0可以包固件的孔1 3 7。參照第6圖，彈性管路103與歧管3 10 流體連通。管路2 6 0則與腔室1 9 0連接。管到腔室區域。腔室1 9 0可以不是一個完整腔膜或者其他覆蓋腔室區域的基材背襯構件。在具有歧管的承載頭的一個實施例中（圖所述的實施例），如第7圖所示，可以對區置。於此處，係採用歧管3 1 0 a來確定壓力區非以閥來決定之。第一壓力輸入3 6 0與第一二腔室404連接。第二壓力输入370與第二/ 第三壓力腔室406和第四壓力腔室408連接入3 8 0與第四壓力腔室4 0 8、第五壓力腔室力腔室412連接。第四壓力輸入390與第六/ 第七壓力腔室414和第八壓力腔室416連接壓力輸入的腔室404、408和412中，歧管之定哪個壓力通向所述腔室。藉由改變歧管，圖所示的排列結構而提供8種可能的組合。多種不同的膜可以用於上方揭露的腔室例如，在上述實施例中，所述膜爲用於連接使得通路122 性管1 0 3係通硬體結構而移件諸如螺絲或括用於容納緊的管路260為路260可以通室，而不具有適用於第 4-6 域進行硬體配域的結構，而腔室402和第 S力腔室404、。第三壓力輸 410和第六壓 i力腔室4 1 2、。在具有兩個設計係用以確則可利用第 7 控制方法中。至底座組件的 19

1301089 :有單-弯曲部分之單個外部膜、負襯組件的其他構件亦可以， 4膜、氣囊或者基材置區域的承载頭來說，外呷^成腔室。對於形成具有可配使限定腔室的構件不合Λ 、並非為必須的。外部膜可以卜曰雙到磨指十土 _ 、膜、具有複雜連接模式的膜。、、^者巧染。和多個内部型組件相比，該外邱贈^ 、，或者形成多個腔室的其他類口丨膜車父易於更拖。載頭包括雙重膜，i及θ 、在/、他實施例中，承、’、係具有外部膜痞去a 施加壓力的一個嗅.夕、/ 向外部膜的内表面交的美國專利第6=:部媒。在_年6月10曰遞此引入其全部内容作=號中揭露了類似的承載頭，在控制區域。在基材邊◎此外m有專用的邊緣 μ丨士/ 處研磨率傾向於最不均勻，邊緣控制有助於得到均勻研磨、Ί Ί遺緣側壁，或者藉由氣囊而、’如上所述’膜可以具有、囊而可以形成分隔的腔室。糸二在上述只鈿例的另一實例中，所述腔室和相關的區域為徑向對稱。然而，古腺具有用於非對稱輪廓控制的分隔式

Uelluak)區域結構。籍由在一個腔室中施加更大的麗力而非在％形區域施加同樣的壓力來達到非對稱輪廓。例士士第8圖所示，區隔結構1000具有中央腔室1002，而中央腔至1 002係環繞有環形環1〇〇6、1〇〇8，其係沿著膜的半彳二1 〇〇 4而分割環形環1 0 0 6、1 0 〇 8以形成腔室。分隔式結構可以包括類似於蜂巢的許多小室。也可以採用具有不同腔室數的其他膜結構。具有區隔結構1000或者分隔式、、、σ構的膜可允許調整基材輪廓的不對稱情況。在執行製程期間，配置施加給基材之壓力區域的能力 20

1301089 可以改善基材平坦化製程。由於平坦化基材可能造成基一部分之研磨速率相較於諸如中央的其他部分更快，藉在研磨過程中選擇性地施加壓力至基材的不同區域而控平坦化製程，則有助於獲得更平坦的基材表面。在基材整個表面可以利用不同速率進行研磨。此外，隨著承載組件特性的變化，諸如由於磨損，即使採用非常穩定的磨方法，基材上各個區域的研磨速率也可能隨著不同基而變化。在研磨過程中改變施加給基材的一個或者另一區域的壓力則可以補償這些變化。但是，增加壓力所施的區域之數量會增加承載頭中所需壓力輸入的數量。增設壓力選路組件可以於研磨期間在有關於基材選部分施加壓力方面提高承載頭的可變動性。壓力選路組可以使少數個壓力輸入能夠與膜相關的較多數量之腔室起使用。壓力選路組件還允許改變腔室和壓力輸入之間連接關係，諸如藉由改變閥或者改變諸如管路或者歧管連接關係。在研縻期間可以改變包括閥的壓力選路組件。這樣以允許對施加至基材之不同區域的壓力執行軟體控制。用閥來控制至任意數量腔室的壓力輸入係允許少到兩個壓力輸入進入承載頭，但是在研磨過程中仍然能夠可變地向基材的兩個以上不同區域施加不同壓力。而且，在磨期間，可以改變壓力區域的尺寸。少於腔室數之壓力入可以簡化承載頭。幾乎所有類型的腔室結構，諸如環开區隔的或者分隔式的腔室結構，其都可以與以閥控制之材由制的頭研材個加擇件的的可採之動研輸 \、壓 21 1301089 力選路組件結合使用。

在和針對每個腔室具有單獨壓力輸入的承載頭進行比較時，閥和通往腔室的專用通路之組合也減少與腔室數量相對的壓力輸入數量。也就是說，腔室的數量大於壓力輸入的數量。閥和專用通路的組合降低了在壓力選路組件中所使用的閥數量。較少之閥數量降低了可能潛在失效的工作部件之數量。具有同一壓力的腔室可以將其歸類爲獨立的可加壓區域。與閥連通的腔室可以從一個區域移動到另一區域，而使得區域為可配置。可以在研磨期間或是對不同基材研磨過程之間改變區域配置。在研磨期間配置區域的能力可以增進對整個研磨製程的控制。歧管系統之設置則使得在壓力輸入和腔室之間不需設置閥。因此，不存在有可能潛在失效的闊。此外，由於在承載頭内不存在有要進行控制的電控元件，諸如閥，因此在承載頭内不需要電子裝置。可以從承載頭上移除板體，並諸如藉由改變腔室和壓力輸入之間的連接關係，或者採用具有所需歧管配置的另一板體來更換該板體，則可以改變配置。在該承載頭中各種元件的配置，諸如相對尺寸和間距、保持環、底座組件或者彈性膜的側壁均爲示例性的而非用以限制本發明。承載頭亦可不具有負載腔，並且底座組件和殼體可以是單一結構。如上所述，藉由控制基材相對於研磨平面的運動，而可使承載頭用於對基材進行平坦化處理。在研磨過程中， 22 1301089 基材與所述膜的下表面接觸。承載頭支托基材並使其緊研磨表面。承載頭可以使基材相對於研磨表面移動，諸藉由旋轉和平移經過該研磨表面。相對運動使得研磨表磨去基材的最上層表面。由於可能出現研磨速率的不均以及弓丨入基材可能的非均一表面，因此可以在每個腔室施加不同壓力從而局部提高或者降低研磨速率。於研磨期間，在研磨速率過快的區域，藉由切換爲壓力輸入而降低其壓力。可選地，於研磨後，可以在線 (in line )測量台上測量基材，從而決定是否需要調整對該基材之接續研磨或者針對接續基材的研磨之研磨數。利用原位（in situ )監控，可以在整個研磨過程中變區域。在單獨腔室改變壓力的同時，可以藉由在基材襯組件上施加向下壓力而改變施加至基材的總體壓力。當對基材進行充分平坦化後，則停止相對運動，並利用承载頭而自研磨表面上移除基材，例如：藉由將基升舉起’並將該基材依序傳輸至裝載或者卸载台、沖洗或者隨後的研磨表面。對於上述的技術，和傳統多腔室承載頭相比，在不成比例的對於承載頭增加壓力輸入數量的情況下，可增承載頭中壓力腔室的數量。可選地，在保持同樣腔數的夺了以減少壓力輸入數量。可以針對以相同壓力輸入行控制的腔室’而將其歸類為一組腔室，並且該腔室組的成員疋可配置的。可藉由軟體來選擇配置，並且可以研磨過私中或者多個研磨操作之間於原位改變配置。壓靠如面勻中低上針參改背且材槽必加同進中在力 23

1301089 分配系統可以與不同的膜配置一起使用。該承載頭適用各種研磨製程和參數。即使在研磨各個基材而具有相對現性結果的方法中，該承載頭部件可能會磨損，而且研表面可能會磨損。一段時間後，該磨損會改變基材的研特性。控制在基材上各種區域的輸入可以補償這些變化具有區域配置的選擇能力以及在不同區域配置之間的變能力可以對研磨控制産生很好的解析度。對研磨製程的佳控制則可産生較高的晶片產量。可以達到在特定區域均勻的薄膜厚度和均勻的薄膜清除，諸如銅薄膜。由於進了改變配置的靈活性，因此提高了研磨均勻性，並改了產量。對於驅動軸中的氣動口數量可能存在有限制。針對何給定的壓力輸入數量，可藉由於承載頭組件中增設腔並且不增設額外的壓力輸入之情況下，可以獲得對於研圖形更多的控制。此外，此處所述的方法和組件可以與有之承載頭結構結合一起使用。藉由限制形成一可配置承載頭系統所需的壓力輸入數量，則該系統比需要更多力輸入的承載頭較為簡化。簡化的承載頭系統需要較少部件，並且更容易建立和保持。本發明中已經描述了很多實施例。但是，應該理解不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以對本發明進行種修改。例如，每個壓力輸入可以施加彼此不同的壓力或者可以調整壓力輸入從而施加相同的壓力。該承載頭要三個腔室，但是承載頭亦可以具有符合基材之整個背於再磨磨〇化較中增善任室磨現之壓的在各需面 24 1301089 寬度的多個腔室。在某些實施例中，可以藉由〇形圈而代替膜的側壁以限定所述腔室。因此，其他實施例也落入所附申請專利範圍的範圍之内。【圖式簡單說明】第1 Α圖和第1 Β圖顯示基材承載頭的截面示意圖；第2圖所示爲與各個用於數位控制之閥連接的壓力腔室的

第3圖所示爲可配置的壓力區域示意圖；第4圖爲具有多個區域的承載頭示意圖；第5圖爲板體的頂部透視圖；第6圖爲部分板體的截面圖；第7圖爲在第4圖承載頭中之壓力區域的示意圖；以及第8圖爲具有分割的區域結構之膜的示意圖。在各附圖中，相同的元件符號用以表示相同的元件。

【主要元件符號說明】 100 承載頭 102 殼體 103 管路 104 底座組件 106 萬向構件 106a 部分 108 負載腔 110 保持環 112 基材背襯組件 120 垂直孔 122 通路 122a，b 通路 124 0 形圈 125 凸緣 25 1301089 126 隔板 128 固定環 130 板體 131 通路 133 壓力選路組件 134 固定環 135 輸入孔 137 孑L 140 膜 142 主體部分 144 下表面 192 膜支撐件 150,152,154,156,158,160,162,164,166 側壁

172,174,1 76,178,1 80,1 82,184,186,1 88,190,402,404,406, 408,41 0,4 12,414,41 6 腔室 204 電導線 208 可加壓腔 210,220,262,264,266,268,270,272 壓力源 212 閥支撐元件 216 閥 2 1 8 殼體 260 管路 232,234,236,238,240,242,244,246,248,250 閥 284,286,288,290 閥 310 歧管 3 10a 歧管 360,370,3 80,3 90 壓力輸入 1000 區隔結構 1002 中央腔室 1004 半徑 1006 環形環 1008 環形環 26

Claims

1301089 十、申請專利範圍： 1 . 一種用於一基材之化學機械研磨的承載頭，包括：一第一通路，係配置爲連接至一第一壓力輸入；一第二通路，係配置爲連接至一第二壓力輸入；一底座組件，包括該第一通路和該第二通路；以一彈性膜，係結合至該底座組件，並具有一大致形之主體，該主體的一下表面提供一基材安裝表面，底座組件和該彈性膜之間的空間形成多個可加壓腔室中，該第一通路和該些可加壓腔室的一第一腔室連通且該第二通路和該些可加壓腔室的一第二腔室連通，些可加壓腔室的數量大於進入該承載頭内之多個通路量0 2.如申請專利範圍第1項所述之承載頭，其更包括：形成至少其中之一的該些可加壓腔室之一内部膜 3 .如申請專利範圍第1項所述之承載頭，其更包括：該底座組件内的一壓力選路（routing )組件，該壓路組件決定哪一個該壓力輸入與哪一個該腔室連支中，該壓力選路組件包括多個閥，而每一個該些閥些可加壓腔室其中之一為相連接。 4.如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其中該些閥及為圓在該，其，並而該的數位於力選 L，其與該包括 27 1301089 多個電控閥。 5 .如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其中該些閥包括多個電磁閥（solenoid valve)。 6.如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其中該些閥包括多個微機電系統閥（MEMS valve)。

7. 如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其中該承載頭的該些閥之數量與該些可加壓腔室之數量相等。 8. 如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其中該承載頭的該些可加壓腔室之數量大於該些閥之數量。

9.如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其中該些閥係可控制以建立多個壓力區域，其中每一個該些區域包括一或多個該些可加壓腔室。 1 0.如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其中該壓力選路組件係設置成將該第一通路或該第二通路耦接至每一個該些可加壓腔室。 1 1 .如申請專利範圍第3項所述之承載頭，其更包括一閥控 28 1301089 制器，其中該閥控制器控制每一個該些閥位於一第一位置和一第二位置之間。 1 2.如申請專利範圍第1項所述之承載頭，其中該承載頭更包括固定至該底座組件上的多個分割部件，其中該些分割部件係限定每一個該些可加壓腔室的多個側壁。

1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之承載頭，其中：該些分割部件為多個環形壁；以及該些可加壓腔室係成形為環狀。 1 4.如申請專利範圍第1項所述之承載頭，其中該些可加壓腔室係設置成一區隔結構（sectional formation )。 1 5 .如申請專利範圍第1項所述之承載頭，其中該底座組件包括具有一歧管的一板體，該歧管將該第一通路和該第二通路流體連通至該些可加壓腔室。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之承載頭，其中該板體係以一緊固件而連接至該底座組件的一部分。 1 7. —種用於化學機械研磨之系統，包括：如申請專利範圍第1項所述之該承載頭；以及 29 1301089 一驅動軸，連接至該承載頭，其中該驅動軸係設置成於一研磨過程中旋轉該承載頭。 1 8. —種形成一承載頭的方法，包括：提供具有一第一通路和一第二通路的一底座組件，其中該第一通路係設置成與一第一壓力源為流體連通，而該第二通路係設置成與一第二壓力源為流體連通；

提供具有多個腔室的一基材背襯組件，其中該些腔室的數量大於進入該承載頭中之該些通路的數量；以及將該第一通路耦接至一第一腔室或者一第二腔室至少其中之一者，其中，該第一通路和該第一腔室、該第二腔室之間的一連接關係係爲可配置的（configurable )，從而該第一通路與該第一腔室或者該第二腔室為流體連通，或者該第一通路與該第一腔室和該第二腔室兩者皆為流體連通。

1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中將該第一通路耦接至該第一腔室或該第二腔室至少其中之一者的步驟包括：將該第一通路耦接至一閥，該閥具有與該第一腔室或該第二腔室至少其中之一者為流體連通的一輸出。 2 0.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中， 30 1301089 提供該基材背襯組件的步驟包括：提供一具有一所需歧管設計的基材背槪組件，以及將該第一通路耦接至該第一腔室或者該第二腔室至少其中之一者的步驟包括：將該基材背襯組件結合到該底座組件上。 2 1 . —種使用一承載頭的方法，包括：

將一基材保持在該承載頭下方，使得該基材的一前側與一研磨表面接觸，其中，該承載頭包括向該基材之一背面施加壓力的一基材背概組件，該基材背概組件包括多個腔室，其中，一腔室與一第一壓力輸入連通；對該基材的該背面施加壓力，使得該腔室加壓至該第一壓力輸入所施加的一壓力；在該基材和該研磨表面之間產生一相對運動；以及使該腔室與一第二壓力輸入為流體連通，而不與該第一壓力輸入連通。 22.如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中使該腔室與該第二壓力輸入為連通的步驟包括：向一閥發送一電信號，以造成該閥改變。 23 .如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其更包括：在造成該腔室與該第二壓力輸入連通之後，繼續研磨該基 31

1301089 材。 24.如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中該基材組件包括一第一歧管，並且使該腔室與該第二壓力連通的步驟包括：將該第一歧管改變爲一第二歧管 2 5 . —種用於化學機械研磨一基材的承載頭，包括：一第一通路，係配置爲連接至一第一壓力輸入；一第二通路，係配置爲連接至一第二壓力輸入；一底座組件，包括該第一通路和該第二通路；一彈性膜，係耦接至該底座組件，並具有大致為之一主體，該主體的一下表面提供一基材安裝表面，底座組件和該彈性膜之間的空間係形成多個可加壓腔其中，該第一通路和該些可加壓腔室的一第一腔室連並且該第二通路和該些可加壓腔室的一第二腔室連通該些可加壓腔室的數量大於進入該承載頭内之該些通數量；以及其中該底座組件包括具有一歧管的一板體，該歧該第一通路和該第二通路流體連通至該些可加壓腔室該歧管爲可重新配置的（reconfigurable )，從而一第加壓腔室和該第一通路之間的一連接可以改變爲該第加壓腔室和該第二通路之間的一連接。背襯輸入圓形在該室，通，，而路的管將，而一可一可 32 1301089

2 6.如申請專利範圍第25項一可加壓腔室的該連接包 27.如申請專利範圍第25項該板體的一部分，而改變括以具有一所需配置的一 2 8 ·如申請專利範圍第2 5項括多個流體導管，而改變括改變在該歧管内部之一述之承載頭，其中改變該第改變一閥的位置。述之承載頭，其中該歧管爲第一可加壓腔室的該連接包 .體替換該板體。述之承載頭，其中該歧管包第一可加壓腔室的該連接包 .體導管的一連接。

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