TWI747884B - 具有局部區域速率控制及振盪模式的研磨系統 - Google Patents

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Abstract

一種研磨模組，包括一卡盤，該卡盤具有一基板接收表面及一周邊；及一或更多個研磨墊組件，該一或更多個研磨墊組件定位在該卡盤的該周邊之周圍，其中該一或更多個研磨墊組件的每一者耦合到一致動器，該致動器相對於該基板接收表面在一掃動方向、一徑向方向，及一振盪方向中提供各自的該研磨墊組件的移動，且該一或更多個研磨墊組件的徑向移動被限制在從該卡盤的該周邊量測起的該卡盤的該半徑的小於約二分之一。

Description

具有局部區域速率控制及振盪模式的研磨系統
本揭示內容的實施例一般涉及用於研磨基板，例如半導體晶圓，的方法及設備。更具體而言，涉及 用於在電子裝置製程中研磨基板的局部區域的方法及裝置。
化學機械研磨是在高密度積體電路的製造中常用以藉由移動特徵側來平面化或研磨基板上所沉積的材料層的一種製程，該特徵側亦即基板的沉積接收表面，該沉積接收表面在研磨流體存在的同時與研磨墊接觸。在典型的研磨製程中，基板被保持在承載頭中，該承載頭促使或推壓基板的背側朝向研磨墊。透過化學及機械活動的組合，材料從與研磨墊接觸的基板的特徵側的整個表面全域地移除。
承載頭可包含多個獨立控制的壓力區域，該等壓力區域對基板的不同區域施加不同的壓力。例如，相較於基板的中心所期望的材料移除而言，若期望在基板的周圍邊緣移除較多的材料，則承載頭可用來在基板的周圍邊緣施加更大的壓力。然而，基板的剛性傾向於使得承載頭對基板的局部區域所施加的壓力重新分佈，使得施加到基板的壓力可大致橫越整個基板而分散或平滑化。平滑效應造成用於局部材料移除的局部壓力施加變得困難甚至是不可能的。
因此，需要方法及設備來從基板的局部區域移除材料。
本揭示內容的實施例一般涉及用於研磨基板(例如半導體晶圓)的局部區域的方法及設備。在一個實施例中，提供了一研磨模組。研磨模組包括卡盤，該卡盤具有基板接收表面及周邊，以及位於卡盤的周邊周圍的一或更多個研磨墊組件，其中該一或更多個研磨墊組件的每一個被耦合到致動器，該致動器提供個別研磨墊組件相對於基板接收表面在掃動方向、徑向方向，及振盪模式的一或更多者中的移動，且該研磨墊組件的徑向移動受限在小於從卡盤的周邊量測起的卡盤半徑的二分之一。
在另一個實施例中，提供了一研磨模組。該模組包括具有基板接收表面及周邊的卡盤、設置在該周邊周圍的研磨頭，及設置在殼體中的研磨墊組件，該研磨墊組件耦合到研磨頭，其中每個研磨頭被耦合到致動器，該致動器提供個別研磨墊組件在掃動方向及徑向方向中的移動，該移動小於卡盤半徑的約二分之一，且研磨頭包括致動器組件，該致動器組件提供研磨墊組件與殼體之間的振盪移動。
在另一個實施例中，提供了一研磨模組。該模組包括卡盤，該卡盤具有基板接收表面及周邊，及定位在卡盤的周邊周圍的複數個研磨頭，每個研磨頭皆耦合到個別的殼體，該等殼體具有設置於其上的研磨墊組件，其中每個研磨頭被耦合到致動器，該致動器提供個別研磨墊組件在掃動方向及徑向方向中的移動，該移動小於卡盤半徑的約二分之一，且研磨頭包括馬達，該馬達耦合到軸桿及轉子，該轉子提供研磨墊組件與殼體之間的振盪移動。
本揭示內容的實施例提供用於研磨基板的局部區域的研磨模組。本揭示內容的效益包括改善對於局部區域中有限的凹陷及/或侵蝕的局部研磨控制。在此描述的研磨模組的實施例可在基板上移除約20埃(Å)至約200 Å的材料厚度，且在一些實施例中，可移除約10 Å至約200 Å的材料厚度。在一些實施例中，該材料可用約+/- 5 Å的精確度來移除。在此所描述的實施例可用來在設置於基板上的任何種類的薄膜的局部區域上或在基板材料本身(例如，矽)上執行厚度修正，且亦可用於邊緣斜角研磨。基板的局部區域可定義為基板上的表面積，該表面積大約6毫米(mm)乘約6 mm，或更大，例如高達約20 mm乘約20 mm，或甚至高達約50 mm乘約50 mm。在一些實施例中，基板的局部區域可為一個晶片所佔據的表面積。在一些實施例中，研磨模組可被用來研磨基板的表面上的區域，該區域具有任何期望的形狀，例如矩形區域、扇形區域、環形區域、相互連接的矩形區域或在基板表面上的任何其他期望的塑形區域。然而在一些實施例中，研磨模組可以用來根據由使用者規格所定義需要研磨的位置來研磨基板的任何區域。
圖1是研磨模組100的一個實施例的示意剖面圖。研磨模組100包括支撐卡盤110的基座105，該基座可旋轉地支撐其上的基板115。在一個實施例中，卡盤110可為真空卡盤。卡盤110耦合到驅動裝置120，該區動裝置可為馬達或致動器，至少提供卡盤110繞著軸線A(在Z方向中定向)的旋轉運動。研磨模組100可在習知研磨製程之前或習知研磨製程之後用於研磨基板115的局部區域及/或執行基板115上的厚度校正。在一些實施例中，研磨模組100可用於在基板115上的獨立晶片上方的區域中研磨及/或移除材料。
基板115以「面朝上」的定向設置在卡盤110上，使得基板115的特徵側面向一或更多個研磨墊組件125。一或更多個研磨墊組件125的每一個被用於從基板115研磨或移除材料。研磨墊組件125可被用於在習知化學機械研磨(CMP)系統中研磨基板115之前或之後，從基板115的局部區域移除材料及/或研磨基板115的周圍邊緣。一或更多個研磨墊組件125包括市售的CMP研磨墊材料，例如通常在CMP製程中使用的基於聚合物的墊材料。
一或更多個研磨墊組件125的每一個被耦合到支撐臂130，該支撐臂使得研磨墊組件125相對於基板115移動。每個支撐臂130可耦合到致動器系統135，該致動器系統使得支撐臂130(及安裝在其上的研磨墊組件125)相對於安裝在卡盤110的基板115而垂直地(Z方向)及橫向地(X及/或Y方向)移動。致動器系統135亦可被用來使支撐臂130(及安裝在其上的研磨墊組件125)相對於基板115而以軌道、弓形、圓形或振盪運動移動。致動器系統135亦可被用來使支撐臂130(及安裝在其上的研磨墊組件125)繞著軸線B及B'移動，以提供繞著其各自軸線的θ方向中的掃動運動。
在一個實施例中，來自流體源140的研磨流體可被施加到研磨墊組件125及/或基板115。流體源140亦可提供去離子水(DIW)至研磨墊組件125及/或基板115以促進清潔。流體源140亦可提供氣體(例如清潔乾燥空氣(CDA))至研磨墊組件125，以調整施加到研磨墊組件125的壓力。基座105可被用來當作盆池以收集從基板125的邊緣流下的研磨流體及/或DIW。
一般而言，研磨模組100包括系統控制器190，該系統控制器經配置以控制研磨模組100的自動化態樣。系統控制器190促進整體研磨模組100的控制及自動化，並且可包括中央處理單元(CPU)(未圖示)、記憶體(未圖示)及支援電路(或I/O)(未圖示)。CPU可為在工業環境中用以控制各種製程及硬體(例如，致動器、流體輸送硬體等)及監視系統及腔室製程(例如基板位置、製程時間、偵測器信號等)的任何形式的電腦處理器的一種。 記憶體被連接到CPU，且可為一或更多個可輕易存取的記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟，或任何其他形式的區域或遠端數位存儲器。軟體指令及資料可被編碼並存儲在記憶體內，以用於指示CPU執行一或更多個活動。支援電路亦連接至CPU以用於以習知方式支援處理器。支援電路可包括快取、電源、時脈電路、輸入/輸出電路，子系統及類者。可由系統控制器190讀取的程式(或電腦指令)確定哪些工作可由研磨模組100中的各種部件執行。優選地，程式可由系統控制器190軟體讀取，該系統控制器包括編碼以產生並儲存至少基板位置資訊、各種控制部件的移動順序、協調研磨模組100中的各種部件的移動(例如，支撐臂130、研磨墊組件125及基板115的移動)及其任何組合。
圖2A是研磨模組200的另一個實施例的側邊剖面圖。圖2B是圖2A所顯示的研磨模組200的等角頂視圖。研磨模組200包括卡盤110，卡盤在本實施例中耦合到真空源。卡盤110包括基板接收表面205，該基板接收表面包括複數個開口(未圖示)，該等開口與真空源連通，使得設置在基板接收表面205上的基板(圖1中顯示)可以固定在其上。卡盤110亦包括驅動裝置120，該驅動裝置使卡盤110旋轉。每個支撐臂130包括研磨頭222，該研磨頭包括研磨墊組件125。
量測裝置215(圖2B中顯示)亦可耦合到基座105。量測裝置215可以用來在研磨期間藉由量測基板上的金屬或介電薄膜厚度(未圖示)來提供研磨進度的原位計量。量測裝置215可為渦電流感測器、光學感測器或其他可用來確定金屬或介電質薄膜厚度的感測裝置。用於異地(ex-situ)量測反饋的其他方法包括預先確定參數，例如在晶圓上的沉積厚/薄區域的位置、用於卡盤110及/或研磨墊組件125的運動配方、研磨時間，以及將使用的下壓力或壓力。異地反饋亦可用於確定研磨薄膜的最終輪廓。原位計量法可用來藉由監視異地計量法所確定的參數來將研磨最佳化。
每個支撐臂130由致動器組件220可移動地安裝在基座105上。致動器組件220包括第一致動器225A及第二致動器225B。第一致動器225A可用來垂直地(Z方向)移動每個支撐臂130 (與各自的研磨頭222)，且第二致動器225B可用來橫向地(X方向、Y方向，或其組合)移動每個支撐臂130 (與各自的研磨頭222)。第一致動器225A亦可用來提供可控制的下壓力，該下壓力迫使研磨墊組件125朝向基板接收表面205。儘管圖2A及圖2B中僅顯示在其上具有研磨墊組件125的兩個支撐臂130及研磨頭222，但研磨模組200不受限於此配置。研磨模組200可包括任何數量的支撐臂130及研磨頭222，該數量是卡盤110的周圍(例如，周邊)及計量裝置215的足夠空間留量，以及支撐臂130(與研磨頭222及研磨墊組件125安裝在其上)的掃動移動空間所允許的。
致動器組件220可包括線性運動機構227，該線性運動機構可為耦合到第二致動器225B的滑動機構或滾珠螺桿。類似地，每個第一致動器225A可包括垂直地移動支撐臂130的線性滑動機構、滾珠螺桿，或汽缸滑動機構。致動器組件220亦包括支撐臂235A、235B，該等支撐臂耦合在第一致動器225A及線性移動機構227之間。每個支撐臂235A、235B可同時或獨立地由第二致動器225B致動。因此，支撐臂130(及安裝在其上的研磨墊組件125)的橫向移動可由同步或非同步的方式掃動經過基板(未圖示)。在一些實施例中，每個支撐臂235A、235B是由致動器致動，以造成一或更多個支撐臂與基板藉由旋轉致動器291的移動以同步化的方式掃動經過基板的表面。動態密封件240可設置在支撐軸242周圍，該支撐軸可為第一致動器225A的一部分。動態密封件240可為在支撐軸242及基座105之間耦合的迷宮式密封件。
支撐軸242設置在形成於基座105中的開口244，該開口允許支撐臂130基於致動器組件220所提供的移動而橫向移動。開口244經設定尺寸以允許支撐軸242足夠的橫向移動，使得支撐臂130(及安裝在其上的研磨頭222)可從基板接收表面205的周邊246移動朝向其中心至基材接收表面205的半徑約二分之一。在一個實施例中，基板接收表面205具有直徑，該直徑實質上與將在處理期間安裝於該基板接收表面上的基板的直徑相同。例如，若基板接收表面205的半徑為150mm，則支撐臂130，特別是安裝在其上的研磨墊組件125，可徑向地從約150mm(例如，從周邊246)向內朝向基板接收表面205的中心移動至約75mm，並返回到周邊246。術語「約」可定義為以0.00mm(零mm)至小於5mm超過基板接收表面205的半徑的二分之一，在以上範例中大約為75mm。在另一個範例中，支撐臂130可從基板的周 邊246位置處移動到圓形基板的中心，並返回到周邊246。在又一個範例中，支撐臂130可從基板的周邊246內的位置移動到基板中心及周邊246之間的位置，並再次返回。
此外，開口244經設定尺寸以允許支撐軸242足夠的橫向移動，使得支撐臂130的端部248可移動到卡盤110的周邊250的外部。因此，當研磨頭222被向外移動以清除周邊250時，基板可被轉移到或離開基板接收表面205。基板可在全域CMP製程之前或之後由機械臂或端效器轉移到習知研磨站，或從習知研磨站轉移。
圖3是研磨頭300的一個實施例的等角底視圖，圖4是沿著圖3的線4-4的研磨頭300的剖面圖。研磨頭300可被用作為圖2A及圖2B所顯示的一或更多個研磨頭222。研磨頭300包括研磨墊組件125，該研磨墊組件可相對於殼體305移動。研磨墊組件125可為如所顯示的圓形、橢圓形、弓形，或包括多邊形的形狀，例如正方形或長方形。殼體305可包括剛性壁310及殼體基座315，該殼體基座是彈性的或半彈性的。殼體基座315可接觸基板的表面且為大致相容的，使得殼體基座315反映於此種接觸而撓曲。殼體305及殼體基座315可由聚合物材料製成，例如聚胺酯、PET(聚對苯二甲酸乙二酯)，或另一種具有足夠硬度及/或強度的合適聚合物。其他範例可包括聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)。在一些實 施例中，硬度可為約95蕭氏A，或更大。研磨墊組件125延伸穿過殼體基座315中的開口。
殼體基座315及研磨墊組件125兩者可在研磨製程期間相對於彼此移動。殼體305耦合到支撐構件320，該支撐構件順次耦合到對應的支撐臂130(在圖1至圖2B中顯示)。殼體305可相對於支撐構件320橫向移動(例如，在X及/或Y方向中)，並藉由一或更多個彈性柱325耦合在一起。每個研磨頭300的彈性柱325的數量可為四個或另一個數量，儘管圖3及圖4中僅顯示兩個。彈性柱325被用來在殼體305的平面330A及支撐構件320的平面330B之間的維持平行關係。彈性柱325可由塑膠材料製成，例如尼龍或其他彈性塑膠材料。橫向移動可由殼體基座315及基板表面(未圖示)之間的摩擦來提供。然而，橫向移動可由彈性柱325來控制。此外，橫向移動可由設置在研磨頭300中的致動器組件(下方描述)來提供。
研磨墊組件125的另一維度的相對運動可藉由在殼體305中所提供的壓力腔室400提供。壓力腔室400可由軸承蓋405及耦合到研磨墊組件125的彈性膜410來界定。儘管是彈性的，但在一些實施例中的彈性膜410的硬度可為約55蕭氏A至約65蕭氏A。壓縮流體，例如清潔乾燥空氣，可由氣室420透過流體入口415提供到壓力腔室400，該流體入口與壓力腔室400流體連通，該氣室相對於壓力腔室400橫向定位。氣室420可由殼體305及彈性膜410的表面來界定。壓力腔室400及氣室 420的體積可與彈性膜410及殼體基座315之間的體積425流體分離，使得流體被包含在其中及/或體積425的壓力低於氣室420的壓力(以及氣室420(例如，在環境壓力或室壓，或略高於室壓)。提供給氣室420的流體藉由對彈性膜410施加可控制力量而提供下壓力給研磨墊組件125。該下壓力可隨著所需而變化，使得研磨墊組件125的移動在Z方向中被提供或受控制。
研磨墊組件125的另一維度的相對運動可藉由設置在研磨頭300中的致動器組件430來提供。例如，致動器組件430可被用來促進研磨頭300相對於基板表面的移動，以上更詳細地在圖5中描述。在一些配置中，致動器組件430可被用來促進研磨頭300相對於基板表面的旋轉、在距離處旋轉(例如，繞著偏心軸線進動)、軌道、橢圓或線性移動。
圖5是研磨頭300沿著圖4的線5-5的剖面圖。致動器組件430包括馬達500及包圍軸桿510的軸承505。軸桿510耦合到轉子515，且轉子515與軸桿510的其中一者是偏心形構件。例如，軸桿510及轉子515的其中一者是偏心的，使得當軸桿510轉動時，轉子515間歇地接觸壓力腔室400的內壁520。偏心運動可為距離馬達500的中心線525約+/- 1mm的尺寸522。間歇接觸可由軸桿510在運作期間的旋轉速度來控制(例如，軸桿510每分鐘的轉數)。在運作期間，間歇接觸可能會橫向地移動殼體305(在X/Y平面中)，使得研磨墊組件125以 期望的速度振盪。振盪可從基板的表面提供額外的材料移除(未圖示)。殼體305的移動，以及殼體305與支撐構件320平行性可由彈性柱325(顯示於圖4)來控制。
圖6是根據一個實施例的研磨墊組件125的剖面圖。研磨墊組件125包括第一部分或接觸部分600及第二部分或支撐部分605。接觸部分600可為習知的研磨墊材料，例如市售的研磨墊材料，例如通常用於CMP製程中的基於聚合物的墊材料。聚合物材料可為聚胺酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)，或其組合。接觸部分600可進一步包括開孔或閉孔泡棉聚合物、彈性體、氈(felt)、浸漬的氈、塑膠及與處理化學相容的類似材料。在另一個實施例中，接觸部600是以多孔塗層浸漬的氈材料。在另一個實施例中，接觸部分600包括墊材料，該墊材料可從DOW®取得，在IC1010TM的商品名底下販售。
支撐部分605可為聚合物材料，例如高密度聚胺酯、聚乙烯、在DELRIN®的商品名底下販售的材料、聚醚醚酮，或具有足夠硬度的另一種合適的聚合物。接觸部分600可藉由黏合劑625耦合到支撐部分605，該黏合劑例如為壓敏黏合劑、環氧樹脂或其他合適的黏合劑。類似地，研磨墊組件125可藉由黏合劑625黏附到彈性膜410。在一些實施例中，研磨墊組件125的支撐部分605設置在形成於彈性膜410中的凹部610中。
在一些實施例中，彈性膜410的厚度615為約1.45mm至約1.55mm。在一些實施例中，支撐部分605的長度620為約4.2mm至約4.5mm。在所顯示的實施例中，在接觸部分600為圓形的地方，接觸部分600的直徑630可為約5mm。然而，在其他實施例中，接觸部分600可具有不同的形狀及/或不同的尺寸。
圖7是圖3的研磨頭300的殼體基座315的等角頂視圖。在殼體基座315內及穿過該殼體基座的流體流動將參考圖3、圖4及圖7進行說明。
參考圖4，殼體305包括第一入口440及與其耦合的第二入口445。第一入口440可耦合到水源450，例如去離子水(DIW)，且第二入口445可耦合到研磨流體源455，該研磨流體源可為在研磨製程中使用的漿料。第一入口440及第二入口445兩者透過圖7中所顯示的一或更多個通道700而與彈性膜410及殼體基座315之間的體積425流體連通。在殼體基座315的壁705中形成的通道700的一部分是以虛線顯示，但通道700開通至殼體基座315的內表面710。
在研磨製程期間，來自研磨流體源455的研磨流體可透過第二入口445而提供給體積425。研磨流體流經通道700並進入體積425。開口715形成在殼體基座315的內表面710中，開口715在其中容納研磨墊組件125。開口715的尺寸可稍微大於研磨墊組件125，使得研磨流體可流過圍繞研磨墊組件125的開口715。
類似地，來自第一入口440的流體，例如DIW，可從第一入口440流至通道700，並流至開口715。來自第一入口440的流體可在研磨製程之前或之後用來清潔研磨墊組件125。
在一些實施例中，殼體基座315包括凹部720，該凹部形成突出部335，該突出部從殼體基座315的外表面340凸起，如圖3所顯示。凹部720可為通道，該通道促進從通道700到開口715的流體輸送。凹部720(以及突出部335)在一些實施例中可為弧形的。在一些實施例中，殼體基座315可包括擋板725，該檔板減緩及/或控制體積425中的流體流動。擋板725的壁可延伸到彈性膜410，如圖4所顯示。擋板725可包括一或更多個開口730，以提供從中經過的流體流動。
圖8是研磨模組800的示意平面圖，該平面圖如在此描述地顯示基板115上的研磨墊組件125的各種運動模式。研磨模組800可類似於在圖1至圖2B所顯示的研磨模組100及200，但為清楚起見，一些部分沒有顯示。
安裝在支撐臂130的研磨墊組件125(顯示於圖1至圖2B)可在徑向方向805、θ中掃動方向810及振盪模式或圓形方向815的其中一者或其任意組合中移動。圓形方向815可包括在基板研磨期間的振動力量。研磨墊組件125的多重自由維度促進研磨基板115的更多控制及精確度。
圖9是研磨模組900的示意平面圖，該平面圖顯示在製程期間的研磨墊組件125橫越基板115的各種移動以及基板11的移動。圖9所顯示的研磨模組900可類似於在圖1至圖2B所顯示的研磨模組100及200，但為清楚起見，一些部分沒有顯示。
在一個實施例中，基板115(安裝在卡盤110上(顯示於圖2A及圖2B))可在旋轉方向905、或θ方向中移動。旋轉方向905可為來回運動(例如，順時針及逆時針，或反之亦然)。安裝在支撐臂130的研磨墊組件125可在θ中的掃動方向810的組合移動(由繞著軸線910(例如，圖1中的軸線B或B')移動的支撐臂130促成)。在支撐臂130繞著軸線910移動以使研磨墊組件125在掃動方向810移動時，研磨墊組件125以期望的方式移動，例如圓形方向815。此外，在支撐臂130繞著軸線910移動且研磨墊組件125在圓形方向815中移動時，基板115在旋轉方向905中移動。在一些實施例中，系統控制器190經配置以藉由控制耦合到每個該等不同部件的致動器的運動來協調支撐臂130、研磨墊組件125及基板115的運動。旋轉方向905可形成弧形或圓形路徑，例如具有弧長915的路徑。弧長915可為圓形的一部分，例如約20度至約40度，例如，約25度至約35度。
在旋轉方向905中橫越弧長915的基板115移動可具有角速度，該角速度在一些實施例中等於每分鐘約0.1轉(rpm)及約100rpm之間的平均轉速。在掃動方 向810中的支撐臂130的移動可具有角速度，該角速度在一些實施例中等於約0.1rpm及約100rpm之間的平均轉速。在一些實施例中，研磨墊組件125在圓形方向815中的移動可具有約100rpm及約5000rpm之間的轉速，而墊的中心是位於從旋轉中心偏移距離約0.5mm及約30mm之間的位置。下壓力可由提供到研磨墊組件125的氣室420(圖4)的流體來提供。在一些實施例中，由研磨墊組件125提供的下壓力可等於約0.1psig至約50psig的壓力。
圖10是顯示研磨圖案1005的圖形1000，該研磨圖形可使用圖9所顯示的運動模式以在基板115的局部區域920上產生。研磨圖案1005可類似於橫越局部區域920的類光柵狀圖案。研磨圖案1005可包括複數個第一線1010，該等第一線代表橫越局部區域920的基板表面的研磨墊組件125的路徑。第一線1010的至少一部分可由第二線1015連接以形成穿越局部區域920的連續路徑。類似於第一線1010，第二線1015代表研磨墊組件125在跟隨研磨圖案1005的期間穿越局部區域920的平均位置。在一些實施例中，第一線1010可實質上彼此平行。第二線1015的至少一部分可為線性的，且可與第一線1010實質上正交。在其他實施例中，第二線1015可為彎曲的或U形的。
在一些實施例中，局部區域920可為在基板上形成的單一晶片的表面積。然而，局部區域920可包括多 個晶片的表面積。在一個範例中，局部區域920包括約10mm乘10mm或更大的表面積，例如約27mm至約33mm。圖10所顯示的研磨圖案1005可在約10秒至約20秒內完成，該研磨圖案是由支撐臂130、研磨墊組件125及基板115的運動而產生，如以上關於圖9所論述。其後，若需要的話研磨墊組件125可被調整，並準備在基板上提供另一個研磨圖案1005。產生研磨圖案1005的過程在以下更詳細地描述。
圖11A及圖11B是基板的局部區域920的頂表面的圖形，該圖形顯示使用連同圖9至圖10描述的運動以從基板移除材料的實施例。
圖形1105顯示由研磨墊組件125隨著其跟隨經過三個相鄰第一線1010之路徑所提供的移除輪廓的一個實施例，該等第一線在垂直於頁面的方向中延伸。三條相鄰的線在圖11A及圖11B中標識為路徑1110A、1110B及1110C，其每一條在垂直於路徑1110A至1110C的方向之特定距離(例如，由高斯形狀曲線所繪示)上移除各量的材料。路徑1110A、1110B及1110C的峰的相對位置(亦即，研磨墊組件125的平均位置)可定義間距1120、1125，且路徑1110A、110B及1110C的重疊可定義隨著研磨墊組件125沿著路徑1110A，1110B及1110C移動(由虛線1115所繪示)的平均材料移除量。
圖形1130顯示由三個相鄰第一線1010提供的移除輪廓的另一個實施例，該等三個相鄰第一線在圖10中標識為路徑1110A、1110B及1110C。類似於圖11A中的實施例，路徑1110A、1110B及1110C在垂直於路徑1110A至1110C的方向的特定距離上移除各量的材料。然而，路徑1110A、1110B及1110C的峰值可定義間距1135、1140，該等間距1135、1140是小於圖11A所顯示的間距1120、1125，且該等間距1135、1140的重疊可提供虛線1145所參考的平均材料移除。由於如圖11A及圖11B所顯示的路徑1110A、1110B及1110C彼此的相對位置調整，平均材料移除輪廓的形狀可被調整(例如，平均移除輪廓1115、1145)。當需要從局部區域920移除更大量材料的時候，此移除輪廓可為有用的。因此，透過調整兩個或兩個以上相鄰第一線1010的相對位置，材料移除輪廓可調整到具有所期望的形狀，例如平坦的或均勻的圖案。
圖12是示意性流程圖1200，該示意性流程圖顯示研磨圖案(1205A、1205B)的各種實施例，該等研磨圖案可在不同時間(例如局部區域920的時間快照1210、1215、1230、1235A、1235B及1250)提供於局部區域920內。可藉由使用系統控制器190來控制致動器的運動以利用支撐臂130、研磨墊組件125及基板115的運動而提供研磨圖案1205A、1205B，該等致動器耦合到該支撐臂、該研磨墊組件及該基板的每一者。研 磨圖案1205A、1205B的每一者可包括類似於上述研磨圖案1005的研磨圖案。
在1210處，研磨墊組件125可在局部區域920的第一角落1215A開始研磨。第一點1220A表示在第一角落1215A起始第一線1010的初始研磨，如1225處所顯示。如快照1225所顯示，兩個第一線1010及兩個第二線1015隨著研磨墊組件125經過局部區域920被顯示。在快照1230處，研磨圖案1205A在第二角落1215B的第二點1220B停止或結束。在快照1230處，研磨圖案1205A藉由跟隨從第一角落1215A延伸到第二角落1215B的連續路徑已橫越局部區域920。在一些實施例中，施加到研磨墊組件125的下壓力或壓力可從零壓力增加到研磨圖案1205A、1205B起始處的第一點1220A所期望的研磨壓力，及/或在研磨圖案1205A、1205B結束的第二點1220B處從期望的研磨壓力減少至零壓力。改變在研磨圖案的起始點及/或終點施加到研磨墊組件125的下壓力或壓力之製程可被用來減少由研磨墊組件125在研磨圖案的起始及/或結束處所產生的缺陷。
快照1235A及1235B表示用於提供快照1250處所顯示的研磨圖案1205B的替代實施例。快照1235A顯示線1240(類似於第一線1010，只是相較於快照1225在相反方向中)及線1255(類似於第二線1015，只是相較於快照1225在相反方向中)，該線1240由支撐臂130、研磨墊組件125及基板115的協調運動所形成。 在快照1235A的配置中，研磨圖案1205B藉由行經與第一線1010及第二線1015實質上相同的圖案開始，如圖快照1230所顯示，只是在相反方向中。
相反地，在快照1235B、線1240經調整以使得研磨圖案1205B的第一行1010及第二行1015不是在與研磨圖案1205A的第一行1010及第二行1015相同的位置。在一個範例中，第一線1010及第二線1015以1245處所指示的距離偏移，使得研磨圖案1205B不行經與研磨圖案1205A相同的路徑。由線1240在快照1235B提供的研磨圖案1205B可至少在快照1230的研磨圖案1205A中所顯示的第一線1010之間(以及在相反方向中)。
在研磨圖案1205A及1205B的任一者中，研磨在點1220C處停止。可在相同的局部區域920上方提供研磨圖案1205A及1205B。然而，在一些實施例中，研磨圖案1205A可在一個局部區域920上使用，而研磨圖案1205B可以在另一個局域區域920上使用。在其他實施例中，研磨圖案1205A及1205B可在相同的局部區域920上使用一次、兩次、三次，或更多次。研磨墊組件125可在每個研磨圖案1205A、1205B完成之後進行調節，或在另一個合適的間隔進行調節。
已發現到，使用含有氧化鈰的漿料提供了從點1220A增加到1220C的移除速率。為了避免在局部區域920上的材料移除量的變化，互補研磨圖案，例如研磨圖 案1205A、1205B，可被用來將隨時間增加的研磨速率的效果平均化。在一些實施例中，系統控制器190經配置以利用不同的研磨圖案來調整作為時間函數的材料移除速率之變化。此舉可有利地用於增加移除速率及研磨均勻性。
如在此所述利用具有研磨墊組件125的研磨模組100、200、800及900研磨的基板顯示了改善的材料移除輪廓。使用手臂的一或更多個掃動運動及致動器的徑向運動來振盪研磨墊組件125已被顯示可改善材料移除的均勻性(平均移除速率)，相較於無振盪運動而言。其他測試顯示振盪模式對卡盤110的基板接收表面205的平坦度較不敏感(在圖2A及圖2B中顯示)。例如，基板在一個位置填隙片(shimmed)使得基板不平坦，且平均移除速率在卡盤110相對於研磨墊組件125傾斜時是實質上一致的(連同掃動運動、徑向運動，及基板旋轉的一或更多者)，相較於無振盪的移除速率而言。
儘管前述內容是針對本揭示內容的實施例，但本揭示內容的其他及進一步的實施例可在不脫離其基本範疇的情況下設計，且其範圍是由隨後的請求項來確定。
4-4:線
5-5:線
100:研磨模組
105:基座
110:卡盤
115:基板
120:驅動裝置
125:研磨墊組件
130:支撐臂
135:致動器系統
140:流體源
190:系統控制器
200:研磨模組
205:基板接收表面
220:致動器組件
222:研磨頭
225A:第一致動器
225B:第二致動器
235A:支撐臂
235B:支撐臂
227:線性移動機構
240:動態密封件
242:支撐軸
244:開口
246:周邊
248:端部
250:周邊
291:旋轉致動器
300:研磨頭
305:殼體
310:剛性壁
315:殼體基座
320:支撐構件
325:彈性柱
330A:平面
330B:平面
335:突出部
340:外表面
400:壓力腔室
405:軸承蓋
410:彈性膜
415:流體入口
420:氣室
425:體積
430:致動器組件
440:第一入口
445:第二入口
450:水源
455:研磨流體源
500:馬達
505:軸承
510:軸桿
515:轉子
520:內壁
525:中心線
605:支撐部分
610:凹部
615:厚度
620:長度
625:黏合劑
630:直徑
700:通道
705:壁
710:內表面
715:開口
720:凹部
725:擋板
730:開口
800:研磨模組
805:徑向方向
810:掃動方向
900:研磨模組
905:旋轉方向
910:軸線
915:弧長
920:局部區域
1000:圖形
1005:研磨圖案
1010:第一線
1015:第二線
1105:圖形
1110A:路徑
1110B:路徑
1110C:路徑
1115:虛線
1120:間距
1125:間距
1130:圖形
1135:間距
1140:間距
1145:虛線
1200:流程圖
1205A:研磨圖案
1205B:研磨圖案
1210:時間快照
1215A:第一角落
1215B:第二角落
1220A:第一點
1220B:第二點
1220C:點
1225:快照
1230:時間快照
1235A:時間快照
1235B:時間快照
1240:線
1250:時間快照
1255:線
B:軸線
B’:軸線
為了使本揭示內容的上述特徵可被詳細理解，以上簡要總結的本揭示內容的更具體描述可參考實施例，其中某些實施例繪示在附圖中。然而應注意到，附圖僅繪示本揭示內容的典型實施例，且因此不應被認定為限制其範疇，因為本揭示內容可允許其他等效的實施例。
圖1是研磨模組的一個實施例的示意性剖面圖。
圖2A是研磨模組的另一個實施例的側面剖面圖。
圖2B是在圖2A所顯示的研磨模組的等角頂視圖。
圖3是研磨頭的一個實施例的等角底視圖。
圖4是沿著圖3的線4-4的研磨頭的剖面圖。
圖5是沿著圖4的線5-5的研磨頭的剖面圖。
圖6是根據一個實施例的研磨墊組件的剖面圖。
圖7是圖3的研磨頭的殼體基座的等角頂視圖。
圖8是研磨模組的示意平面圖，該平面圖如在此描述地顯示基板上的研磨墊組件的各種運動模式。
圖9是研磨模組的示意平面圖，該平面圖顯示研磨墊組件的各種運動模式的另一個實施例。
圖10是顯示研磨圖案的圖形，該研磨圖案可使用圖9中所顯示的運動模式以產生於基板的局部區域上。
圖11A及圖11B是基板的局部區域的頂表面的圖形，該等圖形顯示使用圖9所描述的運動模式從該頂表面移除材料的實施例。
圖12是示意流程圖，該示意流程圖顯示研磨圖案的各種實施例，該等研磨圖案可利用圖9所描述的運動模式以提供於基板的局部區域內。
為了促進理解，相同的參考符號在可能地方被用來指定圖式共有的相同元件。可設想到，在一個實施例中所揭示的元件可有益地用於其他實施例而不需要特定描述。
100‧‧‧研磨模組
105‧‧‧基座
110‧‧‧卡盤
115‧‧‧基板
120‧‧‧驅動裝置
125‧‧‧研磨墊組件
130‧‧‧支撐臂
135‧‧‧致動器系統
140‧‧‧流體源
190‧‧‧系統控制器
B‧‧‧軸線
B’‧‧‧軸線

Claims (20)

  1. 一種研磨模組，包括：一基座；一卡盤，該卡盤耦合到該基座並且具有一基板接收表面及一周邊，該基板接收表面具有一中心；一或更多個研磨墊組件，該一或更多個研磨墊組件繞著該卡盤的該周邊定位並且疊覆該卡盤，其中該一或更多個研磨墊組件的每一個研磨墊組件耦合到一致動器組件，該致動器組件在一第一弓形(arcuate)方向中提供該一或更多個研磨墊組件的相應的一個研磨墊組件的一第一移動，該第一弓形方向具有在該基板接收表面的該中心處的一第一旋轉中心，且其中該致動器組件進一步在一第二弓形方向中提供該一或更多個研磨墊組件的該相應的一個研磨墊組件的一第二移動，該第二弓形方向具有一第二旋轉中心，該第二旋轉中心不與該第一旋轉中心重合；一支撐臂，該支撐臂耦合至該一或更多個研磨墊組件的相應的一個研磨墊組件；及一線性移動機構，該線性移動機構耦合在該支撐臂與該基座之間，其中該線性移動機構經配置以在相對於該基座及該基板接收表面的該中心的一徑向方向中提供該支撐臂和該相應的一個研磨墊組件的一第三移 動；及其中該第一移動、該第二移動及該第三移動的其中至少一者被用於只研磨該基板接收表面上所設置的一基板上的一局部區域。
  2. 如請求項1所述之模組，其中該一或更多個研磨墊組件的每一者耦合到一研磨頭。
  3. 如請求項2所述之模組，其中該致動器組件包含定位在其中的一馬達，該馬達耦合到一軸桿及一轉子。
  4. 如請求項3所述之模組，其中該軸桿是偏心形的。
  5. 如請求項3所述之模組，其中該轉子是偏心形的。
  6. 如請求項2所述之模組，其中該研磨頭包括一殼體，該殼體耦合到一支撐構件。
  7. 如請求項6所述之模組，其中該殼體是透過兩個或兩個以上彈性柱來耦合到該支撐構件，該彈性柱以一實質上平行的關係來維持該支撐構件及該殼體。
  8. 如請求項6所述之模組，其中該殼體包括一殼體基座，該殼體基座具有形成在其中的一體積。
  9. 如請求項8所述之模組，其中該體積可經運 作以提供穿過該殼體並且到達該一或更多個研磨墊組件的該相應的一個研磨墊組件的一流體流動路徑。
  10. 一種研磨模組，包括：一基座；一卡盤，該卡盤耦合至該基座並且具有一基板接收表面及一周邊，該基板接收表面具有一中心；複數個研磨頭，該複數個研磨頭設置在繞著該周邊的徑向位置；一研磨墊組件，該研磨墊組件疊覆該卡盤並且設置在一殼體中，該殼體耦合到該複數個研磨頭的一研磨頭，其中該研磨墊組件耦合到一致動器組件，該致動器組件在一第一弓形方向中提供該研磨墊組件的一第一移動，該第一弓形方向具有在該基板接收表面的該中心處的一第一旋轉中心，且其中該致動器組件進一步在一第二弓形方向中提供該研磨墊組件的一第二移動，該第二弓形方向具有一第二旋轉中心，該第二旋轉中心不與該第一旋轉中心重合，且該致動器組件提供在該研磨墊組件及該殼體之間的該第一移動；一支撐臂，該支撐臂耦合至該研磨墊組件；及一線性移動機構，該線性移動機構耦合在該支撐臂與該基座之間，其中該線性移動機構經配置以在相對於該基座及該基板接收表面的該中心的一徑向方向中 提供該支撐臂和該研磨墊組件的一第三移動；及其中該第一移動、該第二移動及該第三移動的其中至少一者被用於只研磨該基板接收表面上所設置的一基板的一表面上的一局部區域，且其中該局部區域包括該基板的該表面上所形成的一單一晶片的一表面積。
  11. 如請求項10所述之模組，其中該致動器組件包括一馬達，該馬達耦合到一軸桿及一轉子。
  12. 如請求項11所述之模組，其中該軸桿是偏心形的。
  13. 如請求項11所述之模組，其中該轉子是偏心形的。
  14. 如請求項10所述之模組，其中兩個或兩個以上彈性柱耦合在一支撐構件及該殼體之間，該彈性柱以一實質上平行的關係來維持該支撐構件及該殼體。
  15. 如請求項10所述之模組，其中該殼體包括一殼體基座，該殼體基座具有形成在其中的一體積。
  16. 如請求項15所述之模組，其中該體積提供穿過該殼體及到達該研磨墊組件的一流體流動路徑。
  17. 一種研磨模組，包括：一基座； 一卡盤，該卡盤耦合到該基座並且具有一基板接收表面及一周邊，該基板接收表面具有一中心；複數個研磨頭，該複數個研磨頭繞著該卡盤的該周邊定位；該複數個研磨頭的每一者耦合到一相應的殼體，該相應的殼體具有設置於其上的一研磨墊組件，其中該複數個研磨頭的每一者耦合到一致動器組件，該致動器組件疊覆該卡盤並且在一第一弓形方向中提供該研磨墊組件的一第一移動，該第一弓形方向具有在該基板接收表面的該中心處的一第一旋轉中心，且其中該致動器組件進一步在一第二弓形方向中提供該研磨墊組件的一第二移動，該第二弓形方向具有一第二旋轉中心，該第二旋轉中心不與該第一旋轉中心重合，且該致動器組件包括一馬達及一轉子，該馬達耦合到一軸桿，該轉子提供該研磨墊組件與該相應的殼體之間的該第一移動；一支撐臂，該支撐臂耦合至該研磨墊組件；及一線性移動機構，該線性移動機構耦合在該支撐臂與該基座之間，其中該線性移動機構經配置以在相對於該基座及該基板接收表面的該中心的一徑向方向中提供該支撐臂和該研磨墊組件的一第三移動；及其中該第一移動、該第二移動及該第三移動的其中至少一者被用於只研磨該基板接收表面上所設置的一 基板的一表面上的一局部區域。
  18. 如請求項17所述之模組，其中該軸桿是偏心形的。
  19. 如請求項17所述之模組，其中該轉子是偏心形的。
  20. 如請求項17所述之模組，其中該複數個研磨頭的每一者耦合到一共用的致動器。
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