用于邊緣拋光均勻性控制的設備的制作方法

專利名稱：用于邊緣拋光均勻性控制的設備的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及化學機械平面化設備，尤其涉及用于利用壓盤壓力區域改進化學機械平面化應用中的均勻性的方法和設備。
背景技術：
在半導體器件的制備中，需要執行化學機械平面化(CMP)操作。通常，集成電路器件具有多層結構的形式。在基板層上，形成有具有擴散區的晶體管器件。在隨后的層中，構圖有互連金屬化線，并將其電氣連接到晶體管器件上以限定希望的功能器件。正如公知的那樣，采用電介質材料(例如二氧化硅)將已構圖的導電層與其他導電層隔離開來。隨著更多的金屬化層和相關聯的絕緣層的形成，平面化這種電介質材料的需要也在增長。若不進行平面化，由于表面結構中的差異，進一步的金屬化層的制備將變得相當困難。在其他應用中，先在電介質材料中形成金屬化線圖形，接著執行金屬CMP操作以去除多余的材料。
通常采用化學機械平面化(CMP)系統來拋光如上所述的晶片。CMP系統通常包括用于處理和拋光晶片表面的系統部件。例如，這些部件可以是軌道拋光墊或線性帶拋光墊。墊本身通常由聚亞氨酯材料或聚亞氨酯結合其他材料(例如不銹鋼帶)制成。在操作中，運轉帶型墊，接著施加研磨漿料(slurry)材料，其將擴散至帶型墊的表面上。一旦其上具有研磨漿料的帶型墊按希望速率運動，就將晶片降至帶型墊的表面上。這樣，就將希望平面化的晶片表面加工得十分光滑，很像用砂紙打磨木頭。接著可以在晶片清洗系統中清洗晶片。
圖1A顯示了在CMP系統中通常使用的線性拋光設備10。線性拋光設備10將半導體晶片16的表面上的材料拋光去除。被去除的材料可以是晶片16的基板材料或者形成在晶片16上的一個或多個層。這種層通常包括CMP工藝過程中形成或呈現的一種或多種任意類型的材料，比如，電介質材料、氮化硅、金屬(例如，鋁和銅)、金屬合金、半導體材料等。通常，可以采用CMP來拋光晶片16上的一個或多個層，以將晶片16的表面層平面化。
線性拋光設備10采用一拋光帶12，該拋光帶相對于晶片16的表面做線性運動。帶12是繞輥子(或軸)20旋轉的連續傳動帶。通常用馬達驅動輥子，從而輥子20的轉動驅動拋光帶12相對于晶片16做線性運動22。
晶片載具18固定晶片16。通常用機械固定環和(或)真空裝置將晶片16固定在合適的位置。晶片載具將晶片定位在拋光帶12之上，以使晶片16的表面與拋光帶12的拋光表面相接觸。
圖1B顯示了線性拋光設備10的側視圖。如上關于圖1A的說明，晶片載具18將晶片16固定在拋光帶12上方的合適位置處，同時向拋光帶施加壓力。拋光帶12是連續傳動帶，通常由層疊在支撐層上的聚合物材料(例如，Rodel公司生產的IC 1000)制成。輥子20使拋光帶12旋轉，從而驅動拋光帶相對于晶片16做線性運動22。在一個示例中，流體支撐面壓盤24支撐拋光帶的位于加載晶片16的區域之下的部分。這樣，可使用壓盤24向支撐層的下表面施加流體。從而，所施加的流體形成了一流體支撐面，其在拋光帶12的下側上產生了一施加于晶片16的表面的拋光壓力。不幸的是，由于通常不能很好控制由流體支撐面產生的拋光壓力，由流體支撐面施加到晶片16的不同部分的拋光壓力通常不均勻。一般地，均勻性需要所有確定材料去除速率的參數在與晶片接合的整個接觸表面上都是均勻分布的。
CMP中的邊緣不穩定性是最重要的性能影響因素之一，也是要解決的最復雜的問題之一。圖1C顯示了線性拋光設備10，其圖示了邊緣效應非均勻性因素。在此示例中，晶片16附連在載具18上，載具18施加壓力13以將晶片16向下壓到拋光帶12上，拋光帶12在壓盤24上運動。不過，當晶片接觸拋光帶12時，拋光帶12會變形。盡管拋光帶12是可壓縮介質，拋光帶12的可曲性仍然有限，這將阻礙拋光帶12遵從晶片16的精確形狀，從而形成了瞬時變形區22和26。結果，在由重新分布的接觸力產生的非平坦接觸區域中的晶片邊緣16a和16b處，就會出現邊緣效應。因此，在晶片邊緣16a和16b處的去除速率就會出現很大的偏差。這樣，由于現有技術拋光帶設計沒有恰當控制拋光動態特性，會導致不均勻的拋光和不一致的晶片拋光，從而降低晶片的合格率并提高晶片的成本。
鑒于上述內容，需要一種設備，其具有改進拋光壓力控制并降低拋光墊變形的壓盤，以克服現有技術的問題。

發明內容
一般地說，本發明的實施例提供了一種壓盤設計，其可在CMP工藝期間提供邊緣拋光均勻性控制，從而滿足上面的需要。在一個實施例中，揭示了在CMP系統中使用的壓盤。該壓盤包括一內壓力子區域集，其可以向設置在壓盤上方的拋光墊提供壓力。每個內壓力子區域都設置在晶片下方并位于晶片的周界之內。此外，壓盤還包括一外壓力子區域集，可以向拋光墊提供壓力。每個外壓力子區域都設置在晶片的下方并位于晶片的周界之外。這樣，外壓力子區域集可以修整拋光墊的形狀以獲得特定的去除速率。在一方面中，每個子區域都可以包括多個輸出孔，輸出孔可以使易于向拋光墊施加壓力。例如，每組多個輸出孔可以向拋光墊提供氣體壓力或液體壓力。可選地，可以獨立控制第一外子區域和第二外子區域。在進一步的方面中，壓盤可進一步包括一前導區和一尾延區，其中，前導區和尾延區每個都包括一內壓力子區域集和一外壓力子區域集。和上面的類似，前導區和尾延區每個的外子區域集都可以包括第一外子區域和第二外子區域，可以獨立控制這兩個子區域。
在本發明的另一個實施例中，揭示了用于改進CMP工藝中的晶片平面化的方法。采用一壓盤來調節向拋光帶施加的壓力，該壓盤具有設置在晶片下方并位于晶片的周界之內的內壓力子區域集。還通過采用該壓盤的外壓力子區域集來調節向拋光帶施加的壓力，可以實現附加的去除速率特性控制。外壓力子區域集設置在晶片下方并位于晶片的周界之外。這樣，外壓力子區域集就可以修整拋光墊的形狀以獲得特定的去除速率。同上，外壓力子區域集可以包括第一外子區域和第二外子區域，可以獨立調節這兩個子區域。可選地，可以獨立調節在前導區和尾延區中提供的壓力。在這個方面中，前導區和尾延區每個都可以包括一內壓力子區域集和一外壓力子區域集。另外，前導區和尾延區每個的外壓力子區域集都可以包括第一外子區域和第二外子區域，可以獨立調節這兩個子區域。
在進一步的實施例中，提供了在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤。該壓盤布置在線性拋光墊的下方，并將其設計得向線性拋光墊的下側施加受控的流體流。壓盤包括前導區，其包含第一多個輸出孔，其中前導區更接近線性拋光墊的上游區域。壓盤還包括尾延區，其包含第二多個輸出孔，其中尾延區更接近線性拋光墊的下游區域。可以獨立控制前導區和尾延區，并將它們設計得可獨立地從第一多個輸出孔和第二多個輸出孔輸出受控的流體流。
在又一個實施例中，提供了用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件。壓盤組件包括壓盤環繞板、壓盤接合組件、壓盤管簇組件、底座、被配置裝配在底座上的墊圈，以及被配置環繞壓盤裝配的O型環。壓盤管簇組件和壓盤接合組件相連，并且壓盤管簇組件由壓盤環繞板支撐。壓盤管簇組件包括一壓盤，其包括多個獨立可控的區域。每個獨立可控的區域被設計得可以通過該獨立可控的區域將獨立的流體流傳輸到線性拋光墊的下側。
由于向拋光墊的不同區域施加受控壓力的有利作用，當在墊變形區域中拋光時，本發明的實施例提供了平面化中的重大改進。下面的詳細說明結合附圖，通過舉例闡釋本發明的原理，從中，本發明的其他方面和優點顯得十分清楚。


結合附圖參考下面的說明，可以獲得對本發明及其進一步的優點的最佳理解。
圖1A顯示了在CMP系統中典型采用的線性拋光設備；圖1B顯示了該線性拋光設備的側視圖；
圖1C顯示了一線性拋光設備，用來圖示邊緣效應非均勻性因素；圖2A顯示了根據本發明的實施例的晶片線性拋光設備的側視圖；圖2B是顯示不旋轉的晶片相對于拋光帶的運動方向的平面化去除速率的示意圖；圖2C顯示了晶片線性拋光工藝的頂視圖，該工藝可由依照本發明的實施例的線性拋光設備執行；圖3顯示了一曲線圖，其表示依照本發明的一個實施例，距離正在進行拋光的晶片的中心的不同距離處的不同拋光效果；圖4A是顯示依照本發明的實施例的壓盤管簇組件的流體開孔布局的示意圖；圖4B是顯示依照本發明的一個實施例的壓盤管簇組件的流體開孔布局的示意圖；圖4C顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤管簇組件的流體開孔布局；圖5是依照本發明的實施例具有外側壓力區的壓盤管簇組件的側視圖；圖6圖示了依照本發明的一個實施例的壓盤管簇組件；圖7顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤的頂視圖；圖8顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤的后側視圖；圖9顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤接合組件；以及圖10顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤組件，其具有壓盤管簇組件、壓盤接合組件和壓盤環繞板。
具體實施例方式
揭示了用于壓盤設計的發明，該壓盤設計提供了CMP工藝過程中的邊緣拋光均勻性控制。在下面的說明中，為了提供對本發明的全面理解，列出了大量的具體細節。不過，本領域內的熟練技術人員應該清楚，缺少這些具體細節中的一些或者全部，也可以實施本發明。另外，為了不使本發明晦澀難懂，對公知的工藝步驟沒有詳細說明。
概括而言，本發明涉及CMP系統中的壓盤，其具有獨特的能力，可獨立控制晶片的不同區域中的拋光壓力，這樣可以更加一致、更加有效地完成晶片拋光。具體而言，本發明的壓盤可以管理前導邊緣和尾延邊緣上的拋光壓力，因此，采用高度可管理的方式，可以補償任何由拋光墊壓力動態特性引起的拋光壓力差異和不一致性。本發明的壓盤可以包括任意數量的壓力區，每個壓力區都具有多個流體開孔，這些孔可用于輸出不同壓力的流體，從而補償拋光墊動態特性不適當性。應該明白，本發明可以用于拋光任意尺寸的晶片，比如200mm晶片、300mm晶片等。優選地，當拋光墊進入晶片下方(可將拋光墊進入晶片下面的區域稱作上游區域)和當拋光墊退出晶片(可將拋光墊退出晶片的區域稱作下游區域)時，通過減少中斷，本發明可用于精細調整前導邊緣和尾延邊緣拋光。
此外，本發明的實施例提供了CMP系統內的壓盤，該壓盤具有獨特的能力，可以獨立控制被拋光的晶片區域外側的拋光壓力，從而使晶片拋光更加一致和有效。具體而言，本發明的實施例的壓盤可以獨立管理晶片區域外側的幾個區域中的拋光壓力。結果，采用高度可管理的方式，可以補償由于拋光墊壓力動態特性引起的拋光壓力差異和不一致性。
除了位于晶片區域之內的壓力區之外，本發明的實施例的壓盤還可包括晶片區域外側的任意數量的壓力區。每個壓力區都具有多個流體開孔，這些開孔可用于輸出不同壓力的流體，從而補償拋光墊動態特性不適當性。
這里所用的流體可以是任何類型的氣體或液體。因此，通過在拋光墊和晶片的不同區域接觸的不同部分上施加不同的壓力，下面所述的流體壓盤可以采用氣體或液體來控制拋光墊施加給晶片的壓力。此外，本發明的實施例可以實現向拋光帶提供壓力的機械器件，比如壓電元件。
圖2A顯示了依照本發明的實施例的晶片線性拋光設備100的側視圖。在此實施例中，載具頭108可用于在加工過程中將晶片104固定和保持在適當的位置。拋光墊102優選地形成環繞轉鼓112的連續環。拋光墊102一般以每分鐘約400英尺的速度沿方向106運動，不過，應當注意，根據具體的CMP操作，這個速度可以改變。當拋光墊102旋轉時，可用載具108將晶片104降至拋光墊102的頂面上。
在拋光工藝過程中，壓盤管簇組件110可以支撐拋光墊102。壓盤管簇組件110可以采用任何類型的支撐面，例如液體支撐面或氣體支撐面。壓盤環繞板116支撐壓盤管簇組件110，并將其固定在適當的位置。通過壓盤管簇組件110，經由獨立受控的多個輸出孔，從流體源114輸入流體壓力，該流體壓力可用于向拋光墊102提供向上的力，以控制拋光墊的特性。如同下面關于圖4-11的說明，外側區域也可向晶片104的區域外側的拋光墊102施加壓力，以減少CMP加工過程中的邊緣效應和其他非均勻性因素。
圖2B是顯示不旋轉的晶片相對于拋光帶的運動方向的平面化去除速率的示意圖。具體而言，圖2B顯示了采用拋光帶102平面化不旋轉晶片104的情形，該拋光帶102以每分鐘約400英尺的速度沿方向106運動，不過，如上所述，應該注意，根據具體的CMP操作，這個速度可以改變。當拋光墊102運動時，載具將晶片104降至拋光墊102的頂面上。
當晶片104不旋轉時，可以看到線性拋光產生的去除速率屬性，這在晶片104旋轉時將被隱藏起來。特別地，在晶片104的前導邊緣發展出一快速去除速率區130，而在晶片104的尾延邊緣發展出一慢速去除速率區132。結果，快速去除速率區130和慢速去除速率區132將導致CMP工藝過程中的非均勻性。特別地，在典型的CMP工藝過程中，如果晶片104沿方向108旋轉，去除速率沿徑向平均線134被平均化。因此，大約在晶片的104區域的徑向附近發生了去除速率的非均勻性。
拋光速率一般正比于位于拋光墊102下的壓盤管簇組件110上(如圖2A中所示)向拋光墊102施加的拋光壓力的大小。因此，通過調節拋光壓力可以改變平面化的速率。圖2C顯示了晶片線性拋光工藝120的頂視圖，該工藝可由依照本發明的實施例的線性拋光設備執行。如同上面關于圖2B的說明，拋光墊102沿方向106運動，產生了有助于拋光工藝的摩擦。
在一個實施例中，晶片104可以具有4個不同的拋光區域。不過，應該明白，盡管這里所述的實施例具有4個拋光區域，本發明可以具有任意數量的拋光區域或子區域，比如，5個、6個、7個、8個、9個區域等。4個不同的拋光區域可以是前導邊緣拋光區域104a(也稱作前導區)、側面拋光區域104c(也稱作前區)、側面拋光區域104b(也稱作后區)，和尾延邊緣拋光區域104d(也稱作尾延區)。
如圖2B中所示，由于拋光墊變形中的差異，尾延邊緣區域104d的拋光壓力往往比較小。還如圖2B中所示，前導邊緣104a和尾延邊緣104d區域上的拋光壓力差別很大。因此，通過獨立控制區域104a-d下面的流體壓力，可以調節拋光壓力，以在晶片104的不同區域上提供最佳且一致的拋光壓力。因此，本發明的實施例將獨立控制晶片區域之內和(或)晶片區域之外的區域中的拋光壓力，和晶片區域之內的區域，以優化晶片拋光工藝。
圖3顯示了曲線圖200，其表示依照本發明的一個實施例，距離正在進行拋光的晶片的中心不同距離處的不同拋光效果。曲線圖200還包括圖例201，其用于指示曲線圖200中所示的曲線的名字。在一個實施例中，對比了前導邊緣104a和尾延邊緣104d(如圖2C中所示)的拋光速率、動態拋光速率，以及前導和尾延拋光速率的平均值曲線，該平均值曲線是前導和尾延拋光速率之和除以2的結果。
曲線202顯示了前導邊緣拋光特性，曲線208顯示了尾延邊緣拋光特性。此外，曲線204顯示了動態(當晶片旋轉時)拋光特性，曲線206顯示了尾延邊緣和前導邊緣的拋光特性的平均。如所看到的那樣，和前導邊緣特性曲線202相比，尾延邊緣特性曲線208的標準化拋光去除更低且更平。為了減小邊緣拋光中的巨大差異，本發明的實施例采用流體壓力來增加CMP工藝過程中的拋光一致性，該流體壓力由壓盤施加到位于拋光墊和晶片之間的接觸區之內和(或)之外的區域中。因此，本發明可用于拉平曲線202和208，以在晶片的邊緣上生成更加一致的拋光。
圖4A是顯示依照本發明的實施例的壓盤管簇組件110的流體開孔布局300的示意圖。壓盤管簇組件110包括多個子區域，每個子區域都包括多個流體輸出。具體而言，壓盤管簇組件110包括3個位于被拋光的晶片區域(如圖4A中所示的區域104)之內的子區域，和3個位于晶片104的區域之外的子區域。
子區域109a”包括一具有多個流體輸出的徑向行，而子區域109a包括3個具有多個流體輸出的徑向行。這里所用的術語徑向行是與壓盤管簇組件110有共同的圓心的圓圈行，并且所有的徑向行都同心。此外，包括在晶片104的區域之內的中心區域110e包括圓形分布的多個流體輸出，可用于控制晶片104的區域之內的拋光壓力和由此產生的拋光動態特性。
子區域109a’包括一具有多個流體輸出的徑向行，其大約位于晶片區域104的邊緣或稍微靠外的位置。此外，2個外側子區域123a’和123a”形成2個附加的獨立受控的徑向行，每個徑向行都具有多個流體輸出。通過將壓盤管簇組件110分割成5個子區域，每個子區域包括多個輸出，壓盤管簇組件110可以智能、準確且精密地控制晶片104上的拋光壓力。此外，由于向晶片104的區域外側施加受控壓力的有利作用，采用子區域123a’和123a”大大改進了在墊變形區域中拋光時的平面化效果。在一個實施例中，將其余的流體輸出設為0％，將拋光壓力設為0％、50％、50％、50％，可以獲得很大的改進。在此實施例中，可將子區域123a’設為0psi，將子區域123a”設為50psi，將子區域109a’設為50psi，將子區域109a”設為50psi。不過，應該注意，采用本發明的實施例，也可用其他設置來取得希望的去除速率。此外，本發明的實施例可將壓盤管簇組件分割成用于增加壓力控制的控制區域，如同接下來關于圖4B和4C的說明。
圖4B是顯示依照本發明的一個實施例的壓盤管簇組件110的流體開孔布局350的示意圖。在此實施例中，將壓盤管簇組件110分隔成4個主壓盤區域110a-d，這4個區域控制施加到晶片區域104的8個不同部分的拋光壓力。壓盤區域110a-d分別控制晶片104的區域104a-d(如圖2C中所示)上的拋光壓力。區域110b包括7個具有多個流體輸出的徑向行，用來控制壓盤管簇組件110的第一側區域上的拋光壓力。區域110c包括7個具有多個流體輸出的徑向行，用來控制壓盤管簇組件110的第二側區域上的拋光壓力。可以將區域110b和110c實現為分離的獨立控制，也可將二者聯接到一起，采用單一的控制機制。在一個實施例中，可將每個獨立可控區域(如區域110a-d)設計得通過該獨立可控區域向線性拋光墊下側傳輸獨立的流體流，以便智能地控制拋光壓力。
在進一步的實施例中，可以獨立控制區域110a(也稱作前導區)和區域110d(也稱作尾延區)，并將它們設計得獨立地從前導區中的第一多個輸出孔和尾延區中的第二多個輸出孔輸出受控的流體流。
在一個實施例中，壓盤區域110a是前導邊緣區域，其包括5個子區域，每個子區域包含多個流體輸出。子區域110a’包括一具有多個流體輸出的徑向行，其大約位于晶片區域104的邊緣或稍微靠外的位置。此外，2個外側子區域125a’和125a”形成2個附加的獨立受控的徑向行，每個徑向行都具有多個流體輸出。由于向晶片104的區域外側施加受控壓力的有利作用，采用子區域125a’和125a”大大改進了在墊變形區域中拋光時前導邊緣處的平面化效果。
區域110a中的其他2個子區域向晶片104區域之內提供壓力。具體而言，子區域110a”包括一具有多個流體輸出的徑向行，而子區域110a包括3個具有多個流體輸出的徑向行。通過將壓盤區域110a分割成5個子區域，3個位于晶片區域104之外，2個位于晶片區域104之內，壓盤區域110a可以智能、準確且精密地控制晶片104的前導邊緣區域104a上的拋光壓力。
此外，由于更加精密控制晶片104區域外側的區域的有利作用，子區域125a’和125a”的單一可控徑向行使得可以更精確地管理拋光壓力，大大改進了在墊變形區中拋光時的平面化效果。另外，由于更加精密控制晶片的最外邊緣的有利作用，子區域110a’和110a”的單一可控徑向行進一步加強了在墊變形區域中拋光時的平面化能力。
在一個實施例中，壓盤區域110d是一尾延邊緣區域，其包括5個子區域，每個子區域包含多個流體輸出。子區域110d’包括一具有多個流體輸出的徑向行，其大約位于晶片區域104的邊緣或稍微靠外的位置。此外，2個外側子區域125d’和125d”形成2個附加的獨立受控的徑向行，每個徑向行都具有多個流體輸出。同上，由于采用子區域125d’和125d”向晶片104的區域外側施加受控壓力的有利作用，大大改進了在墊變形區域中拋光時尾延邊緣處的平面化效果。
區域110d中的其他2個子區域向晶片104區域之內提供壓力。具體而言，子區域110d”包括一具有多個流體輸出的徑向行，而子區域110d包括3個具有多個流體輸出的徑向行。通過將壓盤區域110d分割成5個子區域，3個位于晶片區域104之外，2個位于晶片區域104之內，壓盤區域110d可以智能、準確且精密地控制晶片104的尾延邊緣區域104d上的拋光壓力。
和前導邊緣的情形一樣，由于更加精密控制晶片104區域外側的區域的有利作用，子區域125d’和125d”的單一可控徑向行使得可以更加精確地管理拋光壓力，大大改進了在墊變形區域中拋光時的平面化效果。另外，由于向晶片的最外邊緣施加更精密控制的有利作用，區域110d’和110d”的單一可控徑向行進一步加強了在墊變形區中拋光時的平面化能力。
壓盤管簇組件110可進一步包括一中心區域110e，其具有圓形分布的多個流體輸出，也可用于控制晶片104的拋光壓力和由此產生的拋光動態特性。因此，通過改變并調節位于晶片區域104之內和之外的任意、部分或者全部區域和子區域中的流體壓力，本發明的實施例可以控制流體壓力和所產生的拋光壓力。
圖4C顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤管簇組件110的流體開孔布局350’。在此實施例中，將壓盤管簇組件110分隔成4個主壓盤區域110a至110d，以控制向晶片104的8個不同部分施加的拋光壓力。壓盤區域110a至110d分別控制晶片104的區域104a至104d(如圖2C中所示)上的拋光壓力。區域110b包括5個具有多個流體輸出的徑向行，以控制壓盤管簇組件110的第一側區域上的拋光壓力。這里所用的術語徑向行是半圓行，其垂直于從壓盤管簇組件110的中心出發的半徑。區域110c包括5個具有多個流體輸出的徑向行，以控制壓盤管簇組件110的第二側區域上的拋光壓力。應該明白，盡管這里所述的實施例沒有分別控制區域110b和110c，本發明可以分別控制區域110a至110d中的每一個。在一個實施例中，可將每個獨立可控區域(例如區域110a至110d)設計得通過該獨立可控區域向線性拋光墊的下側傳輸獨立流體流，以智能地控制拋光壓力。
在另一實施例中，可以獨立控制區域110a(也稱作前導區)和區域110d(也稱作尾延區)，并且將二者設計得可獨立地從前導區中的第一多個輸出孔和尾延區中的第二多個輸出孔輸出受控的流體流。
在一個實施例中，壓盤區域110a是前導邊緣區域，其包括3個子區域，每個子區域包含多個流體輸出。子區域110a’和子區域110a”每個都包括一具有多個流體輸出的徑向行，而子區域110a包括3個具有多個流體輸出的徑向行。通過將壓盤區域110a分割成3個子區域，每個子區域包含多個輸出，壓盤區域110a可以智能、準確且精密地控制晶片104的前導邊緣區域104a上的拋光壓力。此外，由于向晶片的最外邊緣施加更加精密的控制的有利作用，子區域110a’和110a”的單一可控徑向行使得可以更加精確地管理向一區域施加的拋光壓力，這將大大改進在墊變形區域中拋光時的平面化效果。
在一個實施例中，壓盤區域110d是一尾延區域，其包括3個子區域，每個子區域包含多個流體輸出。子區域110d’和子區域110d”每個都包括一具有多個流體輸出的徑向行，而子區域110d包括3個具有多個流體輸出的徑向行。這3個子區域110d’至110d每個都包含多個輸出，這使壓盤區域110d可以智能且精確地控制晶片104的尾延邊緣區域104d上的拋光壓力。而且，子區域110a’和110a”的單一可控徑向行使得可以更加精確地管理晶片104的尾延邊緣上的拋光壓力，由于拋光墊的變形，在晶片104的尾延邊緣需要對拋光壓力管理進行更好的控制。
中心區域110e包含圓形分布的多個流體輸出，其也可用于控制晶片104的拋光壓力和由此得到的拋光動態特性。因此，通過改變和調節壓盤的任意、部分或全部區域和子區域中的流體壓力，本發明可以控制流體壓力和由此產生的拋光壓力。
圖5是依照本發明的實施例的具有外側壓力區的壓盤管簇組件110的側視圖。在圖5的示例中，晶片104被向下壓到拋光帶102上，拋光帶102在壓盤管簇組件110上運動。如上所述，壓盤管簇組件110包括5個子區域，每個子區域包含多個流體輸出。子區域110a’包括一具有多個流體輸出的徑向行，其大約位于晶片區域104的邊緣或者稍微靠外的位置。此外，2個外側子區域125a’和125a”形成了2個附加的獨立受控的徑向行，每個徑向行都具有多個流體輸出。其他2個子區域向晶片104的區域之內提供壓力。具體而言，子區域110a”包括一具有多個流體輸出的徑向行，而子區域110a包括3個具有多個流體輸出的徑向行。
類似地，在壓盤管簇組件110的尾延邊緣，子區域110d’包括一具有多個流體輸出的徑向行，其大約位于晶片區域104的邊緣或稍微靠外的位置。2個附加的外側子區域125d’和125d”形成2個獨立受控的徑向行，每個徑向行都具有多個流體輸出。同上，子區域110d”包括一具有多個流體輸出的徑向行，而子區域110d包括3個具有多個流體輸出的徑向行。這2個子區域向晶片104的區域之內提供壓力。另外，中心區域110e具有圓形分布的多個流體輸出，該區域用于為晶片104的拋光壓力提供附加控制。
如圖5中所示，外側壓力子區域125a’、125a”、125d’和125d”使得可以改進拋光墊102在拋光墊102的區域102a和102d中的成形。由于外側壓力子區域125a’、125a”、125d’和125d”改進了拋光墊102的成形，從而大大降低了邊緣效應，并增強了去除速率特性。
圖6圖示了依照本發明的一個實施例的壓盤管簇組件110。在此實施例中，橡膠墊圈110-3夾在壓盤管簇組件110-1和底座110-4之間。這樣，可將流體管連接到壓盤接合組件540(圖10中所示)，其可以向壓盤110-1傳輸流體。O型環110-2形成對壓盤環繞板116(圖10中所示)的密封，這樣，污染性流體不會泄漏到該子系統中。位于底座110-4上的特定輸入和壓盤接合板540(如圖10中所示)上的流體管輸入相連，可以通向包含多個流體輸出的特定區域或子區域，因此，通過控制導入特定輸入中的流體，也就可以控制相應區域或子區域的流體輸出。
圖7顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤110-1的頂視圖400。在一個實施例中，壓盤110-1包括4個主區域110a-110d(如同關于圖2C的說明)，可以控制這些區域來優化邊緣拋光。區域110a可以包括子區域110a’-110a。子區域110a’和子區域110a”每個都可以包含一具有多個流體輸出的單一徑向行。可以獨立控制子區域110a’-110a中每一個的輸出，從而在前導邊緣的區域110a中，可由壓盤管簇組件110提供智能的動態流體輸出壓力。應該明白，可以以任意方式改變向子區域110a’-110a的流體輸出，只要這些方式可以管理前導邊緣中的拋光壓力，并產生更加有效的晶片拋光，比如，降低拋光壓力。在一個實施例中，更靠近邊緣的輸出(例如子區域110a’和110a”中的輸出)可用來(降低流體壓力從而降低拋光壓力)降低前導邊緣區域110a中的拋光壓力。通過采用具有獨立可控的多個流體輸出的單一徑向行，可以對壓盤管簇組件110的邊緣進行更加細微的調節，從而管理拋光墊發生變形的區域中的拋光壓力。
區域110d包括子區域110d’-110d。子區域110d’和110d”每個都可以由不同的流體輸出分別管理，這樣，在尾延邊緣的區域110d中，可由壓盤管簇組件110智能地動態改變流體輸出壓力。應該明白，可以采用任何方式來單獨改變向子區域110d’-110d的輸出，只要這些方式可以減少拋光墊的變形，從而可以取得更加一致的晶片拋光。在一個實施例中，可將更多流體輸入到子區域110d’和110d”中，從而增加從壓盤的流體輸出，這將增加拋光墊上的流體壓力，進而增加尾延邊緣中的拋光壓力。這樣增加的尾延邊緣拋光壓力可使拋光壓力和前導邊緣拋光壓力相均衡，從而在晶片的不同區域中，提高晶片拋光均勻性。
在一個實施例中，壓盤110-1可以具有多個輸出孔，這些孔被分隔成組，從而具有輸出孔的第一區域和第二區域。這樣，就可以獨立控制輸出孔的第一區域和輸出孔的第二區域，以便向晶片的前導邊緣和晶片的尾延邊緣施加不同大小的力，從而有效地控制施加到晶片的前導邊緣和晶片的尾延邊緣的拋光壓力。
圖8顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤110-1的后側視圖500。在此實施例中，可以看到通向區域110a-e(如圖7中所示)的多個流體輸出的開孔。開孔502、504、506、512、514和516分別通向子區域110a’、110a”、110a、110d’、110d”和110d中的多個輸出。另外，開孔508、510和518分別通向區域110c、110b和110e中的多個輸出。流體輸入到開孔502-518中的每一個，可以分別控制流體，從而可以管理壓盤110-1上包含多個流體輸出的不同區域和子區域，以便降低晶片的不同部分之間的拋光壓力的差異。
圖9顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤接合組件540。應該明白，根據受控的區域和(或)子區域的數量，壓盤接合組件540可以包括任意數量的輸入孔。在一個實施例中，壓盤接合組件540包括9個輸入孔。在一個實施例中，2個輸入孔552向壓盤管簇組件110的區域110b和110c中的多個輸出孔輸入流體(區域110a-110e、子區域110a’-110a和子區域110d’-110d顯示在圖4B和7中)。此外，輸入孔558、560和554可以分別向子區域110a’-110a中的多個輸出孔輸入流體。另外，輸入孔562、564和556可分別向子區域110d’-110d中的多個輸出孔輸入流體。最后，輸入孔566可向子區域110e輸入流體。通過改變進入輸入孔552-566的流體輸入，可以分別或以任意組合來控制從壓盤上的每個區域流出的流體輸出，從而智能地調節拋光墊的不同部分上的流體壓力(和拋光壓力)，以便增加晶片的不同區域上的拋光壓力的均衡度，進而產生更加一致的晶片拋光。
圖10顯示了依照本發明的一個實施例的壓盤組件600，其具有壓盤管簇組件110、壓盤接合組件540和壓盤環繞板116。應該明白，壓盤組件600可以是一整體裝置，那些包括多個輸出孔的區域都被設置到該整體裝置內；壓盤組件600也可以包括一多體裝置，該多體裝置包括壓盤管簇組件110，其被附連到壓盤接合組件540上，其中，壓盤管簇組件110被裝配到壓盤環繞板116中。O型環110-2在壓盤管簇組件110和壓盤環繞板116之間形成密封，從而污染性流體不會泄漏到該子系統中去。無論壓盤組件600有什么樣的結構，通過在壓盤組件600的不同區域中使用不同數量的多個輸出孔，其都可以控制流體壓力。在一個實施例中，壓盤組件600包括壓盤管簇組件110，其具有多個區，每個區有多個輸出孔，壓盤管簇組件110位于壓盤環繞板116中的凹槽內，并和其相連。壓盤組件600可以包括輸入552、554、558、560、562、564和566，這些輸入可將流體導入壓盤組件600的不同區域中。
應該明白，在本發明中可以采用任意類型的流體來調節從壓盤管簇組件110施加到拋光墊上的壓力，比如，可以用氣體、液體和類似物品。本發明中可使用這樣的流體來均衡晶片上的拋光壓力。因此，通過使用任意類型的流體化合物，該壓盤結構可以分別控制向壓盤管簇組件110的特定區域的輸出。
盡管為理解明確起見，相當詳細地說明了前述發明，顯而易見，在附加權利要求的范圍內可以進行一定的改變和變型。因此，所述實施例被視為是解釋性而非限制性的，并且本發明不限于這里所列的細節，而是在附加的權利要求的范圍及其等同物內，可以對其進行修改。
權利要求
1.一種在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，該壓盤布置在線性拋光墊的下方，并且被設計得可向所述線性拋光墊的下側施加受控的流體流，該壓盤包括前導區，其包括第一多個輸出孔，該前導區更接近線性拋光墊的上游區域；以及尾延區，其包括第二多個輸出孔；該尾延區更接近線性拋光墊的下游區域，前導區和尾延區被獨立控制，并且被設計得獨立地從第一多個輸出孔和第二多個輸出孔輸出受控的流體流。
2.根據權利要求1中所述的在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其中，所述前導區和尾延區每個都具有第一子區域、第二子區域和第三子區域。
3.根據權利要求2中所述的在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其中，第一多個輸出孔位于第一子區域、第二子區域和第三子區域中。
4.根據權利要求3中所述的在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其中，第一子區域、第二子區域和第三子區域是獨立可控區域，這三個子區域被設計得通過所述獨立可控區域傳輸獨立的流體流。
5.根據權利要求4中所述的在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其中，第一子區域包括第一多個輸出孔的第一徑向行，第二子區域包括第一多個輸出孔的第二徑向行，第三子區域包括第一多個輸出孔的第三徑向行、第四徑向行和第五徑向行。
6.根據權利要求2中所述的在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其中，第二多個輸出孔位于第一子區域、第二子區域和第三子區域中。
7.根據權利要求6中所述的在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其中，第一子區域、第二子區域和第三子區域是獨立可控區域，這三個子區域被設計得通過所述獨立可控區域傳輸獨立的流體流。
8.根據權利要求7中所述的在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其中，第一子區域包括第一多個輸出孔的第一徑向行，第二子區域包括第一多個輸出孔的第二徑向行，第三子區域包括第一多個輸出孔的第三徑向行、第四徑向行和第五徑向行。
9.一種用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件，其包括壓盤環繞板；壓盤接合組件；壓盤管簇組件，配置其和壓盤接合組件相連，該壓盤管簇組件被配置得由壓盤環繞板支撐，該壓盤管簇組件包括底座；墊圈，配置其裝配在底座上；O型環，配置其裝配在壓盤周圍；壓盤，該壓盤包括多個獨立可控的區域，每個獨立可控的區域都被設計得通過該獨立可控的區域向線性拋光墊的下側傳輸獨立的流體流。
10.根據權利要求9中所述的用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件，其中，流體流是氣體流和液體流之一。
11.根據權利要求9中所述的用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件，其中，流體流是液體流。
12.根據權利要求9中所述的用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件，其中，獨立可控的區域是前導區和尾延區。
13.根據權利要求9中所述的用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件，其中，獨立可控的區域是前導區、尾延區和兩個側區。
14.根據權利要求12中所述的用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件，其中，前導區和尾延區每個都具有獨立可控的子區域，以傳輸獨立的流體流。
15.根據權利要求14中所述的用于支撐線性拋光墊的下側的壓盤組件，其中，前導區和尾延區每個都具有至少三個獨立可控的子區域。
16.一種在化學機械平面化(CMP)系統中使用的壓盤，其包括內壓力子區域集，其可以向設置在壓盤上方的拋光墊提供壓力，每個內壓力子區域都設置在晶片下方并位于晶片的周界之內；以及外壓力子區域集，其可以向設置在壓盤上方的拋光墊提供壓力，每個外壓力子區域都設置在晶片下方并位于晶片的周界之外，該外壓力子區域集可進一步修整拋光墊的形狀以獲得特定的去除速率。
17.根據權利要求16中所述的壓盤，其中，每個子區域包括多個輸出孔，這些輸出孔能易于向拋光墊施加壓力。
18.根據權利要求17中所述的壓盤，其中，每組多個輸出孔向拋光墊提供氣體壓力。
19.根據權利要求17中所述的壓盤，其中，每組多個輸出孔向拋光墊提供液體壓力。
20.根據權利要求17中所述的壓盤，其中，外壓力子區域集包括第一外子區域和第二外子區域。
21.根據權利要求20中所述的壓盤，其中，第一外子區域和第二外子區域被獨立控制。
22.根據權利要求16中所述的壓盤，進一步包括前導區和尾延區，前導區和尾延區每個都包括內壓力子區域集和外壓力子區域集。
23.根據權利要求22中所述的壓盤，其中，前導區和尾延區每個的外子區域集都包括第一外子區域和第二外子區域。
24.根據權利要求23中所述的壓盤，其中，第一外子區域和第二外子區域被獨立控制。
25.一種用于改進化學機械平面化(CMP)工藝中的晶片平面化的方法，包括以下操作采用壓盤調節向拋光帶施加的壓力，該壓盤具有設置在晶片下方并位于晶片的周界之內的內壓力子區域集；以及采用該壓盤的外壓力子區域集調節向拋光帶施加的壓力，所述外壓力子區域集設置在晶片的下方并位于晶片的周界之外，該外壓力子區域集可進一步修整拋光墊的形狀以獲得特定的去除速率。
26.根據權利要求25中所述的方法，其中，所述外子區域集包括第一外子區域和第二外子區域。
27.根據權利要求26中所述的方法，進一步包括獨立調節由第一外子區域和第二外子區域提供的壓力的操作。
28.根據權利要求25中所述的方法，進一步包括獨立調節由壓盤的前導區和尾延區提供的壓力的操作，前導區和尾延區每個都包括內壓力子區域集和外壓力子區域集。
29.根據權利要求28中所述的方法，其中，前導區和尾延區每個的外子區域集都包括第一外子區域和第二外子區域。
30.根據權利要求29中所述的方法，進一步包括獨立調節由第一外子區域和第二外子區域提供的壓力的操作。
全文摘要
本發明提供了在CMP系統中使用的壓盤。該壓盤布置在線性拋光墊的下方，并且被設計得向線性拋光墊的下側施加受控的流體流。壓盤包括包含第一多個輸出孔的前導區，其中，前導區更接近線性拋光墊的上游區域。壓盤還包括包含第二多個輸出孔的尾延區，其中，尾延區更接近線性拋光墊的下游區域。前導區和尾延區被獨立控制，并且被設計得獨立地從第一多個輸出孔和第二多個輸出孔輸出受控的流體流。
文檔編號B24B37/04GK1500028SQ02807536
公開日2004年5月26日 申請日期2002年3月29日 優先權日2001年3月30日
發明者許蒼山, 加斯帕雷奇, 杰夫·加斯帕雷奇, 塔夫, 羅伯特·塔夫, J 巴勒, 肯尼思·J·巴勒, 保羅·斯塔謝夫茲, 斯塔謝夫茲, H 恩達爾, 埃瑞克·H·恩達爾, 斯 羅伯特 泰勒, 特拉維斯·羅伯特·泰勒 申請人:拉姆研究公司