專利名稱：化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，更具體地，涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)拋光墊和 晶片之間接觸壓力的主動(dòng)控制的改進(jìn)的化學(xué)機(jī)械拋光裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于半導(dǎo)體器件版圖密度的增大，多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的使 用日益增長。為了制造多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，有必要在半導(dǎo)體器件的制造 期間進(jìn)行平面化的工藝。為此，在本領(lǐng)域中最廣泛使用的一種技術(shù)是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。在CMP工藝中，利用與晶片表面緊密接觸的其上形 成臺(tái)階的拋光墊，在拋光墊和晶片表面之間施加漿液，從而利用漿液中所含 的拋光研磨劑來拋光晶片的表面，由此獲得晶片的平坦化表面。用于執(zhí)行 CMP工藝的設(shè)備通常包括夾持晶片的載體、拋光墊、支撐拋光墊的旋轉(zhuǎn)臺(tái) 等等。圖1是常規(guī)的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的原理圖，示出了 CMP設(shè)備的頂表面 和截面。參考圖l，常規(guī)的CMP設(shè)備包括夾持晶片(未示出)的載體110、用于 借助與晶片的摩擦來機(jī)械拋光晶片表面的拋光墊120、以及在為了有效地拋 光晶片而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的同時(shí)支撐拋光墊120的旋轉(zhuǎn)臺(tái)130。在拋光墊120上，施加漿液和其他原料用于晶片的化學(xué)機(jī)械拋光。在CMP設(shè)備中，當(dāng)載體110旋轉(zhuǎn)或者向上或向下移動(dòng)時(shí)，由載體110 夾持的晶片與拋光墊120和漿液相接觸，以便拋光晶片的表面。同時(shí)，利用 具有上述結(jié)構(gòu)的常規(guī)CMP設(shè)備，磨損通常集中在拋光墊120的特定區(qū)域"a" 上，由于拋光墊120上不同位置磨損的程度不同而導(dǎo)致拋光墊以不同的各種 比率被壓縮。結(jié)果，不僅晶片的表面被非均勻地拋光，而且使拋光墊120的 更換周期縮短，由此增大了制造成本，同時(shí)使工藝的質(zhì)量變差。在圖2中， 詳細(xì)示出了常規(guī)CMP設(shè)備的這一現(xiàn)象。圖2是示出使用常規(guī)CMP設(shè)備的拋光工藝的截面圖。 參考圖2，在拋光墊220經(jīng)受了源于拋光墊220的位置不同而產(chǎn)生不同 程度的磨損的各種壓縮率的條件下，拋光墊220在載體210的壓力下與晶片215緊密接觸。換言之，在拋光墊220上，在相比C部分一側(cè)磨損較少的B部分一側(cè) 的壓縮率高于相比B部分一側(cè)磨損較多的C部分一側(cè)。在這方面，要求提 供一種技術(shù)，能夠防止或者迎合由于拋光墊220上不同的壓縮率導(dǎo)致的在晶 片215和拋光墊220之間非均勻的接觸壓力。附圖標(biāo)記230指示了夾持并支 撐拋光墊220的旋轉(zhuǎn)臺(tái)。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題已完成的本發(fā)明意在解決上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種能夠 實(shí)現(xiàn)拋光墊和晶片之間接觸壓力的主動(dòng)控制的改進(jìn)的化學(xué)機(jī)械拋光裝置。本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將部分地在下文的說明書中進(jìn)行闡述， 并且部分地在下文解釋的基礎(chǔ)之上對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員變得顯而易見， 或可從本發(fā)明的實(shí)踐中獲知。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述和其他目的可以通過提供一種化學(xué)機(jī)械拋 光設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備包括載體，用于夾持晶片并且能夠提升、降低或旋 轉(zhuǎn)；拋光墊，通過降低載體被壓到晶片上從而對晶片進(jìn)行拋光；接觸壓力傳 感器，當(dāng)拋光墊被壓到晶片上時(shí)檢測拋光墊和晶片之間的接觸壓力；支撐件 物理特性控制器，產(chǎn)生與由接觸壓力傳感器檢測的接觸壓力相對應(yīng)的控制信 號(hào)；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接觸并具有響應(yīng)于由支撐件 物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特性；以及夾持該可變物理特 性臺(tái)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括載體， 用于夾持晶片；拋光墊，借助提升、降低和旋轉(zhuǎn)的三維運(yùn)動(dòng)被壓到晶片上從 而對晶片進(jìn)行拋光；接觸壓力傳感器，當(dāng)拋光墊被壓到晶片上時(shí)檢測拋光墊 和晶片之間的接觸壓力；支撐件物理特性控制器，產(chǎn)生與由接觸壓力傳感器 檢測的接觸壓力相對應(yīng)的控制信號(hào)；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊 緊密接觸并具有響應(yīng)于由支撐件物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的 物理特性；以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)，夾持該可變物理特性支撐件并能夠提升、降低和旋 轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括載體，用于夾持晶片并能夠提升、降低和旋轉(zhuǎn)；拋光墊，通過降低載體被壓到晶片上從而對晶片進(jìn)行拋光；支撐件物理特性控制器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝條件 產(chǎn)生控制信號(hào)以補(bǔ)償壓力差；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接 觸并具有響應(yīng)于由支撐件物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特 性；以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)，夾持該可變物理特性臺(tái)。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括用于夾 持晶片的載體；拋光墊，借助提升、降低和旋轉(zhuǎn)的三維運(yùn)動(dòng)被壓到晶片上從 而對晶片進(jìn)行拋光；支撐件物理特性控制器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝條件產(chǎn)生 控制信號(hào)以補(bǔ)償壓力差；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接觸并 具有響應(yīng)于由支撐件物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特性；以 及旋轉(zhuǎn)臺(tái)，用于夾持該可變物理特性支撐件并能夠提升、降低和旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明第一至第四方面的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備還包括用于該 可變物理特性支撐件的放大器，用于放大由支撐件物理特性控制器產(chǎn)生的控 制信號(hào)，并將放大的控制信號(hào)傳輸至該可變物理特性支撐件。優(yōu)選地，在該化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備中，該可變物理特性支撐件被分成多個(gè) 支撐件部分，每一個(gè)都是獨(dú)立可控的。更優(yōu)選地，該可變物理特性支撐件包括選自電流變液、壓電材料和電活 化聚合物中至少一種智能材料，其物理特性通過施加電壓而變化?？商鎿Q地， 該可變物理特性支撐件可以包括磁流變液，其粘度通過施加磁力而變化，或 者是磁致伸縮材料，其尺寸通過施加磁力而變化。可替換地，該可變物理特 性支撐件可以包括形狀記憶合金，其形狀通過加熱而變化。更優(yōu)選地，該可變物理特性支撐件包括多個(gè)支撐件部分，每個(gè)支撐件部 分包括具有響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器的控制信號(hào)而變化的物理特 性的材料，以及電極、磁極或加熱線圈用于響應(yīng)于控制信號(hào)施加電壓、磁力 或熱。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明第一至第四方面的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備還包括調(diào)節(jié) 器，用于在拋光之前、期間或拋光之后調(diào)節(jié)拋光墊的拋光表面。優(yōu)選地，該 調(diào)節(jié)器通過根據(jù)預(yù)設(shè)工藝條件調(diào)節(jié)拋光表面從而調(diào)節(jié)外壁和拋光墊的拋光 表面之間的角度。根據(jù)本發(fā)明第一至第四方面的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備還可以包 括角度傳感器，用于測量外壁和拋光墊的拋光表面之間的角度，以及調(diào)節(jié)控 制器，用于生成與由角度傳感器測量的角度變化相對應(yīng)的控制信號(hào)。本發(fā)明其他方面的細(xì)節(jié)將通過下文的說明和附圖顯而易見。


圖1是常規(guī)的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的原理圖；圖2是描述使用常規(guī)化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光工藝的截面圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的原理圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的原理圖；圖5a和5b是描述使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光工 藝步驟的截面圖；圖6是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的可變物理特性支撐 件的詳細(xì)視圖；圖7a和7b是描述可變物理特性支撐件的支撐件部分設(shè)置的示例性視圖；圖8是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的可變物理特 性支撐件的疊層結(jié)構(gòu)的 一個(gè)示例的視圖；圖9是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的視圖， 其還包括了調(diào)節(jié)器；圖10是示意性示出了在為根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的支撐件物 理特性控制器提供了用于信號(hào)放大的放大器的情況下信號(hào)傳輸過程的圖；圖lla和llb是示意性示出信號(hào)傳輸過程的圖，其中圖lla示出了為根 據(jù)本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的支撐件物理特性控制器提供了用于信號(hào)放 大的放大器，并且其中圖llb示出了未向其提供用于信號(hào)放大的放大器的情 況；圖12是示意性示出墊饋送拋光器的視圖，其中拋光墊適于在臺(tái)和晶片 之間通過分離輥傳送；以及圖13是示意性示出拋光設(shè)備的視圖，其在帶型拋光墊下包括了本發(fā)明 的可變物理特性支撐件。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的上述和其他目的、特征以及其他優(yōu)點(diǎn)將通過下面詳細(xì)描述的說 明書中列舉的實(shí)施例并結(jié)合附圖而更容易理解。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明不限 于這些實(shí)施例，并且可以體現(xiàn)為各種形式。提供實(shí)施例僅出于說明性的目的， 并且?guī)椭绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解本發(fā)明，而非限制僅由附屬的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先，將參考圖3來描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備。圖3示出了借助相對于旋轉(zhuǎn)拋光墊320進(jìn)行提升、降低和旋轉(zhuǎn)晶片315從而 執(zhí)行拋光工藝的CMP設(shè)備。參考圖3，根據(jù)第一實(shí)施例的CMP設(shè)備包括載體310、拋光墊320、接 觸壓力傳感器350、支撐件物理特性控制器360、可變物理特性支撐件340 和旋轉(zhuǎn)臺(tái)330。正如在典型的CMP設(shè)備中，根據(jù)第一實(shí)施例的CMP設(shè)備的載體310 能夠在夾持晶片315的同時(shí)使晶片315被提升、降低和旋轉(zhuǎn)。由于夾持晶片 315的載體310被降低，晶片315被壓到用于拋光晶片315的拋光墊320上。 可以在晶片315和拋光墊320之間施加漿液或類似物，用于晶片315的化學(xué) 機(jī)械拋光。通常，由于根據(jù)拋光墊320上的位置在晶片315和拋光墊320之間的切 向速度差，導(dǎo)致拋光墊320在使用中被不同程度地磨損。因此，晶片315和 拋光墊320之間的接觸壓力變得不均勻。因此，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備包括了在拋光墊320和旋轉(zhuǎn)臺(tái)330之 間由智能材料和類似物形成的可變物理特性支撐件340，作為不同于常規(guī) CMP設(shè)備的一個(gè)顯著特征，使得構(gòu)成該可變物理特性支撐件340的智能材 料的物理特性相關(guān)于通過接觸壓力傳感器350測量的晶片315和拋光墊320 之間的接觸壓力而變化，由此使得晶片315和拋光墊320之間的接觸壓力保 持均勻。接觸壓力傳感器350用作連續(xù)地檢測晶片315和拋光墊320之間受壓時(shí) 的接觸壓力，并且可以不僅在拋光之前或之后，而且在拋光期間將所檢測的 接觸壓力傳遞給支撐件物理特性控制器360。接觸壓力傳感器350在結(jié)構(gòu)上 不受限制，可以包括諸如薄板型壓電薄膜的材料，以便測量晶片315和拋光 墊320之間的接觸壓力?？商鎿Q地，接觸壓力傳感器350可以是任意己知類 型的可以用于測量晶片315和拋光墊320之間的接觸壓力的壓力傳感器。支撐件物理特性控制器360用于生成與由接觸壓力傳感器350檢測到的 接觸壓力柏對應(yīng)的控制信號(hào)。該控制信號(hào)被傳輸至可變物理特性支撐件340。 同時(shí)，盡管該控制信號(hào)可以在由支撐件物理特性控制器360生成之后被直接 傳輸至可變物理特性支撐件340，但優(yōu)選地是將控制信號(hào)借助用于信號(hào)放大的放大器AMP向其傳輸，這是由于該控制信號(hào)最初具有12V的電壓，其通常被施加到電路并且無法適用于激勵(lì)器的直接驅(qū)動(dòng)。該放大器用于從支撐件物理特性控制器360中接收控制信號(hào)，并且將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成可應(yīng)用于磁 極、電極或加熱線圈的形式的信號(hào)。接觸壓力的數(shù)據(jù)可以從接觸壓力傳感器通過有線或無線通信的方式傳 輸至支撐件物理特性控制器。優(yōu)選地，出于簡化CMP設(shè)備的目的，將接觸 壓力的數(shù)據(jù)通過無線通信的方式傳輸。此外，盡管并不限制從支撐件物理特 性控制器到放大器傳輸控制信號(hào)的方法，但優(yōu)選的是將控制信號(hào)借助無線通 信的方式傳輸。根據(jù)本發(fā)明，可變物理特性支撐件340適用于與拋光墊320緊密接觸， 并且響應(yīng)于由支撐件物理特性控制器360產(chǎn)生的控制信號(hào)而改變物理特性， 以便能夠使拋光墊320施加均勻的壓力。這里，術(shù)語"均勻壓力"并不限于 物理含義上的相同壓力，并且還包括意圖在晶片315的特定區(qū)域上進(jìn)行集中 性拋光工藝的非均勻壓力的含義。可變物理特性支撐件340可以被分成多個(gè)支撐件部分，其每個(gè)可以由支 撐件物理特性控制器360獨(dú)立地控制。圖5a和5b示出了被分成多個(gè)支撐件 部分的可變物理特性支撐件520或525，以及當(dāng)控制信號(hào)被不同地施加到各 個(gè)支撐件部分時(shí)該可變物理特性支撐件520或525的形狀。正如可以從附圖 中看到的，由于在可變物理特性支撐件520或525的中心區(qū)域處或附近的支 撐件部分受到相對于由接觸壓力傳感器530或535檢測到的拋光墊540或 545以及晶片550或555之間各種接觸壓力很小的接觸壓力，這些支撐件部 分比其他支撐件部分離開可變物理特性支撐件520或525的中心區(qū)域延伸得 更遠(yuǎn)。因此，晶片550或555以及拋光墊540或545之間的接觸表面可以被 均勻地控制。附圖標(biāo)記510和515指示了旋轉(zhuǎn)臺(tái)。圖6示出了本發(fā)明的可變物理特性支撐件610的細(xì)節(jié)，圖7a和7b示意 性地示出了用于本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的可變物理特性支撐件610的 示例性結(jié)構(gòu)，其中可變物理特性支撐件610可被分為多個(gè)支撐件部分"d"。 應(yīng)當(dāng)注意的是，支撐件部分"d"的劃分模式不限于附圖中所示的設(shè)置方式， 并且可以更改為各種設(shè)置方式。如圖6所示，用于本發(fā)明的CMP設(shè)備的可變物理特性支撐件610被分 為多個(gè)支撐件部分"d"，其每一個(gè)包括智能材料部分650，和智能材料部 分650之間的緩沖構(gòu)件630，用作支持智能材料部分650的形狀恢復(fù)的緩沖器。此外，可變物理特性支撐件610包括信號(hào)施加部分640和其他部件，其 可以向智能材料部分650施加激發(fā)信號(hào)?；诮佑|壓力傳感器620檢測到的 拋光墊的接觸壓力，來自信號(hào)施加部分640的信號(hào)借助于支撐件物理特性控 制器360或460被轉(zhuǎn)換，并且然后被傳輸至可變物理特性支撐件610。根據(jù)本發(fā)明，可變物理特性支撐件610優(yōu)選包括智能材料，其物理特性、 粘度、尺寸或形狀可以通過施加電壓、磁力或熱而變化。在Smart Structures and Materials (Artech House Optoelectronics Library, Brian Culshaw, January, 1996), Electro-Rheological Fluids and Magneto-Rheological Suspensions (Ronjia Tao, Janary 15， 2000), Electroactive Polymer (EAP) Actuators as Artificial Muscles; Reality, Potential, and Challenges, Second Edition (SPIE Press Monograph Vol. PM 136, Yoseph Bar-Cohen, March 18, 2004), Electro Ceramics; Materials, Properties, Applications (AJ. Moulson/J.M. Herbert, July 7: 2003)中披露了可應(yīng)用于本發(fā)明的智能材料的原理和應(yīng)用。外圍部件的結(jié)構(gòu)和操作可以根據(jù)應(yīng)用于本發(fā)明的智能材料而進(jìn)行變化。作為用于本發(fā)明的可變物理特性支撐件610的智能材料，有電流變液、 壓電材料和電活化聚合物，其物理特性通過施加電壓而改變。在這一點(diǎn)上，可變物理特性支撐件610可以包括多個(gè)支撐件部分"d"， 其物理特性響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器360的控制信號(hào)而變化；電 極，作為信號(hào)施加部分640響應(yīng)于控制信號(hào)施加電壓到支撐件部分"d"; 以及緩沖構(gòu)件630，用于支持該支撐件部分"d"的形狀恢復(fù)。更優(yōu)選地，如果智能材料650是由壓電材料形成的，則每個(gè)支撐件部分 "d"可以具有疊層的結(jié)構(gòu)。圖8示意性地示出了可變物理特性支撐件的一 個(gè)實(shí)例，其包括了由壓電材料形成的智能材料部分，以及多個(gè)支撐件部分， 其每一個(gè)具有疊層的結(jié)構(gòu)。期望的是，壓電材料可以被層疊為多層，如圖8 所示，這是由于圖8的疊層結(jié)構(gòu)可以放大相對于相同控制信號(hào)的形狀變化。 這里，這些層優(yōu)選地被交替層疊以具有相反的極化方向，在層之間插入有電 極材料。對電極施加電壓和極性的方向受支撐件物理特性控制器的控制，而不是 固定的。例如，當(dāng)向電極施加+A電壓時(shí)，可變物理特性支撐件的長度減小， 但是當(dāng)向電極施加-/+電壓時(shí)，可變物理特性支撐件的長度減小。在這種情況 下，長度的增大或減小的程度與壓力成比例。正如在上述本發(fā)明的優(yōu)選示例 中，當(dāng)可變物理特性支撐件具有層疊結(jié)構(gòu)的壓電材料時(shí)，其中這些層被交替層疊以具有相反的極化方向，即使施加相同的電壓，可變物理特性支撐件的 形狀變化也可以增大。此外，緩沖構(gòu)件630可以是可通過使用水壓或氣壓恢復(fù)支撐件部分"d" 的形狀的腔。如果利用水壓腔或氣壓腔作為緩沖構(gòu)件630，則本發(fā)明的CMP 設(shè)備還包括氣壓調(diào)節(jié)器(未示出)或水壓泵(未示出)以便為腔施加壓力， 以及控制器(未示出)用來通過向氣壓調(diào)節(jié)器或水壓泵傳輸控制信號(hào)從而控 制水壓腔或氣壓腔。緩沖構(gòu)件可以包括低密度聚合物材料。作為低密度聚合 物材料，有聚氨酯泡沬、聚乙烯泡沫、PVC泡沫、橡膠泡沫等等。作為該可變物理特性支撐件610的智能材料部分650的材料有磁流變 液，其粘度通過施加磁力而變化，或者是磁致伸縮材料，其尺寸通過施加磁 力而變化。在該點(diǎn)上，可變物理特性支撐件可以包括多個(gè)支撐件部分"d"， 其粘度或尺寸響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器360的控制信號(hào)而變化；磁 極，作為信號(hào)施加部分640響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器360的控制信 號(hào)施加磁力到支撐件部分"d";水壓或氣壓腔，用于將多個(gè)支撐件部分"d" 彼此分開并且支持電流變液和磁致伸縮材料的形狀恢復(fù)；氣壓調(diào)節(jié)器(未示 出)或水壓泵(未示出)，用于向腔施加壓力；以及用于控制該腔的控制器。此外，作為可變物理特性支撐件610的智能材料部分650的材料有形狀 記憶合金，其形狀通過加熱而變化。在該點(diǎn)上，可變物理特性支撐件610可 以包括多個(gè)支撐件部分"d"，其形狀響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器 360的控制信號(hào)而變化；加熱線圈，作為信號(hào)施加部分640響應(yīng)于來自支撐 件物理特性控制器360的控制信號(hào)向支撐件部分"d"施加熱；以及緩沖構(gòu) 件630，用于將多個(gè)支撐件部分"d"彼此分開并且支持形狀記憶合金的形 狀恢復(fù)。緩沖構(gòu)件可以包括低密度聚合物材料。作為低密度聚合物材料有聚氨酯 泡沫、聚乙烯泡沫、PVC泡沫、橡膠泡沬等等。圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的原理圖。下面將參 考圖4來描述根據(jù)該第二實(shí)施例的CMP設(shè)備。在第二實(shí)施例的描述中，省略了和第一實(shí)施例相同的部件和操作。圖4示出了第二實(shí)施例的CMP設(shè)備，其借助相對于晶片415提升、降低或旋轉(zhuǎn)拋光墊420來執(zhí)行拋光工藝。參考圖4，根據(jù)第二實(shí)施例的CMP設(shè)備包括載體410、拋光墊420、接 觸壓力傳感器450、支撐物理特性控制器460、可變物理特性支撐件440和旋轉(zhuǎn)臺(tái)430。在根據(jù)第二實(shí)施例的CMP設(shè)備中，晶片415通過載體410被夾持從而 不偏離其原始位置而旋轉(zhuǎn)，并且將拋光墊420壓到晶片415上以便在通過旋 轉(zhuǎn)臺(tái)430被提升、降低或旋轉(zhuǎn)的同時(shí)執(zhí)行拋光工藝。當(dāng)具有比晶片415更小 尺寸的拋光墊420連同支撐該拋光墊420的旋轉(zhuǎn)臺(tái)430 —起被提升、降低或 旋轉(zhuǎn)時(shí)，在晶片415和拋光墊420之間產(chǎn)生的壓力之下，對晶片的表面執(zhí)行 拋光工藝。在根據(jù)第二實(shí)施例的CMP設(shè)備中，如圖4所示，將可變物理特性支撐 件440定位在拋光墊420和能夠進(jìn)行拋光墊420的提升、降低和旋轉(zhuǎn)操作的 旋轉(zhuǎn)臺(tái)430之間。此外，將接觸壓力傳感器450定位在拋光墊420和可變物 理特性支撐件440之間以檢測拋光墊420和晶片415之間的接觸壓力。第二 實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和操作與第一實(shí)施例的相同，因此這里省略其詳細(xì)描述。下面將描述根據(jù)本發(fā)明第三和第四實(shí)施例的CMP設(shè)備。除了第三和第 四實(shí)施例的CMP設(shè)備不包含接觸壓力傳感器350或450以外，第三和第四 實(shí)施例的CMP設(shè)備具有和第一和第二實(shí)施例的CMP設(shè)備相同的結(jié)構(gòu)。第三和第四實(shí)施例的CMP設(shè)備都利用了開環(huán)控制(OLC)方式，借此 從工藝條件中獲得的數(shù)據(jù)，如使用時(shí)間和拋光墊320或420的RPM、載體 310或410的壓力、拋光率等等，被事先輸入到支撐件物理特性控制器360 或460中，以產(chǎn)生控制信號(hào)，從而代替了使用支撐件物理特性控制器360或 460基于來自傳感器的信息產(chǎn)生控制信號(hào)的閉環(huán)控制(CLC)方式。利用該 結(jié)構(gòu)，第三和第四實(shí)施例的CMP設(shè)備具有諸如降低的制造成本和簡化的結(jié) 構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。圖10示意性地示出了根據(jù)第三或第四實(shí)施例的拋光設(shè)備的控制信號(hào)的 產(chǎn)生和傳輸，其包括接觸壓力傳感器(接觸壓力檢測單元)。參考圖10， 在檢測到拋光墊上的接觸壓力之后，接觸壓力傳感器將所檢測到的接觸壓力 傳輸至支撐件物理特性控制器，然后該支撐件物理特性控制器產(chǎn)生并傳輸控 制信號(hào)至該可變物理特性支撐件，由此驅(qū)動(dòng)該可變物理特性支撐件以迎合拋 光墊的接觸壓力。在該點(diǎn)上，由支撐物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)可以通 過可變物理特性支撐件的放大器進(jìn)行放大，并且被傳輸至該可變物理特性支 撐件。圖lla和llb示出了在第一或第二實(shí)施例的CMP設(shè)備與第三或第四實(shí) 施例的CMP設(shè)備之間信號(hào)傳輸過程中的差異。具體地，圖lla示出了包括接觸壓力傳感器350或450的第一或第二實(shí)施例的CMP設(shè)備中的控制信號(hào) 傳輸過程。在第一或第二實(shí)施例的CMP設(shè)備中，接觸壓力傳感器350或450 檢測拋光墊320或420上的接觸壓力，并且支撐物理特性控制器(控制器) 360或360產(chǎn)生并傳輸對應(yīng)于所檢測的接觸壓力的控制信號(hào)至可變物理特性 支撐件(激勵(lì)器)340或440,由此允許可變物理特性支撐件(激勵(lì)器)340 或440對應(yīng)于控制信號(hào)使接觸壓力均勻。另一方面，圖llb示出了不包括接 觸壓力傳感器350或450的第三或第四實(shí)施例的CMP設(shè)備中的控制信號(hào)傳 輸過程。不同于圖lla所示的第一和第二實(shí)施例的CMP設(shè)備，在第三或第 四實(shí)施例的CMP設(shè)備中，根據(jù)預(yù)設(shè)工藝條件將控制信號(hào)傳輸至控制器，而 不通過傳感器檢測接觸壓力。根據(jù)本發(fā)明，CMP設(shè)備可以還包括調(diào)節(jié)器，用于在拋光操作之前、期 間或之后調(diào)節(jié)拋光墊的拋光表面。調(diào)節(jié)器去除了由拋光工藝引起的沉積物， 由此將拋光墊320或420的表面粗糙度維持在恒定的程度上，同時(shí)提高了設(shè) 備的拋光率。在圖9中，示意性地示出了包括了調(diào)節(jié)器的CMP拋光設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，調(diào)節(jié)器具有調(diào)節(jié)外壁和拋光墊320或420的拋光表面之間 的角度的功能，以及如上所述調(diào)節(jié)拋光墊的拋光表面的典型功能。通常，由 于拋光墊的離心力上的差異，磨損率在拋光墊320或420的外圍比在中心更 高，導(dǎo)致了外壁和拋光墊320或420的拋光表面之間的角度變化。由于在這 種情況下無法均勻地執(zhí)行拋光操作，因此優(yōu)選地是通過調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)操作， 使外壁和拋光表面之間的角度維持在與拋光操作之前相同。為了執(zhí)行該調(diào)節(jié)操作，調(diào)節(jié)器可以包括角度傳感器以測量外壁和拋光墊 320或420的拋光表面之間的角度，以及調(diào)節(jié)控制器以產(chǎn)生相應(yīng)于由角度傳 感器測量的角度變化的控制信號(hào)?？商鎿Q地，外壁和拋光墊320或420的拋光表面之間的角度可以以這樣 的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，即將預(yù)設(shè)工藝條件事先輸入到調(diào)節(jié)控制器中以調(diào)節(jié)拋光表 面，從而代替通過使用角度傳感器來檢測角度。根據(jù)上述實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備可以應(yīng)用于墊饋送拋光器(參見圖 12)，其包括了由分離輥提供的拋光墊以便在臺(tái)和晶片之間傳送，而不是被 固定到其他部件上，或者固定到包括了配置為通過帶連續(xù)地旋轉(zhuǎn)的拋光墊的 連續(xù)線性拋光器，以及附著到帶的下表面的氣壓噴嘴以便壓住晶片。在該情 況下，可變物理特性支撐件可以放置在帶的下方，如圖13所示。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)物理機(jī)械拋光設(shè)備中，構(gòu)成各個(gè)支撐件部分的智能材料響應(yīng)于施加到各個(gè)支撐件部分的單獨(dú)的控制信號(hào)而獨(dú)立地改變 其物理特性，以便在可變物理特性支撐件的整個(gè)表面上的晶片和拋光墊彼此 緊密接觸，同時(shí)維持其間均勻的接觸壓力。在上述實(shí)施例中，盡管將各個(gè)支撐件部分描述為被獨(dú)立地控制，該控制 操作也可以相對于包括了預(yù)定數(shù)量支撐件部分的各個(gè)支撐件部分的組來進(jìn) 行。應(yīng)當(dāng)理解的是，實(shí)施例和附圖的描述僅出于說明書性目的，本發(fā)明僅由 后面的權(quán)利要求所限定。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離根據(jù)附 屬權(quán)利要求的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種變型、增加和代替都是允 許的。工業(yè)應(yīng)用性從上面的描述中顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明的CMP設(shè)備配置為控制晶 片和拋光墊之間的接觸壓力，以便根據(jù)工藝條件變?yōu)榫鶆虻幕蚍蔷鶆虻?。?用該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的CMP設(shè)備能夠?qū)?yīng)于工藝的特性對晶片執(zhí)行更靈活的 拋光操作，由此降低了由對拋光墊磨損量的補(bǔ)償導(dǎo)致的工藝成本。
權(quán)利要求
1、一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括載體，用于夾持晶片并且能夠提升、降低或旋轉(zhuǎn)；拋光墊，通過降低載體被壓到晶片上從而對晶片進(jìn)行拋光；接觸壓力傳感器，當(dāng)拋光墊被壓到晶片上時(shí)檢測拋光墊和晶片之間的接觸壓力；支撐件物理特性控制器，產(chǎn)生與由接觸壓力傳感器檢測的接觸壓力相對應(yīng)的控制信號(hào)；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接觸并具有響應(yīng)于由支撐件物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特性，以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)，用于夾持該可變物理特性臺(tái)。
2、 一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括 載體，用于夾持晶片；拋光墊，借助提升、降低和旋轉(zhuǎn)操作被壓到晶片上從而對晶片進(jìn)行拋光； 接觸壓力傳感器，當(dāng)拋光墊被壓到晶片上時(shí)檢測拋光墊和晶片之間的接 觸壓力；支撐件物理特性控制器，產(chǎn)生與由接觸壓力傳感器檢測的接觸壓力相對 應(yīng)的控制信號(hào)；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接觸并具有響應(yīng)于由支撐件 物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特性，以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)，用于夾持該可變物理特性支撐件并能夠提升、降低和旋轉(zhuǎn)。
3、 一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括載體，用于夾持晶片并能夠提升、降低和旋轉(zhuǎn)； 拋光墊，通過降低載體被壓到晶片上從而對晶片進(jìn)行拋光； 支撐件物理特性控制器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝條件產(chǎn)生控制信號(hào)以補(bǔ)償 壓力差；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接觸并具有響應(yīng)于由支撐件 物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特性；以及 旋轉(zhuǎn)臺(tái)，用于夾持該可變物理特性臺(tái)。
4、 一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，包括 載體，用于夾持晶片；拋光墊，借助提升、降低和旋轉(zhuǎn)操作被壓到晶片上從而對晶片進(jìn)行拋光; 支撐件物理特性控制器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝條件產(chǎn)生控制信號(hào)以補(bǔ)償 壓力差；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接觸并具有響應(yīng)于由支撐件 物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特性；以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)，用于夾持該可變物理特性支撐件并能夠提升、降低和旋轉(zhuǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4其中任一的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，進(jìn)一步包括 用于該可變物理特性支撐件的放大器，用于放大由支撐件物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)，并將放大的控制信號(hào)傳輸至該可變物理特性支撐件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該接觸壓力傳感器 將接觸壓力的數(shù)據(jù)通過無線通信的方式傳輸給支撐件物理特性控制器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該支撐件物理特性控制器將控制信號(hào)通過無線通信的方式傳輸給該可變物理特性支撐件的放大器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至4其中任一的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該可變物 理特性支撐件被分成多個(gè)支撐件部分。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中每個(gè)支撐件部分是由支 撐件物理特性控制器獨(dú)立可控的。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該可變物理特性支撐件 通過施加電壓、磁力或熱而改變其物理特性、粘度、尺寸或形狀。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該具有通過施加電壓 改變的物理特性的可變物理特性支撐件包括選自電流變液、壓電材料和電活 化聚合物中的至少一種材料。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該可變物理特性支撐 件包括多個(gè)支撐件部分，具有響應(yīng)于從支撐件物理特性控制器施加的控制信號(hào)而變化的物理特性；電極，用于響應(yīng)于控制信號(hào)施加電壓到該支撐件部分；以及 緩沖構(gòu)件，將該多個(gè)支撐件部分彼此分開，并且支持該支撐件部件的形狀恢復(fù)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該可變物理特性支撐 件包括壓電材料，并且每個(gè)支撐件部分具有層疊結(jié)構(gòu)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該緩沖構(gòu)件是用于借助水壓或氣壓恢復(fù)每個(gè)支撐件部分的形狀的腔。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，進(jìn)一步包括 氣壓調(diào)節(jié)器或水壓泵，用于向腔施加壓力；以及 控制器，用于控制水壓腔或氣壓腔。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該緩沖構(gòu)件包括低密度聚合物材料。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該低密度聚合物材料 是選自聚氨酯泡沬、聚乙烯泡沫、PVC泡沫和橡膠泡沫中的至少一種材料。
18、 根據(jù)權(quán)利要求10的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該可變物理特性支撐 件包括磁流變液，其粘度通過施加磁力而變化，或者磁致伸縮材料，其尺寸 通過施加磁力而變化。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該可變物理特性支撐 件包括多個(gè)支撐件部分，其粘度或尺寸響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器的控 制信號(hào)而變化；磁極，用于響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器的控制信號(hào)而向支撐件部 分施加磁力；水壓或氣壓腔，用于將該多個(gè)支撐件部分彼此分開，并且支持該磁流變 液或磁致伸縮材料的形狀恢復(fù)；氣壓調(diào)節(jié)器或水壓泵，用于向腔施加壓力；以及 用于控制腔的控制器。
20、 根據(jù)權(quán)利要求10的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中具有通過施加熱改變 的形狀的該可變物理特性支撐件包括形狀記憶合金。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該可變物理特性支撐 件包括多個(gè)支撐件部分，其形狀響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器的控制信號(hào) 而變化；加熱線圈，用于響應(yīng)于來自支撐件物理特性控制器的控制信號(hào)而向支撐 件部分施加熱；以及緩沖構(gòu)件，將該多個(gè)支撐件部分彼此分開，并且支持該形狀記憶合金的 形狀恢復(fù)。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該緩沖構(gòu)件包括低密度聚合物材料。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該低密度聚合物材料 是選自聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、PVC泡沬和橡膠泡沬中的至少一種材料。
24、 根據(jù)權(quán)利要求1至4其中任一的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，進(jìn)一步包括 調(diào)節(jié)器，用于在拋光操作之前、期間或之后調(diào)節(jié)拋光墊的拋光表面。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其中該調(diào)節(jié)器通過根據(jù)預(yù) 設(shè)工藝條件調(diào)節(jié)拋光墊的拋光表面，從而調(diào)節(jié)外壁和拋光墊的拋光表面之間 的角度。
26、 根據(jù)權(quán)利要求24的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，還包括 角度傳感器，用于測量外壁和拋光墊的拋光表面之間的角度，以及 調(diào)節(jié)控制器，用于生成與由角度傳感器測量的角度變化相對應(yīng)的控制信號(hào)。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括 調(diào)節(jié)放大器，用于放大由調(diào)節(jié)控制器生成的控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備。該設(shè)備包括載體，用于夾持晶片并且能夠提升、降低或旋轉(zhuǎn)；拋光墊，通過降低載體被壓到晶片上從而對晶片進(jìn)行拋光；接觸壓力傳感器，當(dāng)拋光墊被壓到晶片上時(shí)檢測拋光墊和晶片之間的接觸壓力；支撐件物理特性控制器，產(chǎn)生與由接觸壓力傳感器檢測的接觸壓力相對應(yīng)的控制信號(hào)；可變物理特性支撐件，適用于與拋光墊緊密接觸并具有響應(yīng)于由支撐件物理特性控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)而變化的物理特性，以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)，用于夾持該可變物理特性臺(tái)。
文檔編號(hào)B24B37/04GK101238552SQ200680029045
公開日2008年8月6日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者裴城焄 申請人:裴城焄