用于通用材料加工设备的衬垫设计和结构制造技术

提供一种能有助于控制用于加工衬底（１０）的电解液流体和电场分布的设备（３００）。该设备包括一个具有一个预先确定形状的顶部表面和一个底部表面的刚性构件（３２０）。刚性构件（３２０）包括多个沟道（３２４），每个沟道都形成一个从底部表面到顶部表面的通道，并且每个沟道都允许电解液和电场穿过其而流通。一个衬垫（３３０）通过一种紧固件而附着于刚性构件。衬垫也允许电解液和电场穿过其而流向衬底（１０）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通用材料加工设备的衬垫设计和结构                             
本专利技术涉及用于淀积、去除、修改和磨光加工件，例如一个衬底上的材料的高度通用装置。尤其涉及用于淀积、去除、修改和/或磨光一个适当的衬底上的材料的各种衬垫的设计和结构。                             
技术介绍
在高性能的集成电路、标准组件、薄膜磁头、胶卷放映单元以及类似物的制造中有大量的加工步骤。一个主要的步骤是淀积、去除、或磨平一个加工件，例如一个半导体衬底上的导电或绝缘材料。导电材料如铜，金，镍，铑以及它们的各种合金的淀积可以用例如电淀积的方法处理。在嵌入金属技术中，一个加工件，例如如图1a所示的一个衬底10，可以由多种地形学特征例如刻蚀在适当的电介质材料16上的沟道14和通道12构成。被刻蚀的电介质材料16的表面一般覆盖一层适当的附着/阻挡膜层18。在阻挡层18上淀积一个适当的通常被称为“种子层”的电镀基层20，然后一个导电层22被施加于电镀基层上用以填充，以及更好是过填充在电介质材料16上刻蚀的通道12和沟道14，如图1c所示。例如，导电材料可以是通过一个空腔型装置100的方式淀积的铜(大致如图1b所示)。空腔装置100包括一个淀积腔102，该淀积腔102包括一个阳极104和电解液106。阳极104可以附在腔102的底部。握持架108握持加工件，例如衬底10。握持架的详细说明，可参考受让人的共同待批申请，其申请号为09/472,523，申请日为1999年12月27日，名称为“用于电镀和磨光的加工件承载头”，该申请的说明书作为非实质性内容通过引用结合在本文中。对于淀积工艺，衬底10通常在握持架108的帮助下被浸入电解液106中，该过程也提供一种对衬底10电接触的方法。通过施加阳极104和衬底10(即阴极)之间的电位差，材料可以被淀积到衬底或者从衬底去除。例如，当阳极比衬底更正，铜可以被淀积到衬底10上。然而，如果阳极比衬底更负，铜可以从衬底被刻蚀或去除。为了帮助电解液搅动和增强物质迁移，衬底握持架108可以包括一个旋转轴112，这样，衬底握持架108和衬底10可以被转动。衬底10通常被隔离距阳极104至少10mm的距离处。但是这个距离可以达到300mm-->之多。衬底10的表面上可以包括有地形学特征，例如如图1a所示的通道12和沟道14。在用电解液含有的平整添加物进行材料淀积以填充各种地形学特征/空腔以后，淀积的导电材料22的厚度的变化将不可避免地发生在衬底的表面。厚度的变化其术语为“过载”，如图1c所示，可参考部分22a和22b。在导电材料22淀积在衬底10的上表面后，衬底10通常被迁移到一个化学机械磨光(cmp)设备进行磨光，磨平或同时磨光和磨平同一个表面。图2a显示一个传统的用于磨光/磨平衬底10和/或电隔离位于其上的特定地形学特征中的淀积导电材料的cmp设备200的一种可能的类型。衬底握持架208，其与上面描述的握持架108类似，将衬底10握持和定位在非常接近带状cmp的衬垫214的地方。带状衬垫214适用于环绕滚筒216以无终端循环圈的方式旋转。当滚筒216旋转以及衬垫214以一个环形动作移动，同时与衬底10的表面接触时，磨光/磨平的过程就发生了。当衬底10被磨光时，一种传统的浆液也可以被施加到衬垫214上。磨光后的衬底表面如图2b所示。传统的淀积导电材料的方法，如图1c中显示的那样，在横跨衬底的材料过载上产生了大幅度的变化。有大量过载的传统的cmp会引起衬底10上的缺陷，例如也如图2b所示的凹陷22c和介电侵蚀16c。这些都是衬底加工生产能力不高的原因，生产能力不高就是制造产量损失的主要因素。                              
技术实现思路
因此需要一种设备，它能够减少制造过程中磨平阶段的所需时间，并能简化磨平阶段自身。换句话说，需要一种用于在衬底上淀积导电材料的更高效率和更有效的方法和设备。本文揭示多样的衬垫设计和结构，其可以用于以一个非常均匀的材料过载在衬底的表面上淀积导电材料。本专利技术的一个目的是提供一种方法和设备，用于对将要施加到衬底或已经施加到衬底的导电材料进行任何淀积、去除、磨光和/或修改的操作。本专利技术的另一目的在于提供一种方法和设备，用于以最小的材料过载来淀积一种导电材料。本专利技术的又一目的还在于提供一种方法和设备，用于以一个横跨衬底表面的均匀的材料过载淀积一种导电材料。本专利技术的进一步目的在于提供一种方法和设备，用于以一种高效率的和低成本的方法在衬底上淀积材料。-->本专利技术的又一进一步目的还在于提供多种衬垫设计和结构，用于在衬底上淀积一种导电材料。本专利技术的另一个目的还在于提供一种方法用于安装具有沟道、孔或凹槽的衬垫，用以在衬底上淀积一种导电材料。本专利技术的进一步目的在于提供一种方法和设备，用于安装一个被用于在表面上淀积一种材料的衬垫。本专利技术的另一个目的在于提供一种方法和衬垫以控制衬底上的淀积材料的均匀性。本专利技术的这些和其他的目的通过提供一种方法和设备用于同时的电镀和磨光衬底上的导电材料而达成。衬底(或淀积过程中的阴极)被配置在非常接近于一个具有在其上附带的一个衬垫材料的旋转部件。衬垫被插入在衬底(阴极)和阳极之间。在存在合适的电解液的情况下，通过在衬底和阳极之间施加一个电流或电压，导电材料将被从阴极上去除或淀积到阴极上去。在最佳实施例中，导电材料可以有选择地淀积到衬底表面上具有地形学特征的空腔中去，而衬垫材料则使这些空腔上面的区域中的材料淀积减至最小或防止这样的材料淀积。用于本专利技术的衬垫材料的性质，设计，制造和安装都有利地顾及到了将材料从衬底表面去除或者在衬底表面淀积高质量导电材料的改进。本专利技术的另外的目的，优点和新颖特征将从下面的对本专利技术的详细说明中同时结合考虑附图而变得更为明显。                    附图的简要说明图1a是一个具有在其上配置的多种材料层的衬底的部分横剖面图；图1b是用于在衬底上淀积导电材料的传统的淀积腔的简化示意图；图1c是显示在材料淀积后横跨衬底的材料过载的一种变化的部分横剖面图；图2a是一个用于磨光衬底表面的传统的CMP设备的简化示意图；图2b是传统的CMP处理后的一个衬底的部分横剖面图；图2c是一个类似于图1c的部分横剖面图，但是显示了在根据本专利技术的一种电镀和磨光设备中淀积以后横跨衬底表面的，具有均匀过载的导电层；图3a显示了一种根据本专利技术的第一最佳实施例的设备；图3b是如图3a所示的设备的阳极部件的放大视图；图3c显示了使用不导电的非多孔的粘性材料的阳极部件的另一实施例；-->图4a显示了一种根据本专利技术的第二最佳实施例的设备；图4b显示了一种根据本专利技术的第三最佳实施例的设备；图5a-5m图解显示了使用psa粘胶剂的多种电镀和磨光衬垫的最佳实施例，以及用于将一个衬垫附接在一个阳极元件的衬垫支撑部件上的psa粘性装置；图6a-6h各自描绘了根据本专利技术的最佳实施例的具有沟道，孔，细缝和/或凹槽的电镀和磨光衬垫的顶视和横剖面示意图；图7a-7f显示了根据本专利技术的最佳实施例的具有沟道，孔，细缝和/或凹槽的电镀和磨光衬垫的另外的横剖面图；图8显示了一种根据本专利技术的第四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个能够帮助控制用于加工衬底的电解液流动和电场分布的设备，包括： 一个具有一个预定形状的顶表面和一个底表面的刚性构件，其中此刚性构件含有多个沟道，每个沟道形成一个从顶表面到底表面的通道，且允许电解液和电场从中穿过； 一个可附着在刚性构件上的衬垫，此衬垫同样允许电解液和电场从中穿过而流到衬底；以及 一个将衬垫附着到刚性构件上的紧固件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2000-2-23 09/511,2781.一个能够帮助控制用于加工衬底的电解液流动和电场分布的设备，包括：一个具有一个预定形状的顶表面和一个底表面的刚性构件，其中此刚性构件含有多个沟道，每个沟道形成一个从顶表面到底表面的通道，且允许电解液和电场从中穿过；一个可附着在刚性构件上的衬垫，此衬垫同样允许电解液和电场从中穿过而流到衬底；以及一个将衬垫附着到刚性构件上的紧固件。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件中的多个沟道以限定的方式配置以允许更多的电解液施加到衬底的中心区域。3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件中的多个沟道以限定的方式配置以允许更多的电解液施加到衬底的周边区域。4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中沟道的有效直径的范围约为0.5～5毫米。5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中多个沟道形成一种模式，所述模式产生自一到四倍于沟道有效直径的沟道之间的间距。6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，其中沟道的有效直径的范围约为0.5～5毫米。7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，其中沟道是圆形的以及有效直径为真实直径。8.如权利要求5所述的设备，其特征在于，其中只有一部分沟道是圆形的。9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件是一个绝缘的衬垫支撑物。10.如权利要求9所述的设备，进一步包括：一个配合刚性构件并在其中形成一个腔体的机壳，此腔体有一个用来在压力下向其引入电解液并通过刚性构件中的多个沟道从其排出的电解液入口；以及一个配置在该腔体中的阳极。11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中刚性构件是导电阳极的一部分。12.如权利要求11所述的设备，进一步包括：一个配合刚性构件并在其中形成一个腔体的底部刚性构件，此腔体有一个用来在压力下向其引入电解液并通过刚性构件中的多个沟道从其排出的电解液入口。13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括螺钉。14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括一种粘合剂，此粘合剂具有导电特性，能够影响通过其分布的电场。15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，进一步包括一个设置在刚性构件和衬垫之间的次衬垫。16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，进一步包括一种将次衬垫附着到衬垫上的粘合剂，其中的次衬垫是一种液体扩散材料。17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，其中液体扩散材料是一种经修整的聚丙烯织物。18.如权利要求14所述的设备，其特征在于，其中粘合剂是一种薄片，它的面积比刚性构件的顶部表面大，粘合薄片置于次衬垫与衬垫之间，且粘合薄片大于刚性构件的顶部表面的部分粘附在刚性构件的侧壁。19.如权利要求14所述的设备，其特征在于，其中粘合剂为导电粘合剂。20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中导电粘合剂配置在围绕刚性构件的周边之处。21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，进一步包括一种配置在刚性构件的中心区域的绝缘粘合剂。22.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中导电粘合剂形成在围绕周边之处作为多个单独的导电粘合片。23.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中导电粘合剂配置在围绕刚性构件的整个周边之处并且促使围绕衬底周边的电场的形成。24.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中粘合剂是多孔状的。25.如权利要求19所述的设备，其特征在于，其中粘合剂只是最低限度地多孔状的。26.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括一种绝缘的粘合剂。27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，进一步包括一种导电粘合剂。28.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘粘合剂配置在围绕刚性构件的周边之处。29.如权利要求28所述的设备，其特征在于，进一步包括一种设置在刚性构件的中心区域的导电粘合剂。30.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘粘合剂形成在围绕周边之处作为多个单独的绝缘粘合片。31.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘粘合剂配置在围绕刚性构件的整个周边之处并且阻止了电场在围绕衬底周边之处形成。32.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中绝缘材料被包括在围绕刚性构件的中心区域并且阻止了电场在围绕衬底周边之处形成。33.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中粘合剂是多孔状的。34.如权利要求26所述的设备，其特征在于，其中粘合剂只是最低限度地多孔的。35.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中衬垫有一个与衬底相互作用的轮廓表面。36.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面通过具有可变厚度的衬垫来形成。37.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面通过在衬垫中加入带粘性的间隔物来形成，否则该轮廓表面就具有一个基本均匀的厚度。38.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表而使衬垫的周边先于衬垫的中心区域与衬底接触。39.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面使衬垫的中心区域先于衬垫的周边区域与衬底接触。40.如权利要求35所述的设备，其特征在于，其中轮廓表面含有凹槽。41.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成在多个沟道形成的区域以外的区域中。42.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成在多个沟道形成的区域中。43.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽具有均匀的深度。44.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽具有不同的深度。45.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成为多个直线凹槽。46.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽形成为多个交叉凹槽。47.如权利要求46所述的设备，其特征在于，其中交叉凹槽交叉成直角。48.如权利要求40所述的设备，其特征在于，其中凹槽具有任意的形状。49.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中衬垫包括研磨微粒。50.如权利要求49所述的设备，其特征在于，其中衬垫中微粒的体积份额范围在约百分之10到60之间。51.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中紧固件包括一个用以将衬垫的凸缘倚靠刚性构件的附着环。52.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中衬垫包括多个沟道，一些沟道允许电解液与电场同时穿过它们而通过，另外一些沟道只允许电场通往衬底。53.一种用于通过衬垫将压力施加于暴露于溶液的衬底表面的设备，包括：一个衬垫支撑物，其包括多个沟道，每个沟道形成一个从衬垫支撑物的顶部表面到衬垫支撑物的底部表面的通道，且允许溶液穿过其而通过；一个具有以衬垫支撑物来分隔的第一空腔部分和第二空腔部分的空腔；附...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞浦利安乌佐，布伦特巴索尔，霍马勇塔里赫，
申请(专利权)人：ASM纽仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]