用于工件平面化/抛光的载体头制造技术

提供一种在具有载体头外壳的化学机械平面化（ＣＭＰ）载体头上使用的囊状物，该载体头外壳具有穿过其中的通道。该囊状物包括弹性隔膜和第一和第二环形肋。每条肋包括第一端部分、第二端部分和应变消除件；其中第一端部分被配置成密封连接载体头外壳，第二端部分被配置成连接隔膜，应变消除件基本位于第一端部分和第二端部分中间。该囊状物还包括增压室，该增压室至少部分由第一环形肋和第二环形肋限定，其中增压室被配置成和通道流体连接以允许增压室的加压，而且其中应变消除件被配置成，当增压室被加压时，促进第一环形肋和第二环形肋延伸离开载体头外壳。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0002本专利技术一般涉及工件处理，更具体涉及在工件(诸如半导体 晶片)的化学机械抛光或平面化中使用的载体头。
技术介绍
0003对于各种工件(如半导体晶片、光学毛胚、存储器磁盘等)， 制造要求至少一个工件主面基本平面化。为了易于描述和理解，下面 描述将集中在本专利技术的与半导体晶片有关的示例性实施例。然而，应 该理解，除了半导体晶片外，专利技术的载体头可以用来平面化各种各样 的工件。此外，如本文出现的，术语"平面化"使用其最广泛的意义， 包括可以用来光滑(如消除工件的不规则表面形貌特征，改变其厚度 等)或抛光工件表面的任何化学和/或机械工艺。0004化学机械抛光技术，也称为化学机械平面化(此处总称为 "CMP")技术被广泛用于半导体晶片的平面化。CMP工艺产生一个 沿着晶片主表面(此处称为晶片的前表面)基本光滑、平坦的表面， 以为后面的制造工艺(如光致抗蚀涂层、图案形成等等)准备工件表 面。在CMP期间，未加工的晶片被转移到载体头，然后载体头抵靠压 板支撑的抛光面(如抛光衬垫)挤压晶片。抛光液被加在晶片前表面 和抛光衬垫之间(如通过穿过抛光衬垫提供的导管)，并且在抛光衬垫 和晶片载体之间的相对运动(如旋转、轨道和/或线性运动)被启动。 抛光衬垫的机械磨损和抛光液的化学相互作用沿着晶片的前表面产生 基本平坦的表面形貌。0005一种已知类型的载体头一般包括弹性膜或囊状物(bladder), 在CMP工艺期间弹性膜或囊状物与工件的后表面(即未抛光表面)接 触。囊状物可以通过多个压紧环固定在载体头上，其中压紧环被螺纹 连接在穿过载体头外壳的螺栓上。在囊状物后面提供多个压力室或增 压室(plenum)以形成穿过囊状物的工作面的多个环状压力区。每个 区内的压力被独立调整以改变施加在处于不同位置的晶体后表面上的 力。CMP装置配备有感应系统(如闭环涡流系统)以在抛光/平面化期 间监视晶体前表面的表面形貌特征。例如，感应系统可以识别需要较 高移除速率的较厚的晶体表面区域，并且可以相应增加对应于较厚的 表面区域的区或多个区内的压力。在晶体的主表面已经被良好地平面 化后，载体头弹出晶片，例如，通过展开囊状物的中心部分以物理地 迫使晶片从其移开(通常被称为"平衡重"(bullfrogging))。0006尽管在工程上应用广泛，但是传统的载体头在某些方面仍然 受到限制。例如，使用多个压紧环和螺栓将囊状物连接到载体头外壳 增加了载体头的整体复杂性和重量，并且进一步使载体头的再磨光任 务复杂化(如替换磨损的囊状物)。此外，每个螺栓的固定可以产生相 对高和局部化的压紧力。因此，载体头的大部分(如载体头外壳)一 般必须由能够抵抗高轴向力而不变形的金属制成。由金属制造载体头 外壳和其他载体头组件不仅增加了载体头的重量，而且还导致载体头 与用来在CMP工艺期间监视晶片表面形貌的感应系统相互干扰(如信 号衰减)。0007和传统载体头设计相关的限制不能仅仅归因于囊状物的附件 装置；如已知的晶片弹出系统也具有某些缺点。通过上述方式弹出晶 片，囊状物可以在晶片内部部分上施加不适当的压力。此外，展开囊 状物的中心部分以弹出支撑的晶片可以在囊状物与晶片之间产生吸 力，该吸力可以最终阻止晶片弹出。作为另一限制，传统的载体头设 计不能提供靠近囊状物外围边缘的大程度的囊状物控制。因此，难以 精确控制晶片外边缘的平面化(如300mm的晶片的外部4-5mm的部 分)，这可能导致较低的芯片成品率。0008鉴于以上所述，应该理解希望提供一种适合用于平面化工件(如半导体晶片)的CMP载体头，其克服了传统载体头设计的相关限 制。具体地，所希望的是，这种载体头使用改进的囊状物附件设计， 该设计使用较少的组件，便于再磨光，并且允许载体头的组件(如载 体外壳)由具有较低抗压强度的材料(如聚合物，诸如塑料)制成。 此外，应该理解，如果这种载体头使用改进的弹出系统，其在弹出期 间不向晶片施加不适当的压力或不在晶片和囊状物之间产生吸力，这 将会更有利。最后，应该理解，希望的是，这种载体头包括用以在平 面化/抛光期间，提供改进的靠近晶片外边缘的囊状物控制的系统。结 合附图和本专利技术的背景，在随后本专利技术的详细描述和所附权利要求中， 本专利技术的其他期望特征和特点将变得显而易见。附图说明0009在下文中将结合下面的附图对本专利技术进行描述，其中相同的数字表示相同的元件，并且0010图1是已知的CMP装置的俯视功能0011图2是图1所示CMP装置中使用的两个CMP系统的等距视 0012图3是根据适于与图2所示的CMP系统一起使用的本专利技术第 一示例性实施例的载体头的等距视0013图4和图5分别是图3所示的载体头的第一部分分解图和第 二部分分解0014图6是图3-5中所示的载体头的下部分的分解图；0015图7是图3-6所示的载体头的囊状物的等距剖视图；0016图8是图3-6所示的载体头的剖视0017图9是图示说明囊状物附件的图3-6所示载体头的一部分的详 细剖视0018图10是图3-6所示载体头上配置的边缘控制系统的详细剖视 图；0019图11是图3-6所示载体头上配置的弹出系统的剖视0020图12是根据本专利技术第二示例性实施例的使用三个扳手螺母/ 压紧环组合件的载体头的等距视图。具体实施例方式0021本专利技术的下面详细描述本质上仅仅是示例性，并且不是为了 限制本专利技术或本专利技术的应用和使用。此外，不存在受本专利技术先前背景 技术中给出的任何理论或本专利技术的下面详细描述约束的意图。0022图1是包括多个CMP系统22的CMP装置20的俯视功能图， 多个CMP系统22被安排成两排并且被服务访问通道58分开。电器柜 60可以设置在通道58的任一边以提供电板、控制器等的存储空间。每 个CMP系统22包括一个载体头和抛光衬垫，下面结合图2对其进行 详细描述。抛光衬垫可以通过包括连接在臂上的研磨元件的衬垫调节 器78进行调节，该臂被配置成从卸载衬垫(off-pad)的位置(图示说 明的)到调节位置枢转，在调节位置处，研磨元件扫过抛光衬垫。前 端模块24和柜60对面的CMP系统22相邻。前端模块24包括(1) 在其上具有多个清洗站26的清洗模块76，以及(2)能够容纳多个晶 片缓存器30的晶片缓存站28。在CMP工艺期间，未加工的晶片被从 晶片缓存器30中取回，并且在清洗站26被清洗，然后由CMP系统22 平面化/抛光。在平面化/抛光后，晶片可以再次被转移到清洗站26用 以平面化后的清洗，最后，返回到缓存器30用以运输。0023第一传送自动装置(transfer robot) 32和第二传送自动装置 36被安装在前端模块24上，用来在CMP装置20的各个站之间传输晶 片。前端传送自动装置32可以包括在其上连接有末端效应器(end effector) 70的可延伸臂72。类似地，传送自动装置36可以包括在其 上连接有末端效应器74的可延伸臂75。传送自动装置32和36被配置 为抓住晶片以便末端效应器70和74仅接触晶片后表面的外围或晶片 的外边缘。在CMP装置20的操作期间，第一传送自动装置32将从缓 存器30中选择的晶片转移到设置在清洗模块76上的晶片移交站(hand off station) 34。如图1所示，晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在具有载体头外壳的化学机械平面化载体头上使用的囊状物，该载体头外壳具有延伸穿过其中的通道，其中所述囊状物包括：　弹性隔膜；　第一和第二环形肋，各包括：　被配置为密封连接在所述载体头外壳上的第一端部分；　连接在所述 隔膜上的第二端部分；及　基本位于所述第一端部分和所述第二端部分中间的应变消除件；及　增压室，其至少部分由所述第一和第二环形肋限定，其中所述增压室被配置为和所述通道流体连接以允许所述增压室的加压，并且其中当所述增压室被加压时，所述 应变消除件被配置为促进所述第一和第二环形肋伸离所述载体头外壳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B西弗森，J斯顿夫，SC舒尔茨，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]