本申请是申请日为2015年07月10日、申请号为“201580030724.3”、发明名称为“用于化学机械研磨的方法、系统与研磨垫”的发明专利申请的分案申请。
本公开涉及一种化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing；cmp)系统的架构。
背景技术：
通常通过在硅晶片上连续沉积导电、半导电或绝缘层来在基板上形成集成电路。一个制造步骤涉及在非平面表面上方沉积填料层及平坦化该填料层。对于某些应用，平坦化填料层直至暴露图案化层的顶表面。例如，可在图案化绝缘层上沉积导电填料层以填充绝缘层中的沟槽或孔。在平坦化之后，绝缘层的凸起图案之间剩余的金属层的部分形成通孔、插塞及接线，该等通孔、插塞及接线提供在基板上的隔膜电路之间的导电路径。对于诸如氧化物研磨的其他应用，平坦化填料层直至在非平面表面上留下预定厚度。另外，光刻通常需要基板表面的平坦化。
化学机械研磨(cmp)是一种公认的平坦化方法。此平坦化方法通常需要在承载头或研磨头上安装基板。通常抵靠旋转研磨垫置放基板的暴露表面。承载头在基板上提供可控负载以抵靠研磨垫推动该承载头。通常将磨蚀研磨浆供应至研磨垫的表面。
技术实现要素：
本发明提供用于基板的研磨(例如，“修整研磨”)的系统及设备，其中在基板的前表面的受限区域上执行研磨。
在一个方面中，化学机械研磨系统包括基板支撑件、可移动的衬垫支撑件及驱动系统。基板支撑件经配置以在研磨操作期间在基本上固定的角定向上固持基板。可移动的衬垫支撑件经配置以固持研磨垫，该研磨垫具有不大于基板的半径的直径。驱动系统经配置以在研磨垫与基板的上表面接触的同时以轨道运动移动衬垫支撑件及研磨垫。轨道运动具有不大于研磨垫的直径的轨道半径且将研磨垫维持在相对于基板的固定的角定向上。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。研磨垫可具有接触基板的接触区域。接触区域的直径可介于基板的直径的约1％与10％之间。轨道半径可介于接触区域的直径的约5％与50％之间。驱动系统可包括衬垫支撑头中的凹部、延伸至凹部中的可旋转凸轮及连至凸轮的电机。连杆可将衬垫支撑头耦接至固定的支撑件以防止衬垫支撑头的旋转。定位驱动系统可跨基板横向移动衬垫支撑头。定位驱动系统可包括两个线性致动器，该等线性致动器经配置以在两个垂直方向上移动衬垫支撑头。
在另一方面中，化学机械研磨系统包括基板支撑件、研磨垫、可移动的衬垫支撑件及驱动系统。基板支撑件经配置以在研磨操作期间在基本上固定的角定向上固持基板。研磨垫具有接触基板的接触区域，该接触区域具有不大于基板的半径的直径。可移动衬垫支撑件经配置以固持研磨垫。驱动系统经配置以在研磨垫的接触区域与基板的上表面接触的同时以轨道运动移动衬垫支撑件及研磨垫。轨道运动具有不大于研磨垫的直径的轨道半径且将研磨垫维持在相对于基板的固定的角定向上。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。研磨垫可包括自层的突起部，且突起部的底表面可提供接触区域。压敏黏合剂或夹持件的至少一者可在衬垫支撑件上固持研磨垫。接触区域可以是盘形或弧形。
在另一方面中，化学机械研磨的方法包括：使研磨垫与基板在接触区域内接触，该接触区域具有不大于基板的半径的直径；及在研磨垫的接触区域与基板的上表面接触的同时产生研磨垫与基板之间的相对运动。相对运动包括轨道运动，该轨道运动具有不大于研磨垫的直径的轨道半径。在轨道运动期间，研磨垫维持在相对于基板的基本上固定的角定向上。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。在轨道运动期间，可在固定的横向位置中固持基板。在轨道运动期间，可以以不大于轨道运动的瞬时速度的约5％的速度跨基板横向扫掠研磨垫。
在另一方面中，化学机械研磨系统包括：基板支撑件，经配置以在研磨操作期间固持基板；研磨垫支撑件；研磨垫，由衬垫支撑件固持；及驱动系统，经配置以产生基板支撑件与研磨垫支撑件之间的相对运动。研磨垫具有紧固至研磨垫支撑件的上部及自上部向下凸出的下部。上部的上表面毗连研磨垫支撑件。下部的底表面提供在研磨期间接触基板的顶表面的接触表面。接触表面比基板的顶表面小。上部具有第一横向尺寸且下部具有第二横向尺寸，该第二横向尺寸比该第一横向尺寸小。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。研磨垫支撑件可包括板，该板具有跨越研磨垫的表面，且研磨垫的上部的基本上全部的上表面可毗连板的表面。黏合剂可在衬垫支撑件上固持研磨垫。研磨垫支撑件可包括环形构件，研磨垫的上部的上表面的周边部分可毗连环形构件，及周边部分内的上表面的剩余部分可不接触研磨垫支撑件。一个或更多个夹持件可在衬垫支撑件上固持研磨垫的周边区段。研磨垫的上部可包括挠曲区段，该挠曲区段比接触表面上方的研磨垫的区段具有更大的柔性。研磨垫的上部可包括聚对苯二甲酸乙二酯片材。
可在研磨垫的下部的接触表面上形成用于浆料输送的多个槽。多个槽可具有比下部的厚度小的深度。多个槽中的至少一些可跨研磨垫的下部完全地延伸。压力腔室可由研磨垫支撑件的内部腔室形成，该腔室可具有面向基板的开口，且可通过将研磨垫耦接至研磨垫支撑件来密封该开口。可在研磨垫的上表面中形成多个孔，且自研磨垫支撑件的多个凸部可装配至多个孔中以相对于研磨垫支撑件对准下部。
在另一方面中，研磨垫包括上部及一个或更多个下部。上部具有附接于衬垫载体的上表面及第一横向尺寸。一个或更多个下部自上部向下凸出。一个或更多个下部的底表面提供在化学机械研磨期间接触基板的接触表面。每一个下部具有比第一横向尺寸小的第二横向尺寸。来自一个或更多个下部的接触表面的总表面积不超过上表面的表面积的10％。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。至少下部可包括聚合物主体，该聚合物主体具有基本上均匀的组成物且具有分布在该主体内的多个孔隙。研磨垫可包括研磨层，且可在研磨层中形成向下凸出的下部。衬垫可包括比研磨层软的背托层。可在一个或更多个下部的底表面上形成用于浆料输送的槽。一个或更多个下部可由单个凸部组成。研磨层可包括柔性横向区段，该柔性横向区段比组成研磨区域的横向区段更薄。下部可包括微孔聚胺基甲酸酯。
在另一方面中，化学机械研磨系统包括：基板支撑件，经配置以在研磨操作期间固持基本上圆形的基板；研磨垫支撑件；研磨垫，由衬垫支撑件固持；及驱动系统，经配置以产生基板支撑件与研磨垫支撑件之间的相对运动。研磨垫具有弧形接触区域，且由弧形接触区域所界定的弧的中心点与由基板支撑件所固持的基板的中心基本上对准。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。由弧形接触区域所界定的弧的宽度可介于1mm与3mm之间，且弧的长度可等于或大于30mm。压敏黏合剂或夹持件的至少一者可在衬垫支撑头上固持研磨垫。基板支撑件与研磨垫支撑件之间的相对运动可以是轨道运动，该轨道运动将研磨垫支撑件维持在固定角定向上。相对运动可围绕基板的中心旋转。
在另一方面中，研磨组件包括研磨垫支撑件及由衬垫支撑件固持的研磨垫。研磨垫支撑件包括环形构件及具有面向基板的开口的凹部。研磨垫具有在研磨期间接触基板的研磨表面。将研磨垫的周边部分垂直地固定至环形构件并且周边部分内的研磨垫的剩余部分自由垂直。通过研磨垫密封研磨垫支撑件的面向基板的开口以界定可加压腔室来在研磨垫的背表面上提供可调压力。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。黏合剂可将研磨垫的周边部分紧固至环形构件。一个或更多个夹持件可在环形构件上固持研磨垫的周边区段。研磨垫支撑件可包括基座及紧固至基座的隔膜，基座与隔膜之间的容积可界定第二可加压腔室以使得隔膜的外表面在研磨垫的背表面上提供第二可调压力。隔膜及第二可加压腔室可经配置以使得第二可加压腔室中的压力控制研磨表面抵靠基板的负载区域的横向尺寸。
在另一方面中，研磨垫包括上部、一个或更多个下部及多个孔。上部具有附接于衬垫载体的上表面及第一横向尺寸。一个或更多个下部自上部向下凸出。一个或更多个下部的底表面提供在化学机械研磨期间接触基板的接触表面。每一个下部具有比第一横向尺寸小的第二横向尺寸以使得上部凸出经过下部的所有横向侧面。多个孔位于上部的上表面中以自衬垫载体接收凸部。在下部的横向外部的研磨垫的上部的区段中定位孔。
实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。可在研磨垫的转角处定位多个孔。研磨垫可以是长方形。一个或更多个下部可具有弧形接触表面。可在研磨垫的下部的接触表面上形成用于浆料输送的多个槽。
本发明的优势可包括以下中的一者或更多者。
可使用经历轨道运动的小衬垫补偿非同心研磨均匀性。轨道运动可在避免衬垫与不期望被研磨的区域的重叠的同时提供可接受的研磨速率，从而改良基板均匀性。另外，与旋转相比，维持研磨垫相对于基板的固定定向的轨道运动可跨正研磨的区域提供更加均匀的研磨速率。
使得紧固至研磨垫支撑件的研磨垫的顶部比与基板接触的底部突起部在横向上更宽可增加衬垫连接至支撑件(例如，通过压敏黏合剂)的可用区域。此可使得研磨垫较不容易在研磨操作期间层离。
具有弧形接触区域以便接触基板的研磨垫可在维持研磨区域的令人满意的径向分辨率的同时提供改良的研磨速率。
对准特征可确保相对于衬垫支撑件在已知位置中横向置放研磨垫的受限接触区域，从而减小研磨基板的不期望区域的可能性。
提供挠曲的研磨垫的一部分可减小研磨垫的接触表面的部分的挠曲，从而改良所研磨区域与操作者所预期相匹配的可能性。
研磨垫的凸部中的槽可促进浆料的输送，且因此可改良研磨速率。
未接触基板的研磨垫的部分可由较低成本的材料形成，从而降低衬垫总成本。
允许控制抵靠基板负载的接触区域的部分的尺寸的衬垫载体允许负载区域与待研磨的点位的尺寸相匹配，从而在避免研磨基板的不期望区域的同时改良产量。
总体而言，可减少基板的非均匀研磨，且可改良基板的所得平坦度及精整度。
本发明的其他方面、特征及优势将根据描述和附图以及根据权利要求书显而易见。
附图说明
图1是研磨系统的示意性横截面侧视图；
图2是包括真空夹盘以固持基板的研磨系统的实施方式的示意性横截面侧视图；
图3是具有不包括向下凸部的研磨垫的研磨系统的实施方式的示意性横截面侧视图；
图4是具有带有上层及向下凸部的研磨垫的研磨系统的实施方式的示意性横截面侧视图，该上层具有比基板大的直径且该向下凸部具有比基板小的直径；
图5是图示在维持固定的角定向的同时在轨道中移动的研磨垫的示意性横断面俯视图；
图6是研磨系统的研磨垫支撑件及驱动列系统的示意性横截面俯视图；
图6a是与基板相关的图6的系统的示意性横截面俯视图；
图6b是图6的系统的示意性横截面俯视图，相对于图6a转动四分之一圈；
图7a是连接至具有多个夹持件的研磨垫的可移动研磨垫支撑件的示意性横截面侧视图；
图7b是包括由内部隔膜围封的内部加压空间的可移动研磨垫支撑件的实施方式的示意性横截面视图；
图8a是处于低压状态中的图7b的可移动研磨垫支撑件的示意性横截面侧视图；
图8b是处于高压状态中的图7b的可移动研磨垫支撑件的示意性横截面侧视图；
图9是研磨垫的接触区域的示意性仰视图；
图10a及图10b是研磨垫的实施方式的示意性横截面侧视图；
图11是可移动研磨垫支撑件的另一实施方式的示意性横截面侧视图；
图12是具有带有弧形凸部层的研磨垫的研磨系统的实施方式的示意性俯视图，该弧形凸部层形成对应的弧形负载区域；以及
图13是具有经历轨道运动的弧形研磨表面的研磨系统的实施方式的示意性横截面侧视图。
图14是研磨垫的示意性俯视图。
各个图式中的相同附图标记指示相同元件。
具体实施方式
1.引言
一些研磨工艺导致跨基板的表面的厚度不均匀性。例如，块体研磨工艺可导致基板上的研磨不足区域。为解决此问题，在块体研磨之后，可能执行“修整”研磨工艺，该“修整”研磨工艺聚焦在基板的研磨不足的部分。
在块体研磨工艺中，在基板的全部前表面上发生研磨，尽管可能在前表面的不同区域中以不同速率研磨。并非基板的全部表面皆可在块体研磨工艺中的给定瞬间经受研磨。例如，由于在研磨垫中存在槽，基板表面的某个部分可未与研磨垫接触。尽管如此，在块体研磨工艺的过程中，由于研磨垫与基板之间的相对运动，并未定位此部分，使得基板的全部前表面经历一定量的研磨。
相比之下，在“修整”研磨工艺中，研磨垫可能接触少于基板的全部前表面。另外，研磨垫相对于基板的运动范围经配置以使得在修整研磨工艺的过程中，研磨垫仅接触基板的局部区域，且基板的前表面的显著部分(例如，至少50％、至少75％或至少90％)从不接触研磨垫且因此并不经受研磨。例如，在修整研磨中，接触区域可基本上小于基板的半径表面。
如上文所指出，一些块体研磨工艺导致非均匀研磨。详言的，一些块体研磨工艺导致研磨不足的局部非同心且非均匀的点位。在修整研磨工艺中，围绕基板的中心旋转的研磨垫能够补偿同心环的非均匀性，但可能无法解决局部非同心且非均匀的点位，例如，厚度分布中的角度不对称性。然而，小衬垫(例如，经历轨道运动的小衬垫)可用于补偿非同心研磨均匀性。对于一些实施方式，在研磨期间，研磨垫可经历具有固定角定向的轨道运动。
参看图1，用于研磨基板的局部区域的研磨设备100包括固持基板10的基板支撑件105及固持研磨垫200的可移动的研磨垫支撑件300。研磨垫200包括研磨表面250，该研磨表面具有比正被研磨的基板10的半径小的直径。
研磨垫支撑件300从研磨驱动系统500悬垂，该研磨驱动系统将在研磨操作期间提供研磨垫支撑件300相对于基板10的运动。研磨驱动系统500可从支撑结构550悬垂。
在一些实施方式中，将定位驱动系统560连接至基板支撑件105和/或研磨垫支撑件300。例如，研磨驱动系统500可提供定位驱动系统560与研磨垫支撑件300之间的连接。定位驱动系统560可操作以在基板支撑件105上方的期望横向位置处定位衬垫支撑件300。例如，支撑结构550可包括两个线性致动器562及564，该等线性致动器经定向为在基板支撑件105上方相对于彼此垂直，以提供定位驱动系统560。或者，可通过两个线性致动器支撑基板支撑件105。或者，基板支撑件105可以是可旋转的，且研磨垫支撑件300可从单个线性致动器悬垂，该单个线性致动器提供沿径向方向的运动。或者，研磨垫支撑件可从旋转致动器508悬垂且可利用旋转致动器506旋转基板支撑件105。
视情况，可将垂直致动器(通过506和/或508图示)连接至基板支撑件105和/或研磨垫支撑件300。例如，可将基板支撑件105连接至垂直可驱动活塞，该活塞可升高或降低基板支撑件105。
研磨设备100包括端口60以将研磨液65(诸如磨蚀浆)分配在待研磨的基板10的表面12上。研磨设备100也可包括研磨垫调节器以磨蚀研磨垫200来将研磨垫200维持在一致磨蚀状态中。
在操作中，例如通过机器人将基板10装载至基板支撑件105上。定位驱动系统500在基板10上的期望位置处定位研磨垫支撑件300及研磨垫200，且垂直致动器506将基板移动成与研磨垫200接触(或反之利用致动器508来进行)。研磨驱动系统500产生研磨垫支撑件300与基板支撑件105之间的相对运动以引发基板10的研磨。
在研磨操作期间，定位驱动系统560可基本上相对于彼此固定地固持研磨驱动系统500及基板10。例如，定位系统可相对于基板10静止地固持研磨驱动系统500，或可跨待研磨的区域缓慢(与研磨驱动系统500提供给基板10的运动相比)扫掠研磨驱动系统500。例如，定位驱动系统500提供给基板的瞬时速度可小于研磨驱动系统500提供给基板的瞬时速度的5％，例如，小于2％。
研磨系统也包括控制器90，例如，可程序化计算机。控制器可包括中央处理单元91、存储器92及支持电路93。控制器90的中央处理单元91经由支持电路93执行从存储器92加载的指令，以允许控制器基于环境及期望的研磨参数来接收输入并控制各种致动器及驱动系统。
对于“修整”研磨操作，控制器90经程序化以控制定位驱动系统560，如此一来即使正在缓慢扫掠研磨驱动系统500，也限制研磨驱动系统500的运动范围，使得在修整研磨工艺的过程中，基板的前表面的显著部分(例如，至少50％、至少75％或至少90％)从不接触研磨垫且因此并不经受研磨。
2.研磨系统
a.基板支撑件
参看图1，基板支撑件105是位于研磨垫支撑件下方的板状主体。主体的上表面116提供大到足以容纳待处理的基板的负载区域。例如，基板可以是200mm至450mm直径基板。基板支撑件105的上表面116接触基板10的背表面(即，未受研磨的表面)并维持背表面的位置。
基板支撑件105具有与基板10大约相同或更大的半径。在一些实施方式中，基板支撑件105比基板略窄(例如，参看图2)，例如比基板窄基板直径的1％-2％。当置放在支撑件105上时，基板10的边缘略微伸出支撑件105的边缘。此可提供间隙以便边缘夹紧机器人在支撑件上置放基板。在一些实施方式中，基板支撑件105比基板宽。在此情况中，具有带有真空夹盘的端效器的机器人可用于在支撑件上置放基板。在任一种情况中，基板支撑件105可与基板的背侧上的大部分表面接触。
在一些实施方式中，如图1所示，基板支撑件105在研磨操作期间利用夹持组件111维持基板10位置。在一些实施方式中，夹持组件111可以是单个环形夹持环112，该夹持环接触基板10的顶表面的边缘。或者，夹持组件111可包括两个弧形夹持件112，该等弧形夹持件接触基板10的相对侧上的顶表面的边缘。可通过一个或更多个致动器113将夹持组件111的夹持件112降低至与基板的边缘接触。夹持件的向下力抑制基板在研磨操作期间的横向移动。在一些实施方式中，一个或多个夹持件包括围绕基板的外边缘的向下凸出凸缘114。
在一些实施方式中，如图2所示，基板支撑件105为真空夹盘106。真空夹盘106包括腔室122及多个端口124，该等端口将腔室122连接至支撑基板10的表面116。在操作中，可例如通过泵129从腔室122中排出空气，从而经由端口124施加吸力以将基板固持在基板支撑件106上的适当位置中。
在一些实施方式中，如图3所示，基板支撑件105包括保持器131。可将保持器131附接于支撑基板10的表面116，并在该表面上方凸出。通常，保持器至少与基板10一样厚(垂直于表面12测量)。在操作中，保持器131围绕基板10。例如，保持器131可以是环形主体，该环形主体具有比基板10的直径略大的直径。在研磨期间，来自研磨垫200的摩擦可在基板10上产生横向力。然而，保持器131限制基板10的横向运动。
上文所描述的各种基板支撑件特征可视情况彼此组合。例如，基板支撑件可包括真空夹盘及保持器两者。
另外，尽管为了便于图示结合压敏黏合剂可移动衬垫支撑件配置示出基板支撑件配置，但该等配置可与下文描述的衬垫支撑头和/或驱动系统的实施例中的任一者一起使用。
b.研磨垫
参看图1，研磨垫200具有研磨表面250，该研磨表面在研磨期间与基板10在接触区域(也称为负载区域)中产生接触。研磨表面250可具有比基板10的半径小的直径。例如，研磨表面的直径可以是基板的直径的约5％-10％。例如，对于具有自200mm至300mm范围内直径的晶片，研磨表面的直径可介于10mm与30mm之间。较小研磨表面提供更多精确性但产量较低。
在一些实施方式中，基板表面的小于1％可在任何给定时间处与研磨表面接触。大体而言，尽管此可用于修整研磨操作，但此小区域因低产量而不可为块体研磨操作所接受。
在一些实施方式中，例如如图3所示，整个研磨垫(例如，如测量至衬垫的外边缘)具有比基板10的半径小的直径。例如，研磨垫的直径可以是基板的直径的约5％-10％。
在图1中的示例中，在基板10的上表面上方定位研磨垫200，且该研磨垫包括耦接至可移动衬垫支撑件300的底部的上部270及具有底表面250的下部260，该底表面在研磨操作期间与基板10接触。在一些情形中，如图1所示，通过自较宽上部分270的突起部提供研磨垫200的底部260。突起部260的底表面250在研磨操作期间接触到基板，并提供研磨表面。
在图1中的示例中，使用压敏黏合剂231将可移动的衬垫支撑件300耦接至研磨垫200的上部270。涂覆于研磨垫支撑件300的底表面与研磨垫200的顶表面之间的压敏黏合剂231在研磨操作期间维持研磨垫200在衬垫支撑件300上耦接。
通过使得研磨垫200的上部270比下部260宽，增加黏合剂231的可用表面区域。增加黏合剂231的表面积可改良衬垫200与衬垫支撑件之间的黏结强度，且降低研磨期间的研磨垫的层离风险。
参看图3，研磨垫203的下部260可具有与顶部273相同的半径。然而，当压敏黏合剂231提供衬垫与可移动衬垫支撑件300之间的耦接时，优选的是底部263比顶部273窄。
参看图5，研磨垫的接触区域5可以是由研磨垫的盘形底部突起部形成的盘形几何形状5。
参看图9，与基板10接触的研磨垫110的接触区域901可以是由研磨垫的弧形突起部290形成的弧形接触区域901。
参看图1，在一些实施方式中，研磨垫200的上部270的直径可比基板10的直径小。
参看图4，在一些实施方式中，研磨垫204的上部274的直径可比基板10的直径大。
参看图1，研磨垫200可由均匀组成物的单个层组成。在此情况中，上部270与下部260(也称为突起部260)的材料组成物为相同的。
参看图10b，在一些实施方式中，研磨垫200可包括不同组成物的两个或更多个层，例如研磨层1062及较可压缩的背托层1052。视情况，中间压敏黏合层1032可用于将研磨层1061紧固至背托层1061。在此情况中，上部1221可对应于背托层102，且下部1222可对应于研磨层1062。可经由压敏黏合层231将研磨垫耦接至研磨垫支撑件。
参看图10a，在一些实施方式中，研磨垫可包括具有不同组成物的两个或更多个层，且研磨垫200的上部1221可包括背托层1052及研磨层1062的上区段1064两者。因此，研磨层1062包括提供突起部1222的下区段1066及上区段1062两者，其中上区段1064比下区段1066宽。
可经由压敏黏合层321将研磨垫耦接至研磨垫支撑件。
在图10a或者图10b所示的任一实施方式中，研磨层1062可由均匀组成物的单个层组成。例如，在图10a或者图10b所示的任一实施方式中，接触基板的衬垫的部分可具有常规材料，例如微孔聚合物，诸如聚胺基甲酸酯。
参看图10a，背托层1052可相对较软以在研磨不均匀的基板表面点位时允许较佳的研磨垫柔性。研磨层1064可以是硬聚胺基甲酸酯。
参看图10b，背托层1052可相对较软，但也可以是由诸如聚对苯二甲酸乙二酯(例如，mylartm)的材料制成的柔性不可压缩层。例如，此衬垫配置可用于实施方式中，其中将图10b的研磨垫耦接至图11的加压腔室研磨垫支撑件。研磨层1062可以是硬聚胺基甲酸酯。
参看图11，在一些实施方式中，研磨垫205可包括上部275及下部260。研磨垫205具有较厚横向区段267，该横向区段包括组合的下部260及上部275。上部275在较厚区段267的任一侧上横向延伸以提供横向侧面区段285。横向侧面区段285响应于较厚区段267上的压力而挠曲。较厚区段267可在研磨区域内具有约2mm的衬垫厚度，该研磨区域类似于大尺寸衬垫。挠曲的横向区段285中的衬垫厚度可以是约0.5mm。
在一些实施方式中，研磨垫200的下部的底表面250可包括槽以允许在研磨操作期间输送浆料。槽299可比下部260的深度更浅(例如，参看图11)。然而，在一些实施方式中，下部不包括槽。若研磨垫包括槽，则槽299可跨下部260的横向宽度完全延伸。另外，槽可比下部260的垂直厚度更浅，即槽以垂直方式部分地而非完全地通过下部260。
参看图9，研磨垫200的底表面1900可以是弧形区域。若此研磨垫包括槽，则槽299可跨弧形区域的横向宽度完全延伸。可沿弧形区域的长度以均匀间距隔开槽299。每一槽299可沿穿过槽及弧形区域的中心1903的半径延伸，或相对于该半径以一角度(例如，45°)定位每一槽299。
参看图14，在一些实施方式中，研磨垫200包括对准特征，该等对准特征与衬垫支撑件300上的匹配特征相配，以确保研磨垫200及提供接触区域250的下部260位于相对于衬垫支撑件300的已知横向位置中。
例如，研磨垫200可包括形成于研磨垫200的背表面中的凹部1402。可在研磨垫中相对于接触区域250的已知位置中用机器钻出凹部1402。可在研磨垫200的上部270的薄凸缘或外部横向部分285中定位凹部1402。凹部可部分或完全延伸穿过研磨垫。衬垫支撑件300可包括销1404(例如，自板向下凸出)，该等销装配至凹部1402中。
作为另一示例，在研磨垫200上界定接触区域250之后，可加工研磨垫200的至少一些边缘1406。衬垫支撑件300可包括加工进入支撑件板中的凹部。凹部的边缘包括对准表面，且研磨垫的边缘1406经定位以毗连板中的凹部的对准表面。
接触基板的研磨垫200的下部260可由高质量材料形成，该高质量材料例如满足刚性、孔隙率等的高精密规格的材料。然而，不接触基板的研磨垫的其他部分不必满足此类高精密规格，且因此可由较低成本的材料形成。此可降低衬垫总成本。
c.衬垫的驱动系统及轨道运动
参看图1及图5，研磨驱动系统500可经配置以在研磨操作期间在基板10上方以轨道运动移动耦接的研磨垫支撑件300及研磨垫200。详言的，如图5所示，研磨驱动系统500可经配置以在研磨操作期间在相对于基板的固定角定向上维持研磨垫。
参看图5，与基板接触的研磨垫的轨道半径20优选比接触区域的直径22小。例如，轨道半径可以是接触区域的直径的约5％-50％(例如，5％-20％)。对于20mm至30mm直径接触区域，轨道半径可以是1mm至6mm。此实现了负载区域5中更加均匀的速度分布。研磨垫可以以每分钟转数1000至5000(“rpm”)的速率在轨道中转动。
参看图6，驱动列(drivetrain)可包括机械系统基座910，该机械系统基座利用单个致动器915实现轨道运动。将电机输出轴924连接性耦接至凸轮922。凸轮922延伸至研磨垫固持器920中的凹部928中。在研磨操作期间，电机输出轴924围绕旋转轴990旋转，从而引发凸轮922转动研磨垫固持器920。多个抗旋转连杆912自机械系统基座910延伸至研磨垫固持器920的上部以防止衬垫固持器920旋转。与凸轮922的运动结合的抗旋转连杆912实现了研磨垫支撑件的轨道运动，其中研磨垫固持器920的角定向在研磨操作期间并未改变。
如图6a及图6b中所描绘，轨道运动可在研磨操作期间维持研磨垫相对于基板的固定角定向。随着中央电机输出轴620旋转，与抗旋转连杆630组合的凸轮625将旋转运动平移至研磨垫610的轨道运动中，该等抗旋转连杆将上方机械系统基座连接至研磨垫支撑件。此实现了比简单旋转更加均匀的速度分布。
在一些实施方式中，通过相同组件提供研磨驱动系统及定位驱动系统。例如，单个驱动系统可包括两个线性致动器，该等线性致动器经配置以在两个垂直方向上移动衬垫支撑头。对于定位，控制器可引发致动器将衬垫支撑件移动至基板上的期望位置。对于研磨，控制器可例如通过将相位偏移正弦信号应用至两个致动器来引发致动器以轨道运动移动衬垫支撑件。
参看图1，在一些实施方式中，研磨驱动系统500可包括两个旋转致动器。例如，研磨垫支撑件可从旋转致动器508悬垂，该旋转致动器进而从第二旋转致动器509悬垂。在研磨操作期间，第二旋转致动器509旋转臂510，该臂在轨道运动中扫掠研磨垫支撑件300。第一旋转致动器508例如在与第二旋转致动器509相反的方向上但以相同的转速旋转以抵消旋转运动，以使得研磨垫组件在保持在相对于基板的基本上固定的角位置中的同时沿轨道运动。
d.衬垫支撑件
可移动的衬垫支撑件300固持研磨垫，且耦接至研磨驱动系统500。
在一些实施例中，例如如图1至图4所示，衬垫支撑件300为简单刚性板。板的下表面311足够大以便容纳研磨垫200的上部270。
然而，衬垫支撑件300也可包括致动器508以控制研磨垫200对基板10的向下压力。
在图7a中的示例中，示出衬垫支撑件300，该衬垫支撑件可在研磨垫200上施加可调压力。衬垫支撑件300包括基座317，该基座经耦接至研磨驱动系统500。基座317的底部包括凹部327。衬垫支撑件300包括夹持件410，该夹持件在基座317上固持研磨垫200的边缘。研磨垫200可覆盖凹部327以界定可加压腔室426。通过将流体泵送进出腔室426，可调节研磨垫200对基板10的向下压力。
在一些实施方式中，如图7b、图8a及图8b所示，衬垫支撑件300可具有内部隔膜405，该内部隔膜界定隔膜405与基座317之间的第一可加压腔室406。隔膜经定位以接触离研磨表面258更远的研磨垫200的侧面275。隔膜405及腔室406经配置以使得当衬垫支撑件300在研磨操作期间固持研磨垫200时，腔室406中的压力控制研磨垫200在基板10上的负载区域809的尺寸。当腔室内部的压力增加时，扩大隔膜半径，从而对衬垫的底部突起部层的较大部分施加压力，且因此增加负载区域810的面积。当压力减小时，结果为较小尺寸的负载区域809。
参看图11，在一些实施方式中，研磨垫支撑件315可包括由研磨垫支撑件315的壁320形成的内部可加压腔室325。腔室325可具有面向基板的开口327。可通过例如由夹持件410将研磨垫200紧固至研磨垫支撑件315来密封开口327。在研磨操作期间，可例如通过控制器及液压泵动态地控制压力腔室425中的压力以调节至正研磨的非均匀点位。
参看图12，在一些实施方式中，研磨垫20的接触区域1301可以是弧形区域。例如，突起部可以是弧形。驱动系统500可围绕基板10的中心1302旋转该弧。
参看图13，在一些实施例中，研磨垫200接触区域901可以是弧形区域，该弧形区域经历相对于基板10的轨道运动。
3.结论
基板上的非均匀性的点位尺寸将指示在该点位的研磨期间的接触区域的理想尺寸。若接触区域过大，则对基板上的一些区域的研磨不足的修正可导致其他区域的过度研磨。另一方面，若接触区域过小，则衬垫将需要跨基板移动以覆盖研磨不足区域，从而减少了产量。
在基板处理操作中，基板可先经历块体研磨工艺，其中在基板的整个前表面上执行研磨。视情况，在块体研磨操作之后，可例如在直列式或单独度量站处测量基板的非均匀性。可随后将基板输送至研磨设备100，并经历修整研磨工艺。在研磨设备处对待研磨的区域的控制可基于基板的研磨不足区域的识别，该识别来自历史数据(例如，质量鉴定期间产生的厚度测量)或者来自直列式或单独度量站处的基板测量。
整个研磨系统可布置成垂直或面朝下(相对于重力)定位基板的前表面。然而，使得基板的前表面面朝上的优势在于此允许在基板的面上分布浆料。由于基板相对于研磨垫的研磨表面的较大尺寸，此可改良浆料滞留且因此减少浆料使用。
已经描述本发明的众多实施例。尽管如此，应理解，可在不背离本发明的精神及范围的情况下作出各种修改。例如，在一些实施例中，基板支撑件可包括自己的致动器，该等致动器能够将基板移动至相对于研磨垫的适当位置中。作为另一示例，尽管上文所描述的系统包括在基本上固定的位置中固持基板的同时在轨道路径中移动研磨垫的驱动系统，但可在基本上固定的位置中固持研磨垫且在轨道中移动基板。在此情况中，研磨驱动系统可以是类似驱动系统，但耦接至基板支撑件，而非研磨垫支撑件。尽管采用大体圆形基板，但此并非必需，且支撑件和/或研磨垫可以是诸如长方形的其他形状(在此情况中，“半径”或“直径”的论述将大体适于沿主轴的横向尺寸)。
因此，其他实施例处于以下权利要求书的范围内。