专利名称：模块化底板半导体抛光器结构的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及用于处理半导体基板的装置和方法。更具体来说，本发 明的实施例提供用于抛光半导体基板的装置和方法。
背景技术：
亚微米多级金属化是用于下一代超大规模集成(ultra large-scale integration ；ULSI)的关键技术之一。多级互连是此技术的核心所在，其需要对以高纵横 比孔径形成的互连特征进行平坦化，所述互连特征包括触点、通孔、沟槽和其他特征。这些 互连特征的可靠形成对ULSI的成功及继续努力以增加单个基板和冲模上的电路密度和质
量十分重要。在集成电路和其他电子设备的制造中，将多层的导电、半导电和电介质材料沉积 在基板的表面上或从其上移除。导电、半导电和电介质材料的薄层可通过若干沉积技术来 沉积。随着材料层连续地沉积和移除，基板的顶端表面可能横跨其表面而变得不平坦，并且 需要平坦化。通常使用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing ；CMP)和/或电子化学 机械沉积(Electro-Chemical Mechanical Deposition ；ECMP)来执行平坦化。平坦化方法 通常需要将基板安装在晶片头中，使待抛光的基板表面暴露。然后将由所述头部支撑的基 板靠近旋转的抛光衬垫放置。保持基板的头部亦可旋转以提供在所述基板与所述抛光衬垫 表面之间的额外运动。此外，向衬垫提供抛光浆液(其中通常包括研磨剂和至少一种化学 反应剂，选择它们以增强基板的顶端薄膜层的抛光)以在介于衬垫与基板之间的接口处提 供研磨化学溶液。抛光衬垫特性、具体浆液混合物和其他抛光参数的组合可提供具体的抛 光特性。通常在三个或更少的抛光站(每个具有具体的抛光特性)处以多个步骤执行抛光 以达到所要结果。因此，抛光系统通常具有两个或三个抛光站，每个经配置以执行具体的抛 光步骤。常规的抛光系统通常具有一个主框架，在其上设置两个或三个抛光站和至少一个 装载盖。常规的抛光系统还具有可移动地定置在所述主框架上的多个抛光头。常规的抛光 系统在抛光站配置中具有有限的灵活性以满足不同的处理要求或适应改变。因此，需要一种在系统配置中提供灵活性以满足各种处理要求的抛光装置。
发明内容
本发明一般涉及抛光系统。具体来说，本发明涉及具有一个或多个模块化抛光站 的抛光装置。本发明的一个实施例提供一种半导体基板抛光系统，其包含框架，其界定处理容 积；数个抛光头，其可移动地设置在所述处理容积中，其中所述数个抛光头中的每一个经配 置以在处理期间保持和传送基板；传送机构，其耦联到所述框架，其中所述传送机构经配置 以在所述处理容积中移动所述数个抛光头；和两个或两个以上独立抛光站，其设置在所述处理容积中，其中所述两个或两个以上独立抛光站中的每一个包含抛光衬垫，所述抛光衬 垫经配置以接收所述数个抛光头中的每一个并与其相互作用，并且在不影响所述传送机构 和所述数个抛光头的情况下可重新布置所述两个或两个以上独立抛光站。本发明的另一实施例提供一种半导体基板抛光系统，其包含支撑框架；轨道组 件，其耦联到所述支撑框架；一个或多个抛光头，其可移动地耦联到所述轨道组件，其中所 述轨道组件界定路径并且所述一个或多个抛光头可沿所述路径独立地移动；和第一和第二 独立抛光站，其沿所述路径设置，其中所述第一和第二独立抛光站中的每一个经配置以接 收所述一个或多个抛光头并处理由所述一个或多个抛光头保持的基板。本发明的又一实施例提供一种独立抛光站，其包含主体；压板组件，其设置在所 述主体上，其中抛光衬垫设置在所述压板上；接口组件，其设置在所述主体上，其中所述接 口组件经配置以将所述抛光站与抛光液源、电源和控制器连接；和移动机构，其经配置以允 许所述抛光站的便利移动。
因此，可详细理解本发明的上述特征的方式，可参考实施例获得上文简要概述的 本发明的更特定描述，其中一些实施例图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的 典型实施例，且因此不视为其范围的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。图IA是根据本发明的一个实施例的抛光系统的示意透视图。图IB是图IA中抛光系统的示意剖面图。图2是根据本发明的一个实施例的模块化抛光系统的示意透视图。图3是根据本发明的一个实施例的模块化装载组件的示意透视图。图4A-图4C是根据本发明的实施例的抛光系统布置的示意顶部平面图。为了促进理解，在可能情况下已使用相同元件符号以指定为诸图所共有的相同元 件。预期在没有具体叙述的情况下，在一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例。
具体实施例方式本发明的实施例一般涉及用于在化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing ；CMP)系统或电化学机械抛光(electrochemical mechanical polishing ； ECMP)系统中传送和支撑基板的装置和方法。在本发明的一个实施例中，装配两个或两个以 上独立抛光站用于完成抛光处理，并且使用传送机构以在所述两个或两个以上独立抛光站 之间独立地传送数个抛光头。在一个实施例中，所述两个或两个以上独立抛光站的布置是 与所述传送系统和所述数个抛光头分离的。在一个实施例中，所述独立抛光站包含移动机 构，其允许便利移动以便于所述抛光站的布置、重新布置或维护。在一个实施例中，所述独 立抛光站的移动机构包含脚轮。在另一实施例中，所述独立抛光站还包含定位机构，所述定 位机构经配置以在抛光期间将所述独立抛光站锁定在适当的位置。在一个实施例中，轨道 系统用以在所述两个或两个以上独立抛光站之间独立地传送一个或多个抛光头。在一个实 施例中，所述轨道是圆形的。图IA是根据本发明的一个实施例的抛光系统100的示意透视图。图IB是图IA 中抛光系统100的示意剖面圖。
抛光系统100包含系统框架101，所述系统框架经配置以为在抛光处理中使用的 装置提供支撑。传送机构102耦联到系统框架101上。数个抛光头103可移动地耦联到传 送机构102上。数个抛光头103中的每一个经配置以在抛光期间保持和传送基板。抛光系 统100进一步包含两个或两个以上独立抛光站105。独立抛光站105中的每一个经配置以 接收数个抛光头103并且处理其上保持的基板。传送机构102经配置以在处理期间独立地 移动数个抛光头103中的每一个，并且将数个抛光头103中的每一个与两个或两个以上独 立抛光站105对准。在一个实施例中，所述抛光系统进一步包含装载组件104，其经配置以 为数个抛光头103中的每一个装卸基板。在一个实施例中，独立抛光站105是模块化处理站，并且在结构上与传送机构102 和数个抛光头103分离。因此，可将独立抛光站105和装载组件104 —起独立地布置、重新 布置或维护，而不影响彼此或影响传送机构和数个抛光头103。系统框架101经配置以为传送机构102和数个抛光头103提供结构支撑。在一个 实施例中，系统框架101包含顶部框架111和耦联到顶部框架111的四个支柱112。系统框 架101界定处理容积113以保持传送机构102、数个抛光头103、独立抛光站105和装载组 件104。在一个实施例中，使用可移动地耦联到支柱112的门可将处理容积113封闭并使其 与外界隔离。在一个实施例中，传送机构102耦联到顶部框架111以将数个抛光头103定位在 处理容积113的上部。在一个实施例中，传送机构102通过连接部件114自顶部框架111悬挂。在一个实施例中，传送机构102包含轨道组件120，所述轨道组件经配置以使数个 抛光头103沿路径移动。轨道组件120包含轨道体110，所述轨道体界定抛光头103可沿其 移动的路径。轨道组件120进一步包含可移动地连接到轨道体110的一个或多个支架109。 一个或多个支架109中的每一个经配置以承载至少一个抛光头103。轨道组件120界定路径以允许抛光头中的每一个进入抛光站105、装载组件104或 处理方法所需的任何其他处理站(诸如清洗站)。由轨道组件120界定的路径可以是直线 的、完曲的、闭环的、圆形的或具有其组合的形状。在一个实施例中，轨道组件120包含定子条，其界定路径，数个抛光头103可通过 耦联到所述抛光头中的每一个的转子与所述定子条之间的相互作用来沿其移动。在一个实 施例中，所述定子条包含数个永久磁体，所述转子是分段电动机，并且抛光头103中的每一 个通过永久磁体的磁场与分段电动机从提供到所述分段电动机的电子功率产生的磁场之 间的相互作用来移动或停止。在一个实施例中，一个或多个导轨沿定子条界定的路径设置， 并且所述一个或多个抛光头中的每一个通过一个或多个滑块耦联到所述一个或多个导轨。轨道组件120的示例性实施例可在下述专利申请中发现2008年4月9日提交 的标题名称为“A Polishing System Having a Circular Track”的美国临时专利申请 61/043，582号(代理人档案号13036L)；和2008年4月25日提交的标题名称为“High Throughput Chemical Mechanical Polishing System” 的美国临时专利申请 61/047，943 号(代理人档案号132^L)；和2009年4月9日提交的标题名称为“Polishing System Having a Track"的美国专利申请12/420，996号(代理人档案号13036)。在一个实施例中，数个抛光头103中的每一个包含抛光电动机107，其安装在支架109中的一个上；和基板载体108，其连接到抛光电动机107上。基板载体108经配置以在抛 光期间固定基板。抛光电动机107经配置以旋转基板载体108，从而基板相对于抛光站105 的抛光表面10 固定在基板载体108上。抛光头的实例可在下述专利中发现标题名称为 “Carrier Head with a Flexible Membrane for a Chemical Mechanical Polishing，，的 美国专利 6，183，354 号；和标题名称为"Multi-chamber Carrier Head with a Flexible Membrane”的共同待审的美国专利7，001, 257号。如图IA和图IB所示，两个或两个以上模块化抛光站105和装载组件104设置在 处理容积113的下部。抛光站105和装载组件104在结构上与传送机构102和数个抛光头 103分离。独立抛光站105中的每一个经配置以独立地操作，并且使抛光站、装载站或清洗 站能够灵活组合以用于不同的处理方法。图2是根据本发明的一个实施例的独立抛光站105的示意透视图。独立抛光站105 包含处理平台151。处理平台151由支撑框架155支撑。压板153设置在处理平台151上。 压板153经配置以支撑和旋转其上的抛光衬垫152。抛光衬垫152具有处理表面，并且经配 置以使用机械力和/或化学力来抛光基板。在一个实施例中，压板电动机1 设置在压板 153下方。压板和抛光衬垫的详细说明可在2004年6月30日提交的公开为美国专利公告 2005/0000801 的丰示H名禾尔力 “Method and Apparatus for Electrochemical Mechanical Processing”的共同待审美国专利申请10/880，752号中发现。所述抛光衬垫的详细说明可 在2003年6月6日提交的公开为美国专利公告2004/0020789的标题名称为“Conductive Polishing Article for Electrochemical Mechanical Polishing，，的共同待审美国专利 申请10/455，895号中发现。在一个实施例中，一个或多个调节站158设置在平台151上，并且经配置以调节抛 光衬垫152。调节站的详细说明可在标题名称为“Smart Conditioner Rinse Station”的 美国专利7，210，981号(代理人档案号10057)中发现。在一个实施例中，独立抛光站105进一步包含耦联到支撑框架155的接口组件 157。接口组件157经配置以提供用于抛光液、清洗液、电力供应和控制信号的接口。在一 个实施例中，接口组件157可以是用于快速和便利系统安装的标准化接口。在一个实施例中，独立抛光站105包含移动机构156，其经配置以允许抛光站105 的便利移动。在一个实施例中，移动机构156可以是耦联到支撑框架155的脚轮。在一个 实施例中，一旦布置被设置就可以锁定移动机构156以固定抛光站105，并且可解锁移动机 构156用于调整、置换或维护抛光站105。在一个实施例中，抛光站105包含锁定机构159，其经配置以在处理期间固定抛光 站105。在一个实施例中，锁定机构159可以包含夹持器，以与抛光系统100的支柱112耦 联，或与邻近的独立抛光站105、装载组件104或其他模块化设备耦联。图3是根据本发明的一个实施例的装载组件104的示意透视图。装载组件104包 含处理平台141。处理平台141由支撑框架145支撑。两个装载盖142、143设置在处理平 台141上。装载盖142、143经配置以与抛光头103相互作用来装卸所述基板。装载盖142、 143亦可用作经配置以清洗抛光头103和其上保持的基板的清洗站。装载盖的详细说明 可在标题名称为“Load Cup for Chemical Mechanical Polishing”的共同待审美国专利 7, 044, 832号中发现。
在一个实施例中，装载组件104进一步包含耦联到支撑框架145的接口组件144。 接口组件144经配置以提供用于清洗液、电力供应和控制信号的接口。在一个实施例中，接 口组件147可以是用于快速和便利系统安装的标准化接口。在一个实施例中，所述装载组件包含移动机构146，其经配置以允许装载组件104 的便利移动。在一个实施例中，移动机构146可以是耦联到支撑框架145的脚轮。在一个 实施例中，一旦布置被设置就可以锁定移动机构146以固定装载组件104，并且可解锁移动 机构146用于调整、置换或维护装载组件104。在一个实施例中，装载组件104包含锁定机构147，其经配置以在处理期间固定装 载组件104。在一个实施例中，锁定机构147可以包含夹持器，以与抛光系统100的支柱112 耦联，或与邻近的独立抛光站105、装载组件104或其他模块化设备耦联。在典型的抛光处理期间，抛光头103中的一个可移动到装载组件，所述装载组件 定位于系统框架101内并且是抛光头103中的每一个所能接近的。基板可装载到抛光头 103的基板载体108上。然后，抛光头103可通过支架109沿传送机构102移动。装载在基 板载体108上的基板然后移动到一个或多个抛光站105中的第一个。然后，降低基板以与 抛光站105的压板106接触。然后，抛光头103可将基板压在抛光衬垫上，并且使用抛光电 动机107旋转所述基板以产生相对移动以便抛光。通常在抛光期间旋转压板。在一个实施 例中，抛光头103可在轨道组件120中的一个位置附近振荡，以提供在压板与基板之间的摆 动来改善抛光一致性。在第一抛光站105中完成抛光之后，抛光头103可将基板从抛光站105抬起并且 将所述基板沿轨道组件120传送到经配置用于第二抛光步骤(诸如磨光)的下一抛光站 105。可根据一种处理方法布置抛光系统100以具有抛光站、装载盖和清洗站的不同布置。图4A-图4C是根据本发明的实施例的抛光系统布置的示意顶部平面图。图4A示意性图示根据本发明的一个实施例的抛光系统200a。抛光系统200a包含 数个抛光头202，每个抛光头可独立地沿圆形轨道201移动。抛光系统200b还包含具有两 个装载盖203a的独立装载组件203和三个独立抛光站204、205、206。装载组件203和抛光 站204、205、206设置在一个布置中，在所述布置中抛光站204、205、206的抛光衬垫2(Ma、 205a、206a各自可同时接收两个抛光头202，而装载盖203a可与一个抛光头202对准。在一个实施例中，抛光头202经配置以保持具有约12英寸直径的一个基板，并且 抛光衬垫2(Ma、205a、206a可具有约42英寸的直径。图4B示意性图示根据本发明的一个实施例的抛光系统200b。抛光系统200b包含 数个抛光头202，每个抛光头可独立地沿圆形轨道201移动。抛光系统200b还包含具有一 个装载盖211a的一个独立装载组件211和两个独立抛光站212、213。装载组件211和抛光 站212、213设置在一个布置中，在所述布置中抛光站212、213的抛光衬垫212a、213a各自 可同时接收两个抛光头202，而装载盖211a可与一个抛光头202对准。在一个实施例中，抛光头202经配置以保持具有约18英寸直径的一个基板，并且 抛光衬垫212a、213a可具有约52英寸的直径。图4C示意性图示根据本发明的一个实施例的抛光系统200c。抛光系统200c包含
8数个抛光头202，每个抛光头可独立地沿圆形轨道201移动。抛光系统200c还包含四个独 立抛光站221、222、223、224。抛光站221、222、223、2M设置在一个布置中，在所述布置中抛 光站221、222、223、2M的抛光衬垫221a、222a、223a、2Ma各自可同时接收两个抛光头202。在一个实施例中，抛光头202经配置以保持具有约12英寸直径的一个基板，并且 抛光衬垫221、222、223、2 可具有约30英寸的直径。虽然抛光处理是通过本发明的模块化系统来描述的，但所属技术领域的专业人员 可在需要在不同工作站之间移动基板的任何适当处理中应用轨道。尽管上述内容涉及本发明的实施例，但可在不脱离本发明的基本范围的情况下设 想到本发明的其他及更多实施例，且本发明的范围是由权利要求书来确定。
权利要求
1.一种半导体基板抛光系统，其包含框架，其界定处理容积；数个抛光头，其可移动地设置在所述处理容积中，其中所述数个抛光头中的每一个经 配置以在处理期间保持和传送基板；传送机构，其耦联到所述框架，其中所述传送机构经配置以在所述处理容积中移动所 述数个抛光头；和两个或两个以上独立抛光站，其设置在所述处理容积中，其中所述两个或两个以上独 立抛光站中的每一个包含抛光衬垫，所述抛光衬垫经配置以接收所述数个抛光头中的每一 个并且与其相互作用，并且在不影响所述传送机构和所述数个抛光头的情况下可重新布置 所述两个或两个以上独立抛光站。
2.根据权利要求1所述的半导体基板抛光系统，其中所述传送机构包含轨道，其耦联 到所述框架并且经配置以使所述数个抛光头在所述处理容积的上部中独立地沿所述轨道 移动。
3.根据权利要求2所述的半导体基板抛光系统，其中所述轨道是圆形的。
4.根据权利要求2所述的半导体基板抛光系统，进一步包含独立装载站，其设置在所 述处理容积中，并且经配置以为所述数个抛光头中的每一个装卸基板。
5.根据权利要求4所述的半导体基板抛光系统，其中所述独立装载站包含两个装载 盖，并且所述两个装载盖中的每一个经配置以与所述数个抛光头中的一个相互作用。
6.根据权利要求2所述的半导体基板抛光系统，其中所述两个或两个以上独立抛光站 中的每一个包含主体；压板组件，其设置在所述主体上，其中所述抛光衬垫设置在所述压板上；接口组件，其设置在所述主体上，其中所述接口组件经配置以将所述抛光站与抛光液 源、电源和控制器连接；和脚轮，其耦联到所述主体并且经配置以允许所述抛光站的便利移动。
7.根据权利要求6所述的半导体基板抛光系统，其中所述两个或两个以上独立抛光站 中的每一个进一步包含锁闩机构，其经配置以相对于所述支撑框架固定所述独立抛光站。
8.一种半导体基板抛光系统，其包含支撑框架；圆形轨道组件，其耦联到所述支撑框架；一个或多个抛光头，其可移动地耦联到所述轨道组件，其中所述轨道组件界定路径并 且所述一个或多个抛光头可独立地沿所述路径移动；和第一和第二独立抛光站，其沿所述路径设置，其中所述第一和第二独立抛光站中的每 一个经配置以接收所述一个或多个抛光头，并且处理由所述一个或多个抛光头保持的基 板。
9.根据权利要求8所述的半导体基板抛光系统，其中所述第一和第二独立抛光站中的 每一个包含主体；压板组件，其设置在所述主体上，其中抛光衬垫设置在所述压板上；和脚轮，其耦联到所述主体并且经配置以允许所述独立抛光站的便利移动。
10.根据权利要求9所述的半导体基板抛光系统，其中所述抛光衬垫经配置以同时接 收至少两个或两个以上抛光头。
11.根据权利要求8所述的半导体基板抛光系统，进一步包含装载盖组件，其沿所述路 径设置，并且经配置以接收所述一个或多个抛光头并为所述一个或多个抛光头装卸基板。
12.—种独立抛光站，包含 主体；压板组件，其设置在所述主体上，其中所述抛光衬垫设置在所述压板上； 接口组件，其设置在所述主体上，其中所述接口组件经配置以将所述抛光站与抛光液 源、电源和控制器连接；和移动机构，其经配置以允许所述抛光站的便利移动。
13.根据权利要求12所述的独立抛光站，其中所述抛光衬垫经配置以同时接收所述数 个抛光头中的两个。
14.根据权利要求12所述的独立抛光站，其中所述移动机构包含脚轮，其耦联到所述主体。
15.根据权利要求12所述的独立抛光站，进一步包含锁闩机构，其经配置以相对于支 撑框架固定所述独立抛光站。
全文摘要
本发明一般涉及抛光系统。具体来说，本发明涉及具有一个或多个模块化抛光站和可移动地连接到传送系统的数个抛光头的抛光装置。
文档编号H01L21/304GK102084466SQ200980125897
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月17日 优先权日2008年7月1日
发明者A·伊尔玛兹 申请人:应用材料股份有限公司