[发明专利]具有局部晶片压力的抛光头

说明书

一种抛光系统，包括托架臂，所述托架臂具有设置在所述托架臂的下表面上的致动器。致动器包括活塞和耦接到活塞的远端的滚柱。所述抛光系统包括抛光垫和基板载体，所述基板载体悬挂自托架臂，并且被配置为在基板与抛光垫之间施加压力。基板载体包括壳体、扣环和膜。基板载体包括被设置在壳体中的上部负载环。致动器的滚柱被配置为在基板载体与托架臂之间的相对旋转期间接触上部负载环。致动器被配置为向上部负载环的一部分施加负载，从而改变施加在基板与抛光垫之间的压力。

背景技术

技术领域

本公开的实施例总体上涉及用于基板的抛光和/或平坦化的装置和方法。更具体地，本公开的实施例涉及用于化学机械抛光(CMP)的抛光头。

相关技术说明

通常在半导体器件的制造中使用化学机械抛光(CMP)以平面化或抛光设置在多晶硅(Si)基板表面上的材料层。在典型的CMP工艺中，基板被保持在基板载体(例如，抛光头)中，所述基板载体在抛光液的存在下将基板压向旋转的抛光垫。一般而言，抛光液包括一种或多种化学成分的水溶液和悬浮在所述水溶液中的纳米尺度研磨颗粒。通过由抛光液以及基板与抛光垫的相对运动提供的化学和机械活动的组合，在与抛光垫接触的基板的材料层表面上去除材料。

基板载体包括具有多个不同径向区域的膜，所述多个不同径向区域接触基板。膜可包括三个或更多个区域，诸如3个区域到11个区域，例如3、5、7或11个区域。区域通常从外到内被标记(例如，针对11个区域的膜，从外侧上的区域1到内侧上的区域11)。使用不同的径向区域，可选择施加到以膜的背侧为边界的腔室的压力，以控制由膜施加到基板的力的中心到边缘的轮廓，从而控制由基板施加到抛光垫的力的中心到边缘的轮廓。即使使用不同的径向区域，CMP的永恒问题是边缘效应的发生，即基板最外层5-10mm的过度抛光或者欠抛光。边缘效应可由基板和抛光垫之间围绕基板周边部分的压力的急剧上升而引起，所述急剧上升是由于刀缘效应而造成的，其中基板的前缘沿抛光垫的上表面而被刮擦。当前对不同径向区域施加压力的方法导致力跨基板的大面积而分布。在大面积上施加负载的这种分布无法防止上述边缘效应。

为了减轻边缘效应并且改进基板表面的所得光洁度和平整度，抛光头包括围绕膜的扣环。扣环具有用于在抛光期间接触抛光垫的底表面、以及被固定至抛光头的顶表面。通过将压力增加的区从基板下方移动到扣环下方，抛光垫在扣环的底表面下方的预压缩减少了基板的周边部分处的压力增加。然而，基板的周边部分的均匀性的所得到的改进通常是有限的，并且被证明为对于许多应用是不足够的。

因此，本领域中需要用于解决上述问题的装置和方法。

发明内容

本公开的实施例总体上涉及用于基板的抛光和/或平坦化的装置和方法。更具体地，本公开的实施例涉及用于化学机械抛光(CMP)的抛光头。

在一个实施例中，一种抛光系统包括托架臂，所述托架臂具有设置在所述托架臂的下表面上的致动器，所述致动器包括：活塞；以及滚柱，所述滚柱耦接至所述活塞的远端；抛光垫；和基板载体，所述基板载体悬挂自托架臂，并且被配置为在基板与抛光垫之间施加压力，所述基板载体包括：壳体；扣环，所述扣环耦接至所述壳体；膜，所述膜耦接至所述壳体并且跨越所述扣环的内直径，所述膜具有被配置为接触基板的底部部分、以及正交于底部部分而延伸的侧部部分，其中所述侧部部分包括沿所述侧部部分外边缘形成的环形凹槽，并且其中环形套筒设置在所述环形凹槽中；上部负载环，所述上部负载环设置在所述壳体中，其中所述致动器的所述滚柱被配置为在所述基板载体与所述托架臂之间的相对旋转期间接触所述上部负载环；多个负载销，所述多个负载销周向地设置于所述壳体中，所述多个负载销中的每一个具有耦接到所述上部负载环的近端、和耦接到下部负载环的远端；以及所述下部负载环，所述下部负载环设置在所述壳体中，所述下部负载环具有耦接到多个负载销中的每一个负载销的远端的凸缘部分、和相对于凸缘部分正交地延伸的主体部分，其中所述主体部分接触设置在膜中的环形套筒；其中致动器的致动被配置为向上部负载环的一部分、多个负载销中的一个或多个、下部负载环、环形套筒和膜的外边缘区施加负载，从而改变施加在基板与抛光垫之间的压力。

附图说明