[发明专利]用于CMP垫修整的增强式末端执行臂装置

说明书

有关申请的交叉引用

本申请要求于2005年7月9日提交的第60/697,893号美国临时申请的权益。

技术领域

本发明涉及用于化学机械平坦化(CMP)系统的修整设备(conditioningapparatus)，且尤其涉及一种改进的末端执行臂(end effector arm)结构以提供此末端执行臂相对于抛光垫表面的良好受控的、可靠并且有效的运动和操作。

背景技术

在化学机械平坦化(CMP)领域中，采用一种被称为“垫修整(padconditioning)”或“垫整修(pad dressing)”的制程来修复抛光垫的表面，并通过从垫移去微粒和用尽的抛光浆来消除表面平滑现象(surface glazing)。垫修整还通过选择性地去除垫材料来再次使抛光垫平坦化，以便使新曝露的垫表面变粗糙。垫修整可“离位(ex-situ)”(即，在晶圆抛光周期之间修整抛光垫)执行，或“原位”(即，与晶圆抛光同时，或在一个晶圆抛光周期内)执行。在典型的现有技术“原位”垫修整制程中，固定的研磨修整盘(abrasive conditioning disk)扫过垫表面以去除少量的垫材料和堆积的碎片，从而在垫表面上形成新的粗糙表面以允许抛光浆自由流动。然后，所去除的垫材料和碎片结合所使用的抛光浆，被被动地从垫中带走。

在最典型的原位修整装置中，研磨修整盘被保持在可转动的臂(被称作“末端执行臂”或“修整臂”)内，该转动臂将此盘扫过当前未使用的部分抛光盘。在2006年5月30日授予S.J.Benner的第7,052,371号美国专利中详细描述了一种特殊的装置，上述美国专利被转让给本申请的受让人，并通过引用合并于此。图1和2图示说明了由Benner所传授的示范性修整装置，其中图1以顶视图来说明上述装置，图2以侧视图来说明。如所示，修整设备10(以下被称为“修整器头10”)安装于机动化的末端执行臂12上，以便允许修整器头10来回地扫过抛光垫14的表面(在图1中用弧AB来说明)。安装在修整器头10下部的研磨修整盘22随着头10扫过抛光垫14而移去凝聚的碎片。末端执行臂12配置成将预定的向下的力(指示为“F”，并显示在图2中)和旋转运动(指示为“R”，并显示在图2中)传递给修整盘，其中在这个具体的实施例中使用电机17来使末端执行臂12围绕固定轴18沿弧AB(或经由任意其它适当的平移运动)枢轴旋转，而且还向修整盘提供旋转运动R和向下的力F。这个特定的装置被认为是仅作示例性的，因为还有使用例如固定式研磨结构(取代转动的修整盘)或使用可覆盖全部垫半径从而无需“扫”过垫来提供修整效果的研磨结构的其他系统。

在上面所引用的Benner装置中，带孔的修整盘22被用来使抛光垫消除表面平滑现象，并通过应用真空力的拉作用以经由且沿着在修整盘22上形成的孔抽空所移除的碎片。如图1和2所示，真空作用力向上拉伸碎片，并且经由通道25从抛光垫14中抽空碎片。借助于机械装置或放置于修整盘22和修整器头10之间的磁性安装装置，带孔的修整盘22自身被附装于修整器头10。对于修整过程的正确操作来说重要的是把带孔的修整盘正确地对准于修整器头内的其它构件。在操作过程中，垫与去除部件之间的对准同样使得从抛光垫表面中高效地抽空碎片。正确的对准对于抛光垫的合成平面度也是重要的，这是改进晶圆的抛光均匀性和减少缺陷的主要因素。

在高产量的工业应用中，一直需要改进CMP设备和工艺，这是因为半导体晶圆的研磨在集成电路的加工过程中被反复地使用，在每次研磨操作期间以及之前要花费大量的成本和劳力。与研磨有关的任何质量问题可导致损失多个“管芯”或芯片，因为需要抛弃直至整个晶圆，这确实是一件令人不快的事情。当关于修整和抛光的质量问题需要被解决时，不能忽视效率和费用的相关争议，其中“质量”和“费用”通常是令人紧张关注的领域。