阅读说明：本技术 化学机械平坦化系统以及垫修整轮 (Chemical mechanical planarization systems and pad freeing wheel ) 是由 黄君席 于 2019-04-18 设计创作，主要内容包括：本公开描述一种化学机械平坦化系统以及垫修整轮,其中,化学机械平坦化系统包括在旋转平台上的垫、配置为将晶圆表面保持在垫上并向晶圆施加压力的晶圆承载座、配置成在垫上分配研磨浆的研磨浆分配器、以及配置为对垫进行修整的修整轮。修整轮还包括底座和附接到底座的一或多个可挠结构,每个可挠结构具有弹性体,弹性体配置为在垫的特征上施加下压力,其中下压力与特征的高度成正比。(The disclosure describes a kind of chemical mechanical planarization systems and pad freeing wheel, wherein, chemical mechanical planarization systems include pad on the rotating platform, to be configured to for crystal column surface to be maintained at pad upper and apply stressed wafer carrying seat to wafer, be configured to distribute the slurry distributor of slurry on pad and be configured to the freeing wheel modified to pad.Freeing wheel further includes pedestal and one or more flexible structures for being attached to pedestal, and each flexible structure has elastomer, and elastomer is configured to pressure under applying in the feature of pad, wherein lower pressure is directly proportional to the height of feature.)

化学机械平坦化系统以及垫修整轮

技术领域

本公开涉及一种化学机械平坦化系统以及垫修整轮。

背景技术

研磨垫修整器通过确保化学机械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)工艺的一致性和稳定性来对研磨垫的表面“重新给予活力”(re-energize)并延长其寿命。新一代的研磨浆和研磨垫需要具有更高精度的垫修整器、修整设备和修整方法。

发明内容

在一些实施例中，化学机械平坦化系统包括在旋转平台上的垫、配置为将晶圆表面保持在垫上并向晶圆施加压力的晶圆承载座、配置成在垫上分配研磨浆的研磨浆分配器、以及配置为对垫进行修整的修整轮。修整轮还包括底座和附接到底座的一或多个可挠结构，每个可挠结构具有弹性体，弹性体配置为在垫的特征上施加下压力，其中下压力与特征的高度成正比。

在一些实施例中，该弹性体包括钢弹簧、多孔聚合物、或弹性物。

在一些实施例中，该一或多个可挠结构更包括一固态底座及一钻石膜。

在一些实施例中，该一或多个可挠结构还包括一支撑框架，配置为预防该一或多个可挠结构弯曲。

在一些实施例中，该一或多个可挠结构部分地设置在该底座的一后侧表面。

在一些实施例中，该修整轮是配置为相较于施加到该垫的一较低特征的下压力施加一较大的下压力到该垫的一较高特征。

在一些实施例中，垫修整轮包括旋转底座以及附接到旋转底座的一或多个可挠结构，其中一或多个可挠结构的每一者包括：弹性体，配置为施加下压力到垫上具有不同高度的表面特征、位于弹性体上的固态底座、位于固态底座上的钻石膜，配置为响应于弹性体施加的下压力而接触垫、以及支撑框架，配置为预防一或多个可挠结构弯曲。

在一些实施例中，该弹性体包括钢弹簧、多孔聚合物、或弹性物。

在一些实施例中，该弹性体具有介于约0.1mm至约30mm之间的高度以及介于约0.1mm至约100mm之间的直径。

在一些实施例中，该固态底座具有介于约0.1mm至约30mm之间的高度以及介于约0.1mm至约100mm之间的直径。

在一些实施例中，该钻石膜具有介于约1μm至约1000μm之间的厚度。

在一些实施例中，该固态底座包括塑胶、钢、或金属。

在一些实施例中，该支撑框架围绕该弹性体至少一部分的侧壁。

在一些实施例中，垫修整轮包括旋转底座以及附接到旋转底座的一或多个弹性结构，其中一或多个弹性结构的每一者包括：弹性体，配置为施加第一下压力到垫的第一特征上，以及施加第二下压力到垫的一第二特征上，其中第一下压力与第二下压力不同、位于弹性体上的固态底座、以及位于固态底座上的钻石膜。

在一些实施例中，该垫修整轮还包括：一支撑框架，包围该一或多个可挠结构的侧壁的一部分，配置为预防该一或多个可挠结构弯曲。

在一些实施例中，该支撑框架具有介于约0.1mm至约60mm之间的高度。

在一些实施例中，该旋转底座围绕该弹性体的至少一部分。

在一些实施例中，该弹性体具有约0.1mm至约30mm之间的高度。

在一些实施例中，该弹性体具有约0.1mm至约100mm之间的直径。

在一些实施例中，该第一特征与该第二特征的高度差小于约1mm。

附图说明

以下将配合说明书附图详述本公开的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，多种特征并未按照比例示出且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。

图1是根据一些实施例的研磨工具的剖面图。

图2是根据一些实施例的研磨垫的剖面图。

图3是根据一些实施例的具有可挠结构的示例性垫修整轮的剖面图。

图4A～图4D是根据一些实施例的具有不同可挠结构布置方式的修整轮的后侧表面的平面图。

图5是根据一些实施例的示例性修整轮的剖面图，其中可挠结构部分地设置在修整轮的底座中。

图6是根据一些实施例的示例性修整轮的剖面图，其中可挠结构部分地设置在修整轮的底座中。

图7是根据一些实施例的具有可挠结构的示例性修整轮的剖面图，其特征为具有支撑框架。

图8是根据一些实施例的具有支撑框架的示例性可挠结构的等角视图。

图9是根据一些实施例的具有可挠结构的示例性修整轮的剖面图，其特征为具有支撑框架。

图10是根据一些实施例的在修整工艺期间在研磨垫上具有可挠结构的示例性修整轮的剖面图。

图11是根据一些实施例的用修整轮来修整研磨垫的方法的流程图，其中修整轮上具有一或多个可挠结构。

附图标记说明：

100 化学机械平坦化研磨器(研磨器)

102 研磨垫(垫)

104 平台

106 晶圆承载座

108 修整轮

110 研磨浆供应器

112 晶圆

114 研磨浆

200 垫区

202 顶表面

204 底表面

300、500、600、700、900 修整轮

302、502、602 底座

304 弹性体

306 固态底座

308 钻石膜

310、720 可挠结构

710 支撑框架

710_H、730、H、H1、H2、2H 高度

1100 方法

1110、1120、1130、1140 操作

P 压力

S 间距

具体实施方式

应理解的是，以下公开许多不同的实施方法或是范例来实行所提供的标的的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本公开。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本公开的范围。举例来说，在说明书中提到第一特征部件形成于第二特征部件之上，其包括第一特征部件与第二特征部件是直接接触的实施例，另外也包括于第一特征部件与第二特征部件之间另外有其他特征的实施例，亦即，第一特征部件与第二特征部件并非直接接触。

此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在……下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。

本文所使用的用词“名义上”是指在产品或工艺的设计阶段期间所设定的组件或工艺操作的特征或参数的期望值或目标值、以及高于及/或低于期望值的数值。上述数值的范围通常是由于生产工艺或公差的微小变化而造成。

本文所用的用词“实质上”代表给定数量的值的±5％范围内的数值。

本文所用的用词“约”表示可以基于与目标半导体装置相关的特定技术节点而变化的特定数量的值。基于特定技术节点，用词“约”可以表示在给定数量的值，其在如数值的10％～30％内变化(如数值的±10％、±20％或±30％)。

本文中的用词“垂直”代表名义上垂直于基板的表面。

化学机械平坦化(Chemical mechanical planarization，CMP)是整体的晶圆表面平坦化技术，其在具有研磨浆的情况下通过晶圆和研磨垫之间的相对运动并同时向晶圆施加压力(下压力)来平坦化晶圆表面。化学机械平坦化工具被称为“研磨器”。在研磨器中，晶圆面朝下位于晶圆载体或晶圆承载座上，并保持抵靠着研磨垫，而研磨垫位于称为“平台(platen)”的平坦表面上。在研磨工艺中，研磨器可以使用旋转或轨道运动。化学机械平坦化通过去除晶圆表面上相对于凹陷特征突起的特征(特征部件)以使晶圆平坦。研磨浆和研磨垫因不断使用和更换而被称为“消耗品”。因此，研磨浆和研磨垫是关键的部件，并且需要连续监测它们的状况。

研磨浆是在化学机械平坦化工艺期间用于从晶圆表面去除特定材料的细磨料颗粒和化学品的混合物。对于实现晶圆到晶圆(wafer to wafer，WtW)和批次(lot to lot，LtL)研磨的可重复性(例如整个晶圆和整个晶粒等的一致的研磨速率、研磨均匀性)来说，精确混合研磨浆与一致地混合每批研磨浆是关键的。研磨浆的品质是重要的，从而可避免在化学机械平坦化工艺期间在晶圆表面上出现刮痕。

研磨垫附接到平台的顶表面。由于聚氨酯(polyurethane)的机械特性和孔隙率，垫可以由例如聚氨酯制成。此外，上述研磨垫的特征为可以具有小孔，以帮助沿着晶圆的表面输送研磨浆并促进均匀的研磨。上述垫还将反应的产物从晶圆表面去除。当垫对更多晶圆进行研磨时，垫的表面变得平坦和光滑，导致称为“镜面化(glazing)”的状态。镜面化的垫无法保持研磨研磨浆，且会明显降低研磨速率。

研磨垫需要定期进行修整以延迟镜面化所造成的影响。进行修整的目的是延长垫的使用寿命，并使垫在其使用期间的研磨性能一致。垫可以通过机械磨蚀(mechanicalabrasion)或去离子(deionized，DI)水喷雾来修整，上述喷雾可以搅拌(启动)垫的表面并增加其粗糙度。启动垫表面的另一种方法是使用修整轮(盘)，上述修整轮具有在其旋转时与垫接触的钻石底表面。修整工艺不可避免地会去除垫表面的材料，而这是会影响垫寿命的重要因素。可原位(in-situ)(内部)或非原位(ex-situ)(外部)对化学机械平坦化工具进行修整。在原位修整中，修整工艺是实时进行的，其中将垫修整轮或盘施加到垫的一部分，而在垫的另一部分上研磨晶圆。在垫的非原位修整中，在研磨期间不进行修整，而仅在研磨预定数量的晶圆之后才进行修整。最终必须更换研磨垫。举例来说，在更换研磨垫之前可以处理三千个或以上的晶圆。

然而，对垫进行修整具有其挑战性，并且它并非简单直接的工艺。举例来说，当在垫的使用寿命期间对垫进行修整时，由于固有的机械限制(例如轮或盘的尺寸)，垫的表面会变得越来越不均匀(特别是在垫的边缘处)。此外，当研磨越来越多的晶圆时，垫的表面会变得不均匀。因此，在修整期间，如果轮对不平坦表面的所有特征(特征部件)施加相同的下压力，则垫的表面均匀性将不会随时间改善。举例来说，当在修整工艺中从垫的表面去除垫材料时，垫表面的不均匀特征(例如表面轮廓)将通过垫传播。随着时间过去，垫的表面的轮廓不均匀状况也可能逐渐变的更差。因此，当重复对垫进行修整时，垫的研磨能力(去除速率)会在使用寿命期间劣化。换句话说，垫的寿命和性能会受到影响，这反过来又增加了化学机械平坦化的成本和造成良率的损失。

本公开涉及一种修整轮，其具有附接到其底表面的补强(retrofitted)可挠结构。在一些实施例中，可挠结构为垫的表面上的不平坦特征提供不同的下压力“路径”。因此，可在研磨垫的整个寿命期间维持垫的表面平坦度。换句话说，可以延长垫的寿命。在一些实施例中，可以直接附接在修整轮的底座下方的可挠结构包括“弹性体(elastic body)”，例如钢弹簧、多孔体(poromeric)或弹性物(elastomer)。在其他实施例中，除了修整轮下方的弹性体之外，还采用支撑框架来防止修整轮的工作表面(例如与垫接触的钻石膜)歪斜。根据一些实施例，弹性体可以部分地位于修整轮的底座内。

图1是根据一些实施例的示例性化学机械平坦化研磨器100(其后称为“研磨器100”)的组件的等角视图。研磨器100包括研磨垫102(此后称为“垫102”)，其装载在旋转的平台(例如旋转桌台)104上。研磨器100还包括旋转的晶圆承载座106、旋转的修整轮(或“盘”)108和研磨浆供应器110。为了说明，图1包括研磨器100的选定部分，并且可包括其他部分(未示出)，例如化学输送管线、排放管线、控制单元、传送模块、泵等。待研磨的晶圆112面朝下安装在晶圆承载座106的底部，使得晶圆的顶面接触垫102的顶面。晶圆承载座106旋转晶圆112并在其上施加压力(例如下压力)，使得晶圆112被推向旋转垫102。包括化学品和磨料颗粒的研磨浆114被分配在垫的表面上。研磨浆114、晶圆112和垫102之间的化学反应和机械磨损可造成从晶圆112的顶表面去除材料。同时，修整轮108会搅动垫102的顶面以恢复垫102的粗糙度。然而，这并非限制性的，并且在研磨晶圆112并将晶圆112从研磨器100去除之后，修整轮108可以开始对垫102进行修整。

在一些实施例中，平台104、晶圆承载座106和修整轮108以相同的方向(例如顺时针或逆时针)旋转，但具有不同的角速度(例如旋转速度)。同时，晶圆承载座106可以在垫102的中心和边缘之间摆动。另一方面，修整轮108也可以在垫102的中心和边缘之间或沿着不同的路径摆动。然而，上述各种旋转部件(例如修整轮108和晶圆承载座106)的相对运动不限于此。

在一些实施例中，垫102的物理和机械性质(例如粗糙度、材料选择、孔隙率、刚性等)取决于要从晶圆112去除的材料。举例来说，铜研磨(copper polishing)、铜阻挡研磨(copper barrier polishing)、钨研磨(tungsten polishing)、浅沟槽隔离研磨(shallowtrench isolation polishing)、氧化物研磨(oxide polishing)或缓冲研磨(buffpolishing)需要具有不同材料、孔隙率和刚性的垫。研磨器(如研磨器100)中使用的垫需要具有一定的刚性，以便均匀地研磨晶圆表面。垫(如垫102)可为软材料和硬材料的堆叠，其在某种程度上可以顺应晶圆112的局部形貌。举例来说，垫102可包括孔径在约1μm至约500μm之间的多孔聚合物材料，但并不限于此。

根据一些实施例，图2是示例性的垫102的修整过的垫区200的剖面图(也在图1中示出)。修整轮108对垫的顶表面202的所有特征施加相同的下压力的连续修整动作可形成修整过的垫区200。因此，修整过的垫区200的顶表面202随着时间过去已发展成在整个垫区200中具有局部不同高度H1和H2的特征的表面型貌(topography)(如局部的非均匀性)，其中H2高于H1(如H2>H1)。在一些实施例中，垫的顶表面202上的高(如H2)和低(如H1)特征之间的高度差可以高达1mm(如H2-H1≤1mm)。每个特征的高度是从垫的底表面204量到垫的顶表面202上的特征的最高点，如图2所示。如果上述修整轮继续处理垫区200，则垫区200的表面型貌将变得更加明显。举例来说，分别具有高度H1和H2的特征之间的高度差将增加，并且垫区200的均匀性将进一步恶化。因为此工艺，垫102将失去其研磨能力。

图3是根据一些实施例的示例性修整轮300的剖面图。修整轮300包括直径约为100mm的底座302。一或多个弹性体304附接到底座302。根据一些实施例，每个弹性体304的直径可以在约0.1mm至约100mm(如10mm)的范围内，并且其高度可以在约1mm至约30mm(如30mm)的范围内。举例来说但不限于此，每个弹性体304可包括钢弹簧、多孔体(例如基于聚氨酯或其他聚合物的多孔合成材料)、或弹性物(例如弹性聚合物)。根据一些实施例，每个弹性体304附接到底座302面向垫(如图1和图2中所示的垫102)的侧面(例如底侧或背侧)。

参考图3，固态底座306附接到每个弹性体304。固态底座306可以由金属合金、金属或塑胶所制成。举例来说，固态底座306可以由钢制成。此外，固态底座306的高度可以为约1mm至约30mm(如约30mm)，而直径可以为约0.1mm至约100mm(如约10mm)。在一些实施例中，固态底座306的直径与下面的弹性体304的直径相配。

修整轮300还包括设置在每个固态底座306上的钻石膜308。举例来说但不限于此，钻石膜308可以通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)形成，而其厚度为约0.1mm至约30mm(如30mm)。在一些实施例中，钻石膜308定义了修整轮300的“工作区域”。也就是修整轮300与垫接触并“启动”(修整)垫的顶表面的区域。因此，钻石膜308在修整工艺中始终与垫接触是重要的。根据一些实施例，钻石膜308可具有纳米晶(nanocrystalline)或微晶(microcrystalline)的微结构。举例来说但不限于此，钻石膜308中的钻石微晶或纳米晶的尺寸可在约1μm至约1000μm的范围内。

具有钻石膜308和固态底座306的每个弹性体304可形成可挠结构310。根据一些实施例，可挠结构310可以伴随垫的顶表面的轮廓。换句话说，在整个修整工艺中，钻石膜308的表面可以保持与垫102的每个特征的表面接触(如图1和图2所示)。

参考图3，相邻的可挠结构310之间的间距S可以在约1mm至小于约100mm的范围内，这取决于(i)底座302的直径、(ii)每个可挠结构310的直径、和(iii)附接到底座302的后侧表面或底表面的可挠结构310的数量。图4A至图4D是底座302的后侧表面的平面图，其示出可挠结构310在底座302的后侧表面上的示例性的布置方式。这些布置方式并非限制性的，并且可挠结构310亦可能在底座302的后侧表面上具有其他的布置方式。此外，可挠结构310可不限于具有相同的尺寸，并且它们可以具有不同的尺寸。可以通过垫102的所需修整速率和底座302的直径来驱动可挠结构310的数量。

在一些实施例中，并且参考图5，可挠结构310的弹性体340的至少一部分侧壁可被修整轮500中的底座502的后侧表面围绕。在另一个实施例中，并且参考图6，可挠结构310的每个弹性体304的整个侧壁可被修整轮600中的底座602的后侧表面围绕。因此，可挠结构310的弹性体304可埋设到修整轮底座的后侧表面中的深度可介于大约0mm(如当附接在底座302的后侧表面的顶部上时，如图3所示)到大约30mm(如当部分地或完全地设置在底座502和602的后侧表面中时，分别如图5和图6所示)。

在一些实施例中，例如参考图7和修整轮700，每个可挠结构720可包括围绕着弹性体304的侧壁表面的支撑框架710。支撑框架710防止可挠结构720在修整工艺中弯曲。举例来说，因为底座302的旋转和施加到可挠结构720的下压力，一些可挠结构720在垫的表面的特征上行进时可能会容易弯曲。因此，钻石膜308可能会接触不到垫表面上的特征。这将影响垫的表面型貌。举例来说，它会加剧局部的不均匀性。

举例来说但不限于此，根据一些实施例，图8是图7的等角视图，其示出在底座302的后侧表面上(例如在面向垫的顶表面的表面上)的可挠结构720和围绕弹性体304的支撑框架710。然而，图7和图8中描绘的支撑框架710仅为范例，且并不限于此。举例来说，在一些实施例中，如图9所示，在修整轮900中，支撑框架710围绕弹性体304和固态底座306的一部分。换句话说，支撑框架710的高度710_H可以小于弹性体304加上固态底座306的高度730(如710_H<730)。这对于当需要限制可挠结构310的运动范围时(如当垫的表面很硬或者为了要防止可挠结构发生剪切(shearing)时)是有利的。

根据一些实施例，图10描述了可挠结构310在修整工艺中抑制(suppressing)垫表面上的局部表面型貌的操作。举例来说但不限于此，当未施加压力到底座302时，弹性体304的高度可为3H。当均匀地将压力P施加到底座302时，弹性体304会变形(如压缩)，而每个可挠结构310会受压而抵靠垫102的第一和第二特征，上述第一和第二特征分别具有高度H1和H2，其中H2大于H1(如H1<H2)。根据一些实施例，与在较低特征处相比(如具有高度H1)，弹性体304在较高特征处(如具有高度H2)上会被压下较多，如图10中所示。举例来说，在具有高度H1的第一特征上(如垫102的平坦表面)，弹性体304的高度将减少(如从3H减少到2H)，并且在具有高度H2的第二特征上将从3H减少到H。换句话说，与垫102上较矮的特征相比，弹性体304在垫102上较高的特征处会被压缩更多。此外，假设弹性体304的弹性系数是“k”，由可挠结构310施加到具有不同高度(分别为H1和H2)的第一和第二特征的下压力将由于弹性体正在经受的不同压缩量而有所不同。举例来说，施加于高度为H1的第一特征的下压力F1将为：

F1＝k·(3H–2H)或F1＝k·H

并且施加到高度为H2的第二特征的下压力F2将为：

F2＝k·(3H–H)或F2＝k·2H

换句话说，施加到具有高度H2的第二特征的下压力F2将大于施加到具有高度H1的第一特征的下压力F1(如F1<F2)。在此特定示例中，施加于具有高度H2的特征的下压力F2是施加于具有高度H1的特征的下压力F1的两倍。因此，即使施加到底座302的压力P对于所有可挠结构310是相同的，通过各个对应的可挠结构所施加到垫上每个特征的下压力F是取决于可挠结构的压缩量，而此压缩量又与可挠结构下方的特征的高度成正比。在一些实施例中，由可挠结构310施加到特征的下压力会随着特征的高度增加而增加，且随着特征的高度减少而减少。因此，与垫102上的较矮特征或平面表面相比，较高的特征会被进一步地处理。

在一些实施例中，可挠结构310是随着时间需要与示例性修整轮或盘300一起更换的消耗品。在一些实施例中，在研磨器中研磨一千个至六千个晶圆之后，需要更换具有可挠结构的修整轮。

图11是根据一些实施例的使用修整轮来修整研磨器中的垫的示例性的方法1100，其中修整轮上具有至少一个可挠结构。本公开不限于此操作描述。应了解可执行额外的操作。此外，并非本公开所提供的所有操作都需要被执行。再者，可以同时执行一些操作，或者以与图11中所示的顺序不同的顺序执行。在一些实施例中，除了本文所描述的操作之外或用以取代本文所描述的操作，可执行一或多道额外的操作。为了说明，方法1100是参考图1至图9的实施例所描述。然而，方法1100并不限于这些实施例。

示例性的方法1100是从操作1110开始，其中将晶圆传递到研磨器中。参考图1，举例来说，可将晶圆112传递到研磨器100中并放置在晶圆承载座106下面，使得晶圆的待研磨侧面面朝研磨垫102。换句话说，晶圆112的顶表面定位或抵靠垫102的顶表面。晶圆112例如在机械臂的帮助下从传递模块传递到研磨器100中，为了简洁，在图1中未示出传递模块。

参考图11，示例性的方法1100继续到操作1120。在操作1120中对晶圆112进行研磨。参考图1，研磨操作包括在垫102上通过研磨浆供应器110分配研磨浆114、以及随后旋转晶圆承载座106和垫102(例如通过平台104)。在一些实施例中，晶圆承载座106和垫102沿相同方向旋转，然而，它们各自的转速或角速度是不同的。在操作1120期间，晶圆承载座106在垫的半径方向上从垫102的中心摆动到垫102的边缘。

在操作1130中，当晶圆112被研磨后则会从研磨器100中被去除。举例来说但不限于此，晶圆112可以被转移到另一个模块以进行清洗、进一步的研磨及/或处理。

在操作1140中，使用其上具有至少一个可挠结构的修整轮以在图1的垫102上进行修整工艺。在一些实施例中，此修整轮类似于图3中所示的修整轮300。修整轮300包括至少一个附接在底座302面向顶面的表面上(如背侧表面)的可挠结构310。在一些实施例中，在修整工艺中，修整轮300和垫102以相同的方向旋转但具有不同的旋转速度。此外，除了旋转运动之外，修整轮300从垫102的中心向边缘在半径方向上摆动，或者于其他路径在垫102表面上摆动。

在一些实施例中，垫102包括实质上平坦的区域、与垫的实质上平坦的区域相比来说较高的特征、以及与实质上平坦的区域相比来说较低的特征。举例来说但不限于此，垫的顶表面上的两个特征之间的最大高度差不大于约1mm。举例来说，在图10中，具有高度H1的平坦区域和具有高度H2的较高特征之间的高度差约为1mm或更少。根据一些实施例，由于可挠结构310的弹性体的弯曲动作(如压缩)，施加到具有不同高度的特征的下压力是不同的。举例来说，与垫的平坦区域或较矮的特征相比，较高的特征从可挠结构310受到更大的下压力。因此，与垫102的较矮的特征、凹陷的特征或平坦区域相比，较高的特征被更积极地“处理”。

在一些实施例中，底座302的后侧上的可挠结构310的布置方式或数量是基于底座302的直径、可挠结构310的直径、以及相邻可挠结构310之间的期望间距S(如图3所示)。举例来说但不限于此，图4A至图4D是底座302的后侧表面的平面图，其示出在底座302的后侧表面上的可挠结构310的示例性布置方式。这些布置方式并非限制性的，并且可挠结构310在底座302的后侧表面上亦可具有其他布置方式。

如上所述，每个可挠结构310包括弹性体304、弹性体上方的固态底座306和固态底座上方的钻石膜308，如图3所示。根据一些实施例，弹性体304的高度在约0.1mm至约30mm(如30mm)之间，直径在约0.1mm至约100mm之间，并且可包括钢弹簧、多孔材料(例如基于聚氨酯的多孔合成材料或其他聚合物)或弹性物(例如弹性聚合物)。这些材料中的每一者可以具有不同的弹性系数，或者可被制造成具有特定的弹性系数。这些材料并非限制性的，并且可以使用其他材料来替代。在一些实施例中，固态底座306的高度在约0.1mm和约30mm之间，直径在约0.1mm和约30mm之间，并且可包括钢。或者，固态底座306可由塑胶材料、金属或金属合金所制成。在一些实施例中，固态底座306的直径与下方的弹性体304的直径相符。在一些实施例中，钻石膜308的厚度介于约0.1mm和约30mm之间(如30mm)。另外，钻石膜308接触垫并“启动”(修整)垫的顶表面。根据一些实施例，钻石膜308可具有纳米晶或微晶的微结构。例如，钻石膜308中的钻石微晶或纳米晶的尺寸可介于约1μm至约1000μm的范围内，这取决于需要被垫从晶圆表面去除的材料。

此外，可挠结构310可以在不同深度处附接到底座302的后侧表面。举例来说，在图3中，可挠结构310直接附接在修整轮300的底座302的后侧表面上，而在图5和图6中，可挠结构310分别被修整轮500的底座502及修整轮600的底座602部分地包围。在一些实施例中，并且根据图5，可挠结构310被定位成使得弹性体304的侧壁被修整轮500的底座502部分地包围。在一些实施例中，并且参考图6，可挠结构310被定位成使得弹性体304的侧壁被修整轮600的底座602完全包围。换句话说，相对于底座302的后侧的顶面，弹性体304所在处的深度可以介于0mm至约30mm的范围内。

在一些实施例中，可挠结构310包括如图7至图9所示的支撑框架710。此外，支撑框架710的高度710_H可矮于弹性体304和固态底座306加总的高度730。因此，支撑框架710的高度710_H可介于约0.1mm至约60mm的范围内。在一些实施例中，支撑框架710防止可挠结构310在修整工艺期间弯曲。举例来说，由于施加到可挠结构310的旋转力和下压力的组合，一些可挠结构310在垫的表面的较高特征上行进时可能会变得容易弯曲。因此，支撑框架710确保可挠结构310的每个钻石膜308在图11的操作1140的修整工艺期间始终接触垫的表面。

在一些实施例中，不依序执行操作1120和1140(操作1130介于两个操作之间)并且可以同时执行操作1120和1140。举例来说，可以同时进行研磨工艺和垫修整工艺。在一些实施例中，如本文所述的一些实施例中，使用具有可挠结构310的垫修整轮可延长处理过后的垫约30％的寿命。

此外，具有可挠结构的垫修整轮可用于修整用于各种化学机械平坦化工艺的垫，包括用于金属、介电质和其他材料的化学机械平坦化工艺。另外，具有可挠结构的垫修整轮可做为修整制造芯片不同区域中的化学机械平坦化工艺的垫，例如产线前端(front endof the line，FEOL)、产线中端(middle of the line，MOL)、和产线后端(back end of theline，BEOL)。此外，具有可挠结构的垫修整轮可用于修整任何技术领域中包括化学机械平坦化工艺的垫。

本公开涉及一种具有一或多个可挠结构的垫修整轮。上述一或多个可挠结构附接到垫修整轮面向垫的顶表面的表面。根据一些实施例，可挠结构包括弹性体，与垫的平坦区域和凹陷特征相比，上述弹性体对垫的较高特征施加额外的下压力。因此，可以在垫的整个寿命期间保持垫表面的平坦度，从而延长垫的使用寿命。在一些实施例中，垫的寿命可以延长最多30％。在一些实施例中，弹性体包括钢弹簧、多孔体或弹性体，其可直接附接在修整轮的底座下方。在其他实施例中，除了修整轮下方的弹性体之外，还采用支撑框架来防止修整轮工作表面的歪斜(如与垫接触的钻石膜)。根据一些实施例，弹性***于修整轮底座的后侧表面上或部分位于修整轮底座的后侧表面中。

在一些实施例中，化学机械平坦化系统包括在旋转平台上的垫、配置为将晶圆表面保持在垫上并向晶圆施加压力的晶圆承载座、配置成在垫上分配研磨浆的研磨浆分配器、以及配置为对垫进行修整的修整轮。修整轮还包括底座和附接到底座的一或多个可挠结构，每个可挠结构具有弹性体，弹性体配置为在垫的特征上施加下压力，其中下压力与特征的高度成正比。

在一些实施例中，垫修整轮包括旋转底座以及附接到旋转底座的一或多个可挠结构，其中一或多个可挠结构的每一者包括：弹性体，配置为施加下压力到垫上具有不同高度的表面特征、位于弹性体上的固态底座、位于固态底座上的钻石膜，配置为响应于弹性体施加的下压力而接触垫、以及支撑框架，配置为预防一或多个可挠结构弯曲。

在一些实施例中，垫修整轮包括旋转底座以及附接到旋转底座的一或多个弹性结构，其中一或多个弹性结构的每一者包括：弹性体，配置为施加第一下压力到垫的第一特征上，以及施加第二下压力到垫的一第二特征上，其中第一下压力与第二下压力不同、位于弹性体上的固态底座、以及位于固态底座上的钻石膜。

如本公开一些实施例所述的化学机械平坦化系统，弹性体包括钢弹簧、多孔聚合物、或弹性物。一或多个可挠结构还包括固态底座及钻石膜。一或多个可挠结构还包括支撑框架，配置为预防一或多个可挠结构弯曲。一或多个可挠结构部分地设置在底座的后侧表面。修整轮是配置为相较于施加到垫的较低特征的下压力施加一较大的下压力到垫的较高特征。

如本公开一些实施例所述的垫修整轮，弹性体包括钢弹簧、多孔聚合物、或弹性物。弹性体具有介于约0.1mm至约30mm之间的高度以及介于约0.1mm至约100mm之间的直径。固态底座具有介于约0.1mm至约30mm之间的高度以及介于约0.1mm至约100mm之间的直径。钻石膜具有介于约1μm至约1000μm之间的厚度。固态底座包括塑胶、钢、或金属。支撑框架围绕弹性体至少一部分的侧壁。

如本公开一些实施例所述的垫修整轮，还包括：支撑框架，围绕一或多个可挠结构的侧壁的一部分，配置为预防一或多个可挠结构弯曲。支撑框架具有介于约0.1mm至约60mm之间的高度。旋转底座包围弹性体的至少一部分。弹性体具有约0.1mm至约30mm之间的高度。弹性体具有约0.1mm至约100mm之间的直径。第一特征与第二特征的高度差小于约1mm。

应理解的是，本公开的实施方式(而非摘要)是用以解释权利要求。本公开的摘要可以阐述发明人所预期的本公开的一或多个实施例，而非所有可能的实施例，因此并非以任何方式限制本申请的保护范围。

上述内容概述许多实施例的特征，因此任何所属技术领域中技术人员，可更加理解本公开的各面向。任何所属技术领域中技术人员，可能无困难地以本公开为基础，设计或修改其他工艺及结构，以达到与本公开实施例相同的目的及/或得到相同的优点。任何所属技术领域中技术人员也应了解，在不脱离本公开的构思和范围内做不同改变、代替及修改，如此等效的创造并没有超出本公开的构思及范围。