三區(qū)域承載頭和柔性膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polishing ;CMP)的承載頭(carrier head)。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路通常借助導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層或絕緣層的依序沉積而形成于基板，特別是硅晶片上。一種制造步驟包括將填料層沉積于非平面表面上并將所述填料層平坦化。對(duì)于某些應(yīng)用，所述填料層被平坦化直到圖案化層(patterned layer)的頂表面暴露為止。舉例而言，可將導(dǎo)電填料層沉積于圖案化的絕緣層上以填充所述絕緣層中的溝槽(trenches)或孔洞(holes)。平坦化后，在所述絕緣層的凸起圖案之間保留的導(dǎo)電層部分形成過(guò)孔、接點(diǎn)(plugs)及接線(xiàn)(lines)，所述過(guò)孔、接點(diǎn)及接線(xiàn)在基板上的薄膜電路之間提供導(dǎo)電路徑。對(duì)于諸如氧化物拋光之類(lèi)的其他應(yīng)用而言，所述填料層被平坦化直到預(yù)定厚度留存于所述非平面表面上為止。另外，基板表面的平坦化通常是光刻法(photolithography)所要求的。
[0003]化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種可接受的平坦化方法。所述平坦化方法通常要求將基板安裝于承載頭上。通常將基板的暴露表面靠在轉(zhuǎn)動(dòng)式拋光墊(rotating polishingpad)上放置。承載頭提供可控負(fù)載于基板上以將基板推靠至拋光墊上。拋光液(polishingliquid)，諸如具有研磨劑顆粒(abrasive particles)的楽料，通常供應(yīng)至拋光墊的表面。對(duì)于基板上金屬層的拋光，例如銅層，所述漿料可為酸性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]150mm(亦稱(chēng)為“6英寸”)直徑基板的技術(shù)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)展。這產(chǎn)生了提升化學(xué)機(jī)械拋光工藝能力的需求，以符合對(duì)晶片內(nèi)(within wafer)及晶片間(wafer-to_wafer)均勾度的日益嚴(yán)格的要求。雖然多區(qū)域承載頭已用于較大的基板上，例如200mm及300mm直徑基板，但是用于150mm直徑基板的較小尺寸的承載頭可能構(gòu)成形狀因素的困難。
[0005]—方面，用于化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)(chemical mechanical polisher)的承載頭的柔性膜(flexible membrane)包括主要部分、環(huán)形外圍部分及剛好三個(gè)環(huán)形擋板(flaps)，在將所述柔性膜固定至承載頭時(shí)，所述三個(gè)環(huán)形擋板用以將所述主要部分上方的容積(volume)分割為多個(gè)腔室。所述主要部分具有用以提供基板安裝表面的下表面，且所述基板安裝表面具有半徑R。所述環(huán)形外圍部分從所述主要部分的外圍邊緣向上延伸，且所述環(huán)形外圍部分具有下邊緣及上邊緣，所述下邊緣連接至所述主要部分。所述三個(gè)環(huán)形擋板包括第一環(huán)形擋板、第二環(huán)形擋板及第三環(huán)形擋板，所述第一環(huán)形擋板在R的75%與R的95%之間的徑向位置處連結(jié)至所述主要部分的內(nèi)圍表面，所述第二環(huán)形擋板在所述下邊緣與所述上邊緣之間的位置連結(jié)至所述環(huán)形外圍部分，所述第二環(huán)形擋板從所述外圍環(huán)形部分向內(nèi)延伸，所述第三環(huán)形擋板連結(jié)至所述環(huán)形外圍部分的上邊緣，所述第三環(huán)形擋板從所述外圍環(huán)形部分向內(nèi)延伸。
[0006]另一方面，化學(xué)機(jī)械拋光頭包括底座組件、固定至所述底座組件的保持環(huán)(retaining ring)及如上所述固定至所述底座組件的柔性膜。
[0007]任一方面的實(shí)施可包括一個(gè)或更多個(gè)下述特征。基板安裝表面可具有約75mm的半徑。第一環(huán)形擋板可在距離主要部分的外圍邊緣約1mm處連結(jié)至主要部分。第一環(huán)形擋板可在R的85%與R的90%之間的徑向位置處連結(jié)至主要部分。第一環(huán)形擋板可包括水平延伸區(qū)段(horizontally extending sect1n)及垂直延伸區(qū)段(vertically extendingsect1n)，所述垂直延伸區(qū)段將所述橫向延伸區(qū)段連接至所述主要部分。凹口(notch)可形成于所述水平延伸區(qū)段與所述垂直延伸區(qū)段之間的接合部(junct1n)。所述水平延伸區(qū)段可具有小于所述垂直延伸區(qū)段的厚度。各個(gè)所述擋板可具有小于所述主要部分的厚度的厚度。所述環(huán)形外圍部分可包括主體，所述主體具有大于所述主要部分的厚度的厚度。凹口可形成于所述環(huán)形外圍部分的所述主體的內(nèi)部表面內(nèi)且形成于所述主要部分與所述主體的接合部。所述主體的外圍表面可具有介于所述主體的上邊緣與下邊緣之間的凹槽(recess)。介于凹槽與下邊緣之間的主體的外圍表面可為單一垂直表面(single verticalsurface) ο介于凹槽與上邊緣之間的主體的外圍表面可為單一垂直表面。介于凹槽與下邊緣之間的主體的外圍表面可橫向?qū)?zhǔn)(laterally aligned with)介于凹槽與上邊緣之間的主體的外圍表面。
[0008]實(shí)施可包括一個(gè)或更多個(gè)下述優(yōu)點(diǎn)。可提升晶片內(nèi)及晶片間的均勻度，且所述提升可延伸至150_直徑的基板。
[0009]一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施的細(xì)節(jié)在附圖及以下描述中闡述。其他方面、特征及優(yōu)點(diǎn)將顯見(jiàn)于說(shuō)明書(shū)和附圖、并顯見(jiàn)于權(quán)利要求書(shū)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為用于化學(xué)機(jī)械拋光裝置的承載頭的剖面示意圖。
[0011]圖2為圖1的承載頭的右手邊的放大圖。
[0012]圖3為來(lái)自圖1的承載頭的膜的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在拋光操作時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)基板可被化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)裝置拋光，所述化學(xué)機(jī)械拋光裝置包括承載頭100?；瘜W(xué)機(jī)械拋光裝置的描述可在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，738，574中找到。
[0014]參考圖1及圖2，典型的承載頭100包括殼體102、底座組件130、殼體102與底座組件130之間的可加壓腔室104、柔性膜120、膜120與底座組件130之間的多個(gè)可加壓腔室122及保持環(huán)110，所述底座組件130可相對(duì)于殼體102垂直移動(dòng)，所述可加壓腔室104控制垂直位置或控制底座組件130上的向下壓力，所述柔性膜固定至具有底表面的底座組件130，所述底表面為基板提供安裝表面，所述保持環(huán)110固定在底座組件130的邊緣附近以將基板保持于膜120底下。殼體102可固定至驅(qū)動(dòng)軸，且所述驅(qū)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)和/或轉(zhuǎn)移(translate)承載頭經(jīng)過(guò)拋光墊。
[0015]保持環(huán)110可為大致環(huán)形的圈環(huán)，所述保持環(huán)固定在底座組件130的外圍邊緣處，例如由螺釘或螺栓固定，所述螺釘或螺栓延伸穿過(guò)底座組件120中的對(duì)準(zhǔn)通道(alignedpassages)進(jìn)入保持環(huán)110的上表面。保持環(huán)110的內(nèi)圍表面連同柔性膜120的下表面限定基板接收凹槽。保持環(huán)110防止基板脫離基板接收凹槽。保持環(huán)110可包括下部分112及上部分114，上部分114比下部分112更堅(jiān)硬。下部分112可為諸如聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)之類(lèi)的塑料。下部分112實(shí)質(zhì)上可為純塑料(由塑料構(gòu)成)，例如無(wú)非塑料填料。上部分114可為金屬，例如不銹鋼。
[0016]壓力控制器可通過(guò)底座組件130和/或殼體102中的通道流體地連接至腔室104以控制腔室104中的壓力，也因此控制底座組件130的位置和/或施加于底座組件130的向下壓力，也因此控制保持環(huán)110。相似地，壓力控制器可通過(guò)底座組件130和/或殼體102中的通道108流體地連接至腔室122以控制腔室122中的壓力，也因此控制柔性膜120施加于基板的向下壓力。
[0017]在一個(gè)替代方案中，底座組件120及殼體102可結(jié)合成單一部件(不具有腔室122且底座組件120相對(duì)于殼體102無(wú)法垂直移動(dòng))。在一些所述實(shí)施中，可升高和降低驅(qū)動(dòng)軸120以控制保持環(huán)110施加于拋光墊上的壓力。在另一個(gè)替代方案中，保持環(huán)110可相對(duì)于底座組件120移動(dòng)，且承載頭100可包括內(nèi)部腔室，可對(duì)所述內(nèi)部腔室加壓以控制施加于保持環(huán)的向下壓力，例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，699，688中所述，通過(guò)引用將美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，699，688中所述內(nèi)容并入。
[0018]柔性膜120可為娃膜(silicone membrane)。所述柔性膜可包括多個(gè)擋板124，所述多個(gè)擋板將柔性膜120與底座組件104之間的容積分割為可獨(dú)立控制的腔室?？蓪醢?24的尾端附接至底座組件130，例如夾在底座組件130上。
[0019]可將環(huán)形外部環(huán)126插入凹槽中，所述凹槽位于柔性膜120的外部周?chē)糠值耐鈬砻鎯?nèi)。環(huán)形內(nèi)部環(huán)128可鄰接柔性膜120的外部周?chē)糠值膬?nèi)圍表面。外部環(huán)126及內(nèi)部環(huán)128增加柔性膜120的周?chē)糠值膱?jiān)硬度。此舉可允許將所述多個(gè)腔室的上腔室中的壓力通過(guò)所述周?chē)糠謧鬏斨了龌濉?br>[0020]可將各個(gè)擋板的尾端夾在夾板132之間。各種夾板實(shí)質(zhì)上可為純塑料、復(fù)合塑料或金屬，所述純塑料例如聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)，所述復(fù)合塑料例如玻璃填充的(glass-filled)PPS或玻璃填充的PEEK，所述金屬例如不銹鋼或鋁。
[0021]環(huán)架機(jī)構(gòu)136 (所述環(huán)架機(jī)構(gòu)136可被認(rèn)為是底座組件130的一部分)允許底座組件130相對(duì)于殼體102垂直滑動(dòng)，同時(shí)限制底座組件130的橫向移動(dòng)。外罩138，例如由基于聚乙稀對(duì)苯二甲醋(PET-P ；polyethyIeneterephthalate)的半晶態(tài)熱塑性聚醋(sem1-crystalline thermoplastic polyester)制成，例如聚醋 ?(Ertalyte?)可被覆蓋于底座組件130的外側(cè)以防止來(lái)自漿料的污染到達(dá)承載頭100的內(nèi)部。
[0022]環(huán)架機(jī)構(gòu)136、各種夾板132及外罩152可被認(rèn)為一起提供底座組件130。
[0023]參考圖2及圖3，在一些實(shí)施中膜包括剛好三個(gè)擋板，所述三個(gè)擋板包括內(nèi)圍擋板124a、中間擋板124b及外圍擋板124c，所述擋板限定三個(gè)腔室122a、122b及122c。第一腔室122a是大致圓形的腔室，所述第一腔室位于最內(nèi)圍擋板124b中。第二腔室122b是環(huán)形腔室，所述第二腔室圍繞第一腔室122a，且所述第二腔室是由最內(nèi)圍擋板124a與中間擋板124b之間的容積所限定。第三腔室122c可設(shè)置于第二腔室122b上方，且所述第三腔室是由中間擋板1