本文所述的實(shí)施方式一般涉及用于化學(xué)機(jī)械拋光承載頭的夾環(huán)，其中所述夾環(huán)包括被配置以防止?jié){料顆粒對(duì)夾環(huán)粘附和結(jié)塊的外圓柱壁。

背景技術(shù)：

集成電路典型地通過(guò)導(dǎo)電層、半導(dǎo)電層，或絕緣層的順序沉積而形成在基板(諸如硅晶片)上。在沉積了每一層之后，所述層被蝕刻以產(chǎn)生電路特征。隨著一系列層被順序地沉積和蝕刻，基板的外表面或最高表面(即，基板的暴露表面)變得越來(lái)越非平面。所述非平面的外表面為集成電路制造商帶來(lái)了問(wèn)題。因此，需要周期性地平面化基板表面以提供平面。

化學(xué)機(jī)械拋光(chemicalmechanicalpolishing；cmp)是一種可接受的平面化方法。cmp典型地要求基板以離開(kāi)所暴露基板的裝置側(cè)表面的方式由承載頭所保持。承載頭將基板相抵于旋轉(zhuǎn)拋光墊定位。承載頭在基板上提供可控制的負(fù)載(即，壓力)以將基板相抵旋轉(zhuǎn)拋光墊推動(dòng)。另外，承載頭可旋轉(zhuǎn)以在基板與拋光表面之間提供附加的運(yùn)動(dòng)。

包括研磨劑和至少一種化學(xué)反應(yīng)劑的拋光液可被提供至拋光墊，以在研磨墊和基板之間的界面處提供研磨化學(xué)溶液。拋光液也可接觸和粘附于承載頭表面。隨著時(shí)間推移，拋光液之內(nèi)的研磨劑開(kāi)始在承載頭的表面上結(jié)塊。結(jié)塊的漿料顆?？赡軓某休d頭表面上脫落，并且在拋光基板時(shí)落在拋光墊上，如此可能導(dǎo)致基板刮傷。刮傷可能導(dǎo)致基板缺陷，這在拋光成品裝置時(shí)導(dǎo)致性能降低。此結(jié)塊的漿料顆粒對(duì)于在基板拋光之間無(wú)法有效清洗的承載頭的表面上尤其成問(wèn)題。

因此，需要改進(jìn)承載頭的組成以降低拋光液粘附于承載頭的可能性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明描述了用于具有疏水涂層的化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)承載頭的外部夾環(huán)，和具有所述外部夾環(huán)的承載頭。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種包括圓柱體的外部夾環(huán)，所述圓柱體具有外圓柱壁和內(nèi)圓柱壁。所安置的疏水涂層是在外圓柱壁上。

在另一實(shí)施方式中，提供一種包括薄圓柱帶的用于化學(xué)機(jī)械拋光承載頭的外部夾環(huán)，所述薄圓柱帶具有外圓柱壁和內(nèi)圓柱壁。疏水涂層被設(shè)置在外圓柱壁上。疏水涂層是由硅基涂層材料、聚四氟乙烯(ptfe或teflon)基涂層材料或含碳材料制成。

在又一實(shí)施方式中，提供一種承載頭，所述承載頭包括主體、保持環(huán)、柔性膜和外部夾環(huán)。主體具有安裝上表面和下表面。主體還具有從主體下表面延伸的安裝環(huán)。保持環(huán)被耦接至主體和限定柔性膜。柔性構(gòu)件具有被配置以接觸保持在承載頭中的基板的外側(cè)。外部夾環(huán)將柔性膜固定至安裝環(huán)。外部夾環(huán)具有外圓柱壁，所述外圓柱壁以定距離間隔關(guān)系的面向保持環(huán)。外圓柱壁涂有疏水涂層。

附圖說(shuō)明

并入且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示意地示出本發(fā)明且與上文給出的一般描述和下文給出的詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1示出用于拋光保持在承載頭中的基板的化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工具的部分側(cè)視截面圖；

圖2示出承載頭的一部分的放大截面圖，此圖示出外部夾環(huán)的一部分；和

圖3是外部夾環(huán)的截面圖。

為清楚起見(jiàn)，在可能的情況下，已使用相同的元件符號(hào)指定各附圖之間共用的相同元件。可以預(yù)期，在一個(gè)實(shí)施方式中公開(kāi)的元件可有利地用于其它實(shí)施方式，而無(wú)需特定敘述。

具體實(shí)施方式

本文描述了用于化學(xué)機(jī)械拋光承載頭的夾環(huán)，所述化學(xué)機(jī)械拋光承載頭被配置以大體上降低或防止?jié){料顆粒對(duì)夾環(huán)的粘附或結(jié)塊。對(duì)粘附于夾環(huán)的夾環(huán)的漿料顆粒的減少顯著地降低了漿料顆粒在夾環(huán)上結(jié)塊的可能性，其中結(jié)塊的顆?？赡苈湓趻伖鈮|上且成為基板刮傷的來(lái)源。因此，與傳統(tǒng)的夾環(huán)相比，本文所述的夾環(huán)極大地有助于基板缺陷降低。

圖1是示例性化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)系統(tǒng)100的部分截面圖，所述化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)100包括承載頭150，所述承載頭150利用外部夾環(huán)120的一個(gè)實(shí)施方式以便將柔性膜140固定至承載頭150。在cmp系統(tǒng)100的基板135的處理期間，柔性膜140被用于將保持在承載頭150中的基板135(以虛線(xiàn)示出)保持與拋光墊175的拋光表面180接觸。外部夾環(huán)120包括下文進(jìn)一步參看圖3所示的疏水涂層，所述疏水涂層顯著地降低了承載頭150之內(nèi)的漿料顆粒的粘附和結(jié)塊，由此顯著地降低了在cmp系統(tǒng)100上的拋光期間基板缺陷產(chǎn)生的可能性。

繼續(xù)參看圖1，cmp系統(tǒng)100通常包括臂部170，所述臂部170將承載頭150支撐在拋光墊175之上。在通過(guò)拋光液傳遞臂122向拋光墊175的拋光表面180提供拋光液的情況下，承載頭150和拋光墊175的至少一個(gè)或兩個(gè)被移動(dòng)以在保持在承載頭150中的基板135和拋光墊175之間賦予相對(duì)運(yùn)動(dòng)以處理基板135。在一些實(shí)施方式中，承載頭150和拋光墊175的至少一個(gè)或兩個(gè)被通過(guò)承載頭150旋轉(zhuǎn)，所述承載頭150在處理期間相抵拋光表面180按壓基板135。

在圖1中所示的實(shí)施方式中，承載頭150是通過(guò)軸108耦接至臂部170。諸如馬達(dá)、氣壓缸等等的致動(dòng)器102被耦接至軸108且可操作以在平行于拋光表面180的方向上相對(duì)于臂部170振動(dòng)承載頭150。承載頭150還包括諸如馬達(dá)、氣壓缸等等的致動(dòng)器104，以在相對(duì)于拋光墊175的方向上移動(dòng)承載頭150。例如，致動(dòng)器104可被用于在處理期間將保持于承載頭150中的基板135相抵拋光墊175的拋光表面180按壓。承載頭150還可被耦接至諸如馬達(dá)等等的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器106，所述旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器106可操作以旋轉(zhuǎn)承載頭150。因此，致動(dòng)器102、106可用于在處理期間移動(dòng)承載頭150以提供相對(duì)于拋光墊175的拋光表面180的基板135的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

承載頭150包括由保持環(huán)160限定的主體125。保持環(huán)160限定保持在承載頭150中的基板135，以便基板135在拋光期間不從承載頭150之下滑出。保持環(huán)160可通過(guò)致動(dòng)器102耦接至主體125。致動(dòng)器102可操作以獨(dú)立于由基板135施加于拋光表面180上的力來(lái)控制施加于拋光墊175的拋光表面180上的力的大小。

主體125通常包括上表面126和下表面124。上表面126將主體125耦接至軸108。下表面124包括安裝環(huán)128，柔性膜140通過(guò)外部夾環(huán)120固定至安裝環(huán)128。安裝環(huán)128和柔性膜140之間的連接是參看以下圖2進(jìn)一步詳述。

繼續(xù)參看圖1，一或更多個(gè)囊狀物110、112被設(shè)置在柔性膜140和主體125的下表面124之間。當(dāng)使用兩個(gè)或更多個(gè)囊狀物110、112時(shí)，諸如囊狀物110的一或更多個(gè)囊狀物可限定其它囊狀物(諸如囊狀物112)或橫跨柔性膜140的背側(cè)產(chǎn)生通常同心的區(qū)域。囊狀物110、112被耦接至有選擇地傳遞流體至囊狀物110、112以施加力至柔性膜140的壓力源145，所述柔性膜140傳遞力至基板135。壓力源145可施加相同或不同的壓力至每一囊狀物110、112。在一個(gè)實(shí)施方式中，囊狀物110可施加一個(gè)力至柔性膜140的外部區(qū)域，而囊狀物112施加力至柔性膜140的中央?yún)^(qū)域。從囊狀物110、112施加至柔性膜140的力可被傳輸至基板135的各部分，且可用于控制基板135相抵拋光墊175的拋光表面180施加的邊緣至中心壓力分布。另外，真空可被施加于囊狀物110、112或施加于柔性膜140之后以相抵基板135的背側(cè)施加吸力，從而促進(jìn)基板135保持在承載頭150中。可適于受益于本發(fā)明的承載頭150的實(shí)例包括可尤其從美國(guó)加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司獲得的titanhead^tm、titancontour^tm和titanprofiler^tm承載頭，也可包括可從其它制造商獲得的那些承載頭。

現(xiàn)參看圖2中所示的示出安裝環(huán)128和柔性膜140之間的連接的承載頭150的一部分的放大截面圖，柔性膜140通常包括連接至圓柱壁204的中心區(qū)域202。柔性膜140可由工藝相容合成橡膠制成。

中心區(qū)域202可以是平面狀圓盤(pán)，包括外側(cè)206和內(nèi)側(cè)208。外側(cè)206通常在保持在承載頭150中時(shí)接觸基板135，且內(nèi)側(cè)208通常面向主體125的下表面124和接觸一或更多個(gè)囊狀物110、112。

圓柱壁204通常以遠(yuǎn)離外側(cè)206的方向從柔性膜140的內(nèi)側(cè)208延伸。圓柱壁204被調(diào)整尺寸以在承載頭150的安裝環(huán)128之上滑動(dòng)。

圓柱壁204也可包括下凸緣210和上凸緣212。下凸緣210和上凸緣212從圓柱壁204徑向向外延伸。下凸緣210可被設(shè)置在圓柱壁204的近端214，所述近端214鄰近于圓柱壁204和中心區(qū)域202之間的連接。在一些實(shí)施方式中，下凸緣210可與中心區(qū)域202共面。上凸緣212被設(shè)置在圓柱壁204的遠(yuǎn)端216。下凸緣210和上凸緣212之間的間隔形成夾環(huán)接收凹穴(pocket)218。

外部夾環(huán)120通常由剛性的工藝相容材料制成。在一個(gè)實(shí)施方式中，外部夾環(huán)120是由金屬制成，所述金屬諸如是不銹鋼、鈦、鋁等等。外部夾環(huán)120具有內(nèi)圓柱壁130和外圓柱壁132。內(nèi)圓柱壁130通常被調(diào)整大小以略微大于安裝環(huán)128的直徑。外部夾環(huán)120的外圓柱壁132具有小于保持環(huán)160的直徑的直徑。

當(dāng)柔性膜140位于安裝環(huán)128之上時(shí)，外部夾環(huán)120通過(guò)將外部夾環(huán)120壓配合在柔性膜140的圓柱壁204之上而將柔性膜140固定至承載頭150的主體125。外部夾環(huán)120相抵外部夾環(huán)120壓縮柔性膜140的圓柱壁204，從而將柔性膜140固定至承載頭150。外部夾環(huán)120通常在下凸緣210之上滑動(dòng)至夾環(huán)接收凹穴218中，以幫助將外部夾環(huán)120相對(duì)于柔性膜140定位。一旦在夾環(huán)接收凹穴218中，外圓柱壁132就被暴露于設(shè)置在承載頭150中、側(cè)向地界定在柔性膜140和保持環(huán)160之間的間隔190，如圖1的放大部分所示。隨著間隔190打開(kāi)，承載頭150的外部被暴露于拋光表面180，拋光液可在處理期間進(jìn)入間隔190。有利地，外圓柱壁132被配置以阻止間隔190之內(nèi)的拋光液粘住外部夾環(huán)120的外圓柱壁132，如下文進(jìn)一步所述，從而有助于排除在處理時(shí)對(duì)基板135的潛在缺陷。

圖3是外部夾環(huán)120的截面圖。如上所述，外部夾環(huán)120包括內(nèi)圓柱壁130和外圓柱壁132，所述內(nèi)圓柱壁130和外圓柱壁132界定外部夾環(huán)120的內(nèi)徑和外徑。外部夾環(huán)120還包括上壁302和下壁304。上壁302和下壁304可彼此平行，且垂直于外部夾環(huán)120的中心線(xiàn)320。壁130、132、302和304可被布置以界定矩形輪廓。在一個(gè)實(shí)施方式中，上壁302和下壁304的寬度短于內(nèi)圓柱壁130和外圓柱壁132的高度，以使得外部夾環(huán)120的輪廓是薄的圓柱帶。例如，壁部302、304的寬度可小于內(nèi)圓柱壁和外圓柱壁130、132的高度的四分之一。

在一或更多個(gè)實(shí)施方式中，外部夾環(huán)120的至少外圓柱壁132是由疏水涂層310所覆蓋。選擇性地，其它壁部130、302、304的一或更多個(gè)也可由疏水涂層310所覆蓋。設(shè)置在外圓柱壁132上的疏水涂層310阻止拋光液粘附于外部夾環(huán)120，從而大體上有助于防止在外部夾環(huán)120上的漿料顆粒結(jié)塊且最終有助于減少基板缺陷。

如上文所論述，疏水涂層310可被選擇性地設(shè)置在內(nèi)圓柱壁130上，如此有助于將外部夾環(huán)120滑動(dòng)至柔性膜140之上的位置中。內(nèi)圓柱壁130上的疏水涂層310的存在允許相抵安裝環(huán)128以緊配合安裝外部夾環(huán)120，產(chǎn)生柔性膜140的較高壓縮，同時(shí)最終提供柔性膜140對(duì)承載頭150的主體125的改進(jìn)保持。選擇性地，可從內(nèi)圓柱壁130和上壁302及下壁304的一或更多個(gè)中省略疏水涂層310以降低外部夾環(huán)120的成本。選擇性地，從上壁302及下壁304的一或更多個(gè)中省略疏水涂層310可幫助將外部夾環(huán)120保持在夾環(huán)接收凹穴218中。

疏水涂層310可以是硅基涂層、ptfe基涂層或其它疏水涂層材料。適合用作疏水涂層310的ptfe基涂層材料尤其包括全氟烷氧基樹(shù)脂(perfluoroalkoxyalkane；pfa)、氟化乙烯丙烯(fluorinatedethylenepropylene；fep)。對(duì)于ptfe基涂層，疏水涂層310可具有小于約30μm的厚度，諸如在約5μm和約25μm之間的厚度。適合用作疏水涂層310的硅基涂層材料尤其包括羧基硅烷(carboxysilane)。對(duì)于硅基涂層材料，疏水涂層310可具有小于約2μm的厚度，諸如在約0.4μm和約1.6μm之間的厚度。適合用作疏水涂層310的碳基涂層材料尤其包括碳氟化合物。對(duì)于碳氟化合物，疏水涂層310可具有小于約100nm的厚度。

適合用作疏水涂層310的其它涂層材料包括含碳材料，諸如聚對(duì)二甲苯(parylene)，例如氯化線(xiàn)性聚對(duì)二甲苯(parylenec)、線(xiàn)性聚對(duì)二甲苯(parylenen)，和交聯(lián)聚對(duì)二甲苯(parylenex)?？杀皇褂玫钠渌疾牧习ň勖衙淹?polyetheretherketones；peek)和類(lèi)金剛石碳(diamond-likecarbon；dlc)。

疏水涂層310可被應(yīng)用于添加劑制造操作中，諸如在用于形成疏水涂層310的印刷工藝期間。或者，疏水涂層310可通過(guò)噴霧、浸漬或其它適當(dāng)方法施加。在一些實(shí)施方式中，外圓柱壁132上的疏水涂層310可具有小于約32微英寸的絕對(duì)值表面粗糙度(ra)的算術(shù)平均值。

在一些實(shí)施方式中，外部夾環(huán)120的外圓柱壁132可具有小于約16微英寸的表面粗糙度(ra)。外部夾環(huán)120的外圓柱壁132的光滑表面加工促使疏水涂層310也非常光滑，即，比壁部132的加工更持久，如此有助于阻止拋光液粘附于外部夾環(huán)120。在其中拋光液不是特別易于粘住承載頭表面的應(yīng)用中，如果外圓柱壁132的表面粗糙度小于或等于約16微英寸(ra)，那么可選擇性地從外部夾環(huán)120的外圓柱壁132省略疏水涂層310。

外部夾環(huán)120的其它壁部130、302、304通常具有約32微英寸ra或更高的表面光潔度。特別地，內(nèi)圓柱壁130上的32微英寸的ra或更高的表面光潔度有助于將外部夾環(huán)120在柔性膜140的圓柱壁204之上保持就位。當(dāng)非必要時(shí)使用小于32微英寸的ra或更高的表面光潔度允許外部夾環(huán)120的成本被降低，同時(shí)仍防止?jié){料顆粒對(duì)外部夾環(huán)120的粘附。

因此，上文已經(jīng)描述了大體上減少或防止?jié){料顆粒對(duì)外部夾環(huán)的外圓柱壁粘附和結(jié)塊的外部夾環(huán)。對(duì)粘附于夾環(huán)的夾環(huán)的漿料顆粒的減少顯著地降低了漿料顆粒在夾環(huán)上結(jié)塊的可能性，其中結(jié)塊的顆?？赡苈湓趻伖鈮|上且成為基板刮傷的來(lái)源。因此，與傳統(tǒng)的夾環(huán)相比，本文所述的夾環(huán)極大地有助于基板缺陷降低。