專利名稱：承載頭膜的制作方法
技術領域：
本發明大致上關于基材的化學機械研磨，并且特別是關于一種用于化學機械研磨的具有撓性膜的承載頭。
背景技術：
典型地，集成電路通過相繼沉積導體、半導體或絕緣層而形成在基材(尤其是硅晶圓)上。在各層沉積后，被蝕刻以建立電路特征結構。隨著一系列的層相繼地沉積且蝕刻，基材的最外部或最上方表面(即基材的暴露表面)漸漸變得不平坦。在集成電路制造過程的光微影步驟中，此非平坦表面會造成一些問題。因此，需要周期性地將基材表面予以平坦化。一種可接受的平坦化方法是化學機械研磨(CMP)。此平坦化方法通常需要使基材被安裝在承載頭或研磨頭上。基材的暴露表面抵靠移動的研磨表面(諸如旋轉的研磨墊)。 研磨墊可以是具有耐久粗糙表面的“標準”研磨墊或使磨粒保持在容質媒介中的“固定磨粒”研磨墊。承載頭提供可控制的負載予基材，以驅使基材抵靠研磨墊。包括至少一種化學反應性試劑的研磨漿及磨粒(若使用標準墊)被供應到研磨墊的表面。一些承載頭包括撓性膜，其具有接受基材的安裝表面。撓性膜后面的腔室被加壓， 以使該膜向外擴張且施加負載予基材。在研磨后，基材被夾持到安裝表面、升離研磨墊、且移動到另一位置(例如轉移站或另一研磨墊)。

發明內容
在一方面，本說明書描述一種膜。該膜為撓性膜，其包括水平中心部分、連接到該中心部分的垂直部分、連接到該垂直部分的厚緣部分、及連接到該厚緣部分的延伸件。該水平中心部分的外表面提供用于接受基材的安裝表面。該厚緣部分的厚度大于直接鄰近該厚緣部分的一部分。該厚緣部分介于該延伸件與該垂直部分之間，并且該延伸件的最大尺寸小于該厚緣部分的厚度。本發明的實施方式可以包括一或多個下述特征。該膜可以具有介于該厚緣部分與該垂直部分之間的連接部分，其中該連接部分是水平的且平行于該中心部分。該連接部分、該垂直部分與該中心部分的截面可以形成u形，而該厚緣部分位于該u形的一端。該厚緣可以具有圓形截面。該延伸件的厚度可以小于該厚緣部分的厚度的50%。該延伸件的厚度可以小于該厚緣部分的厚度的25%。該延伸件的厚度可以小于該厚緣部分的厚度的 15%。該延伸件的厚度可以小于該厚緣部分的厚度的10%。該撓性膜可以由聚氯丁二烯 (polychloroprene)、乙烯丙烯(ethylene propylene diene)橡膠或娃橡膠形成。該水平中心部分可以為圓形。該水平中心部分的直徑可以為約200mm。該水平中心部分的直徑可以為約300mm。該厚緣部分可以為環狀，并且該延伸件可以為環狀。該厚緣部分具有含平坦部分的截面。—種用于保持基材的承載頭可以包含在此所述的膜，環繞該膜的保持環，連接到該保持環的基部組件，其中腔體介于該基部組件與該膜之間，并且該厚緣部分與該延伸件被密封到該基部組件的部件，從而使得流體無法通過該膜與該部件之間。本發明的實施方式可以包括一或多個下述特征。膜可以被形成為具有密封部分， 該密封部分可輕易嵌入承載頭組件的凹部內，并且密封到該凹部的壁，從而使得流體無法通過該膜與該組件之間。由于該膜可輕易嵌入該凹部內，該膜可迅速地且輕易地被更換，并且可以將承載頭的非運作時間減到最小。再者，由于更有可能形成不會泄漏的膜，將有越少的膜因不可使用 (即泄漏或無法嵌入)而被認定成不合格，并且將花費更少時間來更換不合格的膜。減少的承載頭停機時間可容許更高的制造效率。本發明的一或多個實施例的細節公開于附圖和下文敘述中。本發明的其它特征、 目的與優點可由敘述和附圖并由權利要求而變得明顯。


圖1示出根據本發明的承載頭的截面圖。圖2示出膜的緣的實施例的截面圖。圖3示出膜的緣的實施例的截面圖。圖4-5示出位于承載頭支撐組件中的膜的緣的截面圖。圖6示出膜的實施例的部分的截面圖。圖7為膜的背側圖。圖8為膜的實施例的示意截面圖。圖9為由承載頭保持的膜的示意截面圖。各圖中類似的組件符號指稱類似的構件。
具體實施例方式如前所述，一些承載頭包括撓性膜，該撓性膜提供了在數個研磨操作期間和之間供基材用的安裝表面。撓性膜或隔膜具有水平安裝表面用于接觸基材的背側以及翼部的末端上的夾持部分，其中翼部從撓性膜的背面延伸。在一些實施例中，夾持部分為環狀的。夾持部分用以將該膜連接到承載頭。一些類型的夾持部分在夾持部分的末端處具有厚緣部或珠件。厚緣嵌入承載頭的支撐組件中的溝槽或凹部內。由于厚緣比翼部的其它部件更厚， 當膜后面的腔室被加壓且膜向外彎離承載頭時，翼部不容易從凹部拉出。承載頭由多個嵌合在一起的剛硬對象所形成。撓性膜嵌入比膜更剛硬的組件內。 膜可彎曲到足以當環狀夾持部分嵌入到類似尺寸的環狀凹部內時，沒有流體可通過該膜與該組件之間。可以密封該承載頭與該膜之間的空間(即腔室)。密封該膜與該承載頭之間的腔體可容許腔體依需要被施加正壓或負壓。制造中會遭遇的潛在問題是最終產品中嵌合在一起的不同部件的制造容限度。這對于由撓性材料制成的膜尤其是如此。撓性膜是消耗性產品，其以比承載頭更大量來形成。 當材料磨損時(例如變脆或受損時)，這些膜會被更換。當形成撓性膜時，位于夾持部分的末端的厚緣難以精確地形成。若厚緣不在期望的容限度內，則厚緣可能無法嵌入凹部內 (其中承載頭將厚緣保持在凹部中)或無法接觸凹部的邊緣。無論何種情況，厚緣無法適當地密封腔體于承載頭與膜之間。缺乏適當的密封會造成泄漏，并且通常成為無用的膜。
通過將延伸件增加到厚緣，可以選擇厚緣的尺寸使其為稍微小一點的目標尺寸。 就密封承載頭的支撐組件且同時維持小厚緣的嵌入輕易性的觀點而言，厚緣上的延伸件使得厚緣作用成似乎為較大尺寸的厚緣。由于延伸件具有比厚緣本身更小的尺寸，延伸件可被稱為凸件(flash)。不同于大部分類型的通過制造過程來形成并移除的凸件，此凸件經設計以被維持在膜上且沿著膜圓周具有均勻尺寸。由于凸件在最終產品中具有用途且經設計以具有特定尺寸，凸件被稱為加工的凸件。參照圖1，基材10將被具有承載頭100的化學機械研磨(CMP)設備所研磨。CMP 設備的敘述可參閱美國專利案號US5，738，574，并且承載頭100的敘述可參閱美國公開案號US2008/0119119，其在此整體以引用方式并入本文作為參考。承載頭100包括殼體102、基部組件104、平衡機構106 (其可被視為基部組件104 的一部分)、負載腔室108、保持環組件(其包括保持環200與形狀可提供環狀腔室350的第一撓性膜300)、承載環400、及基材托撐組件110 (其包括界定多個可加壓腔室的第二撓性膜500)。經描述用于類似承載頭的承載頭其它特征結構可參閱美國專利公開案號 2006/0154580，其在此整體以引用方式并入本文作為參考。殼體102大致上為圓形，并且可以連接到驅動軸以在研磨期間可與該驅動軸一起旋轉。可以有多個信道(未示出)延伸通過殼體102，用于氣動控制該承載頭100。基部組件104是可垂直移動的組件，其位于殼體102下方。平衡機構106容許基部組件104相對于殼體102轉向同時可避免基部組件104相對于殼體102的側向運動。負載腔室108位于殼體102與基部組件104之間，用于施加負載(即向下壓力或重量)到基部組件104。基部組件104相對于研磨墊的垂直位置也可由負載腔室108來控制。基材托撐組件110包括撓性膜500，撓性膜500具有下表面512，下表面512可提供用于基材10的安裝表面。基材10可通過保持環組件來保持，其中保持環組件被夾持到基部組件104。保持環組件可由保持環200與撓性膜300構成。保持環200可設置在撓性膜300下方且配置以固定到撓性膜300。保持環200具有內表面與下表面。內表面配置以在研磨期間圓周地繞著基材10 的邊緣以保持住基材10。保持環200的下表面可接觸研磨墊(未示出)。保持環200具有環狀上表面，其可具有兩個環狀同心凹部。保持環200配置以圓周地繞著基材10的邊緣以保持住基材的同時，撓性膜500提供了安裝基材10的表面512。撓性膜500具有提供基材安裝表面512的主要部分510。從主要部分510延伸的是垂直延伸部分或外環狀部分520，其可被夾持在保持環200與基部組件104之間。在一些實施例中，垂直延伸部分為圓柱形。厚緣部分550或珠件位于膜500的周邊處。在一些實施例中，水平中間部分或唇件向內凹向膜500的中心，并且將厚緣550連接到環狀部分520。厚緣550配置以固定到基部組件104。參照圖2和3，厚緣部分550的截面圖示出厚緣部分550的直徑或厚度大于位于該厚緣部分550與該膜500的主要部分510之間的中間部分553。延伸部分555，或加工的凸件(flash)，延伸遠離厚緣部分550。也就是，厚緣部分550位于延伸部分555與主要部分 510之間。延伸部分555使厚緣部分550的有效厚度通過延伸厚度555的厚度而增加。在一些實施例中，厚緣部分550具有圓形截面(圖幻。直徑A等于厚緣部分550的直徑C，直徑A以垂直于直徑C來測量。延伸部分555的厚度B (垂直于厚緣部分550的表面的厚度)使厚緣部分陽0以厚緣部分的直徑大于A的方式(例如A+B的直徑)來密封， 但將不會比直徑為A+B的膜更難安裝。舉例而言，厚緣部分550可以提供如同圖上虛線559 所示出尺寸的厚緣部分的密封品質。具有直徑B的延伸部分555的撓性容許具有直徑A的厚緣部分550以及延伸部分555被迫使進入溝槽或凹部，這是具有直徑A+B的厚緣部分所無法達到或無法輕易嵌入的。在其它實施例中，厚緣部分550具有含有彎曲部分和平坦部分的截面(圖幻。一個方向上的最寬直徑D可以大于或小于垂直于尺寸D所測量方向的方向上的最寬尺寸E。 然而，延伸部分555的行為作用成與前述實施例實質上相同。對于具有圓形截面的厚緣部分550或含有平坦表面和彎曲表面的厚緣部分550，延伸部分555的厚度(垂直于厚緣部分的表面)小于厚緣部分陽0的直徑、厚度或最寬尺寸，例如小于厚緣部分550的半徑，例如小于厚緣部分550的厚度或最寬尺寸的50 %、25 %、25 %、15 %、10 %、或5 %，諸如介于厚緣部分550的直徑的5%與10%之間。在一些實施例中，延伸部分555具有一或多個直角。 在一些實施例中，延伸部分555沿著厚緣部分550的半徑延伸，并且具有平行于該半徑的側壁。在其它實施例中，延伸部分陽5隨著其從厚緣部分550延伸會漸漸變細。在一些實施例中，厚緣部分陽0與延伸部分555之間的過渡區包括角度。撓性膜500是一大致上圓形的薄片，其由撓性和彈性材料制成，例如尼奧普林 (Neoprene)、聚氯丁二烯(polychloroprene)、乙烯丙烯(ethylene propylene diene)檢膠或硅橡膠。膜500對于研磨過程而言應是疏水的、耐久的、且化學惰性的。主要部分510的尺寸可以容納200mm直徑的基材(例如主要部分510的直徑可以為約200mm或稍微更大)， 或可以容納300mm直徑的基材(例如主要部分510的直徑可以為約300mm或稍微更大)。圖4和5示出厚緣部分550與延伸部分555位于承載頭組件104的支撐組件565 的凹部562中的部分截面圖。厚緣部分550于接觸點578、579接觸凹部的壁。延伸部分 555在接觸點578的區域中位于厚緣部分550上。由此兩圖可知，延伸部分555可以位于較靠近環狀部分520的內接觸點578或較靠近膜500的中心的外接觸點579。在一些實施例中，延伸部分555平行于中間部分553所沿著定向的平面。在一些實施例中，延伸部分555 以平行于中間部分553延伸方向的方向來延伸。在一些實施例中，延伸部分555相對于中間部分553所延伸的平面以10°、15°、30°、或45°來延伸。除了確定將延伸部分555定位于何處，可以確定延伸部分555的尺寸。在一些情況中，具有容許厚緣部分550嵌入凹部且同時不容許流體滲入膜與支撐組件565之間的直徑范圍。該范圍可介于χ至y之間而具有中間目標直徑ζ。范圍的端點，χ與y，距離目標直徑ζ約三標準差。若具有厚緣部分550的膜被制成具有目標直徑X，由于制造缺失，許多膜會泄漏。若具有厚緣部分550的膜被制成具有目標直徑y，由于制造缺失，許多膜會無法嵌入凹部內。一個選擇是使厚緣部分550具有直徑ζ，并且使延伸部分555具有目標厚度的兩標準差內的厚度。該厚度可以約由式(2*(y-z)/:3)來表示。圖6示出撓性膜500的一個實施例的部分截面圖，其僅示出大致對稱的撓性膜的截面的半部。如圖6所示，撓性膜500可以在主要部分510與外環狀部分520之間具有接合件，該接合件具有周邊邊緣樞紐530與環狀凹部532，其中該環狀凹部532沿著外環狀部分520的外壁設置在樞紐530上方。周邊邊緣樞紐530可以沿著其內表面和外表面具有圓滑部分。周邊邊緣樞紐530與環狀凹部532可以建構成得以彎曲，而改善基材10的周邊上的負載的對稱性。外環狀部分520可以沿著其外壁具有環狀凹部522，其配置以容許外環狀部分520 彎曲。外環狀部分520也可以具有環狀步階524，環狀步階5M沿著外環狀部分520的內壁向內突出。環狀步階5M可以具有非水平(即傾斜)的上表面和下表面。在一些實施中，撓性膜500可以具有一些環狀翼部。主要部分510可以具有四個同心的環狀翼部516。外環狀部分520可以具有一對環狀翼部526。連接到外環狀部分520 的環狀翼部5 可以具有水平部分M0，水平部分MO向內延伸而具有厚緣550。水平部分 540將厚緣550連接到環狀部分520。上環狀翼部可以具有比下環狀翼部更窄(即不會如下環狀翼部向內延伸一樣遠)的水平部分。在一些實施例中，外環狀部分520可以具有環狀三角部分，并且該對環狀翼部526的水平部分540可以經由該環狀三角部分的頂點連接到外環狀翼部520。連接到主要部分510的最內部同心環狀翼部516可以包括水平部分以及環狀斜置部分560，該水平部分向外延伸而具有厚緣，該厚緣配置以固定到基部組件104。環狀斜置部分560可以接合在主要部分510與環狀翼部516的水平部分之間。環狀斜置部分560可以在與主要部分510接合處比在與水平部分接合具有更大的半徑。連接到主要部分510的三個最外部的同心環狀翼部516可以包括垂直部分570以及水平部分，該垂直部分570從主要部分510延伸，該水平部分從垂直部分570延伸而沿著水平部分的外緣具有厚緣，該厚緣配置以固定到基部組件104。在一些實施例中，同心環狀翼部516的水平部分可以具有比同心環狀翼部的垂直部分570更小的厚度。在一些實施中， 第二和第三最外部同心環狀翼部516可以具有介于約1.5與2.0之間(例如約1.66)的水平部分的長度對垂直部分570的長度的比例。在一些實施中，環狀翼部516、5沈可以具有一或多個凹口或刻槽(即環狀凹部)。 同心環狀翼部516可以在其水平部分與其垂直部分570接合處具有凹口 580。凹口 580可以容許同心環狀翼部516的水平部分垂直地彎曲。同心環狀翼部516可以在其與主要部分 510接合處具有凹口 590。凹口 590配置以降低主要部分510中的壓縮性。參照圖7，在另一實施例中，撓性膜500’不包括非周邊背側翼部。膜的背側或平面圖示出主要部分510的內表面，即環狀中間部分553，其將外環狀部分520連接到環狀厚緣 550。厚緣550位于環狀中間部分553與環狀延伸部分555之間。如圖8所示，外環狀部分 520(其為圓柱形且缺乏凹部)位于圓形主要部分510與環狀中間部分553之間。圖9示出由承載頭100’所保持的膜500’的截面圖。已經描述許多本發明的實施例。即使如此，應了解的是可以在不悖離本發明的精神和范圍下進行各種變更。例如，延伸部分555可以相對于主要部分呈非平行角度。在此描述的一個膜的特征結構可以用于在此描述的其它膜。此外，延伸部分可以設置在除了膜以外的其它組件上，例如0形環等。故，其它實施是落入權利要求所界定的范圍內。
權利要求
1.一種用于承載頭的物件，包含撓性膜，其包括水平中心部分、連接到所述中心部分的垂直部分、連接到所述垂直部分的厚緣部分、及連接到所述厚緣部分的延伸件，所述水平中心部分的外表面提供用于接受基材的安裝表面，所述厚緣部分的厚度大于直接鄰近所述厚緣部分的一部分，其中所述厚緣部分介于所述延伸件與所述垂直部分之間，并且所述延伸件的最大尺寸小于所述厚緣部分的厚度。
2.根據權利要求1所述的物件，還包含介于所述厚緣部分與所述垂直部分之間的連接部分，其中所述連接部分是水平的且平行于所述中心部分。
3.根據權利要求2所述的物件，其中所述連接部分、所述垂直部分與所述中心部分的截面形成u形，而所述厚緣部分位于所述u形的一端。
4.根據權利要求1所述的物件，其中所述厚緣具有圓形截面。
5.根據權利要求1所述的物件，其中所述延伸件的厚度小于所述厚緣部分的厚度的 50%。
6.根據權利要求5所述的物件，其中所述延伸件的厚度小于所述厚緣部分的厚度的 25%。
7.根據權利要求6所述的物件，其中所述延伸件的厚度小于所述厚緣部分的厚度的 15%。
8.根據權利要求5所述的物件，其中所述延伸件的厚度小于所述厚緣部分的厚度的 10%。
9.根據權利要求1所述的物件，其中所述撓性膜由聚氯丁二烯、乙烯丙烯橡膠或硅橡膠形成。
10.根據權利要求1所述的物件，其中所述水平中心部分為圓形。
11.根據權利要求10所述的物件，其中所述水平中心部分的直徑為約200mm。
12.根據權利要求10所述的物件，其中所述水平中心部分的直徑為約300mm。
13.根據權利要求1所述的物件，其中所述厚緣部分為環狀，并且所述延伸件為環狀。
14.根據權利要求1所述的物件，其中所述厚緣部分具有含平坦部分的截面。
15.一種用于保持基材的承載頭，包含根據權利要求1所述的膜；保持環，其環繞所述膜；以及基部組件，其連接到所述保持環，其中，腔體介于所述基部組件與所述膜之間，并且所述厚緣部分與所述延伸件被密封到所述基部組件的部件，從而使得流體無法通過所述膜與所述部件之間。
全文摘要
撓性膜包括水平中心部分、連接到該中心部分的垂直部分、連接到該垂直部分的厚緣部分、及連接到該厚緣部分的延伸件。該水平中心部分的外表面提供用于接受基材的安裝表面。該厚緣部分的厚度大于直接鄰近該厚緣部分的一部分。該厚緣部分介于該延伸件與該垂直部分之間，并且該延伸件的最大尺寸小于該厚緣部分的厚度。
文檔編號H01L21/304GK102246280SQ200980150055
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月10日 優先權日2008年12月12日
發明者卡澤拉·瑞瑪雅·納倫德瑞納斯, 榮·J·派克, 阿施施·布特那格爾 申請人:應用材料公司