專利名稱：控制研磨速率的載具頭膜粗糙度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于化學機械研磨，更詳細言是關(guān)于用于化學機械研磨的載具頭的撓性膜。
背景技術(shù)：
集成電路一般通過相繼沉積導體、半導體或絕緣層而形成于基材上，特別是于硅晶圓上。在各層沉積后，其經(jīng)受蝕刻以生成電路特征結(jié)構(gòu)。當一系列的層相繼沉積并蝕刻時，基材外層或最上層的表面(即基材的曝露表面)逐漸變得非平面。此非平面的表面在集成電路制造過程的光微影(photolithographic)步驟中存在問題。因此，需要周期性地平坦化基材表面。此外，在研磨回(polish back)填充層時(例如以金屬填充介電層中的溝槽時)亦需要平坦化。化學機械研磨(CMP)是一種被接受的平坦化方法。此平坦化方法一般需要將基材架設(shè)在載具或研磨頭上?；牡钠芈侗砻娣胖糜诘挚垦心|處，該研磨墊諸如圓形墊或線性帶，其可相對于基材移動。載具頭在基材上提供可控制的負載以將其推至抵靠研磨墊處。 某些載具頭包含提供基材架設(shè)表面的撓性膜以及保持環(huán)(retaining ring)以固持基材于架設(shè)表面下方。將撓性膜后的腔室加壓或排空可控制基材上的負載。諸如帶有磨蝕顆粒的漿料的研磨液被供給至研磨墊的表面。CMP中復發(fā)的問題是非一致性的研磨，即遍及基材表面的研磨速率的變化。舉例而言，研磨可徹底地在某些區(qū)域移除導體材料，而在其它區(qū)域留下導體材料殘余物。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面中描述與基材化學機械研磨設(shè)備的載具頭一起使用的膜。該膜具有提供基材接收表面的外表面。該外表面具有中心部分以及環(huán)繞中心部分的邊緣部分。該中心部分具有第一表面粗糙度而該邊緣部分具有第二表面粗糙度，該第一表面粗糙度大于該第二表面粗糙度。該膜的實施例可包含一個或多個下述特征結(jié)構(gòu)。膜的外表面的邊緣部分進一步包含從外表面向上延伸的周邊部分。第二表面粗糙度小于約5微英寸。第一表面粗糙度大于約15微英寸。邊緣部分的寬度小于中心部分的寬度的約25%。該膜進一步包含以下特征結(jié)構(gòu)在中心部分之上具有第一平均間距以及在邊緣部分之上具有第二平均間距。在中心部分中的特征結(jié)構(gòu)大致上是球狀凸出，而邊緣部分中的特征結(jié)構(gòu)的尺寸可忽略。該膜包含至少一種構(gòu)成以下群組的材料氯丁二烯、硅以及乙烯丙烯二烯M等級橡膠(ethylene propylene diene M-class riAber)，而該膜的結(jié)構(gòu)特征由與膜相同的材料所構(gòu)成。邊緣部分以及中心部分由該相同材料構(gòu)成。這里描述的膜可與帶有保持環(huán)的載具頭一起使用。該膜包含形成加壓腔室邊界的內(nèi)表面。該保持環(huán)環(huán)繞該撓性膜。提供一種使用膜的方法。該方法包含以載具頭施加負載至基材。施加負載時，在基材和研磨墊之間生成相對運動。相對運動造成研磨基材且第二表面粗糙度造成基材邊緣以一定速率研磨，該速率大于用具有膜的載具頭研磨基材的速率，該膜具有遍及整個外表面的第一粗糙度?；膹哪め尫?。撓性膜的中心部分使基材能夠從膜釋放。


圖1是載具頭的概要剖面視圖。圖2是用于載具頭的撓性膜的說明圖。圖3是用于載具頭的撓性膜的部分的概要剖面視圖。圖4是遍及基材的晶粒地圖。圖5是撓性膜的外表面的概要底視圖。在各圖中類似的組件符號是指類似的組件。
具體實施例方式CMP中復發(fā)的問題是在基材的邊緣部分研磨不足。諸如于研磨時施加額外的負載至基材邊緣之類的各種解決方法可均等化遍及基材的研磨速率，而該解決方法經(jīng)常需要再設(shè)計用于研磨的非消耗部分，即載具頭。研磨期間用于支撐(back)基材并具有減少的粗糙度的區(qū)域的膜可控制基材區(qū)域(以其它方式將被過度研磨)中的研磨速率。帶有基材支撐表面的膜可提供遍及基材一致的研磨而不需修改載具頭本身，而其支撐表面具有環(huán)繞粗糙區(qū)域的平滑區(qū)域。參考圖1，一個或多個基材10可通過包含載具頭100的化學機械研磨(CMP)設(shè)備研磨。類似的CMP設(shè)備的描述可于美國專利號5，738，574中找到，其全文在此并入作為參考。參考圖1，示范性載具頭100包含外殼102、基座104、平衡機構(gòu)106、負載腔室200、 保持環(huán)110、以及帶有基材接收表面的撓性膜118，該表面具有不同表面粗糙度的區(qū)域?？膳c此類膜一并使用的載具頭的描述可于美國專利申請案公開號2008-0119118、美國專利號 6，857，945、美國專利號6，422，927、美國專利號6，277，014、美國專利號6，183，354或美國專利號6，146，259中找到，其全文在此并入作為參考。帶有不同部件其它類型的載具頭可交替地使用，而載具頭100僅描述作為一種類型的載具頭的范例。撓性膜118在基座104之下延伸以為基材提供架設(shè)表面274。加壓位于基座104 之下的腔室276迫使撓性膜118向下以擠壓基材使之抵靠研磨墊。撓性膜118進一步于圖 2說明。撓性膜118通常是圓形薄片，其由撓性及彈性材料所形成，該類材料諸如氯丁二烯、 乙烯丙烯共聚物、硅以及乙烯丙烯二烯M等級橡膠或硅膠等聚合物。撓性膜118的周圍部分固定至基座，例如在保持環(huán)110及基座104之間鉗緊。珠狀物2M環(huán)繞邊界形成，例如， 在撓性膜118的周圍部分的外邊緣。在某些實施例中，一個或多個圓柱狀舌片從膜的主要部分208向上延伸，而珠狀物2M位于圓柱狀舌片252的末端。圖3示出部分撓性膜118的直徑上的剖面?；仡^參考圖1，撓性膜118的底表面或架設(shè)表面274在研磨期間與基材10接觸。在撓性膜118及基座104之間的密封空間界定加壓腔室276。泵(未圖示)可流體性地連接至腔室276以控制腔室中的壓力以及基材上撓性膜向下的力。在操作中，抽吸流體進入腔室276以控制由抵靠基材中心部分的撓性膜118所施加的向下壓力。當加壓腔室276時，撓性膜118也可在側(cè)向上向外擴張。如前所提，CMP中復發(fā)的問題是基材邊緣處的研磨不足。此研磨不足的結(jié)果示出于圖4。圖中每一方格代表晶圓基材上的晶粒(die)。在基材的中心區(qū)域完成研磨后，基材邊緣部分上帶有“X”的邊緣晶粒343代表帶有導體材料殘余物的部分，諸如銅殘余物。倘若基材研磨得夠久以從邊緣晶粒343移除所有殘余物，在中心晶粒360處會發(fā)生過度研磨。 過度研磨會導致晶粒呈碟狀或者導致在需要有導體特征結(jié)構(gòu)處導體材料不夠充足。研磨完成意味著標靶層(例如銅)已經(jīng)從某些區(qū)域移除，諸如非導體區(qū)域以及晶粒上特征結(jié)構(gòu)之間。研磨速率可受撓性膜118的外表面的表面粗糙度影響。在某些實施例中，小于5 微英寸的表面粗糙度具有高于更高表面粗糙度值的膜的研磨速率。帶有多樣表面粗糙度區(qū)塊的膜可用以解決晶圓上不同區(qū)塊的研磨需求。參考圖5，為了解決諸如在基材邊緣部分的研磨不足，撓性膜118的外表面具有中心部分422以及環(huán)繞中心部分422且?guī)в胁煌砻娲植诙戎档倪吘壊糠?24。在某些實施例中，撓性膜118的外表面的中心部分具有超過撓性膜118的外表面的邊緣部分的表面粗糙度。在某些實施例中，中心部分的表面粗糙度大于約15微英寸，例如大于20微英寸。在某些實施例中，邊緣部分的表面粗糙度小于約10微英寸，例如小于約5微英寸，例如小于約 3微英寸。邊緣部分424的表面粗糙度小于中心部分的表面粗糙度，而在某些實施例中，中心部分的表面粗糙度足以防止膜免于黏著至基材的背側(cè)。期望防止膜黏著于基材的精確的表面粗糙度可視膜材料而定。亦然，倘若膜與能夠在研磨期間提供不同負載給基材不同部分的載具頭結(jié)合使用，中心部分422以及邊緣部分4M在粗糙度上的差異不需如此巨大。舉例而言，中心部分422可具有大于10微英寸的表面粗糙度，而邊緣部分可具有小于10微英寸的表面粗糙度。可替換地，中心部分422可具有大于5微英寸的表面粗糙度而邊緣部分可具有小于5微英寸的表面粗糙度。中心部分422可具有大于15微英寸的表面粗糙度而邊緣部分可具有小于15微英寸的表面粗糙度。帶有減少的表面粗糙度的撓性膜118外表面的邊緣部分可具有一定寬度，其小于約25 %的撓性膜118外表面的中心部分的寬度，例如小于20 %、小于15 %、小于10 %、或小于5%的中心部分的寬度。中心部分的寬度比率對邊緣部分的寬度比率可視在邊緣處需要增加研磨的基材區(qū)域而定。在某些實施例中，至少50%的膜表面具有大于15微英寸的粗糙度以減少膜和基材之間的表面張力以釋開(dechuck)，如下所述。在某些實施例中，中心部分422及邊緣部分424由相同材料所構(gòu)成。亦即，沒有異于膜的不同材料涂層形成膜上平滑或粗糙的區(qū)域。在某些實施例中，撓性膜118具有遍及該膜的表面粗糙度輪廓，以致，相對于從膜中心點的距離，表面粗糙度輪廓的梯度為負值。在某些實施例中，中心部分具有圓形形狀而邊緣部分具有環(huán)狀形狀。表面粗糙度輪廓可通過模具產(chǎn)生，該模具經(jīng)設(shè)計以在撓性膜118外表面上形成的多樣尺寸及密度的特征結(jié)構(gòu)。以此法，該特征結(jié)構(gòu)可由與撓性膜118的特征結(jié)構(gòu)相同的材料所形成。該模具可由諸如不銹鋼的堅硬的材料所形成。一部分的模具可受研磨以形成平滑區(qū)域或者膜的區(qū)域，而一部分的模具可經(jīng)例如砂磨的方式處理以形成膜較粗糙的區(qū)域。 在某些實施例中，可打造模具以致由該模具所形成的撓性膜具有特征結(jié)構(gòu)，該特征結(jié)構(gòu)具有撓性膜外表面的中心部分的第一平均間距以及撓性膜外表面的邊緣部分的第二平均間距。在某些實施例中，中心部分422中的該特征結(jié)構(gòu)可采用球狀凸起、金字塔型凸起、或線性凸起的形式，而邊緣部分424中的特征結(jié)構(gòu)的尺寸可忽略或邊緣部分4 缺乏凸起。使用具有平滑邊緣區(qū)域及較粗糙中心區(qū)域的撓性膜的載具頭研磨基材包含通過在部分由膜界定的可加壓腔室內(nèi)增加壓力，以載具頭施加負載至基材。如上所述，可通過將流體導入可加壓腔室以造成壓力的增加。施加負載時，載具頭隨后在基材和研磨墊之間生成相對運動。當相對運動造成研磨基材時，撓性膜外表面的中心及邊緣部分之間的粗糙度差異造成相對應的基材區(qū)域的研磨速率的差異。膜邊緣處較大表面粗糙度造成基材邊緣以一定速率研磨，該速率高于使用具有遍及整個外表面的一致粗糙度、以載具頭研磨基材的速率。在趨于在一致的表面粗糙度輪廓下造成基材的邊緣區(qū)域研磨不足的研磨過程中，此類多重區(qū)間的粗糙及平滑膜可導致遍及基材的一致研磨。完成研磨基材后，載具頭理想上會不破壞基材地釋放基材。一般而言，釋放基材可通過加壓支撐基材的可加壓腔室直到至少一部分基材從撓性膜分離來達成。撓性膜外表面的中心部分中增加的表面粗糙度導致較不黏著的表面。該較不黏著的表面能使基材從撓性膜分離并且容易釋開。上述的設(shè)備及方法通過許多實施例所描述。然而，該設(shè)備及方法不被限制在所描繪與描述的實施例。據(jù)此，其它實施例在權(quán)利要求的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包含撓性膜，用于與基材化學機械研磨設(shè)備的載具頭一起使用，所述膜包含外表面，其提供基材接收表面，其中所述外表面具有中心部分及環(huán)繞所述中心部分的邊緣部分，其中所述中心部分具有第一表面粗糙度而所述邊緣部分具有第二表面粗糙度， 所述第一表面粗糙度大于所述第二表面粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述膜的所述外表面的所述邊緣部分包含周邊部分，所述周邊部分從所述外表面向上延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二表面粗糙度小于約5微英寸，所述第一表面粗糙度大于約15微英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述膜進一步包含數(shù)個特征結(jié)構(gòu)，所述特征結(jié)構(gòu)具有在所述中心部分之上的第一平均間距以及在所述邊緣部分之上的第二平均間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中在所述中心部分中的所述特征結(jié)構(gòu)大致上是球狀凸起，而在所述邊緣部分中的所述特征結(jié)構(gòu)的尺寸可忽略。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述膜包含至少一種材料，所述材料來自于以下物質(zhì)所構(gòu)成的群組氯丁二烯、硅以及乙烯丙烯二烯M等級橡膠，且所述膜的所述結(jié)構(gòu)特征由與所述膜相同的材料所構(gòu)成。
7.一種設(shè)備，包含載具頭，其包含保持環(huán)；以及撓性膜，其裝配以擠壓基材抵靠研磨墊，所述膜包含內(nèi)表面與外表面，所述內(nèi)表面形成可加壓腔室的邊界，所述外表面提供基材接收表面；其中，所述保持環(huán)環(huán)繞所述撓性膜且所述外表面包含中心部分及環(huán)繞所述中心部分的邊緣部分，其中所述中心部分具有第一表面粗糙度而所述邊緣部分具有第二表面粗糙度， 所述第一表面粗糙度大于所述第二表面粗糙度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述第二表面粗糙度小于約5微英寸，所述第一表面粗糙度大于約15微英寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述膜進一步包含數(shù)個特征結(jié)構(gòu)，所述特征結(jié)構(gòu)具有在所述中心部分之上的第一平均間距以及在所述邊緣部分之上的第二平均間距。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中在所述中心部分中的所述特征結(jié)構(gòu)大致上是球狀凸起，而在所述邊緣部分實質(zhì)上不含有球狀凸起。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述膜包含至少一種材料，所述材料來自于以下物質(zhì)所構(gòu)成的群組氯丁二烯、硅以及乙烯丙烯二烯M等級橡膠，且所述膜的所述結(jié)構(gòu)特征由與所述膜相同的材料所構(gòu)成。
12.—種方法，包含以下步驟以載具頭施加負載至基材，所述載具頭包含保持環(huán)；以及撓性膜，裝配以擠壓所述基材抵靠研磨墊，所述膜包含內(nèi)表面與外表面，所述內(nèi)表面形成可加壓腔室的邊界，所述外表面提供基材接收表面；其中，所述保持環(huán)環(huán)繞所述撓性膜且所述外表面包含中心部分及環(huán)繞所述中心部分的邊緣部分，其中所述中心部分具有第一表面粗糙度而所述邊緣部分具有第二表面粗糙度， 所述第一表面粗糙度大于所述第二表面粗糙度；施加所述負載時，在所述基材和所述研磨墊之間生成相對運動，其中所述相對運動造成研磨所述基材并且所述第二表面粗糙度造成所述基材的邊緣以一定速率被研磨，所述速率大于用具有膜的載具頭研磨所述基材的速率，其中所述膜具有遍及整個外表面的所述第一粗糙度；將所述基材從所述膜釋放，其中所述撓性膜的所述中心部分能夠?qū)⑺龌膹乃瞿め尫拧?br> 13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述膜包含至少一種材料，所述材料來自于以下物質(zhì)所構(gòu)成的群組氯丁二烯、硅以及乙烯丙烯二烯M等級橡膠；以及數(shù)個特征結(jié)構(gòu)，所述特征結(jié)構(gòu)具有在所述中心部分之上的第一平均間距以及在所述邊緣部分之上的第二平均間距；其中所述膜的所述結(jié)構(gòu)特征由與所述膜相同的材料所構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中研磨包含以下步驟在所述可加壓腔室內(nèi)增加抵靠所述膜的所述內(nèi)表面的壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中釋放包含以下步驟在所述可加壓腔室內(nèi)減少抵靠所述膜的所述內(nèi)表面的壓力直到至少一部分的所述膜從所述基材分離。
全文摘要
一種設(shè)備，包含可撓性膜，用于與基材化學機械研磨設(shè)備的載具頭一起使用，該膜包含外表面，其提供基材接收表面，其中該外表面具有中心部分及環(huán)繞該中心部分的邊緣部分，其中該中心部分具有第一表面粗糙度而該邊緣部分具有第二表面粗糙度，該第一表面粗糙度大于該第二表面粗糙度。
文檔編號H01L21/304GK102246279SQ200980150054
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)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