改良的承载头薄膜的制作方法

专利名称：改良的承载头薄膜的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于半导体制造的设备与方法。具体而言，本发明的具体实施 例是有关于用以平坦化半导体基底的设备以及形成该设备的方法。
背景技术：
在半导体制造领域中，平坦化(planarization)是一种从基底上移除材料、使基 底表面平整以及暴露出基底表面下方的层的过程。通常在经过一个或多个沉积过程而在基 底上形成材料层之后，会进行基底的平坦化。在这类过程中，在基底的场区中形成多个开 ？L，且利用镀覆过程，例如电镀法，将金属填入上述开孔中。金属填入开孔后，会在表面中产 生特征结构，例如导线或接触点。虽然理想的情形是用金属充填开孔仅到达周围基底的高 度，然而在场区以及开孔上都会发生沉积。因此必须移除这些多出来且不需要的沉积物，而 平坦化就是一种可用于移除多余金属的方法。化学机械平坦化(CMP)是一种常用的平坦化过程，其是将基底牢固地保持在定 位，并以研磨垫或研磨网来摩擦基底。当研磨网在基底下方线性移动时，可将基底抵靠着 研磨网旋转；或使基底抵靠着研磨垫旋转，同时使研磨垫也以相同或相反方向转动、线性移 动、圆周运动或上述运动的组合。通常将研磨化合物添加至正进行摩擦的研磨垫，以加速材 料移除。上述化合物通常含有研磨材料以磨擦基底，且含有化学成份以将材料从基底表面 溶解。在电化学机械平坦化的情形中，亦会对基底施加电压，以便利用电化学的手段来加速 材料移除。在上述过程中，施加于基底表面的力不容忽视。摩擦过程中在基底表面上产生的 剪切力通常可高达IOOpsi (磅/平方英寸)，而将基底移入及移出处理位置的垂直移动所导 致的轴向力可高达lOpsi。这些力使得在处理前、处理中以及处理后都必须将基底牢固地保 持在定位，以确保可得到均勻一致的结果并防止基底破裂。在大多数的实例中，可利用承载头将基底握持在定位，例如图1的示意剖面图中 所示的实例。承载头100的特征在于基底接合部102。基底接合部102配有(fitted)薄膜 或隔膜104。薄膜104接触由承载头100所承载的基底。承载头100另一常见特征是具有 一个或更多个通道106。可经由通道106将气体吸出或泵入承载头100，以控制薄膜104的 形状。在操作中，可通过将薄膜104压向基底而使承载头100接触该基底。可经由通道106 将气体吸出承载头100，而在薄膜104后方形成真空。薄膜104会出现凹陷，而在薄膜104 及基底之间形成真空。面向承载头100的基底表面以及背向承载头100的另一表面之间的 压力差会迫使基底抵靠着承载头，形成“真空卡盘(vacuum chuck)”。因此，在处理过程中， 承载头100能够紧紧握持住基底。在完成处理后要释放基底时，可将气体经由通道106泵 入承载头100中。这解除了真空状态，使得薄膜104回复到平坦位置而释放真空卡盘。一般而言，可通过位于薄膜104边缘的珠部108与承载头100中的沟槽110接合， 而使薄膜104与承载头100连接，如图IA所示。珠部108是一种有形状的边缘特征结构， 其尺寸适于配适在沟槽110内。在某些情形中，薄膜的弹性可以将珠部108保持在沟槽110
4内，并保持薄膜104与承载头100的连接。基底及薄膜104之间的接触产生摩擦力，能够抵 抗基底在处理过程中的侧向移动。真空卡盘亦可握持基底，使基底抵住承载头，以便将基底 升高至处理表面上方。不幸的是，现今承载头常用的薄膜的渗漏率非常高。薄膜渗漏不利于维持薄膜后 方的真空，使得基底在处理过程中脱离承载头。一般而言，真空卡盘的力量应足以抵抗平坦 化过程中产生的剪切力。若真空力过低，剪切力会胜过摩擦力，使得基底与承载头分离，此 情形常会对基底造成损伤，而使得基底无法使用。从处理设备脱落的基底通常还会损害生 产线上的其它基底。必须关闭生产线以移除受损的基底。基底也有可能与薄膜粘着。在处理后，基底中受力而抵住薄膜表面的部位会粘附 在薄膜上，因而难以自设备上移除基底。即便对一个或多个腔室施加压力以便释放基底，基 底仍可能附着至薄膜而无法释放。若基底附着于承载头的时间过长，基底也有可能受损。因此，需要一种能够在平坦化过程中牢固地握持基底且在处理后可靠地释放基底 的承载头。

发明内容
一般而言，本发明具体实施例提供用于在平坦化设备中操控基底的承载头与外罩。在一个方面中，提供用于基底承载头的外罩，其包含表面以接合基底；以及包含珠 部，该珠部位于该表面的边缘以接合至承载头上的接收结构，其中珠部的宽度大于接收结 构的宽度。承载头具有上方部及下方部，而接收结构形成于其中。下方部可与上方部配对， 允许下方部相对于上方部移动。通过在薄膜的边缘部形成珠部，将珠部插入接收结构中，以 及压缩珠部以和接收结构共形来在薄膜和承载头之间形成密封，上述珠部的厚度大于接收 结构的宽度。在另一方面中，提供用于基底承载头的薄膜，其包含用于接合基底的安装表面、由 安装表面延伸出的周围部(peripheral portion)、由周围部延伸出的珠部，以及不粘黏涂 层(non-sticking coating或non-stick coating)，该不粘黏涂层覆盖薄膜的一部分以形 成涂覆部与未涂覆部，其中未涂覆部包括珠部。上述承载头包含基座(base)，上述薄膜可连 接至该基座，且未涂覆的珠部亦可黏附至基座，因而可加强所形成的密封状态。可将屏蔽施 用至薄膜不需涂覆的多个部分上，接着施用该不粘黏涂层，以及移除该屏蔽，以便在薄膜的 多个部分上涂覆不粘黏涂层。在另一方面中，用于基底承载头的薄膜包含表面与珠部；上述表面用以接合基底， 且上述珠部位于该表面的边缘以接合至承载头中的接收结构。上述表面的粗糙度(Ra)为 至少约10微英寸(micro-inches)。本发明的实施例可包含一个或多个以下特征结构。上述接收结构可以是沟槽。上 述表面的粗糙度(Ra)为至少约15微英寸。上述表面粘着至基底时的粘着力小于约0.02 磅，如，小于约0. 01磅。该接收结构可形成于承载头的基座部分中，且基座部分可移动地 (moveably)连接至承载头的外壳部。上述表面粘着至基底时的粘着力小于基底的重量。在另一方面中，用于基底承载头的薄膜包含用于接合基底安装表面、由该安装表 面延伸出的周围部、由该周围部延伸出的珠部；以及不粘黏涂层，该不粘黏涂层覆盖住薄膜的一部分以形成涂覆部与未涂覆部，其中该未涂覆部包括该珠部。本发明的实施例可包含一个或多个以下特征结构。上述未涂覆部可包含周围 部。上述薄膜的渗漏率可小于约0.2psi/min。上述珠部的表面粘着至金属时的粘着张力 (sticking tension)为至少6. OPa。上述珠部可用以接合至形成于承载头的基座部分中的 接收结构，且基座部分可移动地连接至承载头的外壳部。在另一方面中，一种操控位于平坦化设备中的基底的方法包括提供具有薄膜的 承载头，将薄膜表面压向基底并降低薄膜后方的压力以形成真空卡盘而接合基底，以及通 过释放真空卡盘而使基底脱离。上述薄膜具有粗糙度(Ra)为至少约0.10微英寸的表面。本发明的实施例可包含一个或多个以下特征结构。上述基底的重量可能大于基底 和薄膜表面之间的粘着力。使基底脱离还包含通过基底本身的重量而使基底与薄膜表面分 离。上述基底粘着至薄膜表面时的粘着力小于约0.01磅。提供薄膜的步骤可包括在模具 中加入可固化液体，该模具的内表面设计成可使薄膜的至少一部分具有表面粗糙；固化该 液体以形成薄膜；以及由模具中移除薄膜。提供薄膜的步骤可包括在模具中加入可固化 液体；固化该液体以形成薄膜；由模具中移除薄膜；以及施加机械力以将薄膜表面粗糙化。在另一方面中，形成用于平坦化设备中的薄膜的方法包括形成弹性件，该弹性件 具有平坦的中央部分、轮廓(contoured)周围部分以及围绕着边缘的珠部；将屏蔽施加至 该弹性件的一部分；以不粘黏涂层来涂覆该弹性件；以及移除屏蔽。本发明的实施例可包含一个或多个以下特征结构。形成弹性件的材料选自包含下 列物质的群组中硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、EPDM橡胶、聚酰亚胺(polyimide)及热塑 性弹性体(thermoplastic elastomer)。遮盖住弹性件的一部分的步骤可包括将弹性覆层 (flexible covering)配适在该弹性件的一部分上。该弹性件中被遮盖住的部分可包含珠 部。不粘黏涂层可以是聚合物涂层，如，聚对二甲苯(Parylene)涂层。形成弹性件的步骤 可包含将可固化液体加入模具中、加热该液体以将的固化，以及由模具中移除弹性件。在另一方面中，用于基底承载头的薄膜包含表面与珠部；上述表面用以接合基底， 且上述珠部位于该表面的边缘，以接合至承载头上的接收结构。上述珠部的宽度大于接收 结构的宽度。本发明的实施例可包含一个或更多个以下特征结构。上述接收结构可以是沟槽。 上述珠部的宽度可以比该接收结构的宽度大至少约10%。上述薄膜的厚度可小于接收结 构的宽度。上述珠部的剖面可为圆形。当珠部和接收结构接合时，珠部可承受至少约10% 的压缩比，如，介于约12%至约20%之间。上述珠部的压缩可在接收结构中形成共形密封。 上述表面的粗糙度(Ra)为至少约10微英寸。可利用不粘黏涂层来涂覆该薄膜的一部份， 以形成涂覆部分与未涂覆部分，且未涂覆部分至少包含珠部。珠部的表面可粘着至金属，其 粘着张力为至少6. OPa0在另一方面中，用于在化学机械抛光设备中操控基底的承载头包括外壳 (housing)、连接至该外壳的基座(base)，以及连接至上述基座的外罩(cover)。上述外罩 至少包含珠部，该珠部可和基座上的接收结构接合，且珠部未被压缩的厚度大于接收结构 的宽度。本发明的实施例可包含一个或多个以下特征结构。上述接收结构可以是沟槽。当 珠部和接收结构接合时，珠部可经历至少约10%的压缩比，如，介于约12%至约20%之间。
6上述外罩的渗漏率小于约0. 2psi/min。上述珠部表面可和沟槽表面相符以形成密封。上述 外罩还包含表面以供接合基底，且上述表面的粗糙度(Ra)为至少约10微英寸。可利用不 粘黏涂层来涂覆该外罩的一部分，以形成涂覆部分与未涂覆部分，且未涂覆部分可包含至 少珠部。珠部的表面粘着至金属时的粘着张力为至少6. OPa0在另一方面中，在基底承载头与薄膜之间形成密封的方法包含在基底承载头的 一部份中形成沟槽；围绕着薄膜的边缘形成珠部，该珠部厚度大于沟槽宽度；将珠部插入 沟槽中；以及压缩位于沟槽内的珠部，而使得珠部表面与沟槽表面相符而形成密封。本发明的实施例可包含一个或多个以下特征结构。上述珠部的厚度可能比沟槽宽 度要大至少10%。压缩位于沟槽内的珠部，使珠部变形达到至少约10%的压缩比，如，介于 约12%至约20%之间。压缩位于沟槽内的珠部可使得沟槽中的空隙空间小于约1%。在另一方面中，提供用于基底承载头的薄膜，该薄膜包括表面与珠部；上述表面用 于接合基底，上述珠部位于该表面的边缘且用以接合至基座中的接收结构，其中该表面的 粗糙度(Ra)为至少约10微英寸。上述薄膜上的珠部与承载头上的沟槽配对。


为了详细了解上述本发明的特征，针对上述简要说明的发明，参照多个实施例提 出具体详细说明，并以附图阐明其中部分实施例。然而，应指出，附图仅阐明了典型的具体 实施例，不应将其视为对本发明权利要求的限制，本发明亦可能具有其它等效的具体实施 例。图1为示意剖面图，显示现有技术的承载头设备范例。图IA为图1的设备的细节图。图2为示意剖面图，示出根据一个具体实施例的示例性承载头设备。图2A和2B为图2的设备的细节图。第3A和3B图为示意剖面图，救出根据具体实施例的两种承载头薄膜。图4A为透视图，示出根据一个具体实施例的设备。图4B为一侧视图，示出根据一个具体实施例的屏蔽设备。图5为示意剖面图，示出根据一个具体实施例的承载头设备。在图中，尽可能以相同组件符号来代表相同的组件，以利于理解。可以认为，可将 具体实施例中公开的组件有利地运用于其它具体实施例中而不需具体列举。
具体实施例一般而言，本发明具体实施例提出了用以在平坦化过程中操控基底的基底承载 头。图2示出根据具体实施例的示例承载头200。图2所示的承载头200具有外壳202、基 座204与薄膜206。外壳202 —般可对承载头200提供结构上的支撑，并将承载头200连 接至设备的其它部分(未示出)，并提供管道208以用于传递过程气体进出承载头200。在 某些具体实施例中，可利用弹性隔膜210将基座204连接至外壳202，以允许在外壳202及 基座204之间进行某种程度的独立移动。如此一来，当将基底安装于承载头200上时，能够 相对于工作表面调整基底位置，且同时保持承载头200上的密封。可通过现有机构(未示 出)来控制基座204的移动，此机构例如本案发明人拥有的美国专利6，183，354号中所示，上述机构位于基座204内，且可用以限制基座204相对于外壳202的移动。可利用能够承 受CMP过程中的机械与化学需求的任何弹性材料来制造隔膜210。前述材料可包含弹性件 材料，例如丁基橡胶、EPDM橡胶、天然橡胶或硅橡胶。在基座204之下表面处以薄膜206覆盖基座204。薄膜206通常包含用以与基底 接合的表面212、周围部214，以及珠部216，珠部216位于薄膜206的边缘。一般而言，珠 部216是位于薄膜边缘的形状(shaped)特征结构，且在某些具体实施例中，珠部216的厚 度大于薄膜表面212的厚度。珠部216可利用形成于基座204中的沟槽218与基座204接 合。在某些具体实施例中，可将珠部216插入至沟槽218中，以便将薄膜206安装于基座 204上。弹性薄膜206可延伸跨越基座204，且两者共同在薄膜上方定义出空间220。可操 控空间220中的压力而在薄膜206后方创造出真空。当薄膜表面212与基底接触时，此真 空会使得薄膜表面212变形而将薄膜拉离基底表面。当薄膜表面212的边缘部222保持与 基底表面接触且薄膜表面212向后缩时，在薄膜表面212及基底表面之间会形成真空。面 向薄膜及远离薄膜的两个基底表面之间的压力差产生迫使基底保持于承载头上的力，形成 “真空卡盘”。本发明具体实施例提出通过防止透过薄膜206及薄膜206周围的渗漏来保持上述 真空卡盘的方法与设备。图2A为特写图，示出与图2中承载头200的薄膜206相关的珠部 216及沟槽218组件。珠部216的宽度W可大于薄膜206的厚度T。珠部的形状可以大体 是圆形，且剖面可为圆弧状，或其形状可以是卵圆形、长椭圆形或椭圆形，且剖面可为凸曲 线弧状，如椭圆曲线。当珠部的外型为卵圆形、长椭圆形或其它非正圆形的形状时，珠部在 与薄膜206的珠部连接部分226基本平行或共平面的方向具有第一尺寸L，并且珠部在与薄 膜206的珠部连接部分226基本垂直的方向有第二尺寸W。在某些具体实施例中，W可大于 L ；在某些其它具体实施例中，L可大于W。一般可将珠部216插入基座204上的沟槽218中。在目前常用的承载头中，沟槽 218的宽度Wg可等于或大于珠部216的宽度W。在此种“精确配合(exact fit) ”的组合 件中，可通过支撑环224将珠部216保持于沟槽218内部，上述支撑环224可防止珠部216 掉出沟槽218。若使沟槽218的大小可精确配合珠部或大于珠部，在珠部216的周围可能 留下大量的空隙空间，使得气体可通过珠部216周围并经过沟槽218。发明人发现，利用尺 寸大于沟槽宽度Wg的珠部216可造成压缩密封，并可实质消除通过薄膜206的气体渗漏。 如图2B所示，珠部216的宽度为W，当将珠部216插入沟槽218中时，可将珠部216压缩至 压缩宽度C。压缩比可定义为R= (W-C)/W，且可将所得到的分数乘以100而以百分比表示 的。因此，压缩比可表示当将珠部216插入沟槽218中时，珠部216的宽度缩小的程度。在 沟槽218中的珠部216的压缩作用会产生密封，这是因为在压力下，珠部216的表面密切地 和沟槽218的表面共形，防止加压气体通过珠部216周围的沟槽。可将沟槽中的珠部周围 的空隙空间缩小至小于1%。在大多数的实施例中，可使用约10%至约25%的压缩比。然 而，在优选的情形中，压缩比约为12%至约20%。当所用的珠部大于承载头上的接收结构 时，可将薄膜的渗漏率降低至0. 2psi/min或更低。一般而言，薄膜(如上述及参照图2A与2B所述的)可由弹性材料制成，该弹性材 料可承受多种处理条件，例如高剪切力及酸性成份等。一般而言，可利用耐久性高分子材料 例如硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、EPDM橡胶、聚酰亚胺及热塑性弹性体来形成承载头薄膜。
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在CMP设备中，基底会粘附至覆盖承载头的薄膜。此粘着作用有时可能会损伤基 底，并导致生产线停工。黏着至承载头薄膜的基底可能无法在适当的时机脱离，且可能会被 基底传输机构损坏。此种受损的基底可能会留下碎片或粒子，这些碎片或粒子又可能损坏 后续的基底，因此导致一连串的基底损失。更甚者，可能必须关闭生产线，才能移除这些受 损的基底或碎片。为了避免基底附着至承载头薄膜，制造业者通常会以不粘黏涂层(例如聚对二甲 苯，parylene)来涂覆薄膜。聚对二甲苯涂覆过程是一种低压气相沉积过程。将聚对二甲 苯二聚体(亦称为二对二甲苯，diparaxylylene)汽化并热解，以产生对二甲苯双自由基， 其可沉积于薄膜上并于该处聚合成为聚对二甲苯。上述涂层可共形地覆盖薄膜，且可消除 基底附着至薄膜的倾向。然而，其亦可能降低薄膜珠部与对应沟槽共形的能力，而导致较高 的气体渗漏率。本发明具体实施例提出用于承载头的方法与设备，上述承载头的特征为其薄膜对 基底的粘附性较低且其珠部可与承载头上的接收结构共形。图3A为剖面图，示出根据具体 实施例的承载头薄膜300。图3A的承载头薄膜具有珠部302，且薄膜涂覆了不粘黏涂层304， 该不粘黏涂层304仅延伸至珠部302但并未覆盖珠部。因此，不粘黏涂层304仅覆盖了薄膜 300的安装表面306与周围部308。在不涂覆珠部302的情形下，可利用薄膜300的未涂覆 部会附着至其它表面的自然倾向而提升密封性。在多个具体实施例中，要将薄膜300安装 于承载头上时，会将珠部302插入形成于承载头(未示出)的基座上的凹部，例如沟槽。图 3A中，未经涂覆的珠部可更轻易地与该凹部共形，这是因为和经过涂覆的表面相较之下，未 涂覆的薄膜表面300更具有弹性。此外，珠部302的表面可粘着至凹部的内表面，因而加强 以此形成的密封。在某些具体实施例中，薄膜材料，例如珠部表面，一般会以至少约6. 0帕 斯卡(Pa，Pascals)的粘着力粘附至金属。在其它具体实施例中，将珠部与基座分离所需的 力至少为约0. 5毫牛顿(mN)。图3B为剖面图，示出根据另一具体实施例的承载头薄膜。在图3B所示的具体实施 例中，不粘黏涂层304延伸至薄膜的周围部308。因此，不粘黏涂层仅覆盖安装表面306，且 周围部308与珠部304包含未涂覆表面。在替代性的具体实施例中，可将不粘黏涂层施用 于珠部302，但施用至珠部302的涂层比施用至安装表面306的涂层要来得薄。举例来说， 在某些具体实施例中，包含聚对二甲苯(parylene或称polyparaxylylene)的不粘黏涂层 涂覆在安装表面306上的厚度为50微米(μ m)，但涂覆在珠部302的厚度仅有10 μ m。在 珠部302上形成较薄的不粘黏层可增加珠部302与基座的凹部共形而形成密封的能力，且 同时可降低移除珠部302时所需的分离力。本发明其它具体实施例提出的承载头薄膜不需使用如上文所述的不粘黏涂层即 能可靠地释放基底。在形成承载头薄膜时，可使其用以接合基底的表面具有较小的粘着力， 例如小于0. 02磅，又例如小于0. 01磅，而不需在该表面上形成不粘黏涂层。若承载头薄膜 的表面的粗糙度(Ra)至少约10微英寸(μ in)，例如至少约15 μ in，该表面的粘着力会小 于基底的重量，使得当基底脱离承载头时，基底不会附着至薄膜表面。在模铸过程(如压 缩成型或注射成型)中，利用经设计而可得到所需表面粗糙度的模型来形成上述承载头薄 膜。或者是，可在形成薄膜之后，在期望的表面上施用可使表面粗糙化的物体来得到表面粗 糙度。上述物体可摩擦该表面而使表面粗糙化，或可在模铸成型的平滑薄膜表面上粘贴具有粗糙表面的膜层而使其具有粗糙表面。若有需要，可通过施覆不粘黏涂层(如上文所述 者)至该薄膜的粗糙表面的一部份或具有粗糙表面的整个薄膜上，以提升粗糙表面的不粘 黏性。承载头可具备任一个或所有上述特征。在一个示例中，承载头可具有上方部以及 与其配对之下方部，使得下方部可相对于上方部移动，如上文参照图2所述。在下方部中形 成凹部(如沟槽)，以作为外罩的接收位置。在不同的实施例中，凹部的外型可为圆形或有 角的轮廓，例如正方形或矩形，且其宽度可大于、等于或小于其深度。承载头可具备外罩，以利对基底的控制。外罩可以是由可挠性材料(如弹性聚合 物)所形成的薄膜。可将不粘黏涂层涂覆于上述外罩的整个表面或一部份上。一般而言， 外罩具有中央部、周围部与边缘部；上述中央部具有表面以在其上配合或安装基底；上述 周围部有助于与承载头配对；上述边缘部则用以和承载头配对。外罩的边缘部可以是珠部 且大致上可为圆形，例如正圆形、卵圆形或长椭圆形，或有角的形状。一般而言，所形成的边 缘部是用来配适(fit)于承载头的凹部中。可将边缘部的尺寸与形状建构成能精确地符合 凹部的尺寸与形状；或在优选的情形中，可将边缘部设计成比凹部更宽，使得需要压缩才能 将边缘部插入凹部中。压缩比定义为在压缩时宽度缩小的百分比，而当压缩比为约10%至 约25% (如约12%至约20% )时，可有效地将外罩边缘的气体渗漏控制在约0. 2psi/min 或以下。当边缘部的宽度比起将插入的凹部多出至少10%的时候，通常即可达到可行的密 封。在不同具体实施例中，外罩的厚度可大于边缘部的宽度或小于边缘部的宽度。外罩通 常可在承载头中界定出一个或多个空间或空腔，以用于操控外罩后方的压力。可通过操控 外罩后方的压力来改变外罩的形状，以符合过程目的。可利用不粘黏涂层来涂覆上述外罩。可使用蒸气来沉积不粘黏涂层，例如聚对二 甲苯涂层；或以液体形式来形成涂层。可将不粘黏涂层涂覆于整个外罩表面或仅涂覆至其 表面的一部分。举例来说，可在除了边缘部以外的所有部分上涂覆不粘黏涂层，或将不粘 黏涂层仅涂覆于基底接合表面上。可在涂层涂布过程中使用屏蔽，以保护外罩上不需涂覆 的部分。屏蔽可以是固定物，其形状与边缘部类似，且具有开孔以利将屏蔽配适于外罩上。 图4A为透视图，示出安装了屏蔽402的外罩400。在具体实施例中，屏蔽402可以是弹性 的管状固定物，沿着其长度方向上有纵向开口 404，如图4B所示。在另一具体实施例中，屏 蔽402可以是弹性、中空的矩形套管，其具有纵向开口。在涂覆不粘黏涂层的过程中，可从 开口 404将外罩的边缘部插入屏蔽中。当将屏蔽402安装于外罩400上时，屏蔽402形状 可为环状。在涂覆不粘黏涂层之后，可移除屏蔽402，以得到在一部分表面上具有不粘黏涂 层的外罩400。在某些具体实施例中，遮蔽外罩的边缘部或边缘部与周围部可能较为有利。 不粘黏涂层因为降低外罩材料(例如硅橡胶、EPDM橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、或其它弹性 体或热塑性材料)对承载头材料(例如金属)的亲和力而降低边缘部密封凹部的能力。上 述亲和力降低会导致密封性降低，因而造成渗漏率提高。不涂覆边缘部或不涂覆边缘部与 周围部，可保留边缘部与凹陷共形并形成所需密封的能力。在某些具体实施例中，可在外罩上形成粗糙的基底接合表面，而非形成不粘黏涂 层。一般而言，可利用模铸过程来形成上述外罩，其中将可固化或可定形材料置于模具中， 并使其成模与定形。所利用的模具可使所形成的外罩的多个选定部分具有粗糙表面。在多 个具体实施例中，表面粗糙度(Ra)至少约10 μ in(如约15 μ in或以上)的表面可将粘着力降低至小于约0. 02磅，而使得基底重量超过粘着力，因而基底可与承载头分离。亦可通 过在外罩的所选表面上施加机械力以赋予外罩粗糙表面。可利用粗糙化工具来摩擦外罩表 面以赋予其粗糙度。或者是，在某些具体实施例中，可将具有粗糙表面的膜层(laminate) 施加至外罩上。某些外罩可以是分节式的构造，其具有多个分配器(divider)，这些分配器由外罩 表面延伸出且可界定出多个腔室。图5为示意剖面图，示出承载头500具有分节式外罩502。 该些分配器516可与承载头500的基座520上的连接点518配合，且当其与连接点518接 合时可密封腔室506。一般而言，具有分节式外罩502的承载头500具有通道504，其可连 通承载头外部的气源(未示出)与腔室506，而可将气体独立地提供至该些腔室506或将腔 室506抽空。在操作中，可将腔室506加压至不同程度，以改变基底接合表面522的形状。 在某些具体实施例中，较为有利的情形是，可随着操作腔室506的方式不同，将不粘黏涂层 508涂覆至基底接合表面522的一部分。举例来说，若提供了同心腔室，那么可将基底接合 表面522的中心加压或抽空，以加强对基底的操控处理，在较为有利的情形中，可将不粘黏 涂层仅涂覆至基底接合表面中对应于最中心腔室的中央部510。若基底的周围部分粘着至 基底接合表面522的周围部514，可加压腔室506最接近外罩502中心的部分，使其成为凸 状，以便使基底脱离周围部514，且基底接合表面522的中央部510的不粘黏特性可确保基 底能可靠地脱离承载头500。相似地，在某些具体实施例中，较为有利的情形是在基底接合 表面的一部分522中提供表面粗糙度。在某些具体实施例中，单一外罩的某些部分可具有 不粘黏涂层，其它部分则具有粗糙化表面。在操作中，可利用上述配有外罩的承载头来可靠地在平坦化设备上操控基底。再 次参照图5，将外罩502的基底接合表面522移动到邻近基底处，使得表面522的中心与基 底中心对齐以得到最佳结果。使表面522抵靠着基底，且将承载头中位于外罩后方的空间 抽空。在使用分节式外罩的具体实施例中，可将一个或多个腔室抽空。在使用非分节式外罩 的具体实施例中，可将外罩后方的基本上整个空间抽空。因此可在外罩502后方形成真空， 而使基底接合表面522变形成为凹陷的形状，而在基底接合表面522与基底之间形成一个 借着外罩502周围部514与基底周边之间的接触而密封的空间。在过程中，上述真空可将 基底牢固地保持于承载头500上。如此处所述的外罩可保持具有极低渗漏率的真空状态。 在整个过程中，承载头可牢固地保持基底。要释放基底时，以环境压力来解除外罩后方的真 空，以便分离基底。若基底接合表面522具有上述不粘黏涂层或粗糙表面，基底将自动地脱 离。若部分的基底接合表面(例如中央部)经过涂覆或粗糙化，但与基底粘着，可施加正压 以将外罩变形为凸状，以分离基底周边部分，其后基底中央可自动脱离。这将有利于防止基 底在不适当的时间与承载头发生不必要的分离。本发明具体实施例提出在基底承载头及薄膜之间形成密封的方法。提出承载头， 其具有凹部，该凹部可以是沟槽或其它接收结构。凹部可具有任何适当的形状，但最常见的 是圆形或U型、或矩形。提供薄膜用以装配于承载头，上述薄膜具有表面、周围部与边缘部； 上述表面用以接合基底，上述周围部用以协助形成由基底接合表面延伸的密封；上述边缘 部从周围部延伸而出且用以和承载头接合与密封。可在薄膜的边缘部上形成珠部，珠部的 厚度大于薄膜厚度。或者是，薄膜的数个部分的厚度可大于珠部厚度。珠部亦可具有任何 适当形状，但其剖面形状通常为正圆形、长椭圆形或卵圆形。
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珠部厚度大于其所接合的凹部的宽度。在优选的情形中，珠部的厚度比凹部的宽 度至少大上10%。当将珠部插入凹部中的时候会压缩该珠部，而使得珠部表面与凹部表 面形成共形密封。当将珠部插入凹部中的时候，珠部通常会变形，而造成介于约10%至约 25% (例如约12%及约20%)间的压缩比(压缩比的定义为宽度或厚度缩小的百分比)， 且在凹部中留下的剩余空隙空间小于1%。在根据上述实施例所提供的薄膜中，可如前文所述在薄膜的多个部分上涂覆不粘 黏涂层。若有需要，可在涂覆不粘黏涂层的前，遮蔽薄膜的某些部分，而使得这些部分不会 被涂覆。在涂覆涂层的前，可在薄膜上提供上文所述的弹性屏蔽，且之后可将其移除，以使 得薄膜具有多个未涂覆的部分。在某些具体实施例中，较有利的情形是，薄膜的未涂覆部分 包含边缘部，以加强珠部及承载头之间的密封。在其它具体实施例中，较有利的情形是未涂 覆部分亦包含周围部。在又一些具体实施例，可使未涂覆部分包含除了基底接合表面的中 央部以外的所有其它部分，以便在珠部周围形成可靠的密封、在基底与承载头间形成可靠 的附连，以及当对薄膜施加正压时能够可靠地释放基底。一般而言，具有未涂覆珠部的薄膜 可达到小于0. 2psi/min的渗漏率。制造上述屏蔽时，可形成弹性、延长的遮蔽覆套，其剖面形状可以是任何适当的形 状，例如圆形或矩形；以及在沿着覆套长度的方向形成纵向开口，以使得可将屏蔽施用至薄 膜的多个部分。利用上述方式制得的屏蔽可套到薄膜的边缘部，举例来说，以便在不粘黏涂 层的涂覆过程中遮蔽边缘部，且之后可移除该屏蔽。制备上文所述的用于平坦化设备的薄膜时，可将其制成弹性件，其具有平坦中央 部、轮廓周围部及围绕边缘的珠部，并且可通过将屏蔽装配至该弹性件的一部分上、以不粘 黏涂层涂覆该弹性件以及移除屏蔽来施加不粘黏涂层。形成薄膜时，可将可定形或可固化 液体注射至模具中，并使该液体固化或定形成为弹性或可挠性材料。可施加热或压力以利 固化。当利用未涂覆珠部时，可使用对金属具有至少6. OPa的粘着力的材料，以加强粘着至 承载头时形成的密封。上文已叙述了此类材料的多个实例，此材料使得珠部及承载头间的 分离力为至少约0. 5mN。在某些具体实施例中，可提供模具，其可在薄膜的多个部分上形成粗糙表面。利 用上述方法形成的薄膜在这些部分上的表面粗糙度为至少约 ομ in，例如15μ in或以上。 在薄膜与基底接触的这些部分上的表面粗糙度可将基底对薄膜的粘着力降低至小于0. 02 磅，而使得当释放真空卡盘时，基底可自动地与承载头分离。在其它具体实施例中，可在薄 膜成型后，通过施加机械力以将薄膜表面粗糙化。虽然上文提出了多种具体实施例，亦可设想出其它与进一步的具体实施例。
1权利要求
一种用于基底承载头的薄膜，所述薄膜包括表面，用于与基底接合；以及珠部，位于所述表面的边缘，用于与所述承载头中的接收结构接合，其中，所述表面具有至少约10微英寸的粗糙度(Ra)。
2.如权利要求1所述的薄膜，其中，所述表面的粗糙度(Ra)为至少约15微英寸。
3.如权利要求1所述的薄膜，其中，所述表面以小于约0.02磅的粘着力附着至所述基底。
4.权利要求1所述的薄膜，其中，所述表面以小于约0.01磅的粘着力附着至所述基底。
5.一种用于基底承载头的薄膜，所述薄膜包括 安装表面，用于与基底接合；周围部，从所述安装表面延伸； 珠部，从所述周围部延伸；以及不粘黏涂层，覆盖住所述薄膜的一部分以形成涂覆部与未涂覆部，其中，所述未涂覆部 包含所述珠部。
6.如权利要求5所述的薄膜，其中，所述未涂覆部包含所述周围部。
7.如权利要求5所述的薄膜，其中，所述薄膜的渗漏率小于约0.2psi/min。
8.如权利要求5所述的薄膜，其中，所述珠部的表面以至少6.OPa的粘着张力附着至金jM ο
9.一种形成用于平坦化设备的薄膜的方法，所述方法包括形成弹性件，所述弹性件具有平坦中央部、轮廓周围部以及围绕边缘的珠部； 将屏蔽施加至所述弹性件的一部分； 以不粘黏涂层涂覆所述弹性件；以及 移除所述屏蔽。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述弹性件由从硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、 EPDM橡胶、聚酰亚胺及热塑性弹性体组成的群组中选择的材料制成。
11.如权利要求9所述的方法，其中，将所述屏蔽施加至所述弹性件的所述部分的步骤 包括将弹性覆层配合在所述弹性件的所述部分上。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述弹性件的所述部分包含所述珠部。
13.一种用于基底承载头的薄膜，所述薄膜包括 表面，用于与基底接合；以及珠部，位于所述表面的边缘，用于与所述承载头中的接收结构接合，其中，所述珠部的 宽度大于所述接收结构的宽度。
14.如权利要求13所述的薄膜，其中，所述珠部具有圆形剖面。
15.一种承载头，用于操控化学机械抛光设备中的基底，所述承载头包括 夕卜壳；基座，连接至所述外壳；以及外罩，连接至所述基座，其中，所述外罩包括珠部，所述珠部与所述基座上的接收结构 接合，并且所述珠部的厚度大于所述接收结构的宽度。
16.如权利要求15所述的承载头，其中，所述接收结构为沟槽。
17.如权利要求15所述的承载头，其中，当所述珠部与所述接收结构接合时，所述珠部 承受的压缩比为至少约10%。
18.如权利要求17所述的承载头，其中，当所述珠部与所述接收结构接合时，所述珠部 承受的压缩比介于约12%至约20%之间。
19.如权利要求15所述的承载头，其中，所述外罩具有小于约0.2psi/min的渗漏率。
20.如权利要求15所述的承载头，其中，所述珠部的表面与所述沟槽的表面共形，以形 成密封。
21.一种在基底承载头和薄膜之间形成密封的方法，所述方法包括在所述基底承载头的一部分中提供沟槽；围绕着所述薄膜的边缘形成珠部，所述珠部的厚度大于所述沟槽的宽度；将所述珠部插入所述沟槽中；以及压缩位于所述沟槽内的所述珠部，使得所述珠部的表面与所述沟槽的表面共形而形成 密封。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述珠部的厚度比所述沟槽的宽度要大至少约 10%。
23.如权利要求21所述的方法，其中，压缩位于所述沟槽内的所述珠部包括以约12% 至约20%的压缩比使所述珠部变形。全文摘要
本发明提出用于平坦化基底的方法及设备。提出具有改良的外罩的基底承载头以牢固地握持基底。外罩可具有珠部，其尺寸大于与其进行配适的凹部，从而通过压缩力在凹部内形成共形的密封。珠部亦可不经涂覆，以加强珠部与沟槽表面的附着力。可将外罩表面粗糙化，以降低基底对外罩的附着力，而不需使用不粘黏涂层。
文档编号H01L21/304GK101981666SQ200980110527
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年3月25日
发明者哈伊·源, 拉伊库马尔·阿拉格尔萨米, 梅尔文·巴任提恩, 荣·珍·派克, 阿施施·布特那格尔, 阿比吉特·Y·德赛 申请人:应用材料公司