專利名稱：改良的承載頭薄膜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及用于半導體制造的設備與方法。具體而言，本發(fā)明的具體實施 例是有關于用以平坦化半導體基底的設備以及形成該設備的方法。
背景技術：
在半導體制造領域中，平坦化(planarization)是一種從基底上移除材料、使基 底表面平整以及暴露出基底表面下方的層的過程。通常在經過一個或多個沉積過程而在基 底上形成材料層之后，會進行基底的平坦化。在這類過程中，在基底的場區(qū)中形成多個開 ？L，且利用鍍覆過程，例如電鍍法，將金屬填入上述開孔中。金屬填入開孔后，會在表面中產 生特征結構，例如導線或接觸點。雖然理想的情形是用金屬充填開孔僅到達周圍基底的高 度，然而在場區(qū)以及開孔上都會發(fā)生沉積。因此必須移除這些多出來且不需要的沉積物，而 平坦化就是一種可用于移除多余金屬的方法?；瘜W機械平坦化(CMP)是一種常用的平坦化過程，其是將基底牢固地保持在定 位，并以研磨墊或研磨網來摩擦基底。當研磨網在基底下方線性移動時，可將基底抵靠著 研磨網旋轉；或使基底抵靠著研磨墊旋轉，同時使研磨墊也以相同或相反方向轉動、線性移 動、圓周運動或上述運動的組合。通常將研磨化合物添加至正進行摩擦的研磨墊，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，且含有化學成份以將材料從基底表面 溶解。在電化學機械平坦化的情形中，亦會對基底施加電壓，以便利用電化學的手段來加速 材料移除。在上述過程中，施加于基底表面的力不容忽視。摩擦過程中在基底表面上產生的 剪切力通?？筛哌_IOOpsi (磅/平方英寸)，而將基底移入及移出處理位置的垂直移動所導 致的軸向力可高達lOpsi。這些力使得在處理前、處理中以及處理后都必須將基底牢固地保 持在定位，以確?？傻玫骄鶆蛞恢碌慕Y果并防止基底破裂。在大多數的實例中，可利用承載頭將基底握持在定位，例如圖1的示意剖面圖中 所示的實例。承載頭100的特征在于基底接合部102?；捉雍喜?02配有(fitted)薄膜 或隔膜104。薄膜104接觸由承載頭100所承載的基底。承載頭100另一常見特征是具有 一個或更多個通道106?？山浻赏ǖ?06將氣體吸出或泵入承載頭100，以控制薄膜104的 形狀。在操作中，可通過將薄膜104壓向基底而使承載頭100接觸該基底?？山浻赏ǖ?06 將氣體吸出承載頭100，而在薄膜104后方形成真空。薄膜104會出現(xiàn)凹陷，而在薄膜104 及基底之間形成真空。面向承載頭100的基底表面以及背向承載頭100的另一表面之間的 壓力差會迫使基底抵靠著承載頭，形成“真空卡盤(vacuum chuck)”。因此，在處理過程中， 承載頭100能夠緊緊握持住基底。在完成處理后要釋放基底時，可將氣體經由通道106泵 入承載頭100中。這解除了真空狀態(tài)，使得薄膜104回復到平坦位置而釋放真空卡盤。一般而言，可通過位于薄膜104邊緣的珠部108與承載頭100中的溝槽110接合， 而使薄膜104與承載頭100連接，如圖IA所示。珠部108是一種有形狀的邊緣特征結構， 其尺寸適于配適在溝槽110內。在某些情形中，薄膜的彈性可以將珠部108保持在溝槽110
4內，并保持薄膜104與承載頭100的連接。基底及薄膜104之間的接觸產生摩擦力，能夠抵 抗基底在處理過程中的側向移動。真空卡盤亦可握持基底，使基底抵住承載頭，以便將基底 升高至處理表面上方。不幸的是，現(xiàn)今承載頭常用的薄膜的滲漏率非常高。薄膜滲漏不利于維持薄膜后 方的真空，使得基底在處理過程中脫離承載頭。一般而言，真空卡盤的力量應足以抵抗平坦 化過程中產生的剪切力。若真空力過低，剪切力會勝過摩擦力，使得基底與承載頭分離，此 情形常會對基底造成損傷，而使得基底無法使用。從處理設備脫落的基底通常還會損害生 產線上的其它基底。必須關閉生產線以移除受損的基底。基底也有可能與薄膜粘著。在處理后，基底中受力而抵住薄膜表面的部位會粘附 在薄膜上，因而難以自設備上移除基底。即便對一個或多個腔室施加壓力以便釋放基底，基 底仍可能附著至薄膜而無法釋放。若基底附著于承載頭的時間過長，基底也有可能受損。因此，需要一種能夠在平坦化過程中牢固地握持基底且在處理后可靠地釋放基底 的承載頭。

發(fā)明內容
一般而言，本發(fā)明具體實施例提供用于在平坦化設備中操控基底的承載頭與外罩。在一個方面中，提供用于基底承載頭的外罩，其包含表面以接合基底；以及包含珠 部，該珠部位于該表面的邊緣以接合至承載頭上的接收結構，其中珠部的寬度大于接收結 構的寬度。承載頭具有上方部及下方部，而接收結構形成于其中。下方部可與上方部配對， 允許下方部相對于上方部移動。通過在薄膜的邊緣部形成珠部，將珠部插入接收結構中，以 及壓縮珠部以和接收結構共形來在薄膜和承載頭之間形成密封，上述珠部的厚度大于接收 結構的寬度。在另一方面中，提供用于基底承載頭的薄膜，其包含用于接合基底的安裝表面、由 安裝表面延伸出的周圍部(peripheral portion)、由周圍部延伸出的珠部，以及不粘黏涂 層(non-sticking coating或non-stick coating)，該不粘黏涂層覆蓋薄膜的一部分以形 成涂覆部與未涂覆部，其中未涂覆部包括珠部。上述承載頭包含基座(base)，上述薄膜可連 接至該基座，且未涂覆的珠部亦可黏附至基座，因而可加強所形成的密封狀態(tài)?？蓪⑵帘问?用至薄膜不需涂覆的多個部分上，接著施用該不粘黏涂層，以及移除該屏蔽，以便在薄膜的 多個部分上涂覆不粘黏涂層。在另一方面中，用于基底承載頭的薄膜包含表面與珠部；上述表面用以接合基底， 且上述珠部位于該表面的邊緣以接合至承載頭中的接收結構。上述表面的粗糙度(Ra)為 至少約10微英寸(micro-inches)。本發(fā)明的實施例可包含一個或多個以下特征結構。上述接收結構可以是溝槽。上 述表面的粗糙度(Ra)為至少約15微英寸。上述表面粘著至基底時的粘著力小于約0.02 磅，如，小于約0. 01磅。該接收結構可形成于承載頭的基座部分中，且基座部分可移動地 (moveably)連接至承載頭的外殼部。上述表面粘著至基底時的粘著力小于基底的重量。在另一方面中，用于基底承載頭的薄膜包含用于接合基底安裝表面、由該安裝表 面延伸出的周圍部、由該周圍部延伸出的珠部；以及不粘黏涂層，該不粘黏涂層覆蓋住薄膜的一部分以形成涂覆部與未涂覆部，其中該未涂覆部包括該珠部。本發(fā)明的實施例可包含一個或多個以下特征結構。上述未涂覆部可包含周圍 部。上述薄膜的滲漏率可小于約0.2psi/min。上述珠部的表面粘著至金屬時的粘著張力 (sticking tension)為至少6. OPa。上述珠部可用以接合至形成于承載頭的基座部分中的 接收結構，且基座部分可移動地連接至承載頭的外殼部。在另一方面中，一種操控位于平坦化設備中的基底的方法包括提供具有薄膜的 承載頭，將薄膜表面壓向基底并降低薄膜后方的壓力以形成真空卡盤而接合基底，以及通 過釋放真空卡盤而使基底脫離。上述薄膜具有粗糙度(Ra)為至少約0.10微英寸的表面。本發(fā)明的實施例可包含一個或多個以下特征結構。上述基底的重量可能大于基底 和薄膜表面之間的粘著力。使基底脫離還包含通過基底本身的重量而使基底與薄膜表面分 離。上述基底粘著至薄膜表面時的粘著力小于約0.01磅。提供薄膜的步驟可包括在模具 中加入可固化液體，該模具的內表面設計成可使薄膜的至少一部分具有表面粗糙；固化該 液體以形成薄膜；以及由模具中移除薄膜。提供薄膜的步驟可包括在模具中加入可固化 液體；固化該液體以形成薄膜；由模具中移除薄膜；以及施加機械力以將薄膜表面粗糙化。在另一方面中，形成用于平坦化設備中的薄膜的方法包括形成彈性件，該彈性件 具有平坦的中央部分、輪廓(contoured)周圍部分以及圍繞著邊緣的珠部；將屏蔽施加至 該彈性件的一部分；以不粘黏涂層來涂覆該彈性件；以及移除屏蔽。本發(fā)明的實施例可包含一個或多個以下特征結構。形成彈性件的材料選自包含下 列物質的群組中硅橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、EPDM橡膠、聚酰亞胺(polyimide)及熱塑 性彈性體(thermoplastic elastomer)。遮蓋住彈性件的一部分的步驟可包括將彈性覆層 (flexible covering)配適在該彈性件的一部分上。該彈性件中被遮蓋住的部分可包含珠 部。不粘黏涂層可以是聚合物涂層，如，聚對二甲苯(Parylene)涂層。形成彈性件的步驟 可包含將可固化液體加入模具中、加熱該液體以將的固化，以及由模具中移除彈性件。在另一方面中，用于基底承載頭的薄膜包含表面與珠部；上述表面用以接合基底， 且上述珠部位于該表面的邊緣，以接合至承載頭上的接收結構。上述珠部的寬度大于接收 結構的寬度。本發(fā)明的實施例可包含一個或更多個以下特征結構。上述接收結構可以是溝槽。 上述珠部的寬度可以比該接收結構的寬度大至少約10%。上述薄膜的厚度可小于接收結 構的寬度。上述珠部的剖面可為圓形。當珠部和接收結構接合時，珠部可承受至少約10% 的壓縮比，如，介于約12%至約20%之間。上述珠部的壓縮可在接收結構中形成共形密封。 上述表面的粗糙度(Ra)為至少約10微英寸。可利用不粘黏涂層來涂覆該薄膜的一部份， 以形成涂覆部分與未涂覆部分，且未涂覆部分至少包含珠部。珠部的表面可粘著至金屬，其 粘著張力為至少6. OPa0在另一方面中，用于在化學機械拋光設備中操控基底的承載頭包括外殼 (housing)、連接至該外殼的基座(base)，以及連接至上述基座的外罩(cover)。上述外罩 至少包含珠部，該珠部可和基座上的接收結構接合，且珠部未被壓縮的厚度大于接收結構 的寬度。本發(fā)明的實施例可包含一個或多個以下特征結構。上述接收結構可以是溝槽。當 珠部和接收結構接合時，珠部可經歷至少約10%的壓縮比，如，介于約12%至約20%之間。
6上述外罩的滲漏率小于約0. 2psi/min。上述珠部表面可和溝槽表面相符以形成密封。上述 外罩還包含表面以供接合基底，且上述表面的粗糙度(Ra)為至少約10微英寸?？衫貌?粘黏涂層來涂覆該外罩的一部分，以形成涂覆部分與未涂覆部分，且未涂覆部分可包含至 少珠部。珠部的表面粘著至金屬時的粘著張力為至少6. OPa0在另一方面中，在基底承載頭與薄膜之間形成密封的方法包含在基底承載頭的 一部份中形成溝槽；圍繞著薄膜的邊緣形成珠部，該珠部厚度大于溝槽寬度；將珠部插入 溝槽中；以及壓縮位于溝槽內的珠部，而使得珠部表面與溝槽表面相符而形成密封。本發(fā)明的實施例可包含一個或多個以下特征結構。上述珠部的厚度可能比溝槽寬 度要大至少10%。壓縮位于溝槽內的珠部，使珠部變形達到至少約10%的壓縮比，如，介于 約12%至約20%之間。壓縮位于溝槽內的珠部可使得溝槽中的空隙空間小于約1%。在另一方面中，提供用于基底承載頭的薄膜，該薄膜包括表面與珠部；上述表面用 于接合基底，上述珠部位于該表面的邊緣且用以接合至基座中的接收結構，其中該表面的 粗糙度(Ra)為至少約10微英寸。上述薄膜上的珠部與承載頭上的溝槽配對。


為了詳細了解上述本發(fā)明的特征，針對上述簡要說明的發(fā)明，參照多個實施例提 出具體詳細說明，并以附圖闡明其中部分實施例。然而，應指出，附圖僅闡明了典型的具體 實施例，不應將其視為對本發(fā)明權利要求的限制，本發(fā)明亦可能具有其它等效的具體實施 例。圖1為示意剖面圖，顯示現(xiàn)有技術的承載頭設備范例。圖IA為圖1的設備的細節(jié)圖。圖2為示意剖面圖，示出根據一個具體實施例的示例性承載頭設備。圖2A和2B為圖2的設備的細節(jié)圖。第3A和3B圖為示意剖面圖，救出根據具體實施例的兩種承載頭薄膜。圖4A為透視圖，示出根據一個具體實施例的設備。圖4B為一側視圖，示出根據一個具體實施例的屏蔽設備。圖5為示意剖面圖，示出根據一個具體實施例的承載頭設備。在圖中，盡可能以相同組件符號來代表相同的組件，以利于理解?？梢哉J為，可將 具體實施例中公開的組件有利地運用于其它具體實施例中而不需具體列舉。
具體實施例一般而言，本發(fā)明具體實施例提出了用以在平坦化過程中操控基底的基底承載 頭。圖2示出根據具體實施例的示例承載頭200。圖2所示的承載頭200具有外殼202、基 座204與薄膜206。外殼202 —般可對承載頭200提供結構上的支撐，并將承載頭200連 接至設備的其它部分(未示出)，并提供管道208以用于傳遞過程氣體進出承載頭200。在 某些具體實施例中，可利用彈性隔膜210將基座204連接至外殼202，以允許在外殼202及 基座204之間進行某種程度的獨立移動。如此一來，當將基底安裝于承載頭200上時，能夠 相對于工作表面調整基底位置，且同時保持承載頭200上的密封?？赏ㄟ^現(xiàn)有機構(未示 出)來控制基座204的移動，此機構例如本案發(fā)明人擁有的美國專利6，183，354號中所示，上述機構位于基座204內，且可用以限制基座204相對于外殼202的移動?？衫媚軌虺?受CMP過程中的機械與化學需求的任何彈性材料來制造隔膜210。前述材料可包含彈性件 材料，例如丁基橡膠、EPDM橡膠、天然橡膠或硅橡膠。在基座204之下表面處以薄膜206覆蓋基座204。薄膜206通常包含用以與基底 接合的表面212、周圍部214，以及珠部216，珠部216位于薄膜206的邊緣。一般而言，珠 部216是位于薄膜邊緣的形狀(shaped)特征結構，且在某些具體實施例中，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中的溝槽218與基座204接 合。在某些具體實施例中，可將珠部216插入至溝槽218中，以便將薄膜206安裝于基座 204上。彈性薄膜206可延伸跨越基座204，且兩者共同在薄膜上方定義出空間220?？刹?控空間220中的壓力而在薄膜206后方創(chuàng)造出真空。當薄膜表面212與基底接觸時，此真 空會使得薄膜表面212變形而將薄膜拉離基底表面。當薄膜表面212的邊緣部222保持與 基底表面接觸且薄膜表面212向后縮時，在薄膜表面212及基底表面之間會形成真空。面 向薄膜及遠離薄膜的兩個基底表面之間的壓力差產生迫使基底保持于承載頭上的力，形成 “真空卡盤”。本發(fā)明具體實施例提出通過防止透過薄膜206及薄膜206周圍的滲漏來保持上述 真空卡盤的方法與設備。圖2A為特寫圖，示出與圖2中承載頭200的薄膜206相關的珠部 216及溝槽218組件。珠部216的寬度W可大于薄膜206的厚度T。珠部的形狀可以大體 是圓形，且剖面可為圓弧狀，或其形狀可以是卵圓形、長橢圓形或橢圓形，且剖面可為凸曲 線弧狀，如橢圓曲線。當珠部的外型為卵圓形、長橢圓形或其它非正圓形的形狀時，珠部在 與薄膜206的珠部連接部分226基本平行或共平面的方向具有第一尺寸L，并且珠部在與薄 膜206的珠部連接部分226基本垂直的方向有第二尺寸W。在某些具體實施例中，W可大于 L ；在某些其它具體實施例中，L可大于W。一般可將珠部216插入基座204上的溝槽218中。在目前常用的承載頭中，溝槽 218的寬度Wg可等于或大于珠部216的寬度W。在此種“精確配合(exact fit) ”的組合 件中，可通過支撐環(huán)224將珠部216保持于溝槽218內部，上述支撐環(huán)224可防止珠部216 掉出溝槽218。若使溝槽218的大小可精確配合珠部或大于珠部，在珠部216的周圍可能 留下大量的空隙空間，使得氣體可通過珠部216周圍并經過溝槽218。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用尺 寸大于溝槽寬度Wg的珠部216可造成壓縮密封，并可實質消除通過薄膜206的氣體滲漏。 如圖2B所示，珠部216的寬度為W，當將珠部216插入溝槽218中時，可將珠部216壓縮至 壓縮寬度C。壓縮比可定義為R= (W-C)/W，且可將所得到的分數乘以100而以百分比表示 的。因此，壓縮比可表示當將珠部216插入溝槽218中時，珠部216的寬度縮小的程度。在 溝槽218中的珠部216的壓縮作用會產生密封，這是因為在壓力下，珠部216的表面密切地 和溝槽218的表面共形，防止加壓氣體通過珠部216周圍的溝槽?？蓪喜壑械闹椴恐車?的空隙空間縮小至小于1%。在大多數的實施例中，可使用約10%至約25%的壓縮比。然 而，在優(yōu)選的情形中，壓縮比約為12%至約20%。當所用的珠部大于承載頭上的接收結構 時，可將薄膜的滲漏率降低至0. 2psi/min或更低。一般而言，薄膜(如上述及參照圖2A與2B所述的)可由彈性材料制成，該彈性材 料可承受多種處理條件，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 例如硅橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、EPDM橡膠、聚酰亞胺及熱塑性彈性體來形成承載頭薄膜。
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在CMP設備中，基底會粘附至覆蓋承載頭的薄膜。此粘著作用有時可能會損傷基 底，并導致生產線停工。黏著至承載頭薄膜的基底可能無法在適當的時機脫離，且可能會被 基底傳輸機構損壞。此種受損的基底可能會留下碎片或粒子，這些碎片或粒子又可能損壞 后續(xù)的基底，因此導致一連串的基底損失。更甚者，可能必須關閉生產線，才能移除這些受 損的基底或碎片。為了避免基底附著至承載頭薄膜，制造業(yè)者通常會以不粘黏涂層(例如聚對二甲 苯，parylene)來涂覆薄膜。聚對二甲苯涂覆過程是一種低壓氣相沉積過程。將聚對二甲 苯二聚體(亦稱為二對二甲苯，diparaxylylene)汽化并熱解，以產生對二甲苯雙自由基， 其可沉積于薄膜上并于該處聚合成為聚對二甲苯。上述涂層可共形地覆蓋薄膜，且可消除 基底附著至薄膜的傾向。然而，其亦可能降低薄膜珠部與對應溝槽共形的能力，而導致較高 的氣體滲漏率。本發(fā)明具體實施例提出用于承載頭的方法與設備，上述承載頭的特征為其薄膜對 基底的粘附性較低且其珠部可與承載頭上的接收結構共形。圖3A為剖面圖，示出根據具體 實施例的承載頭薄膜300。圖3A的承載頭薄膜具有珠部302，且薄膜涂覆了不粘黏涂層304， 該不粘黏涂層304僅延伸至珠部302但并未覆蓋珠部。因此，不粘黏涂層304僅覆蓋了薄膜 300的安裝表面306與周圍部308。在不涂覆珠部302的情形下，可利用薄膜300的未涂覆 部會附著至其它表面的自然傾向而提升密封性。在多個具體實施例中，要將薄膜300安裝 于承載頭上時，會將珠部302插入形成于承載頭(未示出)的基座上的凹部，例如溝槽。圖 3A中，未經涂覆的珠部可更輕易地與該凹部共形，這是因為和經過涂覆的表面相較之下，未 涂覆的薄膜表面300更具有彈性。此外，珠部302的表面可粘著至凹部的內表面，因而加強 以此形成的密封。在某些具體實施例中，薄膜材料，例如珠部表面，一般會以至少約6. 0帕 斯卡(Pa，Pascals)的粘著力粘附至金屬。在其它具體實施例中，將珠部與基座分離所需的 力至少為約0. 5毫牛頓(mN)。圖3B為剖面圖，示出根據另一具體實施例的承載頭薄膜。在圖3B所示的具體實施 例中，不粘黏涂層304延伸至薄膜的周圍部308。因此，不粘黏涂層僅覆蓋安裝表面306，且 周圍部308與珠部304包含未涂覆表面。在替代性的具體實施例中，可將不粘黏涂層施用 于珠部302，但施用至珠部302的涂層比施用至安裝表面306的涂層要來得薄。舉例來說， 在某些具體實施例中，包含聚對二甲苯(parylene或稱polyparaxylylene)的不粘黏涂層 涂覆在安裝表面306上的厚度為50微米(μ m)，但涂覆在珠部302的厚度僅有10 μ m。在 珠部302上形成較薄的不粘黏層可增加珠部302與基座的凹部共形而形成密封的能力，且 同時可降低移除珠部302時所需的分離力。本發(fā)明其它具體實施例提出的承載頭薄膜不需使用如上文所述的不粘黏涂層即 能可靠地釋放基底。在形成承載頭薄膜時，可使其用以接合基底的表面具有較小的粘著力， 例如小于0. 02磅，又例如小于0. 01磅，而不需在該表面上形成不粘黏涂層。若承載頭薄膜 的表面的粗糙度(Ra)至少約10微英寸(μ in)，例如至少約15 μ in，該表面的粘著力會小 于基底的重量，使得當基底脫離承載頭時，基底不會附著至薄膜表面。在模鑄過程(如壓 縮成型或注射成型)中，利用經設計而可得到所需表面粗糙度的模型來形成上述承載頭薄 膜?；蛘呤?，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體來得到表面粗 糙度。上述物體可摩擦該表面而使表面粗糙化，或可在模鑄成型的平滑薄膜表面上粘貼具有粗糙表面的膜層而使其具有粗糙表面。若有需要，可通過施覆不粘黏涂層(如上文所述 者)至該薄膜的粗糙表面的一部份或具有粗糙表面的整個薄膜上，以提升粗糙表面的不粘 黏性。承載頭可具備任一個或所有上述特征。在一個示例中，承載頭可具有上方部以及 與其配對之下方部，使得下方部可相對于上方部移動，如上文參照圖2所述。在下方部中形 成凹部(如溝槽)，以作為外罩的接收位置。在不同的實施例中，凹部的外型可為圓形或有 角的輪廓，例如正方形或矩形，且其寬度可大于、等于或小于其深度。承載頭可具備外罩，以利對基底的控制。外罩可以是由可撓性材料(如彈性聚合 物)所形成的薄膜。可將不粘黏涂層涂覆于上述外罩的整個表面或一部份上。一般而言， 外罩具有中央部、周圍部與邊緣部；上述中央部具有表面以在其上配合或安裝基底；上述 周圍部有助于與承載頭配對；上述邊緣部則用以和承載頭配對。外罩的邊緣部可以是珠部 且大致上可為圓形，例如正圓形、卵圓形或長橢圓形，或有角的形狀。一般而言，所形成的邊 緣部是用來配適(fit)于承載頭的凹部中?？蓪⑦吘壊康某叽缗c形狀建構成能精確地符合 凹部的尺寸與形狀；或在優(yōu)選的情形中，可將邊緣部設計成比凹部更寬，使得需要壓縮才能 將邊緣部插入凹部中。壓縮比定義為在壓縮時寬度縮小的百分比，而當壓縮比為約10%至 約25% (如約12%至約20% )時，可有效地將外罩邊緣的氣體滲漏控制在約0. 2psi/min 或以下。當邊緣部的寬度比起將插入的凹部多出至少10%的時候，通常即可達到可行的密 封。在不同具體實施例中，外罩的厚度可大于邊緣部的寬度或小于邊緣部的寬度。外罩通 常可在承載頭中界定出一個或多個空間或空腔，以用于操控外罩后方的壓力。可通過操控 外罩后方的壓力來改變外罩的形狀，以符合過程目的。可利用不粘黏涂層來涂覆上述外罩?？墒褂谜魵鈦沓练e不粘黏涂層，例如聚對二 甲苯涂層；或以液體形式來形成涂層?？蓪⒉徽仇ね繉油扛灿谡麄€外罩表面或僅涂覆至其 表面的一部分。舉例來說，可在除了邊緣部以外的所有部分上涂覆不粘黏涂層，或將不粘 黏涂層僅涂覆于基底接合表面上?？稍谕繉油坎歼^程中使用屏蔽，以保護外罩上不需涂覆 的部分。屏蔽可以是固定物，其形狀與邊緣部類似，且具有開孔以利將屏蔽配適于外罩上。 圖4A為透視圖，示出安裝了屏蔽402的外罩400。在具體實施例中，屏蔽402可以是彈性 的管狀固定物，沿著其長度方向上有縱向開口 404，如圖4B所示。在另一具體實施例中，屏 蔽402可以是彈性、中空的矩形套管，其具有縱向開口。在涂覆不粘黏涂層的過程中，可從 開口 404將外罩的邊緣部插入屏蔽中。當將屏蔽402安裝于外罩400上時，屏蔽402形狀 可為環(huán)狀。在涂覆不粘黏涂層之后，可移除屏蔽402，以得到在一部分表面上具有不粘黏涂 層的外罩400。在某些具體實施例中，遮蔽外罩的邊緣部或邊緣部與周圍部可能較為有利。 不粘黏涂層因為降低外罩材料(例如硅橡膠、EPDM橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、或其它彈性 體或熱塑性材料)對承載頭材料(例如金屬)的親和力而降低邊緣部密封凹部的能力。上 述親和力降低會導致密封性降低，因而造成滲漏率提高。不涂覆邊緣部或不涂覆邊緣部與 周圍部，可保留邊緣部與凹陷共形并形成所需密封的能力。在某些具體實施例中，可在外罩上形成粗糙的基底接合表面，而非形成不粘黏涂 層。一般而言，可利用模鑄過程來形成上述外罩，其中將可固化或可定形材料置于模具中， 并使其成模與定形。所利用的模具可使所形成的外罩的多個選定部分具有粗糙表面。在多 個具體實施例中，表面粗糙度(Ra)至少約10 μ in(如約15 μ in或以上)的表面可將粘著力降低至小于約0. 02磅，而使得基底重量超過粘著力，因而基底可與承載頭分離。亦可通 過在外罩的所選表面上施加機械力以賦予外罩粗糙表面。可利用粗糙化工具來摩擦外罩表 面以賦予其粗糙度。或者是，在某些具體實施例中，可將具有粗糙表面的膜層(laminate) 施加至外罩上。某些外罩可以是分節(jié)式的構造，其具有多個分配器(divider)，這些分配器由外罩 表面延伸出且可界定出多個腔室。圖5為示意剖面圖，示出承載頭500具有分節(jié)式外罩502。 該些分配器516可與承載頭500的基座520上的連接點518配合，且當其與連接點518接 合時可密封腔室506。一般而言，具有分節(jié)式外罩502的承載頭500具有通道504，其可連 通承載頭外部的氣源(未示出)與腔室506，而可將氣體獨立地提供至該些腔室506或將腔 室506抽空。在操作中，可將腔室506加壓至不同程度，以改變基底接合表面522的形狀。 在某些具體實施例中，較為有利的情形是，可隨著操作腔室506的方式不同，將不粘黏涂層 508涂覆至基底接合表面522的一部分。舉例來說，若提供了同心腔室，那么可將基底接合 表面522的中心加壓或抽空，以加強對基底的操控處理，在較為有利的情形中，可將不粘黏 涂層僅涂覆至基底接合表面中對應于最中心腔室的中央部510。若基底的周圍部分粘著至 基底接合表面522的周圍部514，可加壓腔室506最接近外罩502中心的部分，使其成為凸 狀，以便使基底脫離周圍部514，且基底接合表面522的中央部510的不粘黏特性可確?；?底能可靠地脫離承載頭500。相似地，在某些具體實施例中，較為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。在某些具體實施例中，單一外罩的某些部分可具有 不粘黏涂層，其它部分則具有粗糙化表面。在操作中，可利用上述配有外罩的承載頭來可靠地在平坦化設備上操控基底。再 次參照圖5，將外罩502的基底接合表面522移動到鄰近基底處，使得表面522的中心與基 底中心對齊以得到最佳結果。使表面522抵靠著基底，且將承載頭中位于外罩后方的空間 抽空。在使用分節(jié)式外罩的具體實施例中，可將一個或多個腔室抽空。在使用非分節(jié)式外罩 的具體實施例中，可將外罩后方的基本上整個空間抽空。因此可在外罩502后方形成真空， 而使基底接合表面522變形成為凹陷的形狀，而在基底接合表面522與基底之間形成一個 借著外罩502周圍部514與基底周邊之間的接觸而密封的空間。在過程中，上述真空可將 基底牢固地保持于承載頭500上。如此處所述的外罩可保持具有極低滲漏率的真空狀態(tài)。 在整個過程中，承載頭可牢固地保持基底。要釋放基底時，以環(huán)境壓力來解除外罩后方的真 空，以便分離基底。若基底接合表面522具有上述不粘黏涂層或粗糙表面，基底將自動地脫 離。若部分的基底接合表面(例如中央部)經過涂覆或粗糙化，但與基底粘著，可施加正壓 以將外罩變形為凸狀，以分離基底周邊部分，其后基底中央可自動脫離。這將有利于防止基 底在不適當的時間與承載頭發(fā)生不必要的分離。本發(fā)明具體實施例提出在基底承載頭及薄膜之間形成密封的方法。提出承載頭， 其具有凹部，該凹部可以是溝槽或其它接收結構。凹部可具有任何適當的形狀，但最常見的 是圓形或U型、或矩形。提供薄膜用以裝配于承載頭，上述薄膜具有表面、周圍部與邊緣部； 上述表面用以接合基底，上述周圍部用以協(xié)助形成由基底接合表面延伸的密封；上述邊緣 部從周圍部延伸而出且用以和承載頭接合與密封?？稍诒∧さ倪吘壊可闲纬芍椴浚椴康?厚度大于薄膜厚度?；蛘呤?，薄膜的數個部分的厚度可大于珠部厚度。珠部亦可具有任何 適當形狀，但其剖面形狀通常為正圓形、長橢圓形或卵圓形。
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珠部厚度大于其所接合的凹部的寬度。在優(yōu)選的情形中，珠部的厚度比凹部的寬 度至少大上10%。當將珠部插入凹部中的時候會壓縮該珠部，而使得珠部表面與凹部表 面形成共形密封。當將珠部插入凹部中的時候，珠部通常會變形，而造成介于約10%至約 25% (例如約12%及約20%)間的壓縮比(壓縮比的定義為寬度或厚度縮小的百分比)， 且在凹部中留下的剩余空隙空間小于1%。在根據上述實施例所提供的薄膜中，可如前文所述在薄膜的多個部分上涂覆不粘 黏涂層。若有需要，可在涂覆不粘黏涂層的前，遮蔽薄膜的某些部分，而使得這些部分不會 被涂覆。在涂覆涂層的前，可在薄膜上提供上文所述的彈性屏蔽，且之后可將其移除，以使 得薄膜具有多個未涂覆的部分。在某些具體實施例中，較有利的情形是，薄膜的未涂覆部分 包含邊緣部，以加強珠部及承載頭之間的密封。在其它具體實施例中，較有利的情形是未涂 覆部分亦包含周圍部。在又一些具體實施例，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，以便在珠部周圍形成可靠的密封、在基底與承載頭間形成可靠 的附連，以及當對薄膜施加正壓時能夠可靠地釋放基底。一般而言，具有未涂覆珠部的薄膜 可達到小于0. 2psi/min的滲漏率。制造上述屏蔽時，可形成彈性、延長的遮蔽覆套，其剖面形狀可以是任何適當的形 狀，例如圓形或矩形；以及在沿著覆套長度的方向形成縱向開口，以使得可將屏蔽施用至薄 膜的多個部分。利用上述方式制得的屏蔽可套到薄膜的邊緣部，舉例來說，以便在不粘黏涂 層的涂覆過程中遮蔽邊緣部，且之后可移除該屏蔽。制備上文所述的用于平坦化設備的薄膜時，可將其制成彈性件，其具有平坦中央 部、輪廓周圍部及圍繞邊緣的珠部，并且可通過將屏蔽裝配至該彈性件的一部分上、以不粘 黏涂層涂覆該彈性件以及移除屏蔽來施加不粘黏涂層。形成薄膜時，可將可定形或可固化 液體注射至模具中，并使該液體固化或定形成為彈性或可撓性材料?？墒┘訜峄驂毫σ岳?固化。當利用未涂覆珠部時，可使用對金屬具有至少6. OPa的粘著力的材料，以加強粘著至 承載頭時形成的密封。上文已敘述了此類材料的多個實例，此材料使得珠部及承載頭間的 分離力為至少約0. 5mN。在某些具體實施例中，可提供模具，其可在薄膜的多個部分上形成粗糙表面。利 用上述方法形成的薄膜在這些部分上的表面粗糙度為至少約 ομ in，例如15μ in或以上。 在薄膜與基底接觸的這些部分上的表面粗糙度可將基底對薄膜的粘著力降低至小于0. 02 磅，而使得當釋放真空卡盤時，基底可自動地與承載頭分離。在其它具體實施例中，可在薄 膜成型后，通過施加機械力以將薄膜表面粗糙化。雖然上文提出了多種具體實施例，亦可設想出其它與進一步的具體實施例。
1權利要求
一種用于基底承載頭的薄膜，所述薄膜包括表面，用于與基底接合；以及珠部，位于所述表面的邊緣，用于與所述承載頭中的接收結構接合，其中，所述表面具有至少約10微英寸的粗糙度(Ra)。
2.如權利要求1所述的薄膜，其中，所述表面的粗糙度(Ra)為至少約15微英寸。
3.如權利要求1所述的薄膜，其中，所述表面以小于約0.02磅的粘著力附著至所述基底。
4.權利要求1所述的薄膜，其中，所述表面以小于約0.01磅的粘著力附著至所述基底。
5.一種用于基底承載頭的薄膜，所述薄膜包括 安裝表面，用于與基底接合；周圍部，從所述安裝表面延伸； 珠部，從所述周圍部延伸；以及不粘黏涂層，覆蓋住所述薄膜的一部分以形成涂覆部與未涂覆部，其中，所述未涂覆部 包含所述珠部。
6.如權利要求5所述的薄膜，其中，所述未涂覆部包含所述周圍部。
7.如權利要求5所述的薄膜，其中，所述薄膜的滲漏率小于約0.2psi/min。
8.如權利要求5所述的薄膜，其中，所述珠部的表面以至少6.OPa的粘著張力附著至金jM ο
9.一種形成用于平坦化設備的薄膜的方法，所述方法包括形成彈性件，所述彈性件具有平坦中央部、輪廓周圍部以及圍繞邊緣的珠部； 將屏蔽施加至所述彈性件的一部分； 以不粘黏涂層涂覆所述彈性件；以及 移除所述屏蔽。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述彈性件由從硅橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、 EPDM橡膠、聚酰亞胺及熱塑性彈性體組成的群組中選擇的材料制成。
11.如權利要求9所述的方法，其中，將所述屏蔽施加至所述彈性件的所述部分的步驟 包括將彈性覆層配合在所述彈性件的所述部分上。
12.如權利要求9所述的方法，其中，所述彈性件的所述部分包含所述珠部。
13.一種用于基底承載頭的薄膜，所述薄膜包括 表面，用于與基底接合；以及珠部，位于所述表面的邊緣，用于與所述承載頭中的接收結構接合，其中，所述珠部的 寬度大于所述接收結構的寬度。
14.如權利要求13所述的薄膜，其中，所述珠部具有圓形剖面。
15.一種承載頭，用于操控化學機械拋光設備中的基底，所述承載頭包括 夕卜殼；基座，連接至所述外殼；以及外罩，連接至所述基座，其中，所述外罩包括珠部，所述珠部與所述基座上的接收結構 接合，并且所述珠部的厚度大于所述接收結構的寬度。
16.如權利要求15所述的承載頭，其中，所述接收結構為溝槽。
17.如權利要求15所述的承載頭，其中，當所述珠部與所述接收結構接合時，所述珠部 承受的壓縮比為至少約10%。
18.如權利要求17所述的承載頭，其中，當所述珠部與所述接收結構接合時，所述珠部 承受的壓縮比介于約12%至約20%之間。
19.如權利要求15所述的承載頭，其中，所述外罩具有小于約0.2psi/min的滲漏率。
20.如權利要求15所述的承載頭，其中，所述珠部的表面與所述溝槽的表面共形，以形 成密封。
21.一種在基底承載頭和薄膜之間形成密封的方法，所述方法包括在所述基底承載頭的一部分中提供溝槽；圍繞著所述薄膜的邊緣形成珠部，所述珠部的厚度大于所述溝槽的寬度；將所述珠部插入所述溝槽中；以及壓縮位于所述溝槽內的所述珠部，使得所述珠部的表面與所述溝槽的表面共形而形成 密封。
22.如權利要求21所述的方法，其中，所述珠部的厚度比所述溝槽的寬度要大至少約 10%。
23.如權利要求21所述的方法，其中，壓縮位于所述溝槽內的所述珠部包括以約12% 至約20%的壓縮比使所述珠部變形。全文摘要
本發(fā)明提出用于平坦化基底的方法及設備。提出具有改良的外罩的基底承載頭以牢固地握持基底。外罩可具有珠部，其尺寸大于與其進行配適的凹部，從而通過壓縮力在凹部內形成共形的密封。珠部亦可不經涂覆，以加強珠部與溝槽表面的附著力。可將外罩表面粗糙化，以降低基底對外罩的附著力，而不需使用不粘黏涂層。
文檔編號H01L21/304GK101981666SQ200980110527
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權日2008年3月25日
發(fā)明者哈伊·源, 拉伊庫馬爾·阿拉格爾薩米, 梅爾文·巴任提恩, 榮·珍·派克, 阿施施·布特那格爾, 阿比吉特·Y·德賽 申請人:應用材料公司