本文所述的實施方式一般涉及用于化學機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){料顆粒對夾環(huán)粘附和結塊的外圓柱壁。

背景技術：

集成電路典型地通過導電層、半導電層，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)變得越來越非平面。所述非平面的外表面為集成電路制造商帶來了問題。因此，需要周期性地平面化基板表面以提供平面。

化學機械拋光(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所暴露基板的裝置側表面的方式由承載頭所保持。承載頭將基板相抵于旋轉拋光墊定位。承載頭在基板上提供可控制的負載(即，壓力)以將基板相抵旋轉拋光墊推動。另外，承載頭可旋轉以在基板與拋光表面之間提供附加的運動。

包括研磨劑和至少一種化學反應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溶液。拋光液也可接觸和粘附于承載頭表面。隨著時間推移，拋光液之內的研磨劑開始在承載頭的表面上結塊。結塊的漿料顆?？赡軓某休d頭表面上脫落，并且在拋光基板時落在拋光墊上，如此可能導致基板刮傷。刮傷可能導致基板缺陷，這在拋光成品裝置時導致性能降低。此結塊的漿料顆粒對于在基板拋光之間無法有效清洗的承載頭的表面上尤其成問題。

因此，需要改進承載頭的組成以降低拋光液粘附于承載頭的可能性。

技術實現要素：

本發(fā)明描述了用于具有疏水涂層的化學機械拋光(cmp)承載頭的外部夾環(huán)，和具有所述外部夾環(huán)的承載頭。在一個實施方式中，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圓柱壁。所安置的疏水涂層是在外圓柱壁上。

在另一實施方式中，提供一種包括薄圓柱帶的用于化學機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圓柱壁。疏水涂層被設置在外圓柱壁上。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。柔性構件具有被配置以接觸保持在承載頭中的基板的外側。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系的面向保持環(huán)。外圓柱壁涂有疏水涂層。

附圖說明

并入且構成本說明書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機械拋光(cmp)工具的部分側視截面圖；

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，在可能的情況下，已使用相同的元件符號指定各附圖之間共用的相同元件。可以預期，在一個實施方式中公開的元件可有利地用于其它實施方式，而無需特定敘述。

具體實施方式

本文描述了用于化學機械拋光承載頭的夾環(huán)，所述化學機械拋光承載頭被配置以大體上降低或防止?jié){料顆粒對夾環(huán)的粘附或結塊。對粘附于夾環(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)上結塊的可能性，其中結塊的顆?？赡苈湓趻伖鈮|上且成為基板刮傷的來源。因此，與傳統的夾環(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是示例性化學機械拋光(cmp)系統100的部分截面圖，所述化學機械拋光系統100包括承載頭150，所述承載頭150利用外部夾環(huán)120的一個實施方式以便將柔性膜140固定至承載頭150。在cmp系統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之內的漿料顆粒的粘附和結塊，由此顯著地降低了在cmp系統100上的拋光期間基板缺陷產生的可能性。

繼續(xù)參看圖1，cmp系統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的至少一個或兩個被移動以在保持在承載頭150中的基板135和拋光墊175之間賦予相對運動以處理基板135。在一些實施方式中，承載頭150和拋光墊175的至少一個或兩個被通過承載頭150旋轉，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中所示的實施方式中，承載頭150是通過軸108耦接至臂部170。諸如馬達、氣壓缸等等的致動器102被耦接至軸108且可操作以在平行于拋光表面180的方向上相對于臂部170振動承載頭150。承載頭150還包括諸如馬達、氣壓缸等等的致動器104，以在相對于拋光墊175的方向上移動承載頭150。例如，致動器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等等的旋轉致動器106，所述旋轉致動器106可操作以旋轉承載頭150。因此，致動器102、106可用于在處理期間移動承載頭150以提供相對于拋光墊175的拋光表面180的基板135的相對運動。

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可通過致動器102耦接至主體125。致動器102可操作以獨立于由基板135施加于拋光表面180上的力來控制施加于拋光墊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進一步詳述。

繼續(xù)參看圖1，一或更多個囊狀物110、112被設置在柔性膜140和主體125的下表面124之間。當使用兩個或更多個囊狀物110、112時，諸如囊狀物110的一或更多個囊狀物可限定其它囊狀物(諸如囊狀物112)或橫跨柔性膜140的背側產生通常同心的區(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。在一個實施方式中，囊狀物110可施加一個力至柔性膜140的外部區(qū)域，而囊狀物112施加力至柔性膜140的中央區(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的背側施加吸力，從而促進基板135保持在承載頭150中?？蛇m于受益于本發(fā)明的承載頭150的實例包括可尤其從美國加州圣克拉拉市的應用材料公司獲得的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，包括外側206和內側208。外側206通常在保持在承載頭150中時接觸基板135，且內側208通常面向主體125的下表面124和接觸一或更多個囊狀物110、112。

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

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。在一些實施方式中，下凸緣210可與中心區(qū)域202共面。上凸緣212被設置在圓柱壁204的遠端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。在一個實施方式中，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具有內圓柱壁130和外圓柱壁132。內圓柱壁130通常被調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。

當柔性膜140位于安裝環(huán)128之上時，外部夾環(huán)120通過將外部夾環(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之上滑動至夾環(huán)接收凹穴218中，以幫助將外部夾環(huán)120相對于柔性膜140定位。一旦在夾環(huán)接收凹穴218中，外圓柱壁132就被暴露于設置在承載頭150中、側向地界定在柔性膜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，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入間隔190。有利地，外圓柱壁132被配置以阻止間隔190之內的拋光液粘住外部夾環(huán)120的外圓柱壁132，如下文進一步所述，從而有助于排除在處理時對基板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包括內圓柱壁130和外圓柱壁132，所述內圓柱壁130和外圓柱壁132界定外部夾環(huán)120的內徑和外徑。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320。壁130、132、302和304可被布置以界定矩形輪廓。在一個實施方式中，上壁302和下壁304的寬度短于內圓柱壁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的寬度可小于內圓柱壁和外圓柱壁130、132的高度的四分之一。

在一或更多個實施方式中，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的一或更多個也可由疏水涂層310所覆蓋。設置在外圓柱壁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可被選擇性地設置在內圓柱壁130上，如此有助于將外部夾環(huán)120滑動至柔性膜140之上的位置中。內圓柱壁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，產生柔性膜140的較高壓縮，同時最終提供柔性膜140對承載頭150的主體125的改進保持。選擇性地，可從內圓柱壁130和上壁302及下壁304的一或更多個中省略疏水涂層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脂(perfluoroalkoxyalkane；pfa)、氟化乙烯丙烯(fluorinatedethylenepropylene；fep)。對于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，諸如聚對二甲苯(parylene)，例如氯化線性聚對二甲苯(parylenec)、線性聚對二甲苯(parylenen)，和交聯聚對二甲苯(parylenex)?？杀皇褂玫钠渌疾牧习ň勖衙淹?polyetheretherketones；peek)和類金剛石碳(diamond-likecarbon；dlc)。

疏水涂層310可被應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?；蛘撸杷繉?10可通過噴霧、浸漬或其它適當方法施加。在一些實施方式中，外圓柱壁132上的疏水涂層310可具有小于約32微英寸的絕對值表面粗糙度(ra)的算術平均值。

在一些實施方式中，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。當非必要時使用小于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，同時仍防止?jié){料顆粒對外部夾環(huán)120的粘附。

因此，上文已經描述了大體上減少或防止?jié){料顆粒對外部夾環(huán)的外圓柱壁粘附和結塊的外部夾環(huán)。對粘附于夾環(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)上結塊的可能性，其中結塊的顆?？赡苈湓趻伖鈮|上且成為基板刮傷的來源。因此，與傳統的夾環(huán)相比，本文所述的夾環(huán)極大地有助于基板缺陷降低。