CN109623630B - 化学机械平坦化工具和形成化学机械平坦化膜的方法 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，本发明在一些实施例中涉及形成CMP膜的方法。该方法通过在膜模具内的腔内提供可延展材料来实施。该腔具有中心区域和围绕中心区域的外围区域。固化腔内的可延展材料以形成膜。通过将膜模具的中心区域内的可延展材料加热至第一温度并且将膜模具的外围区域内的可延展材料加热至大于第一温度的第二温度来实施固化可延展材料。本发明的实施例涉及化学机械平坦化工具和形成化学机械平坦化膜的方法。

Description

化学机械平坦化工具和形成化学机械平坦化膜的方法
技术领域
本发明的实施例涉及化学机械平坦化工具和形成化学机械平坦化膜的方法。
背景技术
集成芯片使用在彼此顶部上形成多个不同层的复杂制造工艺来构建。许多不同层使用光刻来图案化，光刻是将感光材料选择性地暴露于电磁辐射的工艺。例如，可以使用光刻来限定形成在彼此顶部上的后段制程(BEOL)金属互连层。为了确保金属互连层形成有良好结构清晰度，电磁辐射必须适当聚焦。为了正确地聚焦电磁辐射，工件必须基本上是平面的以避免聚焦深度问题。化学机械平坦化(CMP)是一种广泛使用的工艺，通过该工艺，使用化学力和机械力来全面平坦化半导体工件。平坦化将准备好用于随后层的形成的工件。
发明内容
本发明的实施例提供了一种形成化学机械平坦化(CMP)膜的方法，包括：在膜模具中的腔内提供可延展材料，其中，所述腔包括中心区域和围绕所述中心区域的外围区域；固化所述可延展材料以形成膜，其中，固化所述可延展材料包括：将所述膜模具的中心区域内的所述可延展材料加热至第一温度；以及将所述膜模具的外围区域内的所述可延展材料加热至大于所述第一温度的第二温度。
本发明的另一实施例提供了一种形成化学机械平坦化膜的方法，包括：在由膜模具的内表面限定的腔内提供硅树脂，其中，所述腔包括中心区域和围绕所述中心区域的外围区域；将所述膜模具的中心区域内的所述硅树脂加热至第一温度，所述第一温度使得所述膜模具的中心区域内的所述硅树脂具有第一刚度；以及将所述膜模具的外围区域内的所述硅树脂加热至第二温度，所述第二温度使得所述膜模具的外围区域内的所述硅树脂具有小于所述第一刚度的第二刚度。
本发明的又一实施例提供了一种化学机械平坦化(CMP)工具，包括：壳体；保持环，附接至所述壳体并且被配置为横向围绕衬底；以及可延展膜，具有被配置为接触所述衬底的背面的下表面，其中，所述可延展膜包括具有第一刚度的中心区域和围绕所述中心区域并且具有小于所述第一刚度的第二刚度的第一外围区域。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1示出了包括载体的化学机械平坦化(CMP)工具的实施例的截面图，该载体包括具有不同可延展性和/或刚度值的区域的膜。
图2示出了包括具有不同可延展性和/或刚度值的区域的膜的载体的底部的实施例的俯视图。
图3A至图3C示出了具有膜的载体的一些实施例的截面图，该膜具有不同可延展性和/或刚度值的区域。
图4A至图4C示出了具有不同可延展性和/或刚度值的区域的公开的膜的一些可选实施例的俯视图。
图5示出了包括载体的CMP工具的另一实施例的截面图，该载体包括具有不同可延展性和/或刚度值的区域的膜。
图6A至图9示出了形成具有不同可延展性和/或刚度值的区域的CMP膜的方法的一些实施例。
图10示出了形成具有不同可延展性和/或刚度值的区域的CMP膜的方法的一些实施例的流程图。
图11至图14示出了实施化学机械平坦化(CMP)工艺的方法的一些实施例的截面图。
图15示出了实施化学机械平坦化(CMP)工艺的方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实施例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)原件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
化学机械平坦化(CMP)工艺是在集成芯片制造期间由CMP工具实施的工艺，以形成可以在其上形成上面的层的平坦(即，平面)表面。CMP工具通常包括被配置为接收半导体衬底的载体。载体包括由保持环围绕的膜。可以通过将衬底以上下颠倒的配置插入到保持环中来实施CMP工艺，其中，衬底的背面接触膜。随后移动载体以在使抛光垫和载体彼此相对移动之前使衬垫的正面与抛光垫接触以抛光衬底的正面。
在CMP工具的操作期间，膜被配置为对衬底的背面施加压力。通过调整施加至衬底的背面的压力，可以调整CMP工具的去除速率(例如，施加至衬底的背面的压力越大，去除速率越大)。然而，应该理解，由于膜的硬度，膜施加至衬底的背面的压力可能是不均匀的。例如，膜沿着衬底的外边缘施加的第一压力可能小于膜施加至衬底的中心的第二压力。施加至衬底的压力差导致CMP工具沿着衬底的外边缘比衬底的中心处具有更低的去除速率，导致在衬底的正面发生非平面性问题。
在一些实施例中，本发明涉及形成CMP膜的方法以及相关装置，该CMP膜被配置为减轻CMP工艺期间施加至衬底的压力的不均匀性。该方法包括在由具有围绕中心区域的外围区域的膜模具限定的腔内提供可延展材料。通过将膜模具的中心区域内的可延展材料加热至第一温度并且将膜模具的外围区域内的可延展材料加热至大于第一温度的第二温度来固化可延展材料以形成膜。第二温度被配置为提供具有比膜的中心区域更低的刚度的膜的外围区域。外围区域的更低的刚度允许膜的外围区域比膜的中心区域扩展更大的量。外围区域的扩展增加了膜和衬底之间的表面接触，并且因此通过增加膜能够施加至衬底的外围的压力来减小膜施加至衬底的压力的不均匀性。
图1示出了包括载体的化学机械平坦化(CMP)工具100的实施例的截面图，该载体包括具有不同可延展性和/或刚度值的区域的膜。
CMP工具100包括设置在台板102上方的抛光垫104，台板102被配置为在CMP工具100的操作期间围绕第一旋转轴106旋转。抛光垫104包括远离台板102的粗糙的上表面104u。CMP工具100还包括载体108。载体108被配置为以上下颠倒的方式容纳衬底120，使得衬底120的正面120a远离载体108。在操作期间，载体108被配置为在台板102围绕第一旋转轴106旋转时使衬底120的正面120a与抛光垫104接触。
载体108包括连接至保持环112的壳体110。保持环112具有限定被配置为接收衬底120的保持环凹槽的侧壁。膜114布置在保持环凹槽内。膜114包括柔性材料，该柔性材料具有远离壳体110的下表面114a和面向壳体110的上表面114b。下表面114a被配置为接触衬底120的背面120b。
在一些实施例中，膜114可以通过设置在壳体110和膜114之间的支撑结构122连接至保持环112。支撑结构122可以包括限定多个孔124的内侧壁，多个孔124延伸穿过支撑结构122。多个孔124分别与设置在支撑结构122和膜114之间的一个或多个室126连通。一个或多个室126被配置为具有由经由壳体110中的入口128通过多个孔124提供的一种或多种流体和/或气体设定的压力。一个或多个室126内的压力施加限定膜114的下表面114a的表面轮廓的一个或多个力。在一些实施例中，一个或多个室126可以包括位于膜114和支撑结构122之间的单个室。在其它实施例中(未示出)，一个或多个室126可以同心地分成多个独立的室。
膜114包括多种形式的相同的可延展材料，其被配置为分别具有不同的可延展性和/或刚度值。不同的可延展性和/或刚度值允许膜114的不同部分对施加的力作出不同的响应。例如，不同的可延展性和/或刚度值允许膜114的不同部分在施加力时不同地改变形状，从而能够调整由膜114施加至衬底120的压力。在一些实施例中，可延展材料是硅树脂。在可选实施例中，可延展材料可以是能够以可以在膜的不同区域中产生不同可延展性和/或刚度值的方式形成(例如，固化)的任何材料。
在一些实施例中，膜114可以具有中心区域116以及位于中心区域116和膜114的最外边缘之间的外围区域118。中心区域116包括具有第一可延展性和/或第一刚度的第一形式的可延展材料，并且外围区域118包括具有大于第一可延展性的第二可延展性和/或小于第一刚度的第二刚度的第二形式的可延展材料。例如，中心区域116可以包括在外围区域118内具有比第二形式的硅树脂更大的刚度的第一形式的硅树脂。
中心区域116的较大的第一刚度赋予膜足够的硬度，以使得膜114能够良好地控制施加在衬底120上的压力。外围区域118的较小的第二刚度允许当对膜114的上表面114b施加力时增加外围区域118内的膜114的扩展(例如，当对膜114的上表面114b施加力时，外围区域118内的膜114可以比中心区域116内的膜114扩展更大的量)。外围区域118内的膜114的扩展增加了膜114和外围区域118内的衬底120之间的表面接触并且因此增加了膜114能够施加至外围区域118内的衬底120的压力。通过增加膜114能够施加至外围区域118内的衬底120的压力，可以减轻在CMP工艺期间施加至衬底120的压力的不均匀性，从而改进CMP轮廓(例如，横跨衬底的高度偏差更小)，使得衬底的良率更高和返工更少(即，改进的CMP生产量)。
图2示出了包括具有不同可延展性和/或刚度值的区域的膜的载体200的底部的实施例的俯视图。
载体200包括围绕支撑结构122的外围延伸的保持环112。在一些实施例中，保持环112的下表面具有限定在其上的多个槽202。多个槽202包括位于保持环112中的凹槽，该凹槽从保持环的内侧壁延伸至保持环112的外侧壁。
支撑结构122可以包括限定延伸穿过支撑结构122的多个孔124的内侧壁。多个孔124连接至高压流体和/或气体源，该高压流体和/或气体源被配置为提供通过多个孔124至布置在保持环112的内侧壁之间的膜114的上表面的高压流体和/或气体。
膜114包括具有第一可延展性和/或第一刚度的中心区域116和围绕中心区域116并且具有大于第一可延展性的第二可延展性和/或小于第一刚度的第二刚度的外围区域118。在一些实施例中，中心区域116可以延伸至距离膜114的中心的半径R1，而外围区域118从距离膜114的中心的半径R1延伸至半径R1+R2。在其它实施例中，中心区域116和/或外围区域118可以延伸至不同的半径。在一些实施例中，半径R1可以大于半径R2。在其它实施例中，半径R1可以小于半径R2。在一些实施例中，膜114可以包括透明硅树脂，使得支撑结构122通过膜114可见。
图3A至图3C示出了具有膜的载体的一些实施例的截面图，该膜包括具有不同可延展性和/或刚度值的区域。
如图3A至图3C所示，载体108包括布置在由保持环112的侧壁限定的保持环腔内的膜114。膜114包括具有第一刚度的中心区域116和具有小于第一刚度的第二刚度的外围区域118。外围区域118的第二刚度允许外围区域118响应于施加的力比中心区域116扩展和/或压缩更多。
如图3A的截面图300所示，在与衬底接触之前，膜114包括具有曲线轮廓的下表面114a。在一些实施例中，中心区域116和外围区域118可以沿着由连续函数限定的曲线轮廓延伸。在其它实施例中(未示出)，下表面114a可以在中心区域116和外围区域118中具有不同的曲率。例如，中心区域116和外围区域118可以沿着由非连续函数限定的曲线轮廓延伸。例如，在一些实施例中，中心区域116和外围区域118的不同刚度值使得中心区域116和外围区域118具有由不沿着中心区域116和外围区域118之间的界面会聚的斜率限定的曲线轮廓。
如图3B的截面图302所示，当衬底120的背面120b与膜114的下表面114a接触时，使膜114的形状变形，使得中心区域116内的膜114的下表面114a的曲线轮廓沿着与衬底120的背面120b的界面变为平坦轮廓。外围区域118的轮廓也可以改变，使得外围区域118内的膜114具有沿着平坦轮廓与衬底120接触的第一部分以及具有与衬底120分离的曲线轮廓的第二部分(即，当衬底120与膜114接触时，膜114将在外围区域118内的点处与衬底120分离)。
膜114沿着第一区304接触衬底120的背面120b。沿着第一区304，膜114以力F1推压衬底120的背面120b。然而，由于沿着衬底120的外边缘，膜114与衬底120的背面120b分离一定的间隔，因此膜114不能对衬底120的背面120b施加力F1。
如图3C的截面图306所示，将液体和/或气体经由壳体110内的入口128沿着膜114的上表面114b供应至一个或多个室126。液体和/或气体沿着膜114的上表面114b增加压力。该压力使得膜114的外围区域118沿着横向方向308并且沿着垂直方向310扩展。膜114的外围区域118沿着横向方向308并且沿着垂直方向310的扩展增加了膜114和衬底120的背面120b之间的表面接触区。例如，在对膜114的上表面114b施加压力之前(如图3B所示)，膜114沿着第一区304接触衬底120。在对膜114的上表面114b施加压力之后(如图3C所示)，膜114沿着大于第一区304的第二区312接触衬底120。通过增加膜114和衬底120的背面120b之间的接触区，使得膜114能够增加沿着120的外边缘施加的力F1。
通过增加沿着衬底120的外边缘施加的力F1，减轻了施加至衬底120的背面120b的压力的不均匀性。由于施加至衬底120的背面120b的压力与CMP去除速率成比例，因此施加至衬底120的背面120b的压力的不均匀性的减轻使得沿着衬底120的边缘的CMP去除速率与衬底120的中心处的CMP去除速率具有相对较小的偏差。例如，在一些实施例中，公开的膜使得衬底120的中心和边缘之间的CMP去除速率的偏差小于约15％，而CMP去除速率的3西格玛偏差可以小于约10％。与使用横跨整个膜具有一致可延展性或刚度的膜的CMP去除速率的偏差(例如，可以达到20％或更高)相比，该偏差相对较小。
应该理解，在各个实施例中，外围区域的形状和/或大小可以变化，同时仍对衬底的外边缘提供增加的压力。图4A至图4C示出了具有不同可延展性和/或刚度值的区域的公开的膜的一些可选实施例的俯视图。
图4A的俯视图400示出了包括可延展材料的膜114的实施例。膜114包括具有第一刚度的第一形式的可延展材料的中心区域116和具有小于第一刚度的第二刚度的第二形式的可延展材料的外围区域118。外围区域118包括在中心区域116周围连续延伸的环。在一些实施例中，外围区域118从中心区域116径向延伸至膜114的最外边缘(例如，邻接保持环112的边缘)。
图4B的俯视图404示出了包括可延展材料的膜114的可选实施例。膜114包括中心区域116和外围区域118，该外围区域118包括设置在中心区域116和膜114的最外边缘之间的不连续环。中心区域116包括具有第一刚度的第一形式的可延展材料。外围区域118的不连续环具有小于第一刚度的第二刚度的第二形式的可延展材料的离散段。第二形式的可延展材料的离散段通过第一形式的可延展材料彼此分离。
图4C的俯视图406示出了包括可延展材料的膜114的可选实施例。膜114包括具有第一刚度的第一形式的可延展材料的中心区域116，具有小于第一刚度的第二刚度的第二形式的可延展材料的第一外围区域118，以及具有大于第二刚度的第三刚度的第三形式的可延展材料的第二外围区域408。在一些实施例中，第一刚度可以基本等于第三刚度。在其它实施例中，第一刚度和第三刚度可以不同。第二外围区域408围绕第一外围区域118，使得第一外围区域118不延伸至膜114的最外边缘402。在一些实施例中，第一外围区域118包括使中心区域116和第二外围区域408连续分离的环。在其它实施例中，第一外围区域118包括位于中心区域116和第二外围区域408之间的非连续环。
图5示出了包括载体的CMP工具500的另一实施例的截面图，该载体包括具有不同可延展性和/或刚度值的区域的膜。
CMP工具500包括位于台板102上的抛光垫104，台板102被配置为在CMP工具500的操作期间围绕第一旋转轴106旋转抛光垫104。包括金刚石砂粒调节垫的垫调节元件502被配置为以向下的力推动抛光垫104，该向下的力使多个金刚石颗粒与抛光垫104的上表面104u接触。当抛光垫104由台板102旋转时，金刚石颗粒使抛光垫104的上表面104u粗糙化以提供改进的机械抛光。
浆料分配元件504布置在抛光垫104上方。浆料分配元件504被配置为在CMP工艺期间将浆料化合物506输送至抛光垫104。浆料化合物506有助于从衬底120去除材料。在一些实施例中，可以基于从衬底120去除的材料来选择浆料化合物506的组成。在一些实施例中，衬底120包括半导体本体以及上面的介电材料层(例如，氧化物)和上面的导电层。在一些实施例中，介电材料层可以包括氧化物(例如，SiO2、SiCO等)并且导电层可以包括金属(例如，铜、铝等)。
载体108被配置为固定衬底120。载体108包括连接至支撑结构122的保持环112。保持环112用于在CMP工艺期间减少衬底120相对于载体108的横向移动。在一些实施例中，支撑结构122可以通过连接元件512连接至保持环112。在一些实施例中，载体108还可以包括延伸穿过壳体110中的开口的万向元件508。万向元件508被配置为围绕第二旋转轴509旋转。在一些实施例中，载体108还可以包括位于壳体110之下的环形基座510。夹持环514连接至环形基座510。在一些实施例中，夹持环514被配置为将连接元件512紧固至膜114。在其它实施例中，夹持环514被配置为将连接元件512紧固至支撑结构122。
在一些实施例中，夹持环514包括封闭室的柔性元件，该室被配置为容纳流体和/或气体。第一气体和/或液体源通过第一管道522连接至室。在一些实施例中，第一气体和/或液体源可以包括被配置为控制第一管道522内的压力的第一泵。在一些实施例中，载体108还可以包括夹在连接至壳体110的内夹持环520和连接至基座510的外夹持环518之间的环形滚动膜片516。滚动膜片516密封壳体110和基座510之间的空间以限定加载室。第二气体和/或液体源通过第二管道524连接至加载室。在一些实施例中，第二气体和/或液体源可以包括被配置为控制第二管道524内的压力的第二泵。
图6A至图9示出了形成用于CMP工具的膜的方法的一些实施例。该膜具有不同可延展性和/或刚度值的区域。虽然图6A至图9参照方法描述，但是应该理解，图6A至图9中所示的结构不限制于这种方法，而是可以独立于该方法。
如图6A的截面图600和图6B的俯视图612所示，在由膜模具602的内表面限定的腔606内形成可延展材料604。由膜模具602限定的腔606具有中心区域608和围绕中心区域608的外围区域610。在一些实施例中，膜模具602可以包括刚性结构，诸如塑料或金属(例如，铝、铁等)。在一些实施例中，可延展材料604可以包括注入至由膜模具602限定的腔606内的液体。例如，在一些实施例中，可延展材料604是硅树脂。硅树脂具有低成本，从而允许形成低成本的膜。在其它实施例中，可延展材料604可以是能够被固化以实现具有不同可延展性和/或刚度值的不同空间区域的类似材料。
如图7的截面图700所示，实施固化工艺以固化可延展材料(图6A的604)以形成膜114。在固化工艺期间，将可延展材料的不同部分加热至不同的温度T1至T2。应该理解，在不同的温度T1至T2下固化一些可延展材料(诸如硅树脂)将使得可延展材料(例如，硅树脂)以不同方式固化，这使得膜114的不同区域具有不同的可延展性和/或刚度值。在一些实施例中，选择第一温度T1和第二温度T2之间的差以实现中心区域116和外围区域118之间的可延展性或刚度的差(例如，第一温度T1和第二温度T2之间的差选择为提供使中心区域116具有比外围区域118更低的可扩展性和/或更大的刚度)。膜114的不同区域内的不同刚度值允许膜114的不同区域对力作出不同的响应(例如，压缩或扩展)。
例如，在一些实施例中，可以将膜模具602的中心区域608内的可延展材料加热至第一温度T1并且可以将膜模具602的外围区域610内的可延展材料加热至大于第一温度T1的第二温度T2。第一温度T1被配置为使得膜模具602的中心区域608内的可延展材料以使膜114的中心区域116产生第一刚度的方式固化，而第二温度T2被配置为使得膜模具602的外围区域610内的可延展材料以使膜114的外围区域118产生与第一刚度不同的第二刚度的方式固化。在一些实施例中，第二温度T2可以比第一温度T1大大于或等于约2开尔文(K)的量。在其它实施例中，第二温度T2可以比第一温度T1大大于或等于约5K的量。
应该理解，如果膜114的中心区域116内的刚度太低，则难以控制膜114施加至衬底的压力。此外，如果膜114的外围区域118内的刚度太高，则膜114将不具有足以向衬底的外围区域施加压力的可延展性，并且将增加压力不均匀性。因此，在中心区域116中以较低温度固化可延展材料为膜114提供了较高的刚度，这使得膜114能够良好地控制衬底上的压力，同时在外围区域118中以较高的温度固化可延展材料为膜114提供了较低的刚度，这使得膜114能够提供横跨衬底的良好压力均匀性。
在一些实施例中，第一温度T1和第二温度T2之间的差可以选择为具有基于在衬底的中心处和衬底的边缘处的CMP去除速率之间观察到的差的值。例如，如果衬底的中心和外围区域之间的去除速率确定为10％，则第一温度T1和第二温度T2之间的差可以选择为具有δ1值，而如果衬底的中心和外围区域之间的去除速率确定为20％，则第一温度T1和第二温度T2之间的差可以选择为具有δ2(δ2＞δ1)值。通过基于去除速率选择温度差，可以选择外围区域118的可延展性以具有使衬底的中心和外围区域之间的去除速率的差最小化的值。在一些实施例中，第一温度T1和第二温度T2之间的差可以通过对多个测试衬底实施的重复工艺来确定。
在各个实施例中，可以使用不同的加热元件702来控制膜模具602的中心区域608和外围区域610内的不同温度T1至T2。例如，在一些实施例中，膜模具602的中心区域608和外围区域610内的温度T1至T2可以使用包括加热灯的加热元件702来控制。在一些实施例中，加热灯可以位于膜模具602上方，使得辐射热直接接触可延展材料(例如，硅树脂)。在其它实施例中，加热灯可以位于膜模具602之下，使得辐射热沿着与腔606相对的侧接触膜模具602。在其它实施例中，膜模具602的不同区域内的温度可以使用加热元件控制，该加热元件包括接触膜模具602(例如，嵌入其内)的电阻加热元件和/或水加热元件。
如图8的截面图800所示，在完成固化之后，从膜模具602去除膜114。
如图9的截面图900所示，将膜114附接至载体108。在一些实施例中，可以通过将膜114附接至位于保持环112的侧壁之间的支撑结构122，将膜114附接至载体108。
图10示出了形成具有不同可延展性和/或刚度值的区域的CMP膜的方法1000的一些实施例的流程图。
虽然公开的方法(例如，方法1000和1500)在此处示出和描述为一系列步骤或事件，但是应该理解，这些步骤或事件的示出的顺序不被解释为限制意义。例如，一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与除了此处示出的和/或描述的一些的其它步骤或事件同时发生。此外，可能不是所有示出的步骤对于实施此处描述的一个或多个方面或实施例都是需要的，并且此处描述的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中实施。
在1002中，将可延展材料(例如，硅树脂)提供至膜模具内的腔内。图6A示出了对应于步骤1002的一些实施例的截面图600。
在1004中，通过将可延展材料的不同区域加热至不同温度来固化可延展材料以形成膜。图7示出了对应于步骤1004的一些实施例的截面图700。
在一些实施例中，可以根据步骤1006至1008固化可延展材料。在1006中，将膜模具的中心区域内的可延展材料加热至第一温度。在1008中，将膜模具的外围区域内的可延展材料加热至大于第一温度的第二温度。
在1010中，从膜模具的腔去除膜。图8示出了对应于步骤1010的一些实施例的截面图800。
在1012中，将膜附接至CMP载体。图9示出了对应于步骤1012的一些实施例的截面图900。
在一些实施例中，附接至CMP载体的膜可以用于对衬底实施CMP工艺，并且在1014中，测量衬底的中心区域和外围区域之间由膜实现的去除速率偏差。
在1016中，可以使用偏差来确定新的温度，该新的温度被配置为用于形成提供较低的去除速率偏差的附加膜。例如，如果膜被确定为提供第一去除速率偏差，则第一新温度和第二新温度可以根据第一去除速率偏差确定并且用于形成附加膜(根据步骤1002至1010)，附加膜提供小于第一去除速率偏差的第二去除速率偏差。
图11至图14示出了使用公开的膜实施化学机械平坦化(CMP)工艺的方法的一些实施例的截面图1100至1400。虽然图11至图14所示的截面图1100至1400参照实施化学机械平坦化(CMP)工艺的方法描述，但是应该理解，图11至图14中所示的结构不限制于这种方法，而是可以独立于该方法。
如图11的截面图1100所示，衬底120的背面120b与载体108的膜114的下表面114a接触。膜114包括具有第一刚度的中心区域116和具有小于第一刚度的第二刚度的外围区域118。与中心区域116相比，不同的刚度值赋予外围区域118更大的可延展性(例如，响应于力而改变形状的能力)。
如图12的截面图1200所示，移动载体108以使衬底120的正面120a与台板102上方的抛光垫104的粗糙化的上表面104u接触。当衬底120的正面120a与抛光垫104接触时，衬底120利用使膜114的中心区域116沿着基本平坦界面接触衬底120的背面120b的力推动膜114。膜114的外围区域118保持曲线轮廓，其使得膜114的外围区域118与衬底120的背面120b分离一定间隔。如截面图1200所示，膜114沿着第一区304的平坦界面接触衬底的背面120b。
如图13的截面图1300所示，将液体和/或气体供应至膜114的上表面114b。液体和/或气体沿着膜的上表面114b增加压力。该压力使得膜114的外围区域118沿着横向方向308并且沿着垂直方向310扩展。外围区域118内的膜114沿着横向方向308并且沿着垂直方向310的扩展增加了沿着其使膜114接触衬底120的背面120b的第二区312。通过增加膜114和衬底120的背面120b之间的表面接触，膜114能够增加沿着衬底120的外围施加至衬底120的背面120b的压力，由此减轻了施加至衬底120的压力的不均匀性。
如图14的截面图1400所示，抛光垫104相对于衬底120移动。相对于衬底120移动抛光垫104使得衬底120的正面120a由抛光垫104的粗糙化的上表面104u缓慢去除。在一些实施例中，台板102和抛光垫104可以围绕第一旋转轴106旋转，并且载体108和衬底120可以围绕第二旋转轴509旋转。
图15示出了实施化学机械平坦化(CMP)工艺的方法1500的一些实施例的流程图。
在1502中，使衬底的背面与膜的下表面接触，该膜包括具有第一刚度的中心区域和具有小于第一刚度的第二刚度的外围区域。图11示出了对应于步骤1502的一些实施例的截面图1100。
在1504中，使衬底的正面与抛光垫接触。图12示出了对应于步骤1504的一些实施例的截面图1200。
在1506中，将压力施加至膜的上表面。该压力使得外围区域在横向和垂直方向上扩展，并且增加了膜和衬底的背面之间的接触区。图13示出了对应于步骤1506的一些实施例的截面图1300。
在1508中，相对于抛光垫移动衬底，以对衬底的正面实施CMP工艺。图14示出了对应于步骤1508的一些实施例的截面图1400。
因此，在一些实施例中，本发明涉及形成CMP膜的方法以及相关装置，该CMP膜被配置为减轻在CMP工艺期间施加至衬底的压力的不均匀性。
在一些实施例中，本发明涉及形成CMP膜的方法。该方法包括在膜模具中的腔内提供可延展材料，该腔具有中心区域和围绕中心区域的外围区域；以及固化可延展材料以形成膜，固化可延展材料包括将膜模具的中心区域内的可延展材料加热至第一温度并且将膜模具的外围区域内的可延展材料加热至大于第一温度的第二温度。在一些实施例中，第二温度大于第一温度等于约2开尔文(K)的量或更多。在一些实施例中，外围区域从中心区域延伸至腔的最外边缘。在一些实施例中，外围区域在中心区域周围延伸为连续环。在一些实施例中，通过多个加热灯实施将中心区域内的可延展材料加热至第一温度并且将外围区域内的可延展材料加热至第二温度。在一些实施例中，通过嵌入在膜模具内的电阻加热元件实施将中心区域内的可延展材料加热至第一温度并且将外围区域内的可延展材料加热至第二温度。在一些实施例中，第一温度和第二温度之间的差被配置为实现膜的中心区域和膜的外围区域之间的可延展性或刚度的差。在一些实施例中，可延展材料由硅树脂组成。在一些实施例中，该方法还包括将膜附接至CMP载体；使用膜对衬底实施CMP工艺；以及确定衬底的中心区域和衬底的外围区域之间的第一去除速率偏差；并且确定第一新温度和第二新温度，第一新温度和第二新温度被配置为用于形成附加膜，该附加膜提供小于第一去除速率偏差的第二去除速率偏差。在一些实施例中，该方法还包括在由膜模具的内表面限定的腔内提供附加硅树脂；将膜模具的中心区域内的附加硅树脂加热至第一新温度；并且将膜模具的外围区域内的附加硅树脂加热至第二新温度。
在其它实施例中，本发明涉及形成CMP膜的方法。该方法包括在由膜模具的内表面限定的腔内提供硅树脂，该腔包括中心区域和围绕中心区域的外围区域；将膜模具的中心区域内的硅树脂加热至第一温度，第一温度使得膜模具的中心区域内的硅树脂具有第一刚度；以及将膜模具的外围区域内的硅树脂加热至第二温度，第二温度使得膜模具的外围区域内的硅树脂具有小于第一刚度的第二刚度。在一些实施例中，通过多个加热灯实施将中心区域内的硅树脂加热至第一温度并且将外围区域内的硅树脂加热至第二温度。在一些实施例中，第二温度大于第一温度大于或等于约2开尔文(K)的量。在一些实施例中，外围区域从中心区域延伸至腔的最外边缘。在一些实施例中，硅树脂是透明的。在一些实施例中，外围区域是包括通过中心区域分离的离散段的非连续环。
在又其它实施例中，本发明涉及CMP工具。CMP工具包括壳体；附接至壳体并且被配置为横向围绕衬底的保持环；以及具有被配置为接触衬底的背面的下表面的可延展膜，可延展膜包括具有第一刚度的中心区域和围绕中心区域并且具有小于第一刚度的第二刚度的第一外围区域。在一些实施例中，可延展膜还包括第二外围区域，该第二外围区域通过第一外围区域与中心区域分离并且具有小于第二刚度的第三刚度。在一些实施例中，中心区域包括具有第一刚度的第一形式的硅树脂并且第一外围区域包括具有第二刚度的第二形式的硅树脂；第一形成的硅树脂横向接触第二形式的硅树脂。在一些实施例中，CMP工具还包括设置在壳体和可延展膜之间的支撑结构，可延展膜连接至支撑结构，并且支撑结构包括由穿过支撑结构延伸的侧壁限定的多个孔。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的方面。本领域人员应该理解，它们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (20)

1.一种形成化学机械平坦化(CMP)膜的方法，包括：
在膜模具中的腔内提供可延展材料，其中，所述腔包括中心区域和围绕所述中心区域的外围区域，所述可延展材料由硅树脂组成；
固化所述可延展材料以形成膜，其中，固化所述可延展材料包括：
将所述膜模具的中心区域内的所述可延展材料加热至第一温度；以及
将所述膜模具的外围区域内的所述可延展材料加热至大于所述第一温度的第二温度，
其中，所述膜在所述外围区域的部分的刚度小于所述膜在所述中心区域的部分的刚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二温度比所述第一温度大2开尔文(K)的量以上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外围区域从所述中心区域延伸至所述腔的最外边缘。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外围区域在所述中心区域周围延伸为连续环。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过多个加热灯实施将所述中心区域内的所述可延展材料加热至所述第一温度并且将所述外围区域内的所述可延展材料加热至所述第二温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过嵌入在所述膜模具内的电阻加热元件实施将所述中心区域内的所述可延展材料加热至所述第一温度并且将所述外围区域内的所述可延展材料加热至所述第二温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一温度和所述第二温度之间的差被配置为实现所述膜的中心区域和所述膜的外围区域之间的可延展性或刚度的差。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可延展材料由透明硅树脂组成。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述膜附接至化学机械平坦化载体；
使用所述膜对衬底实施化学机械平坦化工艺；
确定所述衬底的中心区域和所述衬底的外围区域之间的第一去除速率偏差；以及
确定第一新温度和第二新温度，其中，所述第一新温度和所述第二新温度被配置为用于形成附加膜，所述附加膜提供小于所述第一去除速率偏差的第二去除速率偏差。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在所述膜模具中的所述腔内提供附加硅树脂；
将所述膜模具的中心区域内的所述附加硅树脂加热至所述第一新温度；以及
将所述膜模具的外围区域内的所述附加硅树脂加热至所述第二新温度。
11.一种形成化学机械平坦化膜的方法，包括：
在由膜模具的内表面限定的腔内提供硅树脂，其中，所述腔包括中心区域和围绕所述中心区域的外围区域；
将所述膜模具的中心区域内的所述硅树脂加热至第一温度，所述第一温度使得所述膜模具的中心区域内的所述硅树脂具有第一刚度；以及
将所述膜模具的外围区域内的所述硅树脂加热至第二温度，所述第二温度使得所述膜模具的外围区域内的所述硅树脂具有小于所述第一刚度的第二刚度，其中，所述第二温度大于所述第一温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过多个加热灯实施将所述中心区域内的所述硅树脂加热至所述第一温度并且将所述外围区域内的所述硅树脂加热至所述第二温度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二温度比所述第一温度大大于或等于2开尔文(K)的量。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述外围区域从所述中心区域延伸至所述腔的最外边缘。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述硅树脂是透明的。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述外围区域是包括通过所述中心区域分离的离散段的非连续环。
17.一种化学机械平坦化(CMP)工具，包括：
壳体；
保持环，附接至所述壳体并且被配置为横向围绕衬底；以及
可延展膜，具有被配置为接触所述衬底的背面的下表面，其中，所述可延展膜包括具有第一刚度的中心区域和围绕所述中心区域并且具有小于所述第一刚度的第二刚度的第一外围区域，以及第二外围区域，所述第二外围区域通过所述第一外围区域与所述中心区域分离并且具有大于所述第二刚度的第三刚度，并且所述可延展膜包括透明硅树脂。
18.根据权利要求17所述的化学机械平坦化工具，其中，所述第三刚度与所述第一刚度相等。
19.根据权利要求17所述的化学机械平坦化工具，
其中，所述中心区域包括具有所述第一刚度的第一形式的硅树脂，并且所述第一外围区域包括具有所述第二刚度的第二形式的硅树脂；以及
其中，所述第一形成的硅树脂横向接触所述第二形式的硅树脂。
20.根据权利要求17所述的化学机械平坦化工具，还包括：
支撑结构，设置在所述壳体和所述可延展膜之间，其中，所述可延展膜连接至所述支撑结构，并且其中，所述支撑结构包括由穿过所述支撑结构延伸的侧壁限定的多个孔。
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