CN200951520Y - 用于载具头的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于载具头的装置,该装置包括柔性薄膜,柔性薄膜包括具有带有多个突起的表面的中心部分。薄膜可以模制成使得环状边缘部分朝薄膜的中心向内弯曲以形成扁平凸缘,该凸缘以加厚的边缘终止。中心部分的表面可以提供构造成接纳200mm直径衬底的安装表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于化学机械抛光载具头的装置。
背景技术
集成电路通常通过导电、半导电或绝缘层的连续的沉积而在衬底特别是硅晶片上形成。在每一个层沉积之后,其被蚀刻以生成电路特征。随着一系列层被连续地沉积和蚀刻,衬底的外或最上表面即衬底的暴露表面变得越来越不平整了。该不平整的表面在集成电路制造工艺的光刻步骤中会出现问题。因而,需要定期将衬底表面平面化。
一种已经采用的平面化的方法是化学机械抛光(CMP),该平面化方法通常要求衬底安装在载具或抛光头上。衬底的暴露表面靠着诸如转动的抛光垫的移动抛光表面放置。抛光垫可以是带有耐用的粗糙表面的“标准”抛光垫或带有保持在容纳介质内的研磨粒子的“固定研磨”抛光垫。载具头向衬底提供可控制的负载,以将其推靠在抛光垫上。如果使用标准垫,则包括至少一种化学反应剂和研磨粒子的抛光浆液被供应至抛光垫的表面。
一些载具头包括带有接纳衬底的安装表面的柔性薄膜。对柔性薄膜后面的室进行加压,以使得薄膜向外膨胀,并对衬底施加负载。在抛光之后,衬底被夹持在安装表面上,被提起脱离抛光垫并被移动至诸如传送站或另一个抛光垫的另一个位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于载具头的装置。
在一方面,本发明涉及用于载具头的装置。该装置包括包括中心部分和包围中心部分的周边部分的柔性薄膜,其中所述中心部分具有带有多个突起的表面。中心部分的表面提供构造成接纳200mm直径的衬底的安装表面。
在另一方面,本发明涉及包括柔性板材的薄膜,所述柔性板材具有环状边缘部分、中心和第一表面。薄膜被模制成使得环状边缘部分朝中心向内弯曲以形成扁平凸缘,所述扁平凸缘以加厚的边缘终止,该凸缘构造成当薄膜置于载具头时,在夹具表面和支撑盘表面之间形成气密封。该薄膜包括多个从第一表面延伸的突起。
上述发明的任何的实施方式可以包括下列特征的一个或多个。突起可以是至少30微英寸的宽度,也可以是至少120微英寸的宽度,例如在约60和80、120微英寸之间的宽度。突起可以以规则的阵列或任意图案布置。突起可以包括任意的表面织纹。突起是可弹性地压缩的。薄膜可以包括按重量计少于7%的松散提取物。周边部分或凸缘可以比中心部分更光滑。薄膜可以包括环状边缘部分并可以模制成使得环状边缘部分从中心部分向上延伸和周边部分或凸缘从环状边缘部分向内延伸。薄膜的中心部分的安装表面可以构造成接纳200mm直径的衬底。
根据以上的各方面,薄膜更不粘合,并且其可以更不可能地粘在衬底和载具头中其它部件上。
由于薄膜更不粘合,载具头可以需要较少破坏柔性薄膜和衬底之间的密封的挠曲。因而,衬底在卸载期间可以承受更少的应力。在卸载程序中,衬底可以承受更少的应力并且可以提高其可靠性。
由于薄膜更不粘合,其更不可能地粘到抛光垫上,并且由此在来自抛光垫的侧向力下更不可能撕裂。因此,如果衬底从载具头滑出,薄膜更不可能地撕裂。
本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下的说明中进行阐述。本发明的其它特征、目的和优点从说明和附图以及从权利要求中是明显的。
附图说明
图1是包括柔性薄膜的载具头的横截面视图。
图1A是柔性薄膜的另一种的实现方式的横截面视图。
图1B是载具头和柔性薄膜的另一种实现方式的横截面视图。
图2是图1中的柔性薄膜放大的横截面视图。
图3是示出被衬底压缩的薄膜的突起的横截面视图。
图4是示出释放衬底的薄膜的横截面视图。
在各个附图中类似的参考符号指示类似的元件。
具体实施方式
如上所指出,一些载具头包括在抛光操作期间和在抛光操作之间为衬底提供安装表面的柔性薄膜。安装表面在载具头将衬底输送至新的位置时保持衬底。为了在新的位置上从载具头上卸载衬底,薄膜必须释放衬底。
遗憾的是,卸载过程可能会失效,留下衬底部分地连接到薄膜上。如果衬底仍保持在载具头中,则抛光设备会在第一衬底还在原位置时试图装载第二衬底到载具头中。这将足够地损坏两个衬底,而使它们无用。即使抛光设备不装载第二衬底,部分连接会在载具头移动时结束,使得衬底出乎意料地从载具头掉入到抛光设备中。这又将足够地损坏衬底,使其无用。当卸载过程自身施加足够的应力至衬底使其损坏或破裂时,会发生另一种类型的故障。在任何一种这些情况下,衬底可能会破碎或碎裂,在抛光垫上留下将损坏其它衬底的碎片。
结果,移除衬底的失效可能导致需要人工介入的机器故障。不管失效的性质,操作者需要停止抛光设备,以移除任何的碎片、更换薄膜和更换抛光垫。衬底的移除和柔性薄膜和抛光垫的更换都需要关闭抛光设备,从而减少了吞吐量。为了从抛光设备获得可靠操作,衬底移除过程应该基本上无瑕疵的。因而,需要一种能够可靠卸载进而可以提高抛光吞吐量和产量的抛光设备。
没有受限制于任何具体的理论,粘合力可以阻止衬底从柔性薄膜的分离。如果将衬底保持在安装表面上的粘合力超过衬底的重力,那么尽管有卸载压力,当载具头从传送站收回时,衬底保持在载具头上。
本发明利用两种技术减少粘合:减少在衬底和薄膜之间的表面接触面积和减少薄膜中粘弹性材料量。这些技术可以单个使用或结合使用。
图1示出载具头100。载具头100是通常用来抛光一个或多个衬底的化学机械抛光(CMP)设备的一部分。载具头100在衬底正被抛光或被输送时可操作地保持衬底。适合的CMP设备的说明可以在美国专利No.5,738,574中发现,其全部的公开内容通过引用而结合与此。
载具头100包括一个基体组件104、保持环110和柔性薄膜108。柔性薄膜108在基体104下方延伸并与其连接,以提供可加压的室106。柔性薄膜108通过室106的压力变化可操作地保持或释放衬底。
尽管没有图示,载具头可以包括其它元件,例如,基体104可移动地悬挂在其上的壳体、允许基体104枢转的万向节机构(可以被认为是基体组件的一部分)、在基体104和壳体之间的装载室、在室106内的一个或多个支撑结构、或者接触薄膜108的内表面以对衬底施加补充的压力的一个或多个内部薄膜。例如,载具头100可以如美国专利No.6,183,354或美国专利No.6,422,927所说明的进行构造,其全部公开内容通过引用而结合于此。
柔性薄膜108是一个由例如氯丁橡胶、氯丁二烯、乙丙烯橡胶或硅酮的柔性和弹性材料形成一般圆形片材。薄膜108相对于抛光过程应该是疏水性的、耐用的和化学惰性的。薄膜108可以包括为衬底提供安装表面124的中心部分120和延伸以夹持于保持环110和基体104之间的环状边缘部分122(如图1所示)。中心部分120的尺寸可以设计成接受200mm直径的衬底,即,中心部分120的直径可以约为200mm或稍微更大。
可选地,柔性薄膜可以模制成包括如图1A所示形状的环状边缘部分122。可以看见,环状边缘部分122朝薄膜的中心123向内弯曲。在这种情况下,环状边缘部分122包括从中心部分120边缘向上延伸的圆筒形部分126和从圆筒形部分126向内延伸并以加厚的边缘129而终止的扁平凸缘128。
在前段中说明的另一实施方式可以与运用弯曲隔膜和支撑盘的载具头一起使用。图1B示出这样的一种载具头的示例,其包括保持环110、支撑盘170、弯曲隔膜116、上部夹具174和下部夹具172。当与示出的载具头的其他部件组装时,扁平凸缘128定位在在支撑盘170的表面和下部夹具172的表面之间并在其间形成气密封。
薄膜108也可以包括如美国专利No.6,210,255所讨论的柔性凸缘部分,其全部公开内容通过引用而结合于此。
薄膜108的中心部分120的安装表面124是织纹的,以减少薄膜和衬底之间粘合。织纹也可以沿薄膜120的圆筒部分126的外表面延伸。凸缘部分128可以没有织纹,因而比中心部分120更光滑。织纹可以只位于薄膜提供安装表面的一侧或在薄膜的两侧。
参照图2,薄膜108的表面具有包括在压力下至少部分被压扁的突起130的表面粗糙度的织纹。突起可以是诸如半球形、圆锥形或棱锥形的各种可能的形状,并且突起终止于一点或平顶。一般而言,突起可以被成型,使其在平行于抛光表面的平面内的尺寸(即,宽度和/或长度)随着突起的高度而减小。不同的突起可具有不同的形状。例如突起通常为棱锥形,但具有不同的尺寸。
在未压缩状态下(如图2所示),织纹的表面减少了薄膜108和衬底之间的接触表面面积。当薄膜受压缩时(如图3所示),即,通过迫使流体进入室106内以使得薄膜108压靠在衬底上,突起趋于压扁。结果,接触表面面积增加。然而,受压缩表面织纹充当着一套促使突起130恢复至原形的“微弹簧”。因而,当薄膜108从压缩释放时(如图4所示),突起恢复至原形,并且薄膜和衬底之间的接触面积显著地减少。减少了接触面积也就减少了薄膜和衬底之间的粘合力。
由于薄膜材料在微尺寸上的固有的粗糙特性,突起比可能存在的“微结构”织纹要大。一般而言,突起应该足够大,使得在未压缩状态下衬底和薄膜具有少于100%的表面面积接触。
此外,突起应该足够大,使得当突起从压缩下释放时提供衬底将脱离和接触衬底的表面面积将减少的足够的弹性力。突起应具有10微英寸或更多的平均尺寸,并且可以具有35微英寸或更多的尺寸。另一方面,如果突起太大,他们将实际地增加薄膜的牵引力。一般而言,突起应在尺寸上小于200微英寸,并且可以在尺寸上小于160微英寸或在尺寸上小于120微英寸。例如,突起在尺寸上约为60-80微英寸。在这方面,突起的平均尺寸可以通过常规的粗糙度测量技术来确定,例如,确定表面粗糙度尺寸的τa表面光度仪。
突起可以具有同样的高度或不同的高度。突起可以以例如规则地间隔的矩形阵列的规则图案布置在薄膜上,或它们可以任意地分布。
可以在模制过程期间生成表面织纹,例如,通过在具有辅助图案的模具中凝固薄膜。可以准备将任意表面织纹赋给薄膜的模具,例如,用沙粒或玻璃珠对模具进行喷砂处理。
所说明的喷砂产生具有60-80微英寸等级的表面粗糙度的模具。相反,可以指出,从高度抛光的钢模具产生的表面光洁度F1没有大于10微英寸的缺陷,而表面光洁度F2没有大于32微英寸的缺陷。
减少薄膜和衬底之间粘合力的另一方法是限制薄膜中松散的粘弹性提取物(例如,增塑剂和抗氧化剂)的量。没有受限制于任何具体的理论,这些松散的提取物可以能够流经薄膜表面,产生粘弹性表面提取物。粘弹性表面提取物然后可以在薄膜和衬底的表面之间流动,填充空隙的体积和增加薄膜和衬底之间有效的接触表面面积。限制松散的提取物的量可以减少粘合。例如,如果薄膜材料是橡胶,则松散的提取物可以限制在按重量计少于7%。
如前讨论,CMP中的一个问题是现存的柔性薄膜粘在衬底的表面并且不允许衬底在柔性薄膜真空分离夹持(vacuum-dechucking)时脱离。然而,柔性薄膜108与衬底的减少粘合力提高了卸载程序的可靠性。
薄膜108的另一个潜在的优点是薄膜可以更小可能地粘在载具头的其它部件上。例如,如果周边部分也是织纹的,那么柔性薄膜108可以更小可能地粘在保持环上,从而提高了CMP过程的整个性能。
另一个潜在的优点是在卸载程序中使衬底破裂的可能性减少。由于薄膜更不粘合,载具头可以需要较少破坏柔性薄膜和衬底之间的密封的挠曲。因而,衬底在卸载期间可以承受更少的应力。
另一个潜在优点是如果衬底从载具头滑出,薄膜更不可能撕裂。由于薄膜更不粘合,其更不可能粘在抛光垫上,因而在来自抛光垫的侧向力下更不可能撕裂。
本发明的许多实施例已经进行了说明。然而,可以理解到在不脱离本发明宗旨和范围的情况下可以进行各种修改。因此,其它实施例也在下列权利要求的范围内。
Claims (28)
1.一种用于载具头的装置,包括:
包括中心部分和耦合到所述中心部分的周边部分的柔性薄膜,所述中心部分的外表面提供构造成接纳200mm直径的衬底的安装表面,其特征在于:所述中心部分的所述外表面具有多个突起。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述柔性薄膜的所述周边部分包括环状边缘部分和凸缘部分,所述周边部分被模制成使得所述环状边缘部分从所述中心部分向上延伸且所述凸缘部分从所述环状边缘部分向内延伸。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述中心部分的内表面具有多个突起。
4.如权利要求2所述的装置,其特征在于:所述凸缘部分比所述中心部分更光滑。
5.如权利要求2所述的装置,其特征在于:所述边缘部分的外表面具有多个突起。
6.如权利要求5所述的装置,其特征在于:所述边缘部分的内表面具有多个突起。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述突起的宽度是至少30微英寸。
8.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述突起的宽度是至少120微英寸。
9.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述突起的宽度是在60至80微英寸之间。
10.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述突起以规则的阵列布置。
11.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述突起随机布置。
12.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述突起包括随机表面织纹。
13.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述突起是可弹性地压缩的。
14.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述柔性薄膜包括少于按重量计7%的松散提取物。
15.一种用于载具头的装置,包括:
包括中心部分和耦合到所述中心部分的周边部分的柔性薄膜,所述周边部分包括环状边缘部分和凸缘部分,所述周边部分被模制成使得所述环状边缘部分从所述中心部分向上延伸且所述凸缘部分从所述环状边缘部分向内延伸,所述凸缘部分以加厚的边缘终止,所述加厚的边缘构造成当所述薄膜置于载具头时在夹具表面和支撑盘表面之间形成气密封,所述中心部分的外表面提供构造成接纳衬底的安装表面,其特征在于:所述中心部分的所述外部表面具有多个突起。
16.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述中心部分的内表面具有多个突起。
17.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述凸缘部分比所述中心部分更光滑。
18.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述边缘部分的外表面具有多个突起。
19.如权利要求18所述的装置,其特征在于:所述边缘部分的内表面具有多个突起。
20.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述突起的宽度是至少30微英寸。
21.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述突起的宽度是至少120微英寸。
22.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述突起的宽度是在60至80微英寸之间。
23.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述突起以规则的阵列布置。
24.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述突起随机布置。
25.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述突起包括随机表面织纹。
26.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述突起是可弹性地压缩的。
27.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述柔性薄膜包括少于按重量计7%的松散提取物。
28.如权利要求15所述的装置,其特征在于:所述薄膜包括具有构造成接纳200mm直径的衬底的安装表面的中心部分。
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