DE102018115145A1

DE102018115145A1 - Chemisch-mechanische planarisierungs-membran

Info

Publication number: DE102018115145A1
Application number: DE102018115145.4A
Authority: DE
Inventors: Cheng-Ping Chen; Ren-Dou Lee; Sheng-Tai Peng; Tsung-Lung Lai; Tzi-Yi Shieh; Chien-Wei Chang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2018-06-24
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US11267099B2; US20220184773A1; TWI749262B; US11850702B2; CN109623630A; US20190091829A1; CN109623630B; TW201914748A

Abstract

In einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer CMP-Membran. Das Verfahren wird durch Anordnen eines umformbaren Materials in einem Hohlraum innerhalb eines Membran-Formwerkzeugs ausgeführt. Der Hohlraum hat eine mittige Region und eine Umfangsrandregion, die die mittige Region umgibt. Das umformbare Material wird innerhalb des Hohlraums ausgehärtet, um eine Membran zu bilden. Das Aushärten des umformbaren Materials wird ausgeführt, indem das umformbare Material innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf eine erste Temperatur erwärmt wird und das umformbare Material innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf eine zweite Temperatur erwärmt wird, die größer ist als die erste Temperatur.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nummer 62/563,701 , eingereicht am 27. September 2017, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Integrierte Chips werden unter Verwendung komplexer Fertigungsprozesse hergestellt, die mehrere verschiedene Schichten aufeinander bilden. Viele der verschiedenen Schichten werden mittels Fotolithografie strukturiert, einem Prozess, bei dem ein lichtempfindliches Material selektiv elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird. Zum Beispiel kann Fotolithografie dafür verwendet werden, Back-End-of-Line (BEOL)-Metall-Interconnect-Schichten zu definieren, die aufeinander gebildet werden. Um zu gewährleisten, dass die Metall-Interconnect-Schichten mit einer guten strukturellen Definition gebildet werden, muss die elektromagnetische Strahlung korrekt fokussiert werden. Um elektromagnetische Strahlung korrekt zu fokussieren, muss ein Werkstück im Wesentlichen planar sein, um Schärfentiefenprobleme zu vermeiden. Chemisch-mechanisches Planarisieren (CMP) ist ein weithin verwendeter Prozess, bei dem sowohl chemische als auch mechanische Kräfte verwendet werden, um ein Halbleiterwerkstück komplett zu planarisieren. Die Planarisierung bereitet das Werkstück auf die Bildung einer anschließenden Schicht vor.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es ist anzumerken, dass gemäß der üblichen Praxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Merkmale können vielmehr beliebig vergrößert oder verkleinert werden, um die Besprechung besser verständlich zu machen.

1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Werkzeugs, das einen Träger umfasst, der eine Membran enthält, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
2 veranschaulicht eine Draufsicht, die einige Ausführungsformen einer Unterseite eines Trägers zeigt, der eine Membran umfasst, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
3A-3C veranschaulichen Querschnittsansichten, die einige Ausführungsformen eines Trägers mit einer Membran zeigen, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
4A-4C veranschaulichen Draufsichten einiger alternativer Ausführungsformen einer offenbarten Membran, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen eines CMP-Werkzeugs, das einen Träger umfasst, der eine Membran enthält, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
6A-9 veranschaulichen einige Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer CMP-Membran, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
10 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer CMP-Membran, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
11-14 veranschaulichen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausführen eines chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Prozesses.
15 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausführen eines chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Prozesses.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des hier besprochenen Gegenstandes bereit. Im Folgenden werden konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und dienen nicht der Einschränkung. Zum Beispiel kann die Ausbildung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, bei denen die ersten und zweiten Strukturelemente in direktem Kontakt ausgebildet werden, und können auch Ausführungsformen enthalten, bei denen weitere Strukturelemente zwischen den ersten und zweiten Strukturelementen ausgebildet sein können, so dass die ersten und zweiten Strukturelemente möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Des Weiteren kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und schafft nicht automatisch eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Des Weiteren können räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, im vorliegenden Text verwendet werden, um die Beschreibung zu vereinfachen, um die Beziehung eines Elements oder Strukturelements zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturelementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Die räumlich relativen Begriffe sollen neben der in den Figuren gezeigten Ausrichtung noch weitere Ausrichtungen der Vorrichtung während des Gebrauchs oder Betriebes umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet (90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) sein, und die im vorliegenden Text verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
Ein chemisch-mechanischer Planarisierungs (CMP)-Prozess ist ein Prozess, der durch ein CMP-Werkzeug während der IC-Herstellung ausgeführt wird, um eine flache (d. h. planare) Oberfläche zu bilden, auf der eine darüberliegende Schicht ausgebildet werden kann. CMP-Werkzeuge umfassen in der Regel einen Träger, der dafür konfiguriert ist, ein Halbleitersubstrat aufzunehmen. Der Träger umfasst eine Membran, die von einem Haltering umgeben ist. Ein CMP-Prozess kann ausgeführt werden, indem ein Substrat in einer kopfüber umgedrehten Konfiguration in den Haltering eingesetzt wird, wobei eine Rückseite des Substrats die Membran berührt. Der Träger wird anschließend bewegt, um eine Vorderseite des Substrats in Kontakt mit einem Polierklotz zu bringen, bevor der Polierklotz und der Träger relativ zueinander bewegt werden, um die Vorderseite des Substrats zu polieren.
Die Membran ist dafür konfiguriert, während des Betriebes des CMP-Werkzeugs Druck an die Rückseite des Substrats anzulegen. Durch Justieren eines Drucks, der an die Rückseite des Substrats angelegt wird, kann eine Abtragsrate des CMP-Werkzeugs justiert werden (zum Beispiel wird die Abtragsrate umso größer, je größer der Druck ist, der an die Rückseite des Substrats angelegt wird). Jedoch wurde festgestellt, dass aufgrund einer Steifigkeit der Membran der Druck, den die Membran an die Rückseite des Substrats anlegt, ungleichmäßig sein kann. Zum Beispiel kann ein erster Druck, den die Membran entlang äußerer Ränder des Substrats anlegt, geringer sein als ein zweiter Druck, den die Membran an eine Mitte des Substrats anlegt. Die Differenz der Drücke, die an das Substrat angelegt werden, bewirkt, dass das CMP-Werkzeug eine geringere Abtragsrate entlang der äußeren Ränder des Substrats hat als an einer Mitte des Substrats, was zu Nicht-Planaritätsproblemen auf der Vorderseite des Substrats führt.
Die vorliegende Offenbarung betrifft in einigen Ausführungsformen ein Verfahren zum Bilden einer CMP-Membran, das dafür konfiguriert ist, Ungleichmäßigkeiten des während eines CMP-Prozesses an ein Substrat angelegten Drucks zu mindern, sowie eine zugehörige Vorrichtung. Das Verfahren umfasst das Anordnen eines umformbaren Materials in einem Hohlraum, der durch ein Membran-Formwerkzeug definiert wird, das eine Umfangsrandregion aufweist, die eine mittige Region umgibt. Das umformbare Material wird ausgehärtet, um eine Membran zu bilden, indem das umformbare Material innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf eine erste Temperatur erwärmt wird und das umformbare Material innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf eine zweite Temperatur erwärmt wird, die größer ist als die erste Temperatur. Die zweite Temperatur ist dafür konfiguriert, eine Umfangsrandregion der Membran mit einer geringeren Steifigkeit als eine mittige Region der Membran zu bilden. Die geringere Steifigkeit der Umfangsrandregion erlaubt es der Umfangsrandregion der Membran, sich um einen größeren Betrag auszudehnen als die mittige Region der Membran. Die Ausdehnung der Umfangsrandregion vergrößert den Oberflächenkontakt zwischen der Membran und dem Substrat und verringert entsprechend Ungleichmäßigkeiten beim Druck, den die Membran an ein Substrat anlegt, indem ein Druck erhöht wird, den die Membran an den Umfangsrand des Substrats anzulegen in der Lage ist.
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Werkzeugs 100, das einen Träger umfasst, der eine Membran enthält, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
Das CMP-Werkzeug 100 umfasst einen Polierklotz 104, der über einer Platte 102 angeordnet ist, die dafür konfiguriert ist, sich während des Betriebes des CMP-Werkzeugs 100 um eine erste Rotationsachse 106 zu drehen. Der Polierklotz 104 umfasst eine aufgeraute Oberseite 104u, die von der Platte 102 fort weist. Das CMP-Werkzeug 100 umfasst des Weiteren einen Träger 108. Der Träger 108 ist dafür konfiguriert, ein Substrat 120 in einer kopfüber verdrehten Position aufzunehmen, so dass eine Vorderseite 120a des Substrats 120 von dem Träger 108 fort weist. Der Träger 108 ist dafür konfiguriert, während des Betriebes die Vorderseite 120a des Substrats 120 in Kontakt mit dem Polierklotz 104 zu bringen, während sich die Platte 102 um die erste Rotationsachse 106 dreht.
Der Träger 108 enthält ein Gehäuse 110, das mit einem Haltering 112 gekoppelt ist. Der Haltering 112 hat Seitenwände, die eine Halteringaussparung definieren, die dafür konfiguriert ist, das Substrat 120 aufzunehmen. Eine Membran 114 ist innerhalb der Halteringaussparung angeordnet. Die Membran 114 umfasst ein flexibles Material, das eine Unterseite 114a aufweist, die von dem Gehäuse 110 fort weist, und eine Oberseite 114b aufweist, die dem Gehäuse 110 zugewandt ist. Die Unterseite 114a ist dafür konfiguriert, eine Rückseite 120b des Substrats 120 zu berühren.
In einigen Ausführungsformen kann die Membran 114 mit dem Haltering 112 mittels einer Stützstruktur 122 gekoppelt sein, die zwischen dem Gehäuse 110 und der Membran 114 angeordnet ist. Die Stützstruktur 122 kann innere Seitenwände umfassen, die mehrere Öffnungen 124 definieren, die sich durch die Stützstruktur 122 hindurch erstrecken. Die mehreren Öffnungen 124 stehen jeweils mit einer oder mehreren Kammern 126 in Strömungsverbindung, die zwischen der Stützstruktur 122 und der Membran 114 angeordnet sind. Die eine oder die mehreren Kammern 126 sind dafür konfiguriert, Drücke zu haben, die durch ein oder mehrere Fluide und/oder Gase eingestellt werden, die durch die mehreren Öffnungen 124 über einen Einlass 128 in das Gehäuse 110 eingeleitet werden. Die Drücke innerhalb der einen oder der mehreren Kammern 126 legen eine oder mehrere Kräfte an, die ein Oberflächenprofil der Unterseite 114a der Membran 114 definieren. In einigen Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Kammern 126 eine einzelne Kammer umfassen, die zwischen der Membran 114 und der Stützstruktur 122 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) können die eine oder die mehreren Kammern 126 konzentrisch in mehrere separate Kammern unterteilt sein.
Die Membran 114 umfasst mehrere Formen eines gleichen umformbaren Materials, die dafür konfiguriert sind, jeweils verschiedene Werte einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit zu haben. Die verschiedenen Werte einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit erlauben es, dass verschiedene Teile der Membran 114 unterschiedlich auf eine angelegte Kraft ansprechen. Zum Beispiel erlauben es die verschiedenen Werte einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit verschiedenen Teilen der Membran 114, ihre Formen unterschiedlich zu ändern, wenn eine Kraft angelegt wird, wodurch es ermöglicht wird, einen durch die Membran 114 an das Substrat 120 angelegten Druck zu justieren. In einigen Ausführungsformen ist das umformbare Material Silizium. In alternativen Ausführungsformen kann das umformbare Material jegliches Material sein, das in einer Weise geformt (zum Beispiel ausgehärtet) werden kann, die zu verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit in verschiedenen Regionen der Membran führen kann.
In einigen Ausführungsformen kann die Membran 114 eine mittige Region 116 und eine Umfangsrandregion 118 haben, die zwischen der mittigen Region 116 und einem äußersten Rand der Membran 114 angeordnet ist. Die mittige Region 116 umfasst eine erste Form des umformbaren Materials mit einer ersten Umformbarkeit und/oder einer ersten Steifigkeit, und die Umfangsrandregion 118 umfasst eine zweite Form des umformbaren Materials mit einer zweiten Umformbarkeit, die größer ist als die erste Umformbarkeit, und/oder einer zweiten Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit. Zum Beispiel kann die mittige Region 116 eine erste Form aus Silizium umfassen, die eine geringere Steifigkeit aufweist als eine zweite Form aus Silizium innerhalb der Umfangsrandregion 118.
Die größere erste Steifigkeit der mittigen Region 116 verleiht der Membran eine hinreichende Steifigkeit, um der Membran 114 eine gute Steuerung eines Drucks zu ermöglichen, der an das Substrat 120 angelegt wird. Die kleinere zweite Steifigkeit der Umfangsrandregion 118 erlaubt eine stärkere Ausdehnung der Membran 114 innerhalb der Umfangsrandregion 118, wenn eine Kraft an die Oberseite 114b der Membran 114 angelegt wird (wenn zum Beispiel eine Kraft an die Oberseite 114b der Membran 114 angelegt wird, so kann sich die Membran 114 innerhalb der Umfangsrandregion 118 um einen größeren Betrag ausdehnen als die Membran 114 innerhalb der mittigen Region 116). Die Ausdehnung der Membran 114 innerhalb der Umfangsrandregion 118 verstärkt den Oberflächenkontakt zwischen der Membran 114 und dem Substrat 120 innerhalb der Umfangsrandregion 118 und verstärkt entsprechend einen Druck, den die Membran 114 an das Substrat 120 innerhalb der Umfangsrandregion 118 anzulegen in der Lage ist. Durch Erhöhen eines Drucks, den die Membran 114 an das Substrat 120 innerhalb der Umfangsrandregion 118 anzulegen in der Lage ist, können Ungleichmäßigkeiten des Drucks, der an das Substrat 120 während eines CMP-Prozesses angelegt wird, vermindert werden, was zu einem verbesserten CMP-Profil führt (zum Beispiel weniger Höhenabweichung über dem Substrat), was eine höherer Produktionsausbeute und weniger Nachbearbeitung der Substrate bedeutet (d. h. ein verbesserter CMP-Durchsatz).
2 veranschaulicht eine Draufsicht, die einige Ausführungsformen einer Unterseite eines Trägers 200 zeigt, der eine Membran umfasst, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
Der Träger 200 umfasst einen Haltering 112, der sich um einen Umfang einer Stützstruktur 122 erstreckt. In einigen Ausführungsformen sind in einer Unterseite des Halterings 112 mehrere Nuten 202 definiert. Die mehreren Nuten 202 umfassen Aussparungen in dem Haltering 112, die sich erstrecken eines innere Seitenwand des Halterings auf einen Außenseite Seitenwand des Halterings 112.
Die Stützstruktur 122 kann innere Seitenwände umfassen, die mehrere Öffnungen 124 definieren, die sich durch die Stützstruktur 122 erstrecken. Die mehreren Öffnungen 124 sind mit einer Hochdruckfluid- und/oder Gasquelle gekoppelt, die dafür konfiguriert ist, ein Hochdruckfluid und/oder Gas durch die mehreren Öffnungen 124 zu einer Oberseite einer Membran 114 zu leiten, die zwischen inneren Seitenwänden des Halterings 112 angeordnet sind.
Die Membran 114 umfasst eine mittige Region 116 mit einer ersten Umformbarkeit und/oder einer ersten Steifigkeit und eine Umfangsrandregion 118, die die mittige Region 116 umgibt und eine zweite Umformbarkeit hat, die größer ist als die erste Umformbarkeit, und/oder eine zweite Steifigkeit hat, die geringer ist als die erste Steifigkeit. In einigen Ausführungsformen kann sich die mittige Region 116 zu einem Radius R₁ von einer Mitte der Membran 114 erstrecken, während sich die Umfangsrandregion 118 von dem Radius R₁ zu einem Radius R₁+R₂ von der Mitte der Membran 114 erstreckt. In anderen Ausführungsformen können sich die mittige Region 116 und/oder die Umfangsrandregion 118 zu verschiedenen Radien erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann der Radius R₁ größer sein als der Radius R₂ . In anderen Ausführungsformen kann der Radius R₁ kleiner sein als der Radius R₂ . In einigen Ausführungsformen kann die Membran 114 ein transparentes Silizium umfassen, so dass die Stützstruktur 122 durch die Membran 114 hindurch sichtbar ist.
Die 3A-3C veranschaulichen Querschnittsansichten, die einige Ausführungsformen eines Trägers mit einer Membran zeigen, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit enthält.
Wie in den 3A-3C gezeigt, umfasst ein Träger 108 eine Membran 114, die innerhalb eines Haltering-Hohlraums angeordnet ist, der durch Seitenwände eines Haltering 112 definiert wird. Die Membran 114 hat eine mittige Region 116 mit einer ersten Steifigkeit und eine Umfangsrandregion 118 mit einer zweiten Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit. Die zweite Steifigkeit der Umfangsrandregion 118 erlaubt es der Umfangsrandregion 118, sich in Reaktion auf eine angelegte Kraft stärker auszudehnen und/oder zusammenzuziehen als die mittige Region 116.
Wie in der Querschnittsansicht 300 von 3A gezeigt, hat die Membran 114, bevor sie in Kontakt mit einem Substrat gebracht wird, eine Unterseite 114a mit einem gekrümmten Profil. In einigen Ausführungsformen können sich die mittige Region 116 und die Umfangsrandregion 118 entlang einer gekrümmten Profils erstrecken, das durch eine kontinuierliche Funktion definiert wird. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann die Unterseite 114a verschiedene Krümmungen in der mittigen Region 116 und in der Umfangsrandregion 118 haben. Zum Beispiel können sich die mittige Region 116 und die Umfangsrandregion 118 entlang gekrümmter Profile erstrecken, die durch eine nicht-kontinuierliche Funktion definiert sind. Zum Beispiel führen in einigen Ausführungsformen die verschiedenen Werte einer Steifigkeit der mittigen Region 116 und der Umfangsrandregion 118 dazu, dass die mittige Region 116 und die Umfangsrandregion 118 gekrümmte Profile haben, die durch Schrägen definiert werden, die nicht entlang einer Grenzfläche zwischen der mittigen Region 116 und der Umfangsrandregion 118 konvergieren.
Wie in der Querschnittsansicht 302 von 3B gezeigt, wenn eine Rückseite 120b eines Substrats 120 in Kontakt mit einer Unterseite 114a der Membran 114 gebracht wird, so verformt sich eine Form der Membran 114 so, dass sich das gekrümmte Profil der Unterseite 114a der Membran 114 innerhalb der mittigen Region 116 entlang einer Grenzfläche mit der Rückseite 120b des Substrats 120 zu einem flachen Profil ändert. Das Profil der Umfangsrandregion 118 kann sich ebenfalls ändern, so dass die Membran 114 innerhalb der Umfangsrandregion 118 einen ersten Teil hat, der mit dem Substrat 120 entlang einer flaches Profils in Kontakt steht, und einen zweiten Teil mit einem gekrümmten Profil hat, das von dem Substrat 120 getrennt ist (d. h. wenn ein Substrat 120 in Kontakt mit der Membran 114 gebracht wird, so trennt sich die Membran 114 von dem Substrat 120 an einem Punkt, der innerhalb der Umfangsrandregion 118 angeordnet ist).
Die Membran 114 berührt die Rückseite 120b des Substrats 120 entlang einer ersten Bereichs 304. Entlang des ersten Bereichs 304 drückt die Membran 114 mit einer Kraft F₁ gegen die Rückseite 120b des Substrats 120. Jedoch ist die Membran 114 entlang äußeren Rändern des Substrats 120 nicht in der Lage, die Kraft F₁ an die Rückseite 120b des Substrats 120 anzulegen, da die Membran 114 von der Rückseite 120b des Substrats 120 durch einen Raum getrennt ist.
Wie in der Querschnittsansicht 306 von 3C gezeigt, werden eine Flüssigkeit und/oder Gas in eine oder mehrere Kammern 126 entlang einer Oberseite 114b der Membran 114 über einen Einlass 128 innerhalb eines Gehäuses 110 eingeleitet. Die Flüssigkeit und/oder das Gas verstärken den Druck entlang der Oberseite 114b der Membran 114. Der Druck veranlasst die Umfangsrandregion 118 der Membran 114, sich entlang einer seitlichen Richtung 308 und entlang einer vertikalen Richtung 310 auszudehnen. Die Ausdehnung der Umfangsrandregion 118 der Membran 114 entlang der seitlichen Richtung 308 und entlang der vertikalen Richtung 310 vergrößert die Fläche des Oberflächenkontakts zwischen der Membran 114 und der Rückseite 120b des Substrats 120. Zum Beispiel berührt die Membran 114 vor dem Anlegen von Druck an die Oberseite 114b der Membran 114 (in 3B gezeigt) das Substrat 120 entlang des ersten Bereichs 304. Nach dem Anlegen von Druck an die Oberseite 114b der Membran 114 (in 3C gezeigt) berührt die Membran 114 das Substrat 120 entlang eines zweiten Bereichs 312, der größer ist als der erste Bereich 304. Durch Vergrößern einer Kontaktfläche zwischen der Membran 114 und der Rückseite 120b des Substrats 120 kann die Membran 114 das Anlegen der Kraft F₁ entlang äußeren Rändern des Substrats 120 verstärken.
Durch Verstärken des Anlegens der Kraft F₁ entlang der äußeren Ränder des Substrats 120 werden Ungleichmäßigkeiten des an die Rückseite 120b des Substrats 120 angelegten Drucks vermindert. Da sich der an die Rückseite 120b des Substrats 120 angelegte Druck proportional zu einer CMP-Abtragsrate verhält, bewirkt die Verminderung von Ungleichmäßigkeiten des an die Rückseite 120b des Substrats 120 angelegten Drucks, dass die CMP-Abtragsraten entlang Rändern des Substrats 120 nur relativ wenig von einer CMP-Abtragsrate in einer Mitte eines Substrats 120 abweichen. Zum Beispiel führt die offenbarte Membran in einigen Ausführungsformen zu einer Abweichung von CMP-Abtragsraten zwischen einer Mitte und Rändern des Substrats 120, die geringer ist als ungefähr 15 %, während die 3-sigma-Abweichung der CMP-Abtragsraten kleiner als ungefähr 10 % sein kann. Diese Abweichung ist relativ klein im Vergleich zu einer Abweichung von CMP-Abtragsraten unter Verwendung einer Membran mit einer gleichbleibenden Umformbarkeit oder Steifigkeit über eine gesamte Membran (die zum Beispiel bis zu 20 % oder mehr betragen kann).
Es versteht sich, dass in verschiedenen Ausführungsformen die Form und/Größe der Umfangsrandregion variieren können, während immer noch ein erhöhter Druck auf die äußeren Ränder eines Substrats wirkt. Die 4A-4C veranschaulichen Draufsichten einiger alternativer Ausführungsformen von offenbarten Membranen, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweisen.
Die Draufsicht 400 von 4A veranschaulicht einige Ausführungsformen einer Membran 114, die ein umformbares Material enthält. Die Membran 114 umfasst eine mittige Region 116 mit einer ersten Form des umformbaren Materials mit einer ersten Steifigkeit und eine Umfangsrandregion 118 mit einer zweiten Form des umformbaren Materials mit einer zweiten Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit. Die Umfangsrandregion 118 umfasst einen Ring, der sich durchgehend um die mittige Region 116 herum erstreckt. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Umfangsrandregion 118 radial von der mittigen Region 116 zu einem äußersten Rand der Membran 114 (zum Beispiel einem Rand, der an einem Haltering 112 anliegt).
Die Draufsicht 404 von 4B veranschaulicht einige alternative Ausführungsformen einer Membran 114, die ein umformbares Material enthält. Die Membran 114 umfasst eine mittige Region 116 und eine Umfangsrandregion 118, die einen nicht-kontinuierlichen Ring umfasst, der zwischen der mittigen Region 116 und einem äußersten Rand der Membran 114 angeordnet ist. Die mittige Region 116 umfasst eine erste Form des umformbaren Materials mit einer ersten Steifigkeit. Der nicht-kontinuierliche Ring der Umfangsrandregion 118 hat diskrete Segmente einer zweiten Form des umformbaren Materials mit einer zweiten Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit. Die diskreten Segmente der zweiten Form des umformbaren Materials sind durch die erste Form des umformbaren Materials voneinander getrennt.
Die Draufsicht 406 von 4C veranschaulicht einige alternative Ausführungsformen einer Membran 114, die ein umformbares Material enthält. Die Membran 114 umfasst eine mittige Region 116 mit einer ersten Form des umformbaren Materials mit einer ersten Steifigkeit, eine erste Umfangsrandregion 118 mit einer zweiten Form des umformbaren Materials mit einer zweiten Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit, und eine zweite Umfangsrandregion 408 mit einer dritten Form des umformbaren Materials mit einer dritten Steifigkeit, die größer ist als die zweite Steifigkeit. In einigen Ausführungsformen kann die erste Steifigkeit im Wesentlichen gleich der dritten Steifigkeit sein. In anderen Ausführungsformen können die erste Steifigkeit und die dritte Steifigkeit verschieden sein. Die zweite Umfangsrandregion 408 umgibt die erste Umfangsrandregion 118, so dass sich die erste Umfangsrandregion 118 nicht zu einem äußersten Rand 402 der Membran 114 erstreckt. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Umfangsrandregion 118 einen Ring, der die mittige Region 116 durchgehend von der zweiten Umfangsrandregion 408 trennt. In anderen Ausführungsformen umfasst die erste Umfangsrandregion 118 einen nicht-kontinuierlichen Ring, der sich zwischen der mittigen Region 116 und der zweiten Umfangsrandregion 408 befindet.
5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger weiterer Ausführungsformen eines CMP-Werkzeugs 500, das einen Träger umfasst, der eine Membran enthält, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
Das CMP-Werkzeug 500 umfasst einen Polierklotz 104, der auf einer Platte 102 angeordnet ist, die dafür konfiguriert ist, den Polierklotz 104 während des Betriebes des CMP-Werkzeugs 500 um eine erste Rotationsachse 106 zu drehen. Ein Klotzkonditionierungselement 502, das einen Diamantkornkonditionierungsklotz umfasst, ist dafür konfiguriert, auf den Polierklotz 104 mit einer abwärts gerichteten Kraft zu drücken, die die mehreren Diamantpartikel in Kontakt mit einer Oberseite 104u des Polierklotzes 104 bringt. Wenn der Polierklotz 104 durch die Platte 102 gedreht wird, rauen die Diamantpartikel die Oberseite 104u des Polierklotzes 104 auf, um ein verbessertes mechanisches Polieren zu ermöglichen.
Ein Schlämmeverteilungselement 504 ist über dem Polierklotz 104 angeordnet. Das Schlämmeverteilungselement 504 ist dafür konfiguriert, während eines CMP-Prozesses eine Schlämmmasse 506 auf den Polierklotz 104 zu geben. Die Schlämmmasse 506 hilft, Material von dem Substrat 120 zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann eine Zusammensetzung der Schlämmmasse 506 anhand eines Materials ausgewählt werden, das von einem Substrat 120 abgetragen wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat 120 einen Halbleiterkörper sowie eine darüberliegende Schicht aus einem dielektrischen Material (zum Beispiel Oxid) und eine darüberliegende leitfähige Schicht. In einigen Ausführungsformen kann die Schicht aus einem dielektrischen Material Oxid umfassen (zum Beispiel SiO₂, SiCO oder dergleichen), und die leitfähige Schicht kann ein Metall umfassen (zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder dergleichen).
Ein Träger 108 ist dafür konfiguriert, das Substrat 120 zu halten. Der Träger 108 enthält einen Haltering 112, der mit einer Stützstruktur 122 gekoppelt ist. Der Haltering 112 wird verwendet, um eine seitliche Bewegung des Substrats 120 mit Bezug auf den Träger 108 während eines CMP-Prozesses zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 122 mittels eines Verbindungselements 512 mit dem Haltering 112 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Träger 108 des Weiteren ein Kardanelement 508 umfassen, das sich durch eine Öffnung in einem Gehäuse 110 erstreckt. Das Kardanelement 508 ist dafür konfiguriert, sich um eine zweite Rotationsachse 509 zu drehen. In einigen Ausführungsformen kann der Träger 108 des Weiteren eine ringförmige Basis 510 enthalten, die unter dem Gehäuse 110 angeordnet ist. Ein Klemmring 514 ist mit der ringförmigen Basis 510 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen ist der Klemmring 514 dafür konfiguriert, das Verbindungselement 512 an der Membran 114 zu befestigen. In anderen Ausführungsformen ist der Klemmring 514 dafür konfiguriert, das Verbindungselement 512 an der Stützstruktur 122 zu befestigen.
In einigen Ausführungsformen enthält der Klemmring 514 ein flexibles Element, das eine Kammer umschließt, die dafür konfiguriert ist, ein Fluid und/oder ein Gas aufzunehmen. Eine erste Gas- und/oder Flüssigkeitsquelle ist mittels eines ersten Rohres 522 mit der Kammer gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann die erste Gas- und/oder Flüssigkeitsquelle eine erste Pumpe umfassen, die dafür konfiguriert ist, einen Druck innerhalb des ersten Rohres 522 zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann der Träger 108 des Weiteren eine ringförmige Rollmembran 516 umfassen, die zwischen einem inneren Klemmring 520, der mit dem Gehäuse 110 gekoppelt ist, und einem äußeren Klemmring 518, der mit der Basis 510 gekoppelt ist, festgeklemmt ist. Die Rollmembran 516 dichtet einen Raum zwischen dem Gehäuse 110 und der Basis 510 ab, um eine Beladungskammer zu definieren. Eine zweite Gas- und/oder Flüssigkeitsquelle ist mittels eines zweiten Rohres 524 mit der Beladungskammer gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Gas- und/oder Flüssigkeitsquelle eine zweite Pumpe umfassen, die dafür konfiguriert ist, einen Druck innerhalb des zweiten Rohres 524 zu steuern.
Die 6A-9 veranschaulichen einige Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer Membran für ein CMP-Werkzeug. Die Membran hat Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit. Obgleich die 6A-9 mit Bezug auf ein Verfahren beschrieben sind, versteht es sich, dass die in den 6A-9 gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr für sich allein, von dem Verfahren getrennt, stehen können.
Wie in der Querschnittsansicht 600 von 6A und in der Draufsicht 612 von 6B gezeigt, ist ein umformbares Material 604 innerhalb eines Hohlraums 606 ausgebildet, der durch Innenflächen eines Membran-Formwerkzeugs 602 definiert wird. Der durch das Membran-Formwerkzeug 602 definierte Hohlraum 606 hat eine mittige Region 608 und eine Umfangsrandregion 610, die die mittige Region 608 umgibt. In einigen Ausführungsformen kann das Membran-Formwerkzeug 602 eine starre Struktur umfassen, wie zum Beispiel einen Kunststoff oder ein Metall (zum Beispiel Aluminium, Eisen usw.). In einigen Ausführungsformen kann das umformbare Material 604 eine Flüssigkeit umfassen, die in den Hohlraum 606 eingeleitet wird, der durch das Membran-Formwerkzeug 602 definiert wird. Zum Beispiel ist das umformbare Material 604 in einigen Ausführungsformen Silizium. Silizium ist kostengünstig, was die Herstellung einer kostengünstigen Membran gestattet. In anderen Ausführungsformen kann das umformbare Material 604 ein ähnliches Material sein, das sich aushärten lässt, um verschiedene räumliche Regionen mit verschiedenen Werten von Umformbarkeit und/oder Steifigkeit zu erreichen.
Wie in der Querschnittsansicht 700 von 7 gezeigt, wird ein Aushärtungsprozess ausgeführt, der das umformbare Material (604 von 6A) aushärtet, um eine Membran 114 zu bilden. Während des Aushärtungsprozesses werden verschiedene Teile des umformbaren Materials auf verschiedene Temperaturen T₁ -T₂ erwärmt. Es ist klar, dass das Aushärten einiger umformbarer Materialien, wie zum Beispiel Silizium, bei verschiedenen Temperaturen T₁-T₂ dazu führt, dass die umformbaren Materialien (zum Beispiel Silizium) auf verschiedene Weise aushärten, was zur Folge hat, dass verschiedene Regionen der Membran 114 verschiedene Werte von Umformbarkeit und/oder Steifigkeit haben. In einigen Ausführungsformen wird eine Differenz bei den Werten zwischen einer ersten Temperatur T₁ und einer zweiten Temperatur T₂ so gewählt, dass eine Differenz bei der Umformbarkeit oder Steifigkeit zwischen der mittigen Region 116 und der Umfangsrandregion 118 entsteht (zum Beispiel wird eine Differenz zwischen der ersten Temperatur T₁ und der zweiten Temperatur T₂ so gewählt, dass die mittige Region 116 eine geringere Umformbarkeit und/oder größere Steifigkeit erhält als die Umfangsrandregion 118). Die verschiedenen Werte einer Steifigkeit innerhalb der verschiedenen Regionen der Membran 114 erlauben es den verschiedenen Regionen der Membran 114, auf verschiedene Weise auf eine Kraft zu reagieren (zum Beispiel sich zusammenzuziehen oder auszudehnen).
Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen ein umformbares Material innerhalb der mittigen Region 608 des Membran-Formwerkzeugs 602 auf eine erste Temperatur T₁ erwärmt werden, und ein umformbares Material innerhalb der Umfangsrandregion 118 des Membran-Formwerkzeugs 602 kann auf eine zweite Temperatur T₂ erwärmt werden, die größer ist als die erste Temperatur T₁ . Die zweite Temperatur T₂ ist dafür konfiguriert, das umformbare Material innerhalb der mittigen Region 608 des Membran-Formwerkzeugs 602 in einer Weise aushärten zu lassen, die einer mittigen Region 116 der Membran 114 eine erste Steifigkeit verleiht, während die zweite Temperatur T₂ dafür konfiguriert ist, das umformbare Material innerhalb der Umfangsrandregion 610 des Membran-Formwerkzeugs 602 in einer Weise aushärten zu lassen, die einer Umfangsrandregion 118 der Membran 114 eine zweite Steifigkeit verleiht, die von der ersten Steifigkeit verschieden ist. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Temperatur T₂ um einen Betrag von mindestens ungefähr 2° Kelvin (K) größer sein als die erste Temperatur T₁ . In anderen Ausführungsformen kann die zweite Temperatur T₂ um einen Betrag von mindestens ungefähr 5° K größer sein als die erste Temperatur T₁ .
Es wurde festgestellt, dass, wenn eine Steifigkeit innerhalb der mittigen Region 116 der Membran 114 zu niedrig ist, ein Druck, den die Membran 114 an ein Substrat anlegt, schwierig zu steuern ist. Des Weiteren ist, wenn die Steifigkeit innerhalb der Umfangsrandregion 118 der Membran 114 zu hoch ist, die Membran 114 nicht genügend umformbar, um einen Druck an eine Umfangsrandregion eines Substrats anzulegen, und Druckungleichmäßigkeiten nehmen zu. Darum verleiht ein Aushärten des umformbaren Materials bei einer niedrigeren Temperatur in der mittigen Region 116 der Membran 114 eine höhere Steifigkeit, was es der Membran 114 ermöglicht, eine gute Kontrolle über den Druck auf einem Substrat auszuüben, während ein Aushärten des umformbaren Materials bei einer höheren Temperatur in der Umfangsrandregion 118 die Membran 114 mit einer geringeren Steifigkeit versieht, was es der Membran 114 ermöglicht, eine gute Gleichmäßigkeit des Drucks über das Substrat hinweg bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann eine Differenz zwischen der ersten Temperatur T₁ und der zweiten Temperatur T₂ so gewählt werden, dass sie einen Wert auf der Basis einer beobachteten Differenz zwischen CMP-Abtragsraten in einer Mitte eines Substrats und an einem Rand eines Substrats hat. Wenn zum Beispiel eine Abtragsrate zwischen einer Mitte und einer Umfangsrandregion eines Substrats als 10 % bestimmt wird, so kann eine Differenz zwischen der ersten Temperatur T₁ und der zweiten Temperatur T₂ so gewählt werden, dass sie einen Wert von δ₁ hat, während, wenn eine Abtragsrate zwischen einer Mitte und einer Umfangsrandregion eines Substrats als 20 % bestimmt wird, eine Differenz zwischen der ersten Temperatur T₁ und der zweiten Temperatur T₂ so gewählt werden kann, dass sie einen Wert von δ₂ > δ₁ hat. Durch Auswählen der Differenz bei den Temperaturen anhand von Abtragsraten kann die Umformbarkeit der Umfangsrandregion 118 so gewählt werden, dass sie einen Wert hat, der die Differenz bei den Abtragsraten zwischen einer Mitte und einer Umfangsrandregion eines Substrats minimiert. In einigen Ausführungsformen kann die Differenz zwischen der ersten Temperatur T₁ und der zweiten Temperatur T₂ durch einen iterativen Prozess bestimmt werden, der an mehreren Testsubstraten ausgeführt wird.
In verschiedenen Ausführungsformen können die verschiedenen Temperaturen T₁ -T₂ innerhalb der mittigen Region 608 und der Umfangsrandregion 610 des Membran-Formwerkzeugs 602 unter Verwendung verschiedener Heizelemente 702 gesteuert werden. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen die Temperaturen T₁ -T₂ innerhalb der mittigen Region 608 und der Umfangsrandregion 610 des Membran-Formwerkzeugs 602 unter Verwendung von Heizelementen 702 gesteuert werden, die Heizlampen umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Heizlampen über dem Membran-Formwerkzeug 602 so angeordnet werden, dass die Strahlungswärme direkt das umformbare Material (zum Beispiel Silizium) erreicht. In anderen Ausführungsformen können die Heizlampen unter dem Membran-Formwerkzeug 602 so angeordnet werden, dass die Strahlungswärme das Membran-Formwerkzeug 602 entlang einer Seite erreicht, die dem Hohlraum 606 gegenüber liegt. In anderen Ausführungsformen können die Temperaturen innerhalb verschiedener Regionen des Membran-Formwerkzeugs 602 unter Verwendung von Heizelementen gesteuert werden, einschließlich ohmscher Heizelemente und/oder Wasserheizelemente, die das Membran-Formwerkzeug 602 berühren (zum Beispiel darin eingebettet sind).
Wie in der Querschnittsansicht 800 von 8 gezeigt, wird die Membran 114 aus dem Membran-Formwerkzeug 602 herausgenommen, nachdem das Aushärten vollendet ist.
Wie in der Querschnittsansicht 900 von 9 gezeigt, wird die Membran 114 auf einem Träger 108 angebracht. In einigen Ausführungsformen kann die Membran 114 an dem Träger 108 angebracht werden, indem die Membran 114 an einer Stützstruktur 122 angebracht wird, die sich zwischen Seitenwänden eines Halterings 112 befindet.
10 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens 1000 zum Bilden einer CMP-Membran, die Regionen mit verschiedenen Werten einer Umformbarkeit und/oder Steifigkeit aufweist.
Obgleich die offenbarten Verfahren (zum Beispiel die Verfahren 1000 und 1500) im vorliegenden Text als eine Reihe von Aktionen oder Ereignissen veranschaulicht und beschrieben sind, versteht es sich, dass die veranschaulichte Reihenfolge solcher Aktionen oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden darf. Zum Beispiel können einige Aktionen in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Aktionen oder Ereignissen stattfinden, als es im vorliegenden Text beschrieben und/oder veranschaulicht ist. Darüber hinaus brauchen nicht alle veranschaulichten Aktionen erforderlich zu sein, um einen oder mehrere Aspekte oder eine oder mehrere Ausführungsformen der Beschreibung im vorliegenden Text zu implementieren. Des Weiteren können eine oder mehrere der im vorliegenden Text dargestellten Aktionen in einer oder mehreren separaten Aktionen und/oder Phasen ausgeführt werden.
Bei 1002 wird ein umformbares Material (zum Beispiel Silizium) in einen Hohlraum innerhalb eines Membran-Formwerkzeugs eingefüllt. 6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 600 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1002.
Bei 1004 wird das umformbare Material ausgehärtet, um eine Membran zu bilden, indem verschiedene Regionen des umformbaren Materials auf verschiedene Temperaturen erwärmt werden. 7 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 700 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1004.
In einigen Ausführungsformen kann das umformbare Material gemäß Aktionen 1006-1008 ausgehärtet werden. Bei 1006 wird ein umformbares Material innerhalb einer mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf eine erste Temperatur erwärmt. Bei 1008 wird ein umformbares Material innerhalb einer Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf eine zweite Temperatur erwärmt, die größer ist als die erste Temperatur.
Bei 1010 wird die Membran aus dem Hohlraum des Membran-Formwerkzeugs herausgenommen. 8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 800 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1010.
Bei 1012 wird die Membran an einem CMP-Träger angebracht. 9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 900 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1012.
In einigen Ausführungsformen kann die an dem CMP-Träger angebrachte Membran dafür verwendet werden, einen CMP-Prozess an einem Substrat auszuführen, und Abweichungen bei den Abtragsraten, die durch die Membran zwischen der mittigen und der Umfangsrandregion des Substrats erreicht werden, werden bei 1014 gemessen.
Bei 1016 können die Abweichungen dafür verwendet werden, neue Temperaturen zu bestimmen, die dafür konfiguriert sind, dafür verwendet zu werden, eine weitere Membran zu bilden, die eine geringere Abweichung der Abtragsraten ermöglicht. Wenn zum Beispiel bestimmt wird, dass die Membran eine erste Abweichung der Abtragsraten erzeugt, so können eine erste neue Temperatur und eine zweite neue Temperatur anhand einer ersten Abweichung der Abtragsraten bestimmt und dafür verwendet werden, eine weitere Membran zu bilden (gemäß Aktionen 1002-1010), die eine zweite Abweichung der Abtragsrate erzeugt, die geringer ist als die erste Abweichung der Abtragsraten.
11-14 veranschaulichen Querschnittsansichten 1100-1400 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausführen eines chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Prozesses unter Verwendung einer offenbarten Membran. Obgleich die in den 11-14 gezeigten Querschnittsansichten 1100-1400 mit Bezug auf ein Verfahren zum Ausführen eines chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Prozesses beschrieben sind, versteht es sich, dass die in den 11-14 gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr für sich allein, von dem Verfahren getrennt, stehen können.
Wie in der Querschnittsansicht 1100 von 11 gezeigt, wird eine Rückseite 120b eines Substrats 120 in Kontakt mit einer Unterseite 114a einer Membran 114 eines Trägers 108 gebracht. Die Membran 114 umfasst eine mittige Region 116 mit einer ersten Steifigkeit und eine Umfangsrandregion 118 mit einer zweiten Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit. Die verschiedenen Werte einer Steifigkeit verleihen der Umfangsrandregion 118 eine größere Umformbarkeit (zum Beispiel die Fähigkeit zur Formänderung in Reaktion auf eine Kraft) als der mittigen Region 116.
Wie in der Querschnittsansicht 1200 von 12 gezeigt, wird der Träger 108 bewegt, um eine Vorderseite 120a des Substrats 120 in Kontakt mit einer aufgerauten Oberseite 104u eines Polierklotzes 104 über einer Platte 102 zu bringen. Wenn die Vorderseite 120a des Substrats 120 in Kontakt mit dem Polierklotz 104 gebracht wird, so drückt das Substrat 120 auf die Membran 114 mit einer Kraft, die bewirkt, dass die mittige Region 116 der Membran 114 die Rückseite 120b des Substrats 120 entlang einer im Wesentlichen flachen Grenzfläche berührt. Die Umfangsrandregion 118 der Membran 114 erhält ein gekrümmtes Profil, das bewirkt, dass die Umfangsrandregion 118 der Membran 114 von der Rückseite 120b des Substrats 120 um einen Raum getrennt wird. Wie in der Querschnittsansicht 1200 gezeigt, berührt die Membran 114 die Rückseite 120b des Substrats entlang einer flachen Grenzfläche mit einem ersten Bereich 304.
Wie in der Querschnittsansicht 1300 von 13 gezeigt, werden eine Flüssigkeit und/oder ein Gas zu einer Oberseite 114b der Membran 114 geleitet. Die Flüssigkeit und/oder das Gas verstärken den Druck entlang der Oberseite 114b der Membran 114. Der Druck bewirkt, dass sich die Umfangsrandregion 118 der Membran 114 entlang einer seitlichen Richtung 308 und entlang einer vertikalen Richtung 310 ausdehnt. Die Ausdehnung der Membran 114 innerhalb der Umfangsrandregion 118 entlang der seitlichen Richtung 308 und entlang der vertikalen Richtung 310 vergrößert einen zweiten Bereich 312, entlang dem die Membran 114 die Rückseite 120b des Substrats 120 berührt. Durch Vergrößern des Oberflächenkontakts zwischen der Membran 114 und der Rückseite 120b des Substrats 120 ist die Membran 114 in der Lage, einen Druck zu verstärken, dass an die Rückseite 120b des Substrats 120 entlang des Umfangsrandes des Substrats 120 angelegt wird, wodurch Ungleichmäßigkeiten des an das Substrat 120 angelegten Drucks vermindert werden.
Wie in der Querschnittsansicht 1400 von 14 gezeigt, wird der Polierklotz 104 relativ zu dem Substrat 120 bewegt. Das Bewegen des Polierklotzes 104 relativ zu dem Substrat 120 bewirkt, dass die Vorderseite 120a des Substrats 120 langsam durch eine aufgeraute Oberseite 104u des Polierklotzes 104 abgetragen wird. In einigen Ausführungsformen können die Platte 102 und der Polierklotz 104 um eine erste Rotationsachse 106 gedreht werden, und der Träger 108 und das Substrat 120 können um eine zweite Rotationsachse 509 gedreht werden.
15 veranschaulicht ein Flussdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens 1500 zum Ausführen eines chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Prozesses.
Bei 1502 wird eine Rückseite eines Substrats in Kontakt mit einer Unterseite einer Membran gebracht, die eine mittige Region mit einer ersten Steifigkeit und eine Umfangsrandregion mit einer zweiten Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit, umfasst. 11 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 1100 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1502.
Bei 1504 wird eine Vorderseite des Substrats in Kontakt mit einem Polierklotz gebracht. 12 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 1200 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1504.
Bei 1506 wird ein Druck an eine Oberseite der Membran angelegt. Der Druck bewirkt, dass sich die Umfangsrandregion in einer seitlichen und in einer vertikalen Richtung ausdehnt und dass eine Kontaktfläche zwischen der Membran und der Rückseite des Substrats vergrößert wird. 13 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 1300 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1506.
Bei 1508 wird das Substrat relativ zu dem Polierklotz bewegt, um einen CMP-Prozess auf der Vorderseite des Substrats auszuführen. 14 veranschaulicht eine Querschnittsansicht 1400 einiger Ausführungsformen entsprechend der Aktion 1508.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Offenbarung in einigen Ausführungsformen ein Verfahren zum Bilden einer CMP-Membran, die dafür konfiguriert ist, Ungleichmäßigkeiten des Drucks zu mindern, der während eines CMP-Prozesses an ein Substrat angelegt wird, sowie eine verbundene Vorrichtung.
In einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer CMP-Membran. Das Verfahren enthält Folgendes: Anordnen eines umformbaren Materials in einem Hohlraum in einem Membran-Formwerkzeug, wobei der Hohlraum eine mittige Region und eine Umfangsrandregion, die die mittige Region umgibt, aufweist; und Aushärten des umformbaren Materials, um eine Membran zu bilden, wobei das Aushärten des umformbaren Materials enthält, das umformbare Material innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf eine erste Temperatur zu erwärmen und das umformbare Material innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf eine zweite Temperatur zu erwärmen, die größer ist als die erste Temperatur. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Temperatur um einen Betrag von ungefähr 2° Kelvin (K) oder mehr größer als die erste Temperatur. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Umfangsrandregion von der mittigen Region zu einem äußersten Rand des Hohlraums. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Umfangsrandregion als ein kontinuierlicher Ring um die mittige Region. In einigen Ausführungsformen werden das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der Umfangsrandregion auf die erste Temperatur und das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der mittigen Region auf die zweite Temperatur durch mehrere Heizlampen ausgeführt. In einigen Ausführungsformen werden das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der Umfangsrandregion auf die erste Temperatur und das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der mittigen Region auf die zweite Temperatur durch ohmsche Heizelemente ausgeführt, die in das Membran-Formwerkzeug eingebettet sind. In einigen Ausführungsformen ist eine Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur dafür konfiguriert, eine Differenz bei der Umformbarkeit oder Steifigkeit zwischen einer mittigen Region der Membran und einer Umfangsrandregion der Membran zu erreichen. In einigen Ausführungsformen besteht das umformbare Material aus Silizium. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren des Weiteren Folgendes: Anbringen der Membran auf einem CMP-Träger; Ausführen eines CMP-Prozesses auf einem Substrat unter Verwendung der Membran; Bestimmen einer ersten Abweichung der Abtragsraten zwischen einer mittigen Region des Substrats und einer Umfangsrandregion des Substrats; und Bestimmen einer ersten neuen Temperatur und einer zweiten neuen Temperatur, wobei die erste neue Temperatur und die zweite neue Temperatur dafür konfiguriert sind, verwendet zu werden, um eine weitere Membran zu bilden, die eine zweite Abweichung der Abtragsrate erzeugt, die geringer ist als die erste Abweichung der Abtragsraten. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren des Weiteren Folgendes: Anordnen von weiterem Silizium in dem Hohlraum, der durch die Innenflächen des Membran-Formwerkzeugs definiert wird; Erwärmen des weiteren Siliziums innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf die erste neue Temperatur; und Erwärmen des weiteren Siliziums innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf die zweite neue Temperatur.
In anderen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer CMP-Membran. Das Verfahren enthält Folgendes: Anordnen von Silizium in einem Hohlraum, der durch Innenflächen eines Membran-Formwerkzeugs definiert wird, wobei der Hohlraum eine mittige Region und eine Umfangsrandregion, die die mittige Region umgibt, enthält; Erwärmen des Siliziums innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf eine erste Temperatur, die bewirkt, dass das Silizium innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs eine erste Steifigkeit hat; und Erwärmen des Siliziums innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf eine zweite Temperatur, die bewirkt, dass das Silizium innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs eine zweite Steifigkeit hat, die geringer ist als die erste Steifigkeit. In einigen Ausführungsformen wird das Erwärmen des Siliziums innerhalb der Umfangsrandregion auf die erste Temperatur und das Erwärmen des Siliziums innerhalb der mittigen Region auf die zweite Temperatur durch mehrere Heizlampen ausgeführt. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Temperatur um einen Betrag von mindestens ungefähr 2° Kelvin (K) größer als die erste Temperatur. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Umfangsrandregion von der mittigen Region zu einem äußersten Rand des Hohlraums. In einigen Ausführungsformen ist das Silizium transparent. In einigen Ausfiihrungsformen ist die Umfangsrandregion ein nicht-kontinuierlichen Ring, der diskrete Segmente umfasst, die durch die mittige Region getrennt sind.
In weiteren Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung ein CMP-Werkzeug. Das CMP-Werkzeug enthält ein Gehäuse; einen Haltering, der an dem Gehäuse angebracht ist und dafür konfiguriert ist, ein Substrat seitlich zu umgeben; und eine umformbare Membran mit einer Unterseite, die dafür konfiguriert ist, eine Rückseite des Substrats zu berühren, wobei die umformbare Membran eine mittige Region, die eine erste Steifigkeit hat, und eine erste Umfangsrandregion, die die mittige Region umgibt und eine zweite Steifigkeit hat, die geringer ist als die erste Steifigkeit, enthält. In einigen Ausführungsformen enthält die umformbare Membran des Weiteren eine zweite Umfangsrandregion, die von der mittigen Region durch die erste Umfangsrandregion getrennt ist und eine dritte Steifigkeit aufweist, die geringer ist als die zweite Steifigkeit. In einigen Ausfiihrungsformen enthält die mittige Region eine erste Form von Silizium, die die erste Steifigkeit hat, und die erste Umfangsrandregion enthält eine zweite Form von Silizium, die die zweite Steifigkeit hat; wobei die erste Form von Silizium die zweite Form von Silizium seitlich berührt. In einigen Ausführungsformen enthält das CMP-Werkzeug des Weiteren eine Stützstruktur, die zwischen dem Gehäuse und der umformbaren Membran angeordnet ist, wobei die umformbare Membran mit der Stützstruktur gekoppelt ist und die Stützstruktur mehrere Öffnungen enthält, die durch Seitenwände definiert werden, die sich durch die Stützstruktur hindurch erstrecken.
Das oben Dargelegte umreißt Merkmale verschiedener Ausführungsformen, damit der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Dem Fachmann leuchtet ein, dass er ohne Weiteres die vorliegende Offenbarung als eine Basis für das Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen verwenden kann, um die gleichen Zwecke und/oder die gleichen Vorteile der Ausführungsformen zu erreichen, die im vorliegenden Text vorgestellt wurden. Der Fachmann erkennt ebenso, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen daran vornehmen kann, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62563701 [0001]

Claims

BEANSPRUCHT WIRD:
Verfahren zum Bilden einer chemisch-mechanischen Planarisierungs (CMP)-Membran, das Folgendes umfasst: Anordnen eines umformbaren Materials in einem Hohlraum in einem Membran-Formwerkzeug, wobei der Hohlraum eine mittige Region und eine Umfangsrandregion, die die mittige Region umgibt, umfasst; Aushärten des umformbaren Materials, um eine Membran zu bilden, wobei das Aushärten des umformbaren Materials Folgendes umfasst: Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf eine erste Temperatur; und Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf eine zweite Temperatur, die größer ist als die erste Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Temperatur um einen Betrag von ungefähr 2° Kelvin (K) oder mehr größer ist als die erste Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1 or 2 wobei sich die Umfangsrandregion von der mittigen Region zu einem äußersten Rand des Hohlraums erstreckt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Umfangsrandregion als ein kontinuierlicher Ring um die mittige Region erstreckt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der Umfangsrandregion auf die erste Temperatur und das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der mittigen Region auf die zweite Temperatur durch mehrere Heizlampen ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der Umfangsrandregion auf die erste Temperatur und das Erwärmen des umformbaren Materials innerhalb der mittigen Region auf die zweite Temperatur durch ohmsche Heizelemente ausgeführt wird, die in das Membran-Formwerkzeug eingebettet sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur dafür konfiguriert wird, eine Differenz bei der Umformbarkeit oder Steifigkeit zwischen einer mittigen Region der Membran und einer Umfangsrandregion der Membran zu erreichen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das umformbare Material aus Silizium besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren Folgendes umfasst: Anbringen der Membran auf einem CMP-Träger; Ausführen eines CMP-Prozesses auf einem Substrat unter Verwendung der Membran; Bestimmen einer ersten Abweichung der Abtragsraten zwischen einer mittigen Region des Substrats und einer Umfangsrandregion des Substrats; und Bestimmen einer ersten neuen Temperatur und einer zweiten neuen Temperatur, wobei die erste neue Temperatur und die zweite neue Temperatur dafür konfiguriert sind, verwendet zu werden, um eine weitere Membran zu bilden, die eine zweite Abweichung der Abtragsrate erzeugt, die geringer ist als die erste Abweichung der Abtragsraten.
Verfahren nach Anspruch 9, das des Weiteren Folgendes umfasst: Anordnen von weiterem Silizium in dem Hohlraum in dem Membran-Formwerkzeug; Erwärmen des weiteren Siliziums innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf die erste neue Temperatur; und Erwärmen des weiteren Siliziums innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf die zweite neue Temperatur.
Verfahren zum Bilden einer CMP-Membran, das Folgendes umfasst: Anordnen von Silizium in einem Hohlraum, der durch Innenflächen eines Membran-Formwerkzeugs definiert wird, wobei der Hohlraum eine mittige Region und eine Umfangsrandregion, die die mittige Region umgibt, umfasst; Erwärmen des Siliziums innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs auf eine erste Temperatur, die bewirkt, dass das Silizium innerhalb der mittigen Region des Membran-Formwerkzeugs eine erste Steifigkeit hat; und Erwärmen des Siliziums innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs auf eine zweite Temperatur, die bewirkt, dass das Silizium innerhalb der Umfangsrandregion des Membran-Formwerkzeugs eine zweite Steifigkeit hat, die geringer ist als die erste Steifigkeit.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erwärmen des Siliziums innerhalb der Umfangsrandregion auf die erste Temperatur und das Erwärmen des Siliziums innerhalb der mittigen Region auf die zweite Temperatur durch mehrere Heizlampen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die zweite Temperatur um einen Betrag von mindestens ungefähr 2° Kelvin (K) größer ist als die erste Temperatur.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 13, wobei sich die Umfangsrandregion von der mittigen Region zu einem äußersten Rand des Hohlraums erstreckt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 14, wobei das Silizium transparent ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 15, wobei die Umfangsrandregion ein nicht-kontinuierlicher Ring ist, der diskrete Segmente umfasst, die durch die mittige Region getrennt sind.
Chemisch-mechanisches Planarisierungs (CMP)-Werkzeug, das Folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen Haltering, der an dem Gehäuse angebracht ist und dafür konfiguriert ist, ein Substrat seitlich zu umgeben; und eine umformbare Membran mit einer Unterseite, die dafür konfiguriert ist, eine Rückseite des Substrats zu berühren, wobei die umformbare Membran eine mittige Region, die eine erste Steifigkeit hat, und eine erste Umfangsrandregion, die die mittige Region umgibt und eine zweite Steifigkeit hat, die geringer ist als die erste Steifigkeit, umfasst.
CMP-Werkzeug nach Anspruch 17, wobei die umformbare Membran des Weiteren eine zweite Umfangsrandregion umfasst, die von der mittigen Region durch die erste Umfangsrandregion getrennt ist und eine dritte Steifigkeit aufweist, die geringer ist als die zweite Steifigkeit.
CMP-Werkzeug nach Anspruch 17, wobei die mittige Region eine erste Form von Silizium umfasst, die die erste Steifigkeit hat, und die erste Umfangsrandregion eine zweite Form von Silizium umfasst, die die zweite Steifigkeit hat; und wobei die erste Form von Silizium die zweite Form von Silizium seitlich berührt.
CMP-Werkzeug nach Anspruch 17, das des Weiteren Folgendes umfasst: eine Stützstruktur, die zwischen dem Gehäuse und der umformbaren Membran angeordnet ist, wobei die umformbare Membran mit der Stützstruktur gekoppelt ist, und wobei die Stützstruktur mehrere Öffnungen umfasst, die durch Seitenwände definiert werden, die sich durch die Stützstruktur hindurch erstrecken.