TWI649156B - 具有複合塑膠部份的載體頭部 - Google Patents

Abstract

揭示一種化學機械研磨頭部，包括基座組件、扣環、以及彈性薄膜，該基座組件包括至少一構件，由具有拉伸模數大約與鋁相同或比鋁更高的複合塑膠所形成，該扣環固定於基座組件，及該彈性薄膜固定於基座組件以在基座組件與彈性薄膜的上表面之間形成可增壓腔室。彈性薄膜的下表面提供基材安裝表面。

Description

具有複合塑膠部份的載體頭部

本發明揭露用於與化學機械研磨有關的載體頭部。

積體電路通常藉由導體層、半導體層或絕緣體層的連續沉積於基材上形成，尤其是矽晶圓。生產的一步驟涉及在非平面表面上沉積填充層且平面化填充層。對特定應用而言，填充層直到圖形化層的頂表面被暴露才會被平面化。例如，導電填充層能沉積於圖形化絕緣層之上以填充絕緣層內的凹槽與孔洞。在平面化之後，在絕緣層凸面圖形之間剩餘的導電層部份形成通孔、栓塞和線，其在基材上的薄膜電路之間提供導電路徑。在其他應用中，例如氧化物研磨，填充層直到使預定的厚度超過非平面表面而平面化。此外，基材表面的平面化通常需要光微影技術。

化學機械研磨(CMP)係為可接受的平面化方法之一。此平面化方法通常需要將基材安裝於載體頭部之上。基材的已暴露表面通常對著旋轉研磨板放置。載體頭部在基材上提供可控制的承載件以推動該承載件對著研磨板。研磨液，例如含有磨粒的漿料，通常供應於研磨板的表面之上。對在基材上的金屬層研磨而言，例如銅層，漿料能為酸性。

載體頭部的內部構件通常由金屬形成，例如鋁，以提供扣環的剛性。然而，在基材上金屬層的研磨過程中，酸性的漿料可能到達內部的鋁構件而導致腐蝕。為了解決此問題，一些內部構件能由含有拉伸模數與鋁相同或比鋁更高的複合塑膠所形成。

在一樣態中，化學機械研磨頭部包含基座組件、扣環、以及彈性薄膜，該基座組件包含至少一構件，由具有拉伸模數與鋁大致相同或比鋁更高的複合塑膠形成，該扣環固定於基座組件，及該彈性薄膜固定於基座組件以在該基座組件與該彈性薄膜的上表面之間形成可增壓腔室。彈性薄膜的下表面提供基材安裝表面。

實作可包含一個或多個下述的技術特徵。塑膠可實質上惰性於銅研磨的漿料。複合塑膠可為經玻璃填充的塑膠。複合塑膠包含聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)。複合塑膠可為經玻璃填充的聚苯硫醚(PPS)或經玻璃填充的聚醚醚酮(PEEK)。扣環可包含不鏽鋼的上部份以及塑膠的下部份。基座組件可包含不鏽鋼夾具環。基座組件可包含由聚醚醚酮所組成的夾具環。彈性薄膜的一部分可被夾於不鏽鋼夾具環與由聚醚醚酮所組成的夾具環之間。基座組件可包含由聚苯硫醚(PPS)所組成的一夾具環。彈性薄膜的一部分可被夾於由聚醚醚酮所組成的夾 具環與由聚苯硫醚(PPS)所組成的夾具環之間。

在另一樣態中，一種研磨系統包含研磨板支撐座(以支承具有研模表面之研磨板)、載體頭部，(具有基座組件、對著研磨表面以支承基材的彈性薄膜)、以及渦電流監控系統(包括感測器頭部，放置以產生穿過該研磨板且延伸至載體頭部的磁場)。基座組件可包含至少一構件，具有至少一部分放置於該磁場之中，且由具有拉伸模數與鋁大致相同或比鋁更高的一複合塑膠形成。

實作可包含一個或多個下述的技術特徵。尤其，複合塑膠在基材上更能抵抗腐蝕，例如抵抗用於金屬層研磨的漿料，例如銅，其能減少缺陷且改善載體頭部的使用期限。此外，複合塑膠構件能保持扣環的整體剛性，以致扣環在固定於載體頭部時保持大致上平坦的輪廓，因而保持研磨均勻性。複合塑膠的內部構件的形成將導致在使用渦電流監測系統監測基材研磨的過程中更小的噪音，可改善終點偵測。

一個或多個實作的細節描述於下列附隨的圖式與說明中。其他的樣態、技術特徵以及優點將由說明書、圖式及申請專利範圍中顯而易見地看出。

在研磨的操作的過程中，可藉由包括載體頭部100的化學機械研磨(CMP)裝置研磨一個或多個基材。化學機 械研磨(CMP)裝置描述於美國專利US 5,738,574之中。

參閱第1圖與第2圖，範例的載體頭部100包括外罩102、基座組件130(其相對外罩102可垂直移動)、可增壓腔室104(其介於外罩102與基座組件130之間，控制垂直位置或基座組件130上的向下壓力)、彈性薄膜120(固定於基座組件130，具有底表面提供基材的安裝表面)、一個或多個可增壓腔室122(介於薄膜120與基座組件130之間)、以及扣環110(固定於基座組件130的邊緣附近以在薄膜120之下支承基材)。外罩102能固定於傳動軸，且該傳動軸能旋轉且/或轉移載體頭部橫越研磨板。

扣環110大體上可為環形，固定於基座組件130的外側邊，例如藉由螺釘或螺栓延伸穿過基座組件130內的對齊通道而至扣環110的上表面。扣環110的內表面，結合彈性薄膜120的下表面，定義基板接收凹槽。扣環110預防基材脫離基材接收凹槽。扣環110能包括下部份112和上部份114，而上部份114較下部份112剛硬。下部份112能為塑膠，例如聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)。下部份112實質上能為純塑膠(由塑膠所組成)，例如無非塑膠填充層。上部份114能為金屬，例如不鏽鋼。

泵能流暢地經由外罩102且/或基座組件130內的通道連接至腔室104以控制腔室104內的壓力，然後控制基座組件130的位置且/或基座組件130的向下壓力，接 著控制扣環110。相同地，磊能流暢地經由外罩102且/或基座組件130內的通道108連接至腔室122以控制腔室122內的壓力，然後控制基材上彈性薄膜120的向下壓力。

另外，基座組件130與外罩102能結合為單一零件(不包含腔室122以及相對外罩102並非垂直可移動的基座組件130)。在其中的一些實作中，傳動軸能升降以控制研磨板上扣環110的壓力。在另一個方式中，扣環110能相對基座組件130移動且載體頭部100能包括可施壓力以控制扣環上的向下壓力的內部腔室，如美國專利US 7,699,688所述，且併入本文參考。

彈性薄膜120能為矽氧烷薄膜。彈性薄膜能包括多個蓋瓣124，其將彈性薄膜120及基座組件130的空間隔開為獨立可控制腔室。蓋瓣124的末端能附加於基座組件130，例如夾於基座組件130。環狀外部環126能***彈性薄膜120外圓周部份之外表面的凹槽。環狀內部環128能鄰接彈性薄膜120外圓周部份之內表面。外部環126與內部環128增加彈性薄膜120圓周部份的剛性。如此能允許多個腔室中上腔室內的壓力經由圓周部份轉移至基材。

基座組件130能包含多個構件。蓋瓣124之一的末端能被夾於第一夾具132與第二夾具134之間，其位於第一夾具132之上且鄰接之。第一夾具132實質上能為純塑膠，例如不具填充層的聚醚醚酮(PEEK)。第二夾具134 實質上能為純塑膠，但與第一夾具相比為不同的塑膠，例如聚苯硫醚(PPS)。蓋瓣124的另一末端能被夾於第一夾具132與第三夾具136之間，其位於第一夾具132和第二夾具134二者之上且鄰接之。第三夾具136實質上能為純塑膠，但與第二夾具相比為不同的塑膠。此外，第三夾具136與第一夾具132能為相同的塑膠。例如第三夾具能為聚苯硫醚(PPS)。又另一蓋板124的一末端能被夾於第三夾具136與第四夾具138之間，其位於第三夾具136之上且鄰接之。第四夾具138能為金屬，例如不鏽鋼。再另一蓋瓣124的一末端能被夾於第三夾具136與大體上在載體頭部中間附近的碟形主體140之間，其延伸超過第二夾具136的部份。大體上碟形主體140實質上能為純塑膠，例如聚苯硫醚(PPS)。夾具132、134、136以及主體140實質上為純塑膠的優點為可使形狀相當複雜的加工容易地進行。

第四夾具138的頂端能固定於第五夾具142，且鄰接第五夾具142的下側。扣環110也能固定於第五夾具142，且鄰接第五夾具142的下側。第五夾具142能為複合塑膠，例如經玻璃填充的聚苯硫醚(PPS)，或經玻璃填充的聚醚醚酮(PEEK)，例如30-50%的玻璃，例如40%的玻璃。複合塑膠的優點(尤其為經玻璃填充的塑膠)係為此些材料能具有與鋁相當或比鋁更高的拉伸模數。因此，當保持扣環的整體剛性時，第五夾具142在基材上比鋁更能抵抗腐蝕，例如抵抗用於金屬層(例如銅)研 磨的漿料，因而保持研磨均勻性。

第六夾具144能放置於第五夾具142之上，且鄰接之。平衡環機構的外側邊能被夾於第四夾具138與第六夾具144之間。平衡環機構(可視為基座組件130的一部分)允許基座組件130相對外罩102垂直滑動而限制基座組件130的橫向移動。第六夾具144能為金屬，例如不鏽鋼。第四夾具138與第六夾具144使用金屬，例如不鏽鋼的優點係為平衡環機構安全的附著。

第七夾具146能放置於第五夾具142之上，且鄰接之。第七夾具146能為不鏽鋼。密封腔室104的薄膜150外側邊能被夾於第七夾具146與第八夾具148之間。封蓋152，例如由基於聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET-P)形成半結晶的熱塑性聚酯，例如Ertalyte^TM，能覆蓋於第七夾具146上，且沿著第五夾具142的外側牆延伸。

平衡環機構、主體140、夾具132-148以及封蓋152能一起視為提供基座組件130。然而，仍有許多替代的實作能基於本發明之揭露使用此技術。例如更少的蓋瓣124於薄膜120上，以致一些夾具變成多餘，且非為載體頭部的一部分。或著，更多的蓋瓣124於薄膜120上，以致需要額外的夾具。一些夾具的相對位置可能改變，且一些夾具能合併為單一零件。

由於幾乎載體頭部的內部構件皆由非導電性、非磁性的材料形成，在使用渦電流監測系統監測基材研磨的過程中具有更小的噪音，可改善終點偵測。

本發明用數個實施例來描述。然而，本發明並不限於所描繪和敘述的實施例。本發明的範疇定義於附件的申請專利範圍之中。

100‧‧‧載體頭部

102‧‧‧外罩

104‧‧‧腔室

108‧‧‧通道

110‧‧‧扣環

112‧‧‧下部份

114‧‧‧上部份

120‧‧‧薄膜

122‧‧‧腔室

124‧‧‧蓋瓣

126‧‧‧外部環

128‧‧‧內部環

130‧‧‧基座組件

132‧‧‧第一夾具

134‧‧‧第二夾具

136‧‧‧第三夾具

138‧‧‧第四夾具

140‧‧‧碟形主體

142‧‧‧第五夾具

144‧‧‧第六夾具

146‧‧‧第七夾具

148‧‧‧第八夾具

150‧‧‧薄膜

152‧‧‧封蓋

第1圖係為用於化學機械研磨裝置之載體頭部的示意截面圖。

第2圖係為第1圖載體頭部左側的放大圖。

Claims (20)

1. 一種化學機械研磨的載體頭部，包含：一基座組件，包含至少一構件，由具有拉伸模數與鋁大致相同或比鋁更高的一複合塑膠形成；一扣環，固定於該基座組件；以及一彈性薄膜，固定於該基座組件以在該基座組件與該彈性薄膜的一上表面之間形成一可增壓腔室，該彈性薄膜的一下表面提供一基材安裝表面，其中該構件的至少一部分自該扣環徑向向內定位且在該彈性薄膜上方延伸。
2. 如請求項1所述的載體頭部，其中該複合塑膠係為一經玻璃填充的塑膠。
3. 如請求項2所述的載體頭部，其中該複合塑膠係為經玻璃填充的聚苯硫醚(PPS)或經玻璃填充的聚醚醚酮(PEEK)。
4. 如請求項1所述的載體頭部，其中該複合塑膠包含聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)。
5. 如請求項1所述的載體頭部，其中該扣環包含不鏽鋼的一上部份以及塑膠的一下部份。
6. 如請求項1所述的載體頭部，其中該基座組件包含一不鏽鋼夾具環。
7. 如請求項6所述的載體頭部，其中該基座組件包含由聚醚醚酮所組成的一夾具環。
8. 如請求項7所述的載體頭部，其中該彈性薄膜的一部分被夾於該不鏽鋼夾具環與由聚醚醚酮所組成的該夾具環之間。
9. 如請求項7所述的載體頭部，其中該基座組件包含由聚苯硫醚(PPS)所組成的一夾具環。
10. 如請求項9所述的載體頭部，其中該彈性薄膜的一部分被夾於由聚醚醚酮所組成的該夾具環與由聚苯硫醚(PPS)所組成的該夾具環之間。
11. 一種研磨系統，包含：一研磨板支撐座，以支承具有一研模表面的一研磨板；一載體頭部，具有一基座組件、固定於該基座組件的一扣環以及對著研磨表面以支承一基材的一彈性薄膜；以及一渦電流監控系統，包括一感測器頭部，放置以產生穿過該研磨板且延伸至該載體頭部的一磁場，且其中該基座組件包含至少一構件，該構件具有至少一部分放置於該磁場之中，且由具有拉伸模數與鋁大致相同或比鋁更高的一複合塑膠形成，該構件的該部分自該扣環徑向向內定位且在該彈性薄膜上方延伸。
12. 如請求項11所述的研磨系統，其中該複合塑膠係為一經玻璃填充的塑膠。
13. 如請求項12所述的研磨系統，其中該複合塑膠係為經玻璃填充的聚苯硫醚(PPS)或經玻璃填充的聚醚醚酮(PEEK)。
14. 如請求項11所述的研磨系統，其中該複合塑膠包含聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)。
15. 如請求項11所述的研磨系統，其中該扣環包含不鏽鋼的一上部份以及塑膠的一下部份。
16. 如請求項11所述的研磨系統，其中該基座組件包含一不鏽鋼夾具環。
17. 如請求項16所述的研磨系統，其中該基座組件包含由聚醚醚酮所組成的一夾具環。
18. 如請求項17所述的研磨系統，其中該彈性薄膜的一部分被夾於該不鏽鋼夾具環與由聚醚醚酮所組成的該夾具環之間。
19. 如請求項17所述的研磨系統，其中該基座組件包含由聚苯硫醚(PPS)所組成的一夾具環。
20. 如請求項19所述的研磨系統，其中該彈性薄膜的一部分被夾於由聚醚醚酮所組成的該夾具環與由聚苯硫醚(PPS)所組成的該夾具環之間。