[发明专利]控制研磨速率的载具头膜粗糙度

说明书

技术领域

本发明关于化学机械研磨，更详细言是关于用于化学机械研磨的载具头的挠性膜。

背景技术

集成电路一般通过相继沉积导体、半导体或绝缘层而形成于基材上，特别是于硅晶圆上。在各层沉积后，其经受蚀刻以生成电路特征结构。当一系列的层相继沉积并蚀刻时，基材外层或最上层的表面(即基材的曝露表面)逐渐变得非平面。此非平面的表面在集成电路制造过程的光微影(photolithographic)步骤中存在问题。因此，需要周期性地平坦化基材表面。此外，在研磨回(polish back)填充层时(例如以金属填充介电层中的沟槽时)亦需要平坦化。

化学机械研磨(CMP)是一种被接受的平坦化方法。此平坦化方法一般需要将基材架设在载具或研磨头上。基材的曝露表面放置于抵靠研磨垫处，该研磨垫诸如圆形垫或线性带，其可相对于基材移动。载具头在基材上提供可控制的负载以将其推至抵靠研磨垫处。某些载具头包含提供基材架设表面的挠性膜以及保持环(retaining ring)以固持基材于架设表面下方。将挠性膜后的腔室加压或排空可控制基材上的负载。诸如带有磨蚀颗粒的浆料的研磨液被供给至研磨垫的表面。

CMP中复发的问题是非一致性的研磨，即遍及基材表面的研磨速率的变化。举例而言，研磨可彻底地在某些区域移除导体材料，而在其它区域留下导体材料残余物。

发明内容

在一方面中描述与基材化学机械研磨设备的载具头一起使用的膜。该膜具有提供基材接收表面的外表面。该外表面具有中心部分以及环绕中心部分的边缘部分。该中心部分具有第一表面粗糙度而该边缘部分具有第二表面粗糙度，该第一表面粗糙度大于该第二表面粗糙度。

该膜的实施例可包含一个或多个下述特征结构。膜的外表面的边缘部分进一步包含从外表面向上延伸的周边部分。第二表面粗糙度小于约5微英寸。第一表面粗糙度大于约15微英寸。边缘部分的宽度小于中心部分的宽度的约25％。该膜进一步包含以下特征结构：在中心部分之上具有第一平均间距以及在边缘部分之上具有第二平均间距。在中心部分中的特征结构大致上是球状凸出，而边缘部分中的特征结构的尺寸可忽略。该膜包含至少一种构成以下群组的材料：氯丁二烯、硅以及乙烯丙烯二烯M等级橡胶(ethylene propylene diene M-class rubber)，而该膜的结构特征由与膜相同的材料所构成。边缘部分以及中心部分由该相同材料构成。

这里描述的膜可与带有保持环的载具头一起使用。该膜包含形成加压腔室边界的内表面。该保持环环绕该挠性膜。

提供一种使用膜的方法。该方法包含以载具头施加负载至基材。施加负载时，在基材和研磨垫之间生成相对运动。相对运动造成研磨基材且第二表面粗糙度造成基材边缘以一定速率研磨，该速率大于用具有膜的载具头研磨基材的速率，该膜具有遍及整个外表面的第一粗糙度。基材从膜释放。挠性膜的中心部分使基材能够从膜释放。

附图说明

图1是载具头的概要剖面视图。

图2是用于载具头的挠性膜的说明图。

图3是用于载具头的挠性膜的部分的概要剖面视图。

图4是遍及基材的晶粒地图。

图5是挠性膜的外表面的概要底视图。

在各图中类似的组件符号是指类似的组件。

具体实施方式

CMP中复发的问题是在基材的边缘部分研磨不足。诸如于研磨时施加额外的负载至基材边缘之类的各种解决方法可均等化遍及基材的研磨速率，而该解决方法经常需要再设计用于研磨的非消耗部分，即载具头。研磨期间用于支撑(back)基材并具有减少的粗糙度的区域的膜可控制基材区域(以其它方式将被过度研磨)中的研磨速率。带有基材支撑表面的膜可提供遍及基材一致的研磨而不需修改载具头本身，而其支撑表面具有环绕粗糙区域的平滑区域。

参考图1，一个或多个基材10可通过包含载具头100的化学机械研磨(CMP)设备研磨。类似的CMP设备的描述可于美国专利号5,738,574中找到，其全文在此并入作为参考。