用於化學機械拋光工具的部件的製作方法

2023-05-01 08:46:16

於此所述的實施方式大體關於一種用於在化學機械拋光工具中使用的部件，其中部件包含設置在部件的表面上的疏水層。

背景技術：

本公開內容大體關於基板的化學機械拋光，且更特定地關於化學機械拋光設備的部件。

集成電路通常通過連續沉積導體層、半導體層或絕緣層而形成在基板(比如矽晶片)上。在每個層被沉積之後，層被蝕刻以產生電路特徵。當一系列的層被依序地沉積和蝕刻時，基板的外表面或最上面的表面(亦即，基板的暴露表面)變得越來越是非平面的。此非平面的外表面為集成電路製造商帶來問題。因此，存在周期地平坦化基板表面以提供平坦表面的需求。

化學機械拋光(cmp)是平面化的一種可接受的方法。cmp通常包含安裝在承載或拋光頭上的基板。基板的暴露表面接著抵靠旋轉拋光墊而被放置。承載頭在基板上提供可控制的負載(亦即，壓力)，以將基板推抵於拋光墊。此外，承載頭可旋轉，以提供基板與拋光表面之間的額外運動。

拋光漿料(包含研磨料和至少一種化學反應劑)可被供應到拋光墊，以在墊與基板之間的介面處提供研磨化學溶液。

拋光漿料也可接觸並粘著至cmp工具的部件。隨著時間的推移，拋光漿料能摩擦部件的表面，從而逐出部件顆粒。這些顆粒的一些可落在拋光墊上，這可導致刮傷基板。刮痕可能導致基板缺陷，在拋光完成的器件時，此導致性能下降。此外，漿料顆粒可開始磨損漿料所接觸的cmp工具的部件。因此，這些部分的壽命縮短，且部件需要被更快地替換。

因此，存在對用於在cmp工具中使用的改進的部件的需求。

技術實現要素：

在一個實施方式中，於此揭露用於cmp工具的部件。所述部件包含：主體，具有當cmp工具拋光基板時將被暴露至拋光流體的表面；及疏水層，設置在主體的所述表面上。所述疏水層具有至少90°的流體接觸角。

在另一實施方式中，於此揭露用於cmp工具的部件。所述部件包含環形主體和疏水層。所述環形主體由下側和上側而界定。下側包含下邊緣、上邊緣、具有外徑的外表面、具有內徑的內表面和第一疏水層。上邊緣朝向上側延伸。內徑小於外徑。外表面和內表面繞中心軸而同軸。第一疏水層設置在下側的內表面上。當流體接觸下側的內表面的一部分時，第一疏水層具有至少90°的接觸角。上側包含下邊緣、上邊緣和具有外徑的外表面、具有內徑的內表面和第二疏水層。下邊緣整合於下側的上邊緣。上側的上邊緣從上表面的內邊緣以向上的方向徑向地向內延伸。上側的外徑小於下側的外徑。上側的內徑小於下側的內徑。當流體接觸上側的內表面的一部分時，第二疏水層具有至少90°的接觸角。

在又一實施方式中，於此揭露cmp工具中的部件。所述部件包含盤形主體和沉積在盤形主體上的疏水層。盤形主體具有頂表面、底表面、外壁、內壁和凸耳(ledge)。底表面實質上平行於頂表面。外壁垂直於底表面。外壁包含外徑、第一端和第二端。外壁的第一端整合於底表面。第二端與第一端相對。內壁垂直於頂表面。內壁包含內徑、第一端和第二端。內徑小於外徑。內壁的第二端整合於頂表面。凸耳由外壁和內壁而界定。凸耳垂直於外壁和內壁。凸耳具有第一端和第二端。凸耳的第一端整合至外壁的第二端。凸耳的第二端從凸耳的第一端徑向地向內。凸耳的第二端一體地連接於另一壁的第一端。外壁的第二端從外壁的第一端朝向頂表面徑向地向內。當流體接觸盤形主體的一部分時，疏水層具有至少90°的接觸角。

附圖說明

為使本公開內容的上述所載的特徵可被詳細理解，可通過參照實施方式(一些實施方式顯示於附圖中)而獲得以上簡要概述的本公開內容的更特定的描述。然而，應注意附圖僅顯示本公開內容的典型實施方式，且因此不被視為限制本公開內容的範圍，因為本公開內容可採用其他均等有效物。

圖1顯示根據一個實施方式的用於拋光基板的化學機械拋光(cmp)工具的俯視圖。

圖2a顯示根據一個實施方式的不具有沉積於上的疏水層的cmp工具部件的一部分的側視圖。

圖2b顯示根據一個實施方式的具有沉積於上的疏水層的cmp工具部件的一部分的側視圖。

圖2c顯示根據一個實施方式的相較於圖2b中所示的沉積於cmp工具部件上的疏水層具有較厚的疏水層的cmp工具部件的一部分的側視圖。

圖3顯示根據一個實施方式的具有沉積於上的疏水層的防濺蓋的側視圖。

圖4顯示根據一個實施方式的具有沉積於上的疏水層的承載蓋的側視圖。

圖5顯示根據一個實施方式的具有沉積於上的疏水層的拋光流體輸送臂的側視圖。

圖6顯示根據一個實施方式的具有沉積於上的疏水層的拋光設備的一部分的一個實施方式的側視圖。

圖7顯示根據一個實施方式的具有沉積於上的疏水層的cmp工具的墊調節臂的側視圖。

為幫助理解，已儘可能使用相同的元件符號來表示各圖共用的相同元件。可預期在一個實施方式中揭露的元件可被有利地使用於其它實施方式上而無需具體地載明。

具體實施方式

在本文中根據cmp工具的部件描述本公開內容的實施方式。

圖1顯示用於拋光基板(未圖示)的傳統化學機械拋光(cmp)工具100。cmp工具100可包含基座101。基座101包含託架102和多個站108。託架102置中地設置在基座101上。託架102可包含多個臂110，每個臂支撐拋光頭112。臂110從託架102延伸出且在每個站108上方。拋光頭112被大體支撐在站108的上方。拋光頭112包含凹陷(圖未示)，所述凹陷被配置為在拋光期間保持基板。站108可以是(例如)傳送站113或拋光站111。描繪在圖1中的兩個臂110以虛線顯示，使得第一站108的拋光站111和傳送站113可被顯示。託架102是可轉位的(indexable)，使得拋光頭112可被移動於拋光站111和傳送站113之間。

調節裝置134可被設置在底座101上而鄰近於每個拋光站111。調節裝置134可被用以周期地調節拋光站111的拋光表面，以保持均勻的拋光結果。

每個拋光站111具有流體輸送臂109。流體輸送臂109輸送拋光流體至拋光站111的拋光表面，使得基板可被拋光。當流體被輸送到拋光站111時，拋光流體可與cmp工具的部件相接觸。若漿料被用作拋光流體，則漿料顆粒粘著至cmp工具的不同部件。隨著時間的推移，拋光漿料可擦過部件的表面，從而逐出部件顆粒。這些顆粒的一些可能會落到拋光表面上，且潛在地成為被拋光的基板上的刮痕的來源。這些刮痕可能會導致不良的器件性能和高的缺陷。此外，漿料顆粒可能開始磨損cmp工具的那些部件。因此，存在對限制流體與cmp工具的部件之間的接觸的需求，使得部件的磨損被延遲且壽命被延長。

圖2a-2c比較具有和不具有施加到cmp工具部件的外部上的疏水層的cmp工具部件。

圖2a顯示外部表面上不具有疏水層的cmp工具部件的一部分。流體接觸cmp工具部件的表面的角被稱為接觸角。接觸角由粘著(adhesive)表面和粘聚(cohesive)表面之間的組合(resultant)而確定。當流體如圖2a中所示接觸不具有疏水層的cmp工具部件的部分的表面時，流體與cmp工具部件之間的接觸角206是約60°。具有高潤溼度和小於90°的接觸角的表面被稱為親水表面。表面的潤溼的度量是與接觸角負相關的。流體與cmp工具部件之間的低接觸角顯示cmp工具具有高潤溼度。高潤溼度導致更多的漿料顆粒粘著在cmp工具部件的外部表面。與cmp工具部件的更多漿料接觸增加從cmp工具部件逐出一些表面顆粒的可能性。此些被逐出的部件顆粒將落到拋光站的拋光表面上並刮傷基板。

在圖2b-2c中所示的cmp工具部件具有設置在部件的外部表面的疏水層。疏水層可為以疏水劑的溶液、乳液或較不常見的蒸氣處理材料而得的漆膜或單分子層(吸附的約一個分子厚的定向層)的形式，所述疏水劑為與水互作用微弱但將自身附著至表面的物質。疏水層可使用在等離子體腔室中實施的等離子體處理而被沉積在cmp工具部件上。所述等離子體處理利用不昂貴且消耗最少氣體的低壓等離子體系統。在疏水沉積工藝中，單體被引入到腔室中並彼此發生化學反應，以形成聚合物。這些聚合物接著沉積成疏水層至所處理的部件上。被引入到腔室中的單體可為(例如)六甲基二矽氧烷(hexamethyldisiloxane)、十七氟癸基三甲氧基矽烷(heptadecafluorodecyltrimethoxysilane)、聚(四氟乙烯)(poly(tetrafluoroethylene))、聚(丙烯)(poly(propylene))、十八烷基二甲基氯矽烷(octadecyldimethylchlorosilane)、十八烷基三氯矽烷(octadecyltrichlorosilane)、三(三甲基矽氧基)甲矽烷基乙基-二甲基氯矽烷(tris(trimethylsiloxy)silylethyl-dimethylchlorosilane)、辛基二甲基氯矽烷(octyldimethylchlorosilane)，或二甲基二氯矽烷(dimethyldichlorosilane)。

流體與表面之間的接觸角可使用不同的技術來測量。例如，一種技術包含將樣品(在此例為cmp工具的部件)放在平坦表面上。接著用移液管將固定體積的水或漿料溶液分散到部件上。當液滴位於設置在部件的外部的疏水層上時，拍攝布置在層上的液滴的照片。液滴與表面之間的角可被測量，以確定接觸角。

疏水層的接觸角也可使用vcmaoptima分析器確定。vcmaoptima分析器利用精密相機和先進的pc技術，以捕獲液滴的靜態或動態影像，並確定作為接觸角測量的基礎的切線。手動或自動注射器可分配測試液體。計算機化的測量消除在測量接觸角時的人為誤差因素。動態影像可被捕獲，以用於時間敏感分析。

回頭參照圖2a，圖2a描繪不具有疏水層的傳統cmp工具部件200上的流體的液滴202。液滴的接觸角206是約60°。低的接觸角代表部件200的表面的高潤溼度，此可隨著時間的推移而導致部件200磨損。因此，cmp工具部件200的壽命非所欲地短。

圖2b描繪具有設置在部件200的頂表面上的疏水層204的cmp工具部件200。疏水層204可通過等離子體處理或其它適當的方法而被施加到部件200。設置在cmp工具部件200的疏水層204上的流體的液滴202具有接觸角212。疏水層204具有比不具有疏水層的傳統的cmp工具100的表面的接觸角高的接觸角212。形成在液滴202與部件200上的疏水層204之間的接觸角212是至少90°。較高的接觸角212(圖2b中所示)代表表面實質較低的潤溼。因此，液滴202容易地滑離部件200的表面，而非潤溼cmp工具部件200。因此，部件200的磨損將實質地較小，因此增加部件200的壽命。另外，若拋光流體是漿料，實質上較小的潤溼導致較少的漿料顆粒粘著到部件200。較少的漿料顆粒粘著到部件200降低漿料顆粒逐出cmp工具部件的表面顆粒且最終落到拋光站的可能性。

圖2c描繪具有比圖2b中所示的疏水層204更厚的疏水層208的cmp工具部件200。疏水層208的厚度可通過部件200被暴露於疏水層沉積工藝的時間而控制。cmp工具部件200被暴露於疏水層沉積工藝工藝越久，疏水層208越厚。疏水層的厚度可為從400nm至1600nm的範圍。當疏水層208的厚度增加時，在疏水層與流體之間形成的接觸角增大。當接觸角增大時，潤溼度降低。因此，疏水層越厚，其上形成疏水層的表面的潤溼度越低。較厚的疏水層208具有在液滴202與部件200之間的約140°的接觸角214。此導致低潤溼度。因此，液滴202容易地滑離部件200的表面，而非潤溼cmp工具部件200。因此，部件200的磨損將實質地較小，因此增加部件200的壽命。另外，若拋光流體是漿料，實質上較小的潤溼導致較少的漿料顆粒粘著到部件200。較少的漿料顆粒粘著到部件200降低漿料顆粒落到拋光站的可能性。

圖3以cmp工具300的防濺蓋302的形式描繪cmp工具部件的一部分的截面圖。只有一拋光站304顯示於圖3中。工具300被配置成與圖1中所述的工具100實質相同，除了工具300的一或多個部件具有疏水塗層。防濺蓋302包圍拋光站304。防濺蓋302用於阻擋拋光流體從拋光站304旋轉飛出且塗布cmp工具300的其他區域。防濺蓋302包含主體301和設置在主體301上的疏水層324。主體301具有上側306和下側308。下側308包含下邊緣310、上邊緣312、外表面314和內表面316。上邊緣312相對於下邊緣310，並在向上和向內方向上朝上側306延伸。外表面314具有外徑318。內表面316具有內徑320。內徑320小於外徑318。外表面314和內表面316繞中心軸而同軸。

上側306包含下邊緣340、上邊緣342、外表面344和內表面346。上邊緣342從上側306的下邊緣340在向上方向上徑向地向內延伸。上側306的下邊緣340整合於下側308的上邊緣312，以形成連續的防濺蓋302。外表面344具有外徑348。上側306的外徑348小於下側308的外徑318。內表面346具有內徑350。上側306的內徑350小於下側308的內徑320和上側306的外徑348兩者。

在防濺蓋302之下可為槽322。槽322收集通過防濺罩302的曲率而被向下導引的過量的流體或漿料。

接觸防濺蓋302的流體可包含從基板移除的材料、來自拋光表面的材料、磨料顆粒或化學試劑(諸如氫氧化鈉)或去離子水。沉積在防濺蓋302的主體301上的疏水層324防止磨損和粘著的顆粒。在一個實施方式中，疏水層324可被放置於下側308的內表面316和上側306的內表面346上。疏水層324通過延遲磨損而延長防濺蓋302的壽命。疏水層324的存在導致較少地潤溼承載防濺蓋302。因此，拋光流體將容易地滑離防濺蓋302的表面，而非潤溼防濺蓋。因此，防濺蓋302的磨損將實質地較小，因此增加防濺蓋302的壽命。另外，若拋光流體是漿料，實質上較小的潤溼導致較少的漿料顆粒粘著到防濺蓋302。較少的漿料顆粒粘著到防濺蓋302降低漿料顆粒從防濺蓋的表面逐出顆粒且落到拋光站的可能性。

圖4以承載頭組件400的形式描繪cmp工具部件的一個實施方式的截面圖。承載頭組件400包含承載頭401、保持環426、承載蓋403和隔膜409。承載頭401包含主體411。主體411具有暴露的上表面402、底表面404、內壁406和外壁408。上表面402實質平行於底表面404。內壁406還包含第一端436、第二端446和內徑410。外壁408還包含第一端438、第二端448和外徑412。外徑412大於內徑410。凸耳414在內徑410與外徑412之間而形成於承載蓋403中。凸耳414實質平行於上表面402和底表面404兩者。凸耳414可相對於外徑412成90°角。隔膜409被布置在承載頭401的底表面之下，並由保持環426而環繞。當承載頭401拾取基板以移動基板於各站(未圖示)之間時，隔膜409提供用於基板(未圖示)的安裝表面。

承載蓋403包含主體413和設置在主體413上的疏水層425。主體413被配置為配合在承載頭之上，使得暴露的上表面402、凸耳414、壁406、408被覆蓋。承載蓋403在拋光期間被暴露至拋光流體。被輸送到拋光站的拋光流體可接觸承載蓋403及/或承載頭401。拋光流體可為包含磨料顆粒或化學試劑(諸如氫氧化鈉)的漿料，或可為去離子水。疏水層425通過延遲磨損而延長這些部件的壽命。疏水層425的存在導致實質較少地潤溼承載頭401和承載蓋403。因此，拋光流體將容易地滑離承載頭401和承載蓋403的表面，而非潤溼承載頭401和承載蓋403。因此，承載頭401和承載蓋403的磨損將實質地較小，因此增加承載頭401和承載蓋403的壽命。另外，若拋光流體是漿料，那麼實質上較小的潤溼導致較少的漿料顆粒粘著到承載頭401和承載蓋403。較少的漿料顆粒粘著到承載頭401和承載蓋403降低漿料顆粒從部件的表面逐出顆粒且落到拋光站的可能性。

圖5以拋光流體輸送臂組件500的形式顯示cmp工具部件的側視圖。拋光流體輸送臂組件500包含流體輸送臂503、底座構件502、噴嘴504和流體輸送軟管(未圖示)。流體輸送臂503包含主體501和設置在主體501上的疏水層508。主體501包含頂部細長表面506、第一橫向側510、與第一橫向側510相對的第二橫向側512、底部514、第一端580和第二端582。第一端580被耦接到底座構件502。細長表面506從第一端580延伸到第二端582。第二端582延伸出並懸在拋光站(未圖示)上。噴嘴504位於主體501的底部514上。噴嘴504提供拋光流體至基板(未圖示)的表面。流體輸送軟管將拋光流體帶至噴嘴504，以分散至拋光表面上，基板在拋光表面上被拋光。

整個主體501可被覆蓋有疏水層508。替代地，第一橫向側510、相對的第二橫向側512、頂部細長表面506、或底部514的至少一個可被覆蓋有疏水層508。當拋光基板時，噴嘴504提供拋光流體至拋光站111的拋光表面，此時拋光流體可接觸流體輸送臂503。疏水層508的存在導致實質較少地潤溼流體輸送臂503。因此，拋光流體將容易地滑離流體輸送臂503的表面，而非潤溼cmp工具的流體輸送臂503。因此，流體輸送臂503的磨損將實質地較小，因此增加流體輸送臂503的壽命。另外，若拋光流體是漿料，則實質上較小的潤溼導致較少的漿料顆粒粘著到流體輸送臂503。較少的漿料顆粒粘著到流體輸送臂503降低漿料顆粒從部件的表面逐出顆粒且落到拋光站並刮傷基板的可能性。因此，有較高的器件品質和產率。

圖6描繪用於拋光基板610的拋光設備組件600的一部分的一個實施方式。拋光設備組件600的一部分包含託架602、多個臂612、臂蓋621和拋光頭606。每個臂612具有主體613。主體613包含第一端614和第二端616。主體613的第一端614被耦接到託架602。主體613的第二端616從託架602延伸且在拋光站(未示出)之上。主體613的第二端616被耦接到拋光頭606。

拋光頭606包含主體607和設置在主體607上的疏水層604。凹陷608形成在主體607中。拋光頭606將基板610保持在面向拋光站的凹陷608中。拋光頭606可在處理期間將基板610壓抵於拋光材料(未圖示)。當將基板610壓抵於拋光材料時，拋光頭606可為靜止的或可旋轉、隔離、依軌道地移動、線性地移動或以多個動作的組合移動。

臂蓋621可從第一端614到第二端616被放置在臂612的上方。臂蓋621可進一步保護臂612免受流體的侵害。臂蓋621包含具有設置於其上的疏水層604的主體619。主體619具有第一端680和第二端682。主體619的寬度比臂612的寬度稍寬，且主體619的長度比臂612的長度稍長，使得所述臂蓋621可被裝配在臂612的上方。在拋光頭606和臂蓋621上的疏水層604的存在導致實質較少地潤溼臂蓋621和拋光頭606。因此，拋光流體將容易地滑離拋光頭606和拋光頭606的臂蓋621和臂蓋621，而非潤溼cmp工具的拋光頭606和臂蓋621。因此，拋光頭606和臂蓋621的磨損將實質地較小，因此增加拋光頭606和臂蓋621的壽命。另外，若拋光流體是漿料，則實質上較小的潤溼導致較少的漿料顆粒粘著到拋光頭606和臂蓋621。較少的漿料顆粒粘著到拋光頭606和臂蓋621降低漿料顆粒從部件的表面逐出顆粒且落到拋光站上並刮傷基板的可能性。因此，疏水層導致較高的器件品質和產率。

圖7是墊調節臂組件700的形式的cmp工具部件的側視圖。墊調節臂組件700包含具有底座702、墊調節臂704和調節器頭706的主體701。墊調節臂704具有與底座702耦接的第一端720及耦接到調節器頭706的第二端722。調節器頭706進一步包含主體703。主體703具有設置在主體703上的疏水層714。主體703可被耦接到可旋轉和可垂直移動的終端受動器710，終端受動器710固持調節盤712。調節盤712具有鑲嵌有金剛石磨料的底表面，金剛石磨料可摩擦抵住拋光墊的表面，以再紋理化(retexture)墊。調節盤712可通過磁體(未圖示)或機械緊固件(未圖示)而被固持在終端受動器710中。萬向機構(未圖示)可被耦接在終端受動器710與調節器頭706之間，萬向機構允許終端受動器710相對於墊調節臂704以一角度而傾斜。

終端受動器710的垂直運動和調節盤712的壓力的控制可通過在調節器頭706中的垂直致動器(未圖示)而提供，所述垂直致動器比如經定位以施加向下的壓力到終端受動器710的增壓室708。

在拋光工藝期間，墊調節臂組件700的部件容易與所使用的流體或漿料接觸。隨著時間的推移，與流體或漿料的連續接觸可能導致這些部件的磨損。疏水層714的存在導致實質較少地潤溼臂704和墊調節器頭706。因此，拋光流體將容易地滑離拋光墊調節臂704和調節器頭706的表面，而非潤溼拋光墊調節臂704和調節器頭706。因此，拋光墊調節臂704和調節器頭706的磨損將實質地較小，因此增加拋光墊調節臂704和調節器頭706的壽命。另外，若拋光流體是漿料，則實質上較小的潤溼導致較少的漿料顆粒粘著到拋光墊調節臂704和調節器頭706。較少的漿料顆粒粘著到拋光墊調節臂704和調節器頭706降低漿料顆粒從部件的表面逐出顆粒且落到拋光站上並刮傷基板的可能性。因此，有較高的器件品質和產率。

通過在cmp工具的部件上沉積疏水層，部件的磨損被延遲且這些部件的壽命增加。

雖然前面部分是關於本公開內容的實施方式，但可設計本公開內容的其他和進一步的實施方式而不背離本公開內容的基本範圍，且本公開內容的範圍由隨附的權利要求而確定。