用于化学机械抛光工具的部件的制作方法

于此所述的实施方式大体关于一种用于在化学机械抛光工具中使用的部件，其中部件包含设置在部件的表面上的疏水层。

背景技术：

本公开内容大体关于基板的化学机械抛光，且更特定地关于化学机械抛光设备的部件。

集成电路通常通过连续沉积导体层、半导体层或绝缘层而形成在基板(比如硅晶片)上。在每个层被沉积之后，层被蚀刻以产生电路特征。当一系列的层被依序地沉积和蚀刻时，基板的外表面或最上面的表面(亦即，基板的暴露表面)变得越来越是非平面的。此非平面的外表面为集成电路制造商带来问题。因此，存在周期地平坦化基板表面以提供平坦表面的需求。

化学机械抛光(cmp)是平面化的一种可接受的方法。cmp通常包含安装在承载或抛光头上的基板。基板的暴露表面接着抵靠旋转抛光垫而被放置。承载头在基板上提供可控制的负载(亦即，压力)，以将基板推抵于抛光垫。此外，承载头可旋转，以提供基板与抛光表面之间的额外运动。

抛光浆料(包含研磨料和至少一种化学反应剂)可被供应到抛光垫，以在垫与基板之间的介面处提供研磨化学溶液。

抛光浆料也可接触并粘着至cmp工具的部件。随着时间的推移，抛光浆料能摩擦部件的表面，从而逐出部件颗粒。这些颗粒的一些可落在抛光垫上，这可导致刮伤基板。刮痕可能导致基板缺陷，在抛光完成的器件时，此导致性能下降。此外，浆料颗粒可开始磨损浆料所接触的cmp工具的部件。因此，这些部分的寿命缩短，且部件需要被更快地替换。

因此，存在对用于在cmp工具中使用的改进的部件的需求。

技术实现要素：

在一个实施方式中，于此揭露用于cmp工具的部件。所述部件包含：主体，具有当cmp工具抛光基板时将被暴露至抛光流体的表面；及疏水层，设置在主体的所述表面上。所述疏水层具有至少90°的流体接触角。

在另一实施方式中，于此揭露用于cmp工具的部件。所述部件包含环形主体和疏水层。所述环形主体由下侧和上侧而界定。下侧包含下边缘、上边缘、具有外径的外表面、具有内径的内表面和第一疏水层。上边缘朝向上侧延伸。内径小于外径。外表面和内表面绕中心轴而同轴。第一疏水层设置在下侧的内表面上。当流体接触下侧的内表面的一部分时，第一疏水层具有至少90°的接触角。上侧包含下边缘、上边缘和具有外径的外表面、具有内径的内表面和第二疏水层。下边缘整合于下侧的上边缘。上侧的上边缘从上表面的内边缘以向上的方向径向地向内延伸。上侧的外径小于下侧的外径。上侧的内径小于下侧的内径。当流体接触上侧的内表面的一部分时，第二疏水层具有至少90°的接触角。

在又一实施方式中，于此揭露cmp工具中的部件。所述部件包含盘形主体和沉积在盘形主体上的疏水层。盘形主体具有顶表面、底表面、外壁、内壁和凸耳(ledge)。底表面实质上平行于顶表面。外壁垂直于底表面。外壁包含外径、第一端和第二端。外壁的第一端整合于底表面。第二端与第一端相对。内壁垂直于顶表面。内壁包含内径、第一端和第二端。内径小于外径。内壁的第二端整合于顶表面。凸耳由外壁和内壁而界定。凸耳垂直于外壁和内壁。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。凸耳的第二端从凸耳的第一端径向地向内。凸耳的第二端一体地连接于另一壁的第一端。外壁的第二端从外壁的第一端朝向顶表面径向地向内。当流体接触盘形主体的一部分时，疏水层具有至少90°的接触角。

附图说明

为使本公开内容的上述所载的特征可被详细理解，可通过参照实施方式(一些实施方式显示于附图中)而获得以上简要概述的本公开内容的更特定的描述。然而，应注意附图仅显示本公开内容的典型实施方式，且因此不被视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可采用其他均等有效物。

图1显示根据一个实施方式的用于抛光基板的化学机械抛光(cmp)工具的俯视图。

图2a显示根据一个实施方式的不具有沉积于上的疏水层的cmp工具部件的一部分的侧视图。

图2b显示根据一个实施方式的具有沉积于上的疏水层的cmp工具部件的一部分的侧视图。

图2c显示根据一个实施方式的相较于图2b中所示的沉积于cmp工具部件上的疏水层具有较厚的疏水层的cmp工具部件的一部分的侧视图。

图3显示根据一个实施方式的具有沉积于上的疏水层的防溅盖的侧视图。

图4显示根据一个实施方式的具有沉积于上的疏水层的承载盖的侧视图。

图5显示根据一个实施方式的具有沉积于上的疏水层的抛光流体输送臂的侧视图。

图6显示根据一个实施方式的具有沉积于上的疏水层的抛光设备的一部分的一个实施方式的侧视图。

图7显示根据一个实施方式的具有沉积于上的疏水层的cmp工具的垫调节臂的侧视图。

为帮助理解，已尽可能使用相同的元件符号来表示各图共用的相同元件。可预期在一个实施方式中揭露的元件可被有利地使用于其它实施方式上而无需具体地载明。

具体实施方式

在本文中根据cmp工具的部件描述本公开内容的实施方式。

图1显示用于抛光基板(未图示)的传统化学机械抛光(cmp)工具100。cmp工具100可包含基座101。基座101包含托架102和多个站108。托架102置中地设置在基座101上。托架102可包含多个臂110，每个臂支撑抛光头112。臂110从托架102延伸出且在每个站108上方。抛光头112被大体支撑在站108的上方。抛光头112包含凹陷(图未示)，所述凹陷被配置为在抛光期间保持基板。站108可以是(例如)传送站113或抛光站111。描绘在图1中的两个臂110以虚线显示，使得第一站108的抛光站111和传送站113可被显示。托架102是可转位的(indexable)，使得抛光头112可被移动于抛光站111和传送站113之间。

调节装置134可被设置在底座101上而邻近于每个抛光站111。调节装置134可被用以周期地调节抛光站111的抛光表面，以保持均匀的抛光结果。

每个抛光站111具有流体输送臂109。流体输送臂109输送抛光流体至抛光站111的抛光表面，使得基板可被抛光。当流体被输送到抛光站111时，抛光流体可与cmp工具的部件相接触。若浆料被用作抛光流体，则浆料颗粒粘着至cmp工具的不同部件。随着时间的推移，抛光浆料可擦过部件的表面，从而逐出部件颗粒。这些颗粒的一些可能会落到抛光表面上，且潜在地成为被抛光的基板上的刮痕的来源。这些刮痕可能会导致不良的器件性能和高的缺陷。此外，浆料颗粒可能开始磨损cmp工具的那些部件。因此，存在对限制流体与cmp工具的部件之间的接触的需求，使得部件的磨损被延迟且寿命被延长。

图2a-2c比较具有和不具有施加到cmp工具部件的外部上的疏水层的cmp工具部件。

图2a显示外部表面上不具有疏水层的cmp工具部件的一部分。流体接触cmp工具部件的表面的角被称为接触角。接触角由粘着(adhesive)表面和粘聚(cohesive)表面之间的组合(resultant)而确定。当流体如图2a中所示接触不具有疏水层的cmp工具部件的部分的表面时，流体与cmp工具部件之间的接触角206是约60°。具有高润湿度和小于90°的接触角的表面被称为亲水表面。表面的润湿的度量是与接触角负相关的。流体与cmp工具部件之间的低接触角显示cmp工具具有高润湿度。高润湿度导致更多的浆料颗粒粘着在cmp工具部件的外部表面。与cmp工具部件的更多浆料接触增加从cmp工具部件逐出一些表面颗粒的可能性。此些被逐出的部件颗粒将落到抛光站的抛光表面上并刮伤基板。

在图2b-2c中所示的cmp工具部件具有设置在部件的外部表面的疏水层。疏水层可为以疏水剂的溶液、乳液或较不常见的蒸气处理材料而得的漆膜或单分子层(吸附的约一个分子厚的定向层)的形式，所述疏水剂为与水互作用微弱但将自身附着至表面的物质。疏水层可使用在等离子体腔室中实施的等离子体处理而被沉积在cmp工具部件上。所述等离子体处理利用不昂贵且消耗最少气体的低压等离子体系统。在疏水沉积工艺中，单体被引入到腔室中并彼此发生化学反应，以形成聚合物。这些聚合物接着沉积成疏水层至所处理的部件上。被引入到腔室中的单体可为(例如)六甲基二硅氧烷(hexamethyldisiloxane)、十七氟癸基三甲氧基硅烷(heptadecafluorodecyltrimethoxysilane)、聚(四氟乙烯)(poly(tetrafluoroethylene))、聚(丙烯)(poly(propylene))、十八烷基二甲基氯硅烷(octadecyldimethylchlorosilane)、十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane)、三(三甲基硅氧基)甲硅烷基乙基-二甲基氯硅烷(tris(trimethylsiloxy)silylethyl-dimethylchlorosilane)、辛基二甲基氯硅烷(octyldimethylchlorosilane)，或二甲基二氯硅烷(dimethyldichlorosilane)。

流体与表面之间的接触角可使用不同的技术来测量。例如，一种技术包含将样品(在此例为cmp工具的部件)放在平坦表面上。接着用移液管将固定体积的水或浆料溶液分散到部件上。当液滴位于设置在部件的外部的疏水层上时，拍摄布置在层上的液滴的照片。液滴与表面之间的角可被测量，以确定接触角。

疏水层的接触角也可使用vcmaoptima分析器确定。vcmaoptima分析器利用精密相机和先进的pc技术，以捕获液滴的静态或动态影像，并确定作为接触角测量的基础的切线。手动或自动注射器可分配测试液体。计算机化的测量消除在测量接触角时的人为误差因素。动态影像可被捕获，以用于时间敏感分析。

回头参照图2a，图2a描绘不具有疏水层的传统cmp工具部件200上的流体的液滴202。液滴的接触角206是约60°。低的接触角代表部件200的表面的高润湿度，此可随着时间的推移而导致部件200磨损。因此，cmp工具部件200的寿命非所欲地短。

图2b描绘具有设置在部件200的顶表面上的疏水层204的cmp工具部件200。疏水层204可通过等离子体处理或其它适当的方法而被施加到部件200。设置在cmp工具部件200的疏水层204上的流体的液滴202具有接触角212。疏水层204具有比不具有疏水层的传统的cmp工具100的表面的接触角高的接触角212。形成在液滴202与部件200上的疏水层204之间的接触角212是至少90°。较高的接触角212(图2b中所示)代表表面实质较低的润湿。因此，液滴202容易地滑离部件200的表面，而非润湿cmp工具部件200。因此，部件200的磨损将实质地较小，因此增加部件200的寿命。另外，若抛光流体是浆料，实质上较小的润湿导致较少的浆料颗粒粘着到部件200。较少的浆料颗粒粘着到部件200降低浆料颗粒逐出cmp工具部件的表面颗粒且最终落到抛光站的可能性。

图2c描绘具有比图2b中所示的疏水层204更厚的疏水层208的cmp工具部件200。疏水层208的厚度可通过部件200被暴露于疏水层沉积工艺的时间而控制。cmp工具部件200被暴露于疏水层沉积工艺工艺越久，疏水层208越厚。疏水层的厚度可为从400nm至1600nm的范围。当疏水层208的厚度增加时，在疏水层与流体之间形成的接触角增大。当接触角增大时，润湿度降低。因此，疏水层越厚，其上形成疏水层的表面的润湿度越低。较厚的疏水层208具有在液滴202与部件200之间的约140°的接触角214。此导致低润湿度。因此，液滴202容易地滑离部件200的表面，而非润湿cmp工具部件200。因此，部件200的磨损将实质地较小，因此增加部件200的寿命。另外，若抛光流体是浆料，实质上较小的润湿导致较少的浆料颗粒粘着到部件200。较少的浆料颗粒粘着到部件200降低浆料颗粒落到抛光站的可能性。

图3以cmp工具300的防溅盖302的形式描绘cmp工具部件的一部分的截面图。只有一抛光站304显示于图3中。工具300被配置成与图1中所述的工具100实质相同，除了工具300的一或多个部件具有疏水涂层。防溅盖302包围抛光站304。防溅盖302用于阻挡抛光流体从抛光站304旋转飞出且涂布cmp工具300的其他区域。防溅盖302包含主体301和设置在主体301上的疏水层324。主体301具有上侧306和下侧308。下侧308包含下边缘310、上边缘312、外表面314和内表面316。上边缘312相对于下边缘310，并在向上和向内方向上朝上侧306延伸。外表面314具有外径318。内表面316具有内径320。内径320小于外径318。外表面314和内表面316绕中心轴而同轴。

上侧306包含下边缘340、上边缘342、外表面344和内表面346。上边缘342从上侧306的下边缘340在向上方向上径向地向内延伸。上侧306的下边缘340整合于下侧308的上边缘312，以形成连续的防溅盖302。外表面344具有外径348。上侧306的外径348小于下侧308的外径318。内表面346具有内径350。上侧306的内径350小于下侧308的内径320和上侧306的外径348两者。

在防溅盖302之下可为槽322。槽322收集通过防溅罩302的曲率而被向下导引的过量的流体或浆料。

接触防溅盖302的流体可包含从基板移除的材料、来自抛光表面的材料、磨料颗粒或化学试剂(诸如氢氧化钠)或去离子水。沉积在防溅盖302的主体301上的疏水层324防止磨损和粘着的颗粒。在一个实施方式中，疏水层324可被放置于下侧308的内表面316和上侧306的内表面346上。疏水层324通过延迟磨损而延长防溅盖302的寿命。疏水层324的存在导致较少地润湿承载防溅盖302。因此，抛光流体将容易地滑离防溅盖302的表面，而非润湿防溅盖。因此，防溅盖302的磨损将实质地较小，因此增加防溅盖302的寿命。另外，若抛光流体是浆料，实质上较小的润湿导致较少的浆料颗粒粘着到防溅盖302。较少的浆料颗粒粘着到防溅盖302降低浆料颗粒从防溅盖的表面逐出颗粒且落到抛光站的可能性。

图4以承载头组件400的形式描绘cmp工具部件的一个实施方式的截面图。承载头组件400包含承载头401、保持环426、承载盖403和隔膜409。承载头401包含主体411。主体411具有暴露的上表面402、底表面404、内壁406和外壁408。上表面402实质平行于底表面404。内壁406还包含第一端436、第二端446和内径410。外壁408还包含第一端438、第二端448和外径412。外径412大于内径410。凸耳414在内径410与外径412之间而形成于承载盖403中。凸耳414实质平行于上表面402和底表面404两者。凸耳414可相对于外径412成90°角。隔膜409被布置在承载头401的底表面之下，并由保持环426而环绕。当承载头401拾取基板以移动基板于各站(未图示)之间时，隔膜409提供用于基板(未图示)的安装表面。

承载盖403包含主体413和设置在主体413上的疏水层425。主体413被配置为配合在承载头之上，使得暴露的上表面402、凸耳414、壁406、408被覆盖。承载盖403在抛光期间被暴露至抛光流体。被输送到抛光站的抛光流体可接触承载盖403及/或承载头401。抛光流体可为包含磨料颗粒或化学试剂(诸如氢氧化钠)的浆料，或可为去离子水。疏水层425通过延迟磨损而延长这些部件的寿命。疏水层425的存在导致实质较少地润湿承载头401和承载盖403。因此，抛光流体将容易地滑离承载头401和承载盖403的表面，而非润湿承载头401和承载盖403。因此，承载头401和承载盖403的磨损将实质地较小，因此增加承载头401和承载盖403的寿命。另外，若抛光流体是浆料，那么实质上较小的润湿导致较少的浆料颗粒粘着到承载头401和承载盖403。较少的浆料颗粒粘着到承载头401和承载盖403降低浆料颗粒从部件的表面逐出颗粒且落到抛光站的可能性。

图5以抛光流体输送臂组件500的形式显示cmp工具部件的侧视图。抛光流体输送臂组件500包含流体输送臂503、底座构件502、喷嘴504和流体输送软管(未图示)。流体输送臂503包含主体501和设置在主体501上的疏水层508。主体501包含顶部细长表面506、第一横向侧510、与第一横向侧510相对的第二横向侧512、底部514、第一端580和第二端582。第一端580被耦接到底座构件502。细长表面506从第一端580延伸到第二端582。第二端582延伸出并悬在抛光站(未图示)上。喷嘴504位于主体501的底部514上。喷嘴504提供抛光流体至基板(未图示)的表面。流体输送软管将抛光流体带至喷嘴504，以分散至抛光表面上，基板在抛光表面上被抛光。

整个主体501可被覆盖有疏水层508。替代地，第一横向侧510、相对的第二横向侧512、顶部细长表面506、或底部514的至少一个可被覆盖有疏水层508。当抛光基板时，喷嘴504提供抛光流体至抛光站111的抛光表面，此时抛光流体可接触流体输送臂503。疏水层508的存在导致实质较少地润湿流体输送臂503。因此，抛光流体将容易地滑离流体输送臂503的表面，而非润湿cmp工具的流体输送臂503。因此，流体输送臂503的磨损将实质地较小，因此增加流体输送臂503的寿命。另外，若抛光流体是浆料，则实质上较小的润湿导致较少的浆料颗粒粘着到流体输送臂503。较少的浆料颗粒粘着到流体输送臂503降低浆料颗粒从部件的表面逐出颗粒且落到抛光站并刮伤基板的可能性。因此，有较高的器件品质和产率。

图6描绘用于抛光基板610的抛光设备组件600的一部分的一个实施方式。抛光设备组件600的一部分包含托架602、多个臂612、臂盖621和抛光头606。每个臂612具有主体613。主体613包含第一端614和第二端616。主体613的第一端614被耦接到托架602。主体613的第二端616从托架602延伸且在抛光站(未示出)之上。主体613的第二端616被耦接到抛光头606。

抛光头606包含主体607和设置在主体607上的疏水层604。凹陷608形成在主体607中。抛光头606将基板610保持在面向抛光站的凹陷608中。抛光头606可在处理期间将基板610压抵于抛光材料(未图示)。当将基板610压抵于抛光材料时，抛光头606可为静止的或可旋转、隔离、依轨道地移动、线性地移动或以多个动作的组合移动。

臂盖621可从第一端614到第二端616被放置在臂612的上方。臂盖621可进一步保护臂612免受流体的侵害。臂盖621包含具有设置于其上的疏水层604的主体619。主体619具有第一端680和第二端682。主体619的宽度比臂612的宽度稍宽，且主体619的长度比臂612的长度稍长，使得所述臂盖621可被装配在臂612的上方。在抛光头606和臂盖621上的疏水层604的存在导致实质较少地润湿臂盖621和抛光头606。因此，抛光流体将容易地滑离抛光头606和抛光头606的臂盖621和臂盖621，而非润湿cmp工具的抛光头606和臂盖621。因此，抛光头606和臂盖621的磨损将实质地较小，因此增加抛光头606和臂盖621的寿命。另外，若抛光流体是浆料，则实质上较小的润湿导致较少的浆料颗粒粘着到抛光头606和臂盖621。较少的浆料颗粒粘着到抛光头606和臂盖621降低浆料颗粒从部件的表面逐出颗粒且落到抛光站上并刮伤基板的可能性。因此，疏水层导致较高的器件品质和产率。

图7是垫调节臂组件700的形式的cmp工具部件的侧视图。垫调节臂组件700包含具有底座702、垫调节臂704和调节器头706的主体701。垫调节臂704具有与底座702耦接的第一端720及耦接到调节器头706的第二端722。调节器头706进一步包含主体703。主体703具有设置在主体703上的疏水层714。主体703可被耦接到可旋转和可垂直移动的终端受动器710，终端受动器710固持调节盘712。调节盘712具有镶嵌有金刚石磨料的底表面，金刚石磨料可摩擦抵住抛光垫的表面，以再纹理化(retexture)垫。调节盘712可通过磁体(未图示)或机械紧固件(未图示)而被固持在终端受动器710中。万向机构(未图示)可被耦接在终端受动器710与调节器头706之间，万向机构允许终端受动器710相对于垫调节臂704以一角度而倾斜。

终端受动器710的垂直运动和调节盘712的压力的控制可通过在调节器头706中的垂直致动器(未图示)而提供，所述垂直致动器比如经定位以施加向下的压力到终端受动器710的增压室708。

在抛光工艺期间，垫调节臂组件700的部件容易与所使用的流体或浆料接触。随着时间的推移，与流体或浆料的连续接触可能导致这些部件的磨损。疏水层714的存在导致实质较少地润湿臂704和垫调节器头706。因此，抛光流体将容易地滑离抛光垫调节臂704和调节器头706的表面，而非润湿抛光垫调节臂704和调节器头706。因此，抛光垫调节臂704和调节器头706的磨损将实质地较小，因此增加抛光垫调节臂704和调节器头706的寿命。另外，若抛光流体是浆料，则实质上较小的润湿导致较少的浆料颗粒粘着到抛光垫调节臂704和调节器头706。较少的浆料颗粒粘着到抛光垫调节臂704和调节器头706降低浆料颗粒从部件的表面逐出颗粒且落到抛光站上并刮伤基板的可能性。因此，有较高的器件品质和产率。

通过在cmp工具的部件上沉积疏水层，部件的磨损被延迟且这些部件的寿命增加。

虽然前面部分是关于本公开内容的实施方式，但可设计本公开内容的其他和进一步的实施方式而不背离本公开内容的基本范围，且本公开内容的范围由随附的权利要求而确定。