專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)機(jī)械拋光用的帶凸緣夾持環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一般涉及基片的化學(xué)機(jī)械拋光，更具體地說(shuō)，涉及化學(xué)機(jī)械拋光用的夾持環(huán)。
背景技術(shù)：
集成電路往往通過(guò)在硅基片上有序地沉積導(dǎo)電，半導(dǎo)電或絕緣層而制成。一個(gè)制造步驟包括沉積填料層于非平面表面上，并平面化該填料層直到非平面表面被暴露出來(lái)。比如，可將一導(dǎo)電填料層沉積于一成圖案的絕緣層上以填充絕緣層上的溝槽或孔。然后拋光該填料層，直到露出絕緣層上凸起的圖案。平面化之后，保留在絕緣層上凸起的圖案間的導(dǎo)電層部分形成通路(vias)、填塞(plugs)和導(dǎo)線(lines)，以在基片上的薄膜線路間提供導(dǎo)電通路。另外，為進(jìn)行光刻(工藝)，也有必要對(duì)基材表面進(jìn)行平面化。
化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一個(gè)可接受的平面化方法。該平面化方法通常要求將基片固定到CMP裝置的一個(gè)夾頭(carrier)或拋光頭上?；┞兜谋砻婢o靠著轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光圓盤(pán)墊或帶狀墊。拋光墊可以是“標(biāo)準(zhǔn)”墊或一種固定磨料的墊。標(biāo)準(zhǔn)墊有耐磨的粗糙表面，而固定磨料的墊的磨料顆粒粘著在保持介質(zhì)中。夾頭在基片上提供一可控負(fù)載，以將基片推向拋光墊。向拋光墊表面加入一種拋光漿料，該漿料包括至少一種化學(xué)活性試劑，如果使用標(biāo)準(zhǔn)墊，還要加入磨料顆粒。
實(shí)用新型內(nèi)容一方面，本實(shí)用新型提供一種夾持環(huán)，其通常為一環(huán)狀體，有一頂表面，一底表面，一內(nèi)徑表面和一外徑表面。該外徑表面包括具有一下表面的一向外凸出的凸緣，該底表面包括多個(gè)溝槽(channels)。
本實(shí)用新型的實(shí)施可包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。下表面可基本上平行于頂表面和底表面。外徑表面可包括一錐形段，其有一周長(zhǎng)，向底表面方向比向頂表面方向的距離大。外徑表面可包括一位于錐形段和底表面之間的垂直段。該錐形段相對(duì)于底表面形成60。的角。內(nèi)徑表面可包括一錐形段，其有一周長(zhǎng)，向頂表面比向底表面的距離大。該內(nèi)徑表面可包括一位于錐形段和底表面之間的垂直段。錐形段相對(duì)于頂表面形成80。的角。底表面可包括18個(gè)溝槽。頂表面可包括多個(gè)孔，例如，其中可形成18個(gè)孔。從內(nèi)徑表面到外徑表面至少延伸一個(gè)漏孔。內(nèi)徑表面靠近底表面處的半徑約為300mm。
在另一方面，本實(shí)用新型提供用在化學(xué)機(jī)械拋光中的夾頭的夾持環(huán)，其有用于固定基片的表面。夾持環(huán)有一個(gè)大體呈環(huán)形的下部，該下部有用于和拋光墊接觸的底表面，其中該底表面包括多個(gè)溝槽；夾持環(huán)還有一個(gè)大體呈現(xiàn)環(huán)形的上部，該上部固定到該下部上，該上部有一帶環(huán)狀凸起的外徑表面。
本實(shí)用新型的實(shí)施可包括一個(gè)或多個(gè)下列特征。環(huán)狀凸起可有一個(gè)水平的下表面、一個(gè)水平的上表面和一個(gè)垂直的圓柱狀外表面，該圓柱狀外表面與上表面和下表面連接。所述下部可有一半徑約為300毫米的內(nèi)徑表面。該外徑表面可包括一錐形段，其中該錐形段有一周長(zhǎng)，其向上部方向比向下部方向的距離大。所述下部和上部作為單個(gè)部件形成。
另一方面，本實(shí)用新型提供用于化學(xué)機(jī)械拋光的夾持環(huán)，其有用于固定基片的表面。該夾持環(huán)有一個(gè)帶錐形表面的內(nèi)徑表面。所述夾持環(huán)的內(nèi)徑表面有一周長(zhǎng)，其向底表面方向比向頂表面方向的距離小。
本實(shí)用新型的實(shí)施可包括一個(gè)或多個(gè)下列特征。內(nèi)徑表面可包括一個(gè)柱狀垂直表面。
本實(shí)用新型的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是，由于夾頭被降低以接收傳輸臺(tái)上的基片，夾持環(huán)的外徑表面的錐形壁可接合到裝載杯(load cup)的內(nèi)表面以導(dǎo)引入夾持環(huán)和基片對(duì)準(zhǔn)。這改善了夾持環(huán)和由傳輸臺(tái)固定的基片的同心度，并提高了裝載過(guò)程的可靠性。
本實(shí)用新型另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是夾持環(huán)外徑上的凸緣的扁平下表面能配合并放置在裝載杯的上表面上。這改善了夾頭和基片間的平行度，并提高了裝載過(guò)程的可靠性。另外，即使夾持環(huán)已被磨損，凸緣的扁平下表面與裝載杯上表面的正確配合也可以確保這種平行。


圖1是根據(jù)本實(shí)用新型夾持環(huán)的部分橫截面透視圖。
圖2A是圖1中的夾持環(huán)的仰視圖。
圖2B是圖1中的夾持環(huán)的側(cè)視圖。
圖3是圖1中的夾持環(huán)的透視圖。
圖4是圖3中的夾持環(huán)沿線3-3的橫截面圖。
具體實(shí)施方式
參考圖1，3和4，夾持環(huán)100是大體呈環(huán)狀的環(huán)體，其可被裝載到CMP裝置的夾頭上。專(zhuān)利號(hào)為5,738,574的美國(guó)專(zhuān)利中說(shuō)明了一種適當(dāng)?shù)腃MP裝置，且在專(zhuān)利號(hào)為6,251,215的美國(guó)專(zhuān)利中說(shuō)明了一種適當(dāng)?shù)膴A頭，這兩個(gè)專(zhuān)利并入這里作為參考。夾持環(huán)100配合進(jìn)裝載杯中，用于定位、定中心并固定CMP裝置傳輸臺(tái)上的基片。申請(qǐng)日為1999年10月8日，申請(qǐng)?zhí)枮?9/414,907，題為邊緣接觸裝載杯(EP公布號(hào)1061558)的專(zhuān)利申請(qǐng)中描述了一種適當(dāng)?shù)难b載杯，該專(zhuān)利被轉(zhuǎn)讓給本實(shí)用新型的受讓人，該公布在此被并入?yún)⒖肌?br> 夾持環(huán)100由兩個(gè)組件做成。第一個(gè)組件是下部105，其有一平底表面110，該底表面包括18個(gè)溝槽210或凹槽，如圖2A和2B(其可能有不同數(shù)目的溝槽)所示。直溝槽210開(kāi)始于底表面110的內(nèi)周且終止于外周，并且沿夾持環(huán)100周?chē)冉嵌乳g隔分布。該溝槽通常相對(duì)于徑向成45°，且延伸通過(guò)夾持環(huán)100的中心，但別的方向的角度，例如也可以為30°和60°之間。
再參考圖1，3和4，下部105的一內(nèi)徑表面115形成一個(gè)直的垂直柱狀表面。相對(duì)地，下部105的外徑表面120包括垂直部分125和向外傾斜部分130，該垂直部分125起始于底表面110鄰近處，，該傾斜部分從垂直部分125向外延伸。外徑表面的該向外傾斜部分130可以相對(duì)夾持環(huán)的底表面110形成一大約60°的角。下部105的一扁平頂表面135平行于底表面110。該頂表面135和外徑表面120的傾斜部分130相交成一鈍角，且和內(nèi)徑115基本成直角。內(nèi)徑115限定出夾持環(huán)100的基片接收槽140。
夾持環(huán)100的下部105可由對(duì)CMP工藝呈化學(xué)惰性的材料形成。該材料應(yīng)有足夠彈性，使得基片邊緣緊靠夾持環(huán)100時(shí)，不會(huì)引起基片碎裂或破裂。然而，夾持環(huán)100彈性不能大到當(dāng)夾頭向下對(duì)夾持環(huán)100施加壓力時(shí)，使夾持環(huán)被擠進(jìn)基片接收槽140。雖然夾持環(huán)被磨損是可接受的，但夾持環(huán)100也應(yīng)該耐用且有低的磨損率。例如，夾持環(huán)100可由塑料制成，比如聚亞苯基硫化物(PPS)，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚醚醚酮(PEEK)，對(duì)聚苯二甲酸亞丁酯(PBT)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚苯并咪唑(PBI)，聚醚酰亞胺(PEI)，或復(fù)合材料。
夾持環(huán)100的第二個(gè)組件是上部145，其有一平底表面1 50和一頂表面160，該頂表面160和底表面150平行。頂表面160包括18個(gè)孔165以容納螺釘、螺栓、或別的硬件以將夾持環(huán)100和夾頭固定在一起(可能有不同數(shù)目的孔)。另外，上部145中可有一個(gè)或多個(gè)對(duì)準(zhǔn)孔170。如果夾持環(huán)100有一個(gè)對(duì)準(zhǔn)孔170，當(dāng)夾頭和夾持環(huán)100正確對(duì)準(zhǔn)時(shí)，夾頭可有相應(yīng)的與對(duì)準(zhǔn)孔170匹配的銷(xiāo)(pin)。
上部145的外徑表面175包括一個(gè)向外傾斜段190，一個(gè)水平段185，和一個(gè)垂直段180。外徑表面175的該向外傾斜段190可相對(duì)夾持環(huán)的底表面110形成大約60°的角。上部145的內(nèi)徑表面155向外傾斜以使內(nèi)徑表面155的頂端直徑比底端大。向外傾斜的內(nèi)徑表面155可相對(duì)夾持環(huán)的頂表面160形成大約80°的角。頂表面160和外徑表面175基本相交成直角，而底表面150和外徑表面175基本相交成鈍角。水平段185分別平行于頂表面160和底表面150。上部145的頂表面160，垂直段180，和水平段185一起形成凸緣195。
夾持環(huán)100的上部145包括一個(gè)或多個(gè)漏孔200，例如，沿夾持環(huán)周?chē)缘冉嵌确植嫉?個(gè)漏孔。這些漏孔200從夾持環(huán)的內(nèi)徑表面155穿過(guò)夾持環(huán)到外徑表面175，比如，到傾斜段190中。漏孔可被斜置，比如，在內(nèi)徑表面上比在外徑表面上位置高。可替換地，漏孔可基本水平，或夾持環(huán)也可不設(shè)漏孔。
上部145可由剛性材料形成，比如金屬。其他可形成上部的合適金屬包括不銹鋼，鉬或鋁?？商鎿Q地，也可用陶瓷。
下部105和上部145在它們的頂表面135和底表面150分別連接，以形成夾持環(huán)100。當(dāng)上部145和下部105對(duì)準(zhǔn)并匹配上時(shí)，夾持環(huán)100以恒定的角度沿外徑表面120，175，形成有一個(gè)一體的錐形表面130，190。該兩個(gè)部件可使用一種粘合劑，螺栓或壓配件連接到一起。粘合劑層可以是兩部分緩慢固化的樹(shù)脂，比如Magnobond-6375TM，可從Magnolia Plastics of Chamblee，Ga得到。
當(dāng)夾持環(huán)100被固定到夾頭的基座上時(shí)，外徑180頂端的外周可基本上和夾頭基座的外周相同以便沿夾頭外邊緣無(wú)間隙。
在CMP裝置的正常操作中，一機(jī)械臂從貯藏盒中將一300mm基片移到傳輸臺(tái)。在傳輸臺(tái)上，基片位于裝載杯的中心。夾頭移進(jìn)裝載杯上方的位置上。一旦夾頭和裝載杯相互對(duì)準(zhǔn)，就將夾頭降低到拾起基片的位置。具體來(lái)說(shuō)，就是將夾頭降低到使夾持環(huán)的外徑表面120，175的底端裝入裝載杯。為了輔助夾持環(huán)100定中心，夾持環(huán)100的最窄部分首先進(jìn)入裝載杯。隨著夾頭降低，錐形邊130，190和裝載杯的內(nèi)表面配合，并導(dǎo)引入夾持環(huán)100和裝載杯同心對(duì)準(zhǔn)。該對(duì)準(zhǔn)同時(shí)將基片和夾持環(huán)100彼此同心地對(duì)準(zhǔn)(假定基片已在裝載杯中適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn))。
隨著夾頭進(jìn)一步降低，夾持環(huán)的凸緣195與裝載杯的水平部分基本結(jié)合并停留于其上。該平的環(huán)狀表面使裝載杯中的基材和夾持環(huán)100和夾頭之間保持一平行的位置。
一旦基片被裝載入夾頭，夾頭升起而脫離裝載杯。夾頭可以從傳輸臺(tái)向CMP裝置上的每個(gè)拋光臺(tái)遷移。在CMP拋光的時(shí)候，夾頭施加壓力至基片并保持基片緊靠拋光墊。在拋光(工藝)序列中，基片位于接收槽140中，其阻止了基片脫離。當(dāng)夾持環(huán)100和拋光墊接觸時(shí)夾持環(huán)100中的溝槽210能促進(jìn)漿料流至基片和從基片流走。一旦拋光結(jié)束，夾頭返回到裝載杯上面的一個(gè)位置并降低，以便夾持環(huán)100和裝載杯再次結(jié)合。夾頭釋放基片，且隨后轉(zhuǎn)移到拋光(工藝)序列的下一步。
本實(shí)用新型已以幾個(gè)實(shí)施方案作了說(shuō)明。然而本實(shí)用新型不限于此處說(shuō)明的實(shí)施方案。而且，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求界定。比如，在水平段185之上，夾持環(huán)100的外徑180可是直的或斜的幾何結(jié)構(gòu)。內(nèi)徑145可是直的，斜的或兩者混合的幾何形狀。夾持環(huán)100也可由單塊塑料，例如用PPS做成，而不是分別形成上部145和下部105。
權(quán)利要求1.一種化學(xué)機(jī)械拋光用的帶凸緣夾持環(huán)，其特征在于包括一大體為環(huán)狀的本體，其有一頂表面，一底表面，一內(nèi)徑表面和一外徑表面，其中所述的外徑表面包括一向外凸出的凸緣，所述凸緣有一下表面，且所述底表面包括多個(gè)溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于所述下表面基本平行于所述頂表面和所述底表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于所述外徑表面包括一錐形段，其有一周長(zhǎng)，向所述底表面方向比向所述頂表面方向的距離大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的夾持環(huán)，其特征在于所述外徑表面包括一位于所述錐形段和所述底表面之間的垂直段。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的夾持環(huán)，其特征在于所述錐形段相對(duì)所述底表面形成一大約為60°的角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于所述的內(nèi)徑表面包括一錐形段，其有一周長(zhǎng)，向所述頂表面方向比向所述底表面方向的距離大。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的夾持環(huán)，其特征在于所述內(nèi)徑表面包括一位于所述錐形段和所述底表面之間的垂直段。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的夾持環(huán)，其特征在于所述錐形段相對(duì)于所述頂表面形成一大約為80°的角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于所述底表面包括18個(gè)溝槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于所述頂表面包括多個(gè)形成于其上的孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的夾持環(huán)，其特征在于所述頂表面包括18個(gè)孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于還包括至少一個(gè)漏孔，其從所述內(nèi)徑表面延伸到所述外徑表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于所述內(nèi)徑表面在鄰近所述底表面附近的半徑約為300mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于其中所述大體為環(huán)狀的本體包括一大體為環(huán)狀的下部和固定到所述下部的大體為環(huán)狀的上部；以及所述大體為環(huán)狀的上部具有一向外凸出的凸緣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的夾持環(huán)，其特征在于所述向外凸出的凸緣包括一水平下表面，一水平上表面和一垂直柱狀外表面，所述垂直柱狀外表面連接所述下表面和所述上表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的夾持環(huán)，其特征在于所述下部有一內(nèi)徑表面，所述內(nèi)徑表面的半徑約為300mm。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的夾持環(huán)，其特征在于所述外徑表面包括一錐形段，其中所述的錐形段有一周長(zhǎng)，其向所述上部方向比向所述下部方向的距離大。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的夾持環(huán)，其特征在于所述下部和所述上部是作為單個(gè)部件來(lái)形成的。
專(zhuān)利摘要一種大體為環(huán)狀的化學(xué)機(jī)械拋光用的帶凸緣夾持環(huán)，其有一頂表面，一底表面，一內(nèi)徑表面和一外徑表面。該外徑表面包括一向外凸出的凸緣，該凸緣有一下表面，且該底表面包括多個(gè)溝槽。
文檔編號(hào)B24B37/00GK2760754SQ0326402
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月5日
發(fā)明者D·A·馬羅, M-K·曾 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司