專利名稱：具有成形輪廓的保持環的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體的化學機械拋光。
背景技術：
通常，集成電路是由在硅襯底上依次沉積導體層、半導體層或絕緣層來形成。制 造步驟涉及在非平坦表面沉積填料層，并且將填料層予以平坦化直到暴露出非平坦表面為 止。例如，導電填料層可以被沉積在圖案化的絕緣層上，以填滿絕緣層中的溝槽或孔。接著， 填料層被拋光，直到暴露出絕緣層的突起圖案為止。在平坦化之后，導電層中保留在絕緣層 的突起圖案之間的部分形成過孔、插塞與線，其在襯底上提供了薄膜電路之間的導電路徑。 此外，平坦化需要用來將襯底表面予以平坦化，以用于光刻。 化學機械拋光(CMP)是一種可接受的平坦化方法。此平坦化方法一般需要將襯底 裝設在CMP設備的承載頭或拋光頭上。襯底的暴露表面被抵靠旋轉的拋光盤墊或毛氈墊。 拋光墊可以是標準墊或固定磨蝕粒的墊。標準墊具有耐久的粗糙表面，而固定磨蝕粒的墊 具有被保持在容納介質中的磨蝕微粒。承載頭在襯底上提供可控制的負載，以將襯底推靠 拋光墊。承載頭具有保持環，保持環在拋光期間將襯底固定住。拋光液，例如具有多個磨蝕 粒的漿料，被供應到拋光墊的表面。

發明內容
在一實施例中，本發明公開一種用于化學機械拋光的保持環。此保持環具有環狀
環，環狀環具有底表面以用于在拋光期間接觸拋光墊，其中該底表面具有多個通道，每一個
通道由多個側壁所界定，位于至少一個側壁與底表面之間的至少一個拐角具有第一彎曲半
徑，并且位于該環狀環的外徑與該底表面之間的拐角具有第二彎曲半徑。 在另一實施例中，本發明公開一種保持環，此保持環包括環狀環，環狀環具有底表
面以用于在拋光期間接觸拋光墊，其中該底表面具有多個通道，每一個通道由多個側壁所
界定，并且位于側壁中一個側壁與該底表面之間的拐角被倒角。 保持環具有一或多個下述特征。第一彎曲半徑可以等于第二彎曲半徑。第一彎曲 半徑系可以至少120密爾。至少一個通道在毗鄰該保持環的內徑處的寬度小于在毗鄰該保 持環的外徑處的寬度。該至少一個通道可以具有第三彎曲半徑，該第三彎曲半徑界定該通 道的一部分，該通道的該部分為向外呈喇叭狀到毗鄰該外徑處的寬度。通道的基部可以為 U形。通道從內徑到外徑可以具有恒定深度。通道可以在一端比較深。
保持環可以由下述方式來使用用該保持環來保持襯底；將拋光液施加至固定磨 蝕粒的拋光墊；以及在該襯底與該固定磨蝕粒的拋光墊之間產生相對運動。
—種包括此保持環的系統可以包括承載頭，保持環接附到該承載頭；以及壓板， 其用以在拋光期間支撐該拋光墊與該保持環。 本發明的一個或多個實施例的細節被公開在附圖與以下發明說明中。本發明的其 它特征、目的與優點將可以由發明說明與附圖以及由權利要求變為明顯。


圖1-3為保持環的部分仰視圖。 圖4-5為保持環的部分側視圖。 圖6-7為保持環的仰視圖。 圖8為保持環的部分立體仰視圖。 圖9為通過第8圖保持環的部分中通道的截面圖。 圖IO為保持環的仰視圖。 圖11為具有逐漸變化半徑的保持環的部分仰視圖。 圖11A-11D為逐漸變化半徑截面圖。 相同的標號在各圖中指示相同的組件。
具體實施例方式
參照圖1，襯底可以被固定到承載頭的定位環101保持，以用於由CMP設備的研磨。 適常的承載頭在美國專利US6， 251， 215中描述，並且CMP設備在美國專利US5， 738， 574中 描述，這些文件在此被併入本文以作為參考。 定位環101(僅顯示部分)可以由兩個環構成，即下環105與上環110。下環105 具有下表面107，下表面107與研磨墊接觸。下環105具有內徑112與外徑114。下環105 的下表面107的各個部分由拐角(例如下表面107與外徑114之間的0D拐角120)來界定。 OD拐角120不具有尖銳邊緣。亦即，拐角可以是圓滑的或被倒角的。在一些實施例中，ID 拐角109，其位于內徑112與下表面107之間，具有尖銳邊緣。沿著接觸研磨墊的表面不具 有尖銳邊緣可以在研磨期間將對於研磨墊的損壞減至最小。 在一些實施例中，定位環101具有一個或多個通道125。通道125允許在研磨期間 漿料得以在定位環101下方流動。位於通道125任一側的下表面107的拐角130可以類似 地被倒角，或在定位環101的底部具有進一步減小或降低尖銳邊緣的半徑。
下環105可以由在CMP處理中化學惰性的材料所形成，例如塑膠，譬如聚苯硫 醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、填充碳的PEEK、填充Teflon⑧的PEEK、聚乙烯對苯二甲酸酯 (PET)、聚對苯二甲酸丁酯(PBT)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯咪唑(PBI)、聚醚醯亞胺(PEI)、 或複合材料。下環也應可以耐久，並且具有低磨耗速率。此外，下環應該可充分壓縮，使得 襯底邊緣抵靠定位環的接觸不會使襯底破碎或破裂。另一方面，下環不應如此有彈性而使 得施加在定位環上的向下壓力使得下環擠入襯底接收凹部140 (示於圖6)。
保持環101的上環IIO可以由比下環105更堅硬的材料所形成。堅硬的材料可以 是金屬，例如不銹鋼、鉬、或鋁、或陶瓷(譬如氧化鋁)、或其它示例行材料。上環iio具有下 表面和上表面。 下環與上環105、110—起構成保持環110。當此兩個環接合時，下環105的上表面 系與上環110的下表面毗鄰。此兩個環在其內表面處大致上具有實質相同的內徑與外徑尺 寸，從而使此兩個環105、 110被接合時在其交會處形成齊平表面。 上環110的上表面(未示出)通常包括多個具有螺紋鞘的孔以容納多個固定件 (例如螺栓、螺絲或其它硬件)，以將保持環101固定到承載頭。該些孔可以均勻地被配置在
5承載頭周圍。此外，一或多個對準特征(例如孔或突起(未示出))可以設置在上環110的上表面上。若保持環具有一對準孔，承載頭可以具有與對準孔配合的相應的銷，當承載頭與保持環被適當地對準時。在一些實施方式中，保持環101具有一個或多個通孔(未示出)，這些通孔從內徑延伸到外徑以允許在拋光期間漿料或空氣得以從環的內部通到外部，或從外部通到環的內部。 此兩個環能夠在此兩個環之間界面處以一粘結劑層來接合。粘結劑層可以是兩成分的慢速硬化環氧樹脂。慢速硬化一般意味著環氧樹脂需要數小時到數天來成形。然而，能夠利用高溫來縮短環氧樹脂硬化周期。例如，慢速硬化環氧樹脂可以是Magnobond-6375M，其可以從美國喬治亞州的Chamblee的Magnolia Plastics購得。替代地，環氧樹脂可以是快速硬化環氧樹脂。在某些實施方式中，環氧樹脂是高溫環氧樹脂。高溫環氧樹脂可以防止粘結劑層215在拋光處理期間因為高溫的劣化。在某些實施方式中，環氧樹脂包括聚酰胺(例如60%至100%的聚酰胺)以及脂肪胺(例如10%至30%的第一脂肪胺與5%至10%的第二脂肪胺)。例如，高溫環氧樹脂可以是來自美國康乃迪克州的Rocky Hill的Henkel Corporation的LOCTITE⑧Hyso1⑧E_120HPTM。尤其，相較于其它粘結劑，LOCTITE⑧Hysol⑧E-l20HpTM可以更佳地防止劣化，并且因而減少因為脫層造成的疲乏。劣化可能因為高溫、疲乏、去離子水接觸與吸收、以及來自拋光處理中所使用漿料的化學攻擊而造成。 作為將此兩個環接合在一起的替代方法，將這些環壓合或扣合在一起或這些環具有連鎖部分(如美國專利US6， 974， 371所述，其在此被并入本文以作為參考)，或以機械固定件(例如螺栓、螺絲或夾持組件，如美國專利公開案號所述，其在此被并入本文以作為參考)將此些環固定在一起。 參照圖2，在一些實施例中，通道125在通道毗鄰內徑112的部分具有平行壁，并且這些通道隨著其接近外徑114會擴張。通道毗鄰外徑的部分被稱為通道的口 145。 口 145可以呈喇叭狀，例如三角形。在一些實施例中，通道毗鄰內徑的部分沒有呈喇叭狀。
除了具有牛鼻形拐角的下表面107的部分以外，擴張的通道的部分160也可以彎曲或具有彎曲半徑。拐角120或拐角130的彎曲半徑Rl可以介于約20與120密爾之間，例如介于約30與100密爾之間，譬如約90密爾。彎曲半徑Rl繞著平行通道軸的軸。通道的喇叭狀部分160的彎曲半徑R2可以介于約20與200密爾之間，例如介于約40與280密爾、60與260密爾、80與240密爾、100與200密爾、120與180密爾之間，或約150密爾。彎曲半徑R2繞著垂直保持環101的下表面107的軸來測量。彎曲半徑可以是恒定的，或沿著曲線而改變。 參照圖3，拐角120'與130'可以被倒角或被錐形化，而不成為牛鼻形。倒角的適當角度介于約30。與60°之間，例如約45。。如圖4-5所示，倒角得以延伸至通道125的基部，或得以往通道下方部分延伸。 圖1-3所示的保持環具有溝槽，這些溝槽實質平行保持環101的半徑而延伸。參照圖6，溝槽125能夠相對于保持環101的半徑呈一角度，例如介于約15°與60°之間，例如約45° 。參照圖7，溝槽可以具有多個彼此不平行的側壁，但從內徑向外徑分歧。分歧的側壁能夠與直的(平行半徑)或具角度的(相對于半徑呈一角度)溝槽結合。
除了具有圓滑的拐角之外，在一些實施例中，通道的基部也可以是圓滑的。參照圖
68-9，通道125為U形或具有半圓形基部。側壁可以彼此平行，或從內徑向外徑分歧或從外徑向內徑分歧。再者，溝槽深度，即下表面107到通道125的基部的距離，可以從內徑112到外徑保持恒定。替代地，通道的深度可以沿著通道長度而改變。在一些實施例中，通道在內徑處比在外徑處更深。在一些實施例中，通道在內徑處比在外徑處更淺。在厚度約225密爾下的環105中，通道介于約50與200密爾之間，例如介于約75與150密爾之間，譬如120密爾。 在一些實施例中，位于下表面107與內徑112之間的拐角并非圓滑的或被倒角的。在此拐角的突然邊緣可以避免襯底在拋光期間于環下方滑動。 參照圖IO，在一些實施例中，下表面107上毗鄰內徑112與通道125的拐角170也可以是圓滑的。拐角170的彎曲半徑R3小于拐角160的彎曲半徑R2。在一些實施例中，彎曲半徑R3介于約30與120密爾之間，例如約90密爾。 參照圖11-11D圖，在一些實施例中，彎曲半徑逐漸變化或沿著通道125的長度而改變。亦即，當沿著通道125的截面觀察時，彎曲半徑沿著通道長度增加或減小。在一些實施例中，如所示實施例，彎曲半徑系從保持環之內徑增加到保持環之外徑。最靠近內徑112之彎曲202的半徑為最小，彎曲204的半徑較大，彎曲206的半徑(其比半徑202與204更靠近外徑114)系比較靠近內徑112的半徑更大，并且最靠近外徑114之彎曲208的半徑為最大。在一些實施例中，彎曲半徑也沿著外徑且遠離通道125而減小。
為了以本文所描述之一保持環來拋光襯底，貼附有一保持環之承載頭系將襯底從傳送站移動到CMP設備上之拋光站。在CMP拋光期間，承載頭施加壓力到襯底，并且固持住襯底抵靠被壓板支撐的拋光墊。在一些實施例中，拋光墊系為一固定磨蝕粒的拋光墊。相對運動產生于襯底與拋光墊之間，例如藉由旋轉壓板、旋轉承載頭、轉移承載頭、或前述組合。在拋光順序期間，襯底位在接收凹部140內，接收凹部140可防止襯底脫離。當保持環101接觸拋光墊時，保持環101中的通道125可促進漿料進出襯底的傳送。保持環101中的圓滑拐角可減少對固定磨蝕粒的拋光墊的損壞。 一旦拋光完成，襯底即被移動到拋光順序的下一個步驟。 這里描述的保持環在每一通道周圍和/或在位于下表面107與外徑114之間的拐角處具有一個或多個牛鼻形或被倒角的拐角。非直角的拐角在拋光處理期間可防止保持環損壞拋光墊，特別是固定磨蝕粒的拋光墊。固定磨蝕粒的拋光墊傾向于對尖銳拐角特別敏感。尖銳拐角傾向于脫落或掘入固定磨蝕粒的拋光墊。從保持環移除尖銳拐角可以將對于墊的損壞源減到最少。因為墊比較不會受到損壞，墊可以具有更長的使用壽命。更長的使用壽命即意謂著用于更換拋光墊且將設備再合格化的拋光設備的更短停機時間且因而更富有產能的拋光時間。 除了增加拋光墊的使用壽命之外，本文描述的保持環可以減少拋光期間從拋光墊釋放的固定磨蝕粒材料的量。由于拋光墊表面上釋放出更少的磨蝕粒材料，刮傷晶片且產生缺陷的機率可以降低。保持環表面上接觸拋光墊的圓滑邊緣可以減少或去除歸因于保持環構形的拋光墊調節或致動。 具有圓滑邊緣的又一個優點是可以減少熱機時間。許多新的拋光墊在其用于拋光襯底之前需要熱機時段。藉由將保持環特征的邊緣予以圓滑化，可以減少熱機時間。
本文已經描述許多本發明的實施例。然而，應當了解，在不脫離本發明的精神與范
7圍，可以構想出許多修改。例如，本文描述的各種保持環的特征可以用與本文描述的保持環或與其它保持環特征一起使用。本義描述的用于兩部件的環的這些特征也可以用于單一的環。因此，其它實施例也落入權利要求的范圍內。 在下面對本發明的詳細描述中闡述了很多具體細節，以便于充分理解本發明。但是，沒有這些具體細節也可以實施本發明，對于本領域的技術人員來說是很明顯的。在另外一些例子里，沒有對公知的方法、過程、部件和電路進行詳細的描述，以避免喧賓奪主、淡化了本發明的主要內容。另外，下文中將結合特定實施例描述本發明，但本發明也可以以硬件、軟件、固件或其結合的形式實現。
權利要求
一種用于化學機械拋光的保持環，其包括環狀環，其具有底表面以用于在拋光期間接觸拋光墊，其中所述底表面具有多個通道，每一個所述通道由多個側壁所界定，位于至少一個所述側壁與所述底表面之間的至少一個拐角具有第一彎曲半徑，并且位于所述環狀環的外徑與所述底表面之間的拐角具有第二彎曲半徑。
2. 如權利要求1所述的保持環，其中所述第一彎曲半徑等于所述第彎曲半徑。
3. 如權利要求1所述的保持環，其中所述第一彎曲半徑為至少120密爾。
4. 如權利要求1所述的保持環，其中至少一個所述通道在毗鄰所述保持環的內徑處的 寬度小于在毗鄰所述保持環的外徑處的寬度。
5. 如權利要求4所述的保持環，其中至少一所述通道具有第三彎曲半徑，所述第三彎曲半徑界定所述通道的一部分，所述通道的部分為向外呈喇叭狀到毗鄰所述外徑處的寬度。
6. 如權利要求1所述的保持環，其中所述通道的基部為U形。
7. 如權利要求l所述的保持環，其中所述通道從所述內徑到所述外徑具有恒定深度。
8. 如權利要求1所述的保持環，其中所述通道在一端比較深。
9. 一種使用權利要求1所述的保持環的方法，其包括 用所述保持環來保持襯底； 將拋光液施加至固定磨蝕粒的拋光墊；以及 在所述襯底與所述固定磨蝕粒的拋光墊之間產生相對運動。
10. —種制造權利要求1所述的保持環的方法，其包括在所述環狀環的底表面中形成多個通道，其中每一個所述通道由多個側壁界定，位于 所述側壁與所述底表面之間的拐角具有第一彎曲半徑，并且位于所述環狀環的外徑與所述 底表面之間的拐角具有第二彎曲半徑。
11. 一種用于化學機械拋光的保持環，其包括環狀環，其具有底表面以用于在拋光期間接觸拋光墊，其中所述底表面具有多個通道， 每一所述通道系由多個側壁界定，并且位于所述側壁中一個側壁與所述底表面之間的拐角 被倒角。
12. 如權利要求11所述的保持環，其中至少一個所述通道在毗鄰所述保持環的內徑處 的寬度小于在毗鄰所述保持環的外徑處的寬度。
13. 如權利要求11所述的保持環，其中所述通道的基部為U形。
14. 如權利要求11所述的保持環，其中所述通道從內徑到外徑具行恒定深度。
15. 如權利要求11所述的保持環，其中所述通道在一端比較深。
16. —種形成權利要求11所述的保持環的方法，其包括在所述環狀環的底表面中形成多個通道，其中每一所述通道由多個側壁界定，并且位 于所述側壁中一個側壁與所述底表面之間的拐角被倒角。
17. —種使用權利要求11所述的保持環的方法，其包括 用所述保持環保持襯底； 將拋光液施加至固定磨蝕粒的拋光墊；以及 在所述襯底與所述固定磨蝕粒的拋光墊之間產生相對運動。
18. —種用于化學機械拋光的系統，其包括 承載頭；保持環，其接附到所述承載頭，其中所述保持環包括環狀部分，所述環狀部分具有底表 面以用于在拋光期間接觸拋光墊，其中所述底表面具有多個通道，每一個所述通道由多個 側壁界定，位于至少一個側壁與所述底表面之間的至少一個拐角具有第一彎曲半徑，并且 位于所述環狀環的外徑與所述底表面之間的拐角具有第二彎曲半徑；以及壓板，其用以在拋光期間支撐所述拋光墊與所述保持環。
19. 一種用于化學機械拋光的系統，其包括 承載頭；保持環，其接附到所述承載頭，其中所述保持環包括環狀部分，所述環狀部分具有底表 面以用于在拋光期間接觸拋光墊，其中所述底表面具行多個通道，每一個所述通道由多個 側壁界定，并且位于所述側壁中一個側壁與所述底表面之間的拐角被倒角；以及壓板，其用以在拋光期間支撐所述拋光墊與所述保持環。
全文摘要
本發明公開一種具有彎曲或倒角表面的保持環。當保持環用于拋光處理時，彎曲表面可以避免對于固定磨蝕粒的拋光墊的損壞。彎曲或倒角表面位于環的底表面上，例如沿著外徑與/或沿著形成在環的底部中的通道的側壁。
文檔編號B24B41/06GK101778697SQ200880025270
公開日2010年7月14日 申請日期2008年7月18日 優先權日2007年7月19日
發明者俊宏·歐, 原茵, 格雷戈里·E·曼克, 高帕拉克里什那·B·普拉霍 申請人:應用材料公司