专利名称：带有浆液输送槽的保持环的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及衬底的化学机械抛光，并且更具体地涉及用在化学机械抛光中的保持环。
背景技术：
通常通过在硅衬底上顺序地沉积导电层、半导体层或绝缘层而在衬底上形成集成电路。一个制造步骤包括在非平面表面上沉积填充层，并平坦化填充层直到暴露非平面表面。例如，导电填充层可以沉积在图案化绝缘层上以填充绝缘层中的沟槽或孔。然后抛光填充层直到暴露绝缘层的凸起的图案。在平坦化之后，保留在绝缘层的凸起图案之间的导电层的部分形成过孔、插塞和线路，它们提供了衬底上的薄膜电路之间的导电路径。此外，需要平坦化以平坦化衬底表面用于光刻。
化学机械抛光(CMP)是平坦化的一种可接受的方法。这种平坦化方法通常需要衬底安装在CMP设备的载具头或抛光头上。衬底的暴露的表面靠近旋转的抛光盘状垫或带状垫放置。抛光垫可以是“标准”垫或固定的研磨垫。标准垫具有耐用的粗糙表面，而固定的研磨垫具有保持在容纳介质中的研磨颗粒。载具头在衬底上提供可控的载荷，以将其推靠在抛光垫上。包含至少一种化学活性剂的抛光浆液和研磨颗粒(如果使用标准垫)，供应到抛光垫的表面。
发明内容
在一个方面中，本发明涉及保持环。保持环具有大致环形的体，所述环形的体具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面。所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶。
本发明的实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述圆形顶可以具有半圆形的横截面，并且所述半圆形的横截面可以具有与所述沟道的宽度大约相等的直径。所述圆形顶可以具有平坦的部分。所述圆形顶可以在所述平坦的部分与所述沟道的竖直侧壁相交处是圆形的。每个沟道可以包括大致垂直的侧壁。所述多个沟道可以具有基本一致的深度。所述多个沟道可以以相对于延伸穿过所述保持环中心的径向线段的角度，例如30°与60°之间的角度来定位。所述外径表面可以包括凸缘。所述外径表面可以包括与所述底表面邻近的第一部分，第一部分具有比靠近所述顶表面的第二部分小的外径。每个沟道可以包括大致垂直的侧壁，并且所述侧壁可以延伸至与所述凸缘大致相同的深度。所述环形体可以包含耐磨材料。所述环形体可以包括上部和下部，并且所述上部可以比所述下部更刚性。所述沟道可以形成在所述下部中。多个通道可以从所述内径表面穿过所述上部延伸到所述外径表面。所述多个沟道可以围绕所述保持环以大致相等的角度间隔分布。
在另一个方面中，本发明涉及一种载具头。所述载具头具有衬底接收表面和围绕所述衬底接收表面的大致环形保持环。所述保持环具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面。所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶。
在另一个方面中，本发明涉及一种抛光的方法。所述方法包括在衬底与抛光表面之间产生相对运动；用保持环约束所述衬底；并且向所述抛光表面供应抛光液体。所述保持环具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面，并且所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶。所述抛光液体穿过所述沟道并在所述保持环下方流向所述衬底。
本发明的一个可能的优点是因为保持环的底表面上的槽没有棱角的拐角，所以浆液很难聚集在槽中。由此，浆液很难凝结或干燥并形成大的颗粒，并且由此可以减少诸如擦伤之类的缺陷。
本发明的另一个可能的优点是如果在保持环的底表面处的槽的一部分具有垂直的侧壁，则保持环的浆液输送性能将随着保持环的磨损保持相对稳定。
图1是根据本发明的保持环的示意性立体图。
图2是图1的保持环的示意性的平面仰视图。
图3是沿图2中的线3-3所取的剖视图。
图4是沿图2中的线4-4所取的剖视图。
图5是保持环的另一种实现方式的剖视图。
具体实施例方式
参考图1，保持环100通常是能够紧固到CMP设备的载具头的环形环。在美国专利No.5,738,574中描述了合适的CMP设备，而在美国专利No.6,251,215和2000年11月13日提交的美国专利申请序列号No.09/712,389中描述了合适的载具头，其整个内容通过引用包含在这里。保持环100安装到装载座中用于将衬底定位、定中并保持在CMP设备的传输台处。在1999年10月8日提交、名为EDGE CONTACT LOAD CUP(EP公开号No.1061558)、并转让给本发明受让人的专利申请No.09/414,907中描述了合适的装载座，，其整个内容通过引用包含在这里。
参考图1和3，保持环100可以由两片构造，包括下部110和上部120。下部110具有大致平坦的底表面112、圆柱形的内表面114、圆柱形的外表面116和大致平坦的顶表面118。下部110的内表面114形成直的垂直圆柱形表面。相反，下部110的突出部分142具有比下部的最底部144大的外径，使得下部110的外表面116包含凸缘140。
内表面114的内径可以被选择成约束200mm或300mm的晶片。例如，在前面的情况下，内径可以是大约7.902英寸。
参考图1和2，下部110的底表面112包括十二个沟道或槽130(可以有不同数量的沟道，例如十八个沟道)，以允许诸如浆液之类的抛光流体(其可以包含研磨剂或没有研磨剂)在保持环之下流到衬底。沟道130可以是大致直的，并从保持环100的内表面114延伸到外表面116。每个沟道130可以具有大约0.030至1.0英寸(例如0.125英寸)的宽度W(见图4)。
底表面112上的沟道130可以以相等的角度间隔围绕保持环100分布。沟道通常以相对于从保持环100的中心延伸的径向线段(R)成角度α定位，例如45°，但是诸如30°与60°之间的其它定位角度也是可以的。
参考图4，每个沟道130包括两个垂直侧壁132和圆形顶134，使得沟道130没有棱角的内部拐角。例如，圆形顶134可以具有半圆形的横截面，其直径等于两个侧壁132之间的距离。作为另一个示例，如图5中所示，沟道的顶可以具有大致水平的平坦的部分136，并且弯曲部分138可以刚好位于顶与侧壁相交的拐角处。
回到图2和3，侧壁132的高度H可以与凸缘140的高度相匹配，并且可以是大约0.030至0.30英寸。侧壁可以沿沟道的长度上具有一致的高度，使得沟道130的整个深度在内表面114处与外表面116处相同。
保持环100的下部110可以由对CMP工艺呈化学惰性并比上部120的材料软的材料形成。该材料应当足够有弹性使得衬底边缘抵靠保持环100的接触不会引起衬底破裂或破碎。但是，保持环100不应当过于有弹性使得当载具头在保持环100上施加向下的压力时保持环100挤入到衬底接收凹槽中。保持环100还应当耐用并具有低的磨耗率，尽管保持环100的磨损是可接受的。例如，保持环100可以由塑料制成，例如聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二醇脂(PBT)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚酰亚胺(PEI)或合成材料。
参考图1和3，上部120具有大致平坦的底表面122、圆柱形内表面124、圆柱形外表面126和大致平坦的顶表面128。顶表面128包含孔，以接收机械紧固件，例如螺栓、螺钉或其它硬件(例如螺钉套或插入件)，用于将保持环100紧固到载具头(可以有不同数量的孔)。此外，顶表面128可以具有一个或多个对准孔，对准孔被定位成当保持环100紧固到载具头时配合到载具头上的对应的销以确保正确的对准。
上部120的外表面126通常是垂直的，并具有与下部110的突出部分142相同的外径。类似地，上部120的内表面124通常是垂直的，并具有与下部110相同的内径。
保持环100的上部120可以包括用于清洁流体的注入或废物的排放的一个或多个通道160，例如围绕保持环以相等的角度间隔隔开的四个排放孔，以提供压力均衡。这些排放孔160从内表面124到外表面126水平地延伸穿过上部120。可替换地，排放孔可以倾斜，例如在内径表面处比在外径表面处高，或者保持环可以制造成没有排放孔。
上部120可以由诸如金属的刚性材料制成。用于形成上部的合适材料包括不锈钢、钼或铝。可替换地，可以使用陶瓷。上部120可以比下部110更加刚性。
下部110和上部120分别在它们的顶表面118和底表面122处连接，以形成保持环100。当下部110和上部120对准并配合时，保持环100具有整体的表面。两个部分可以用粘结剂、诸如螺钉之类的机械紧固件或压力配合构造来连接。粘结剂层可以是双组份(two-part)慢干环氧树脂，例如Magnobond-6375TM，其可以从Magnolia Plastics of Chamblee，Ga得到。
当保持环100紧固到载具头的基底时，外径180的顶部圆周可以与载具头的基底圆周基本相同，使得沿着载具头的外边缘不存在间隙。
其它的实现方式也是可以的。例如，内或外表面114、116、124和126的各个部分可以具有直线的、倾斜的或直线与倾斜混合的几何形状。诸如凸缘或法兰之类的各种其它特征可以出现在上表面128上以允许保持环配合到载具头。用于螺钉或螺钉套的孔可以形成在法兰部分上。
作为另一个示例，保持环100可以利用例如PPS由单片塑料制成，而不是由分离的上部145和下部105形成。
作为另一个示例，其它类型的沟道也是可以的。沟道可以向外展开使得它们在外表面116处比在内表面115处宽。沟道可以是弯曲的而不是直线的。在内表面114处沟道可以比在外表面114处深，或者反之亦然。
尽管使用诸如“顶”和“底”之类的各种位置描述，但是这些术语应当被理解为相对于抛光表面，因为保持环可以用在其中衬底朝上、朝下或其中抛光表面竖直的抛光系统中。
已经根据大量实施例描述了本发明。但是，本发明不限于所说明和描述的实施例。更确切来说，本发明的范围由所附权利要求来限定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种保持环，包括大致环形的体，其具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面，其中所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶和大致竖直的侧壁。
2.如权利要求1所述的保持环，其中所述圆形顶具有半圆形的横截面。
3.如权利要求2所述的保持环，其中所述半圆形的横截面具有与所述沟道的宽度大约相等的直径。
4.如权利要求1所述的保持环，其中所述圆形顶具有平坦的部分。
5.如权利要求4所述的保持环，其中所述圆形顶在所述平坦的部分与所述沟道的竖直侧壁的相交处是圆形的。
6.如权利要求1所述的保持环，其中所述多个沟道具有基本一致的深度。
7.如权利要求1所述的保持环，其中所述多个沟道以相对于延伸穿过所述保持环中心的径向线段的角度定位。
8.如权利要求7所述的保持环，其中所述角度在30°与60°之间。
9.如权利要求l所述的保持环，其中所述外径表面包括凸缘。
10.如权利要求9所述的保持环，其中所述外径表面包括与所述底表面邻近的第一部分，所述第一部分具有比靠近所述顶表面的第二部分小的外径。
11.如权利要求9所述的保持环，其中所述每个沟道包括大致垂直的侧壁，所述侧壁延伸至与所述凸缘大致相同的深度。
12.如权利要求1所述的保持环，其中所述环形体包含耐磨材料。
13.如权利要求1所述的保持环，其中所述环形体包括上部和下部，所述上部比所述下部更刚性。
14.如权利要求13所述的保持环，其中所述沟道形成在所述下部中。
15.如权利要求14所述的保持环，其中所述下部由耐磨材料形成。
16.如权利要求14所述的保持环，还包括从所述内径表面穿过所述上部延伸到所述外径表面的多个通道。
17.如权利要求1所述的保持环，其中所述多个沟道围绕所述保持环以大致相等的角度间隔分布。
18.一种载具头，包括衬底接收表面；围绕所述衬底接收表面的大致环形的保持环，所述保持环具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面，其中所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶和大致垂直的侧壁。
19.一种抛光的方法，包括在衬底与抛光表面之间产生相对运动；用保持环约束所述衬底，其中所述保持环具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面，其中所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶和大致垂直的侧壁；并且向所述抛光表面供应抛光液体，使得所述抛光液体穿过所述沟道并在所述保持环下方流向所述衬底。
权利要求
1.一种保持环，包括大致环形的体，其具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面，其中所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶。
2.如权利要求1所述的保持环，其中所述圆形顶具有半圆形的横截面。
3.如权利要求2所述的保持环，其中所述半圆形的横截面具有与所述沟道的宽度大约相等的直径。
4.如权利要求1所述的保持环，其中所述圆形顶具有平坦的部分。
5.如权利要求4所述的保持环，其中所述圆形顶在所述平坦的部分与所述沟道的竖直侧壁的相交处是圆形的。
6.如权利要求1所述的保持环，其中每个沟道包括大致垂直的侧壁。
7.如权利要求1所述的保持环，其中所述多个沟道具有基本一致的深度。
8.如权利要求1所述的保持环，其中所述多个沟道以相对于延伸穿过所述保持环中心的径向线段的角度定位。
9.如权利要求8所述的保持环，其中所述角度在30°与60°之间。
10.如权利要求1所述的保持环，其中所述外径表面包括凸缘。
11.如权利要求10所述的保持环，其中所述外径表面包括与所述底表面邻近的第一部分，所述第一部分具有比靠近所述顶表面的第二部分小的外径。
12.如权利要求10所述的保持环，其中所述每个沟道包括大致垂直的侧壁，所述侧壁延伸至与所述凸缘大致相同的深度。
13.如权利要求1所述的保持环，其中所述环形体包含耐磨材料。
14.如权利要求1所述的保持环，其中所述环形体包括上部和下部，所述上部比所述下部更刚性。
15.如权利要求14所述的保持环，其中所述沟道形成在所述下部中。
16.如权利要求15所述的保持环，其中所述下部由耐磨材料形成。
17.如权利要求15所述的保持环，还包括从所述内径表面穿过所述上部延伸到所述外径表面的多个通道。
18.如权利要求1所述的保持环，其中所述多个沟道围绕所述保持环以大致相等的角度间隔分布。
19.一种载具头，包括衬底接收表面；围绕所述衬底接收表面的大致环形的保持环，所述保持环具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面，其中所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶。
20.一种抛光的方法，包括在衬底与抛光表面之间产生相对运动；用保持环约束所述衬底，其中所述保持环具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面，其中所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶；并且向所述抛光表面供应抛光液体，使得所述抛光液体穿过所述沟道并在所述保持环下方流向所述衬底。
全文摘要
用于化学机械抛光的保持环具有大致环形的体，所述大致环形的体具有顶表面、底表面、内径表面和外径表面。所述底表面包括多个沟道，每个沟道从所述内径表面延伸到所述外径表面并具有圆形顶。
文档编号B24B37/04GK1890054SQ200480036410
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月8日 优先权日2003年12月10日
发明者宏·沁·陈, 史蒂文·M·祖尼格 申请人:应用材料公司