用于减少晶片缺陷的保持环的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种保持环和一种化学机械抛光系统(CMP)。在一个实施方式中，用于抛光系统的保持环包括环形主体，所述环形主体具有抛光内径。所述主体具有：底表面，所述底表面具有形成在其中的槽；外径壁；和内径壁，其中所述内径壁被抛光至小于约30微英寸(μin)的平均粗糙度(Ra)。
【专利说明】
用于减少晶片缺陷的保持环
技术领域
[0001] 本发明的实施方式设及用于对诸如半导体基板之类的基板进行抛光的抛光系统。 更具体来说，实施方式设及用于对基板进行抛光的抛光系统的保持环(retaining ring)。
【背景技术】
[0002] 化学机械抛光(CMP)是常用于高密度集成电路的制造中的一种工艺，用于对沉积 在基板上的材料层进行平坦化或抛光。承载头可将保持在其中的基板提供至抛光系统的抛 光站，并且可控制地迫使基板抵靠着移动的抛光垫。通过在存在抛光流体情况下使得基板 的特征结构侧之间接触并且相对于抛光垫移动基板，即可有效利用CMP。通过化学活动和机 械活动的组合从基板接触抛光表面的特征结构侧上移除材料。在抛光时从基板移除的颗粒 变为悬浮在抛光流体中。在通过抛光流体抛光基板时，移除悬浮颗粒。
[0003] 由于装置图案的特征结构尺寸变得更小，因此对特征结构的临界尺寸(CD)的要求 变成针对稳定且可重复的装置性能的更重要的准则。当特征结构的CD缩至小于20nm的尺寸 时，亚微米级刮痕对于提高装置良率而言变得越来越为关键。CMP具有承载头，所述承载头 通常包括环绕基板并且便于将基板保持在承载头中的保持环。抛光期间，基板可与保持环 接触并使保持环的一些部分W及附着材料脱离，和将松散材料引入抛光工艺中。运些松散 材料可在抛光期间与基板和抛光表面接触，并对基板造成微小划痕(<l〇〇nm)W及其他类型 的缺陷(诸如线路崎变W及裂痕(check mark)缺陷）。
[0004] 因此，需要一种改进的保持环。
【发明内容】
[0005] 本发明公开了一种保持环和一种用于对基板进行抛光的化学机械抛光(CMP)系 统。在一个实施方式中，用于CMP系统的保持环包括环形主体，所述环形主体具有抛光内径。 所述主体具有:底表面，所述底表面具有形成在其中的槽;外径壁;和内径壁，其中所述内径 壁被抛光至小于约30微英寸(μLη)的平均粗糖度(Ra)。
[0006] 在另一实施方式中，提供CMP系统，所述CMP系统包括:可旋转的压板，所述可旋转 的压板配置成支撑抛光垫;抛光头，所述抛光头配置成在抛光期间迫使基板抵靠着所述抛 光垫；和保持环，所述保持环禪接至所述抛光头。所述保持环包括具有抛光内径的环形主 体。所述主体具有:底表面，所述底表面具有形成在其中的槽;外径壁;和内径壁，其中所述 内径壁被抛光至小于约30微英寸(μLη)的平均粗糖度(Ra)。
【附图说明】
[0007] 因此，可W参照实施方式(其中一些实施方式在附图中示出）来详细理解本发明的 上述特征W及有关本发明的更具体的描述。然而，应当注意，附图仅仅示出本发明的典型实 施方式，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他有效实施方式。
[000引图1是根据一个实施方式的具有包括保持环的承载头的抛光设备的局部截面图。
[0009] 图2是根据一个实施方式的保持环的底部平面图。
[0010] 图3是沿图2的截面线3-3截得的保持环的一部分的截面图。
[0011] 为了便于理解，已尽可能使用相同的参考标记来标示各个附图所共有的相同元 件。应预见到，一个实施方式中披露的要素可有利地用于其他实施方式，而无需特定叙述。
【具体实施方式】
[0012] 本文描述了保持环、化学机械抛光系统(CMP)、和用于对基板进行抛光的方法。所 述保持环包括抛光内径，与传统的保持环相比，所述抛光内径具有改进的浆料释放能力，而 不会带来高昂制造成本或不会在对基板进行抛光期间在保持环的消耗过程中造成工艺波 动。抛光内径实质上防止可稍后脱离并变为抛光基板时的缺陷源的浆料W及抛光的副产物 的附着和后续聚结。因此，减少材料堆积使对抛光表面造成的缺陷最小化，W便提高产品良 率。另外，减少材料堆积增加了生产的正常运行时间，并且延长了承载头的防护维护和清洁 所需的时间间隔。
[0013] 图1是根据一个实施方式的抛光设备100的局部截面图。承载头150具有保持环 130,所述保持环130具有抛光内径，所述抛光内径如下进一步所述的有助于减少缺陷。承载 头150保持基板135(W虚线示出）与抛光垫175的抛光表面180接触。抛光垫175放置在压板 176上。压板176通过压板轴182禪接至电机184。当抛光设备100对基板135进行抛光时，电机 184使得压板176旋转，W及因此使得抛光垫175的抛光表面180围绕压板轴182的轴线186旋 转。
[0014] 抛光设备100可包括化学物质输送系统190。化学物质输送系统190包括化学物质 胆罐196,所述化学物质胆罐196容纳抛光流体191，诸如浆料或去离子水。抛光流体191可通 过喷嘴198喷涂到抛光表面180上，所述抛光表面180旋转抛光流体191，使抛光流体191与被 承载头150按压在抛光表面180上的基板135接触，W便使基板135平坦化并且移除附着缺陷 (例如，颗粒)和其他抛光残留物质。
[0015] 承载头150禪接至轴108,所述轴108禪接至电机102,电机102进而禪接至臂170。电 机102使得承载头150W线性运动(X和/或Y方向）相对于臂170横向移动。承载头150还包括 致动器或电机104,用于在Z方向上相对于臂170和/或抛光垫175来移动承载头150。承载头 150还禪接至旋转致动器或电机106,所述旋转致动器或电机106使得承载头150相对于臂 170围绕旋转轴111旋转。电机104、102和106相对于抛光垫175的抛光表面180来定位和/或 移动承载头150。在一个实施方式中，处理期间，电机104、102和106使承载头150相对于抛光 表面180旋转并提供向下力W迫使基板135抵靠着抛光垫175的抛光表面180。
[0016] 承载头150包括被保持环130环绕的主体125。保持环130具有内环直径134。内环直 径134可被配置成接收具有200mm、300mm、450mm的直径或其他产品半导体基板直径的半导 体基板。内环直径134可具有比设置在其中的基板135大出约5mm的直径。例如，内环直径134 可具有约455mm的直径，W便接收450mm基板135。或者，内环直径134可具有约305mm的直径， W便接收300mm基板135。保持环130还可具有多个浆料槽268(在图2中示出）。承载头150还 可包含与柔性膜140相邻的一个或更多个泡囊(bladder) 110/112。当基板135被保持在承载 头150中时，柔性膜140接触基板135的背侧。
[0017] 在一个实施方式中，保持环130通过致动器132禪接至主体125。在一方面，抛光工 艺期间，压力被施加至保持环130W迫使保持环130朝向抛光垫175的抛光表面180。电机106 使得承载头150围绕旋转轴111旋转并且将基板135支撑在其中，同时抛光实质围绕旋转轴 111旋转。保持环130的内环直径134的尺寸被调整成将基板135支撑在其中。当旋转承载头 150中的基板135时，基板135可碰撞或击打保持环130的内环直径134。抛光期间，化学物质 输送系统190将抛光流体191输送至抛光表面180和基板135。保持环130的浆料槽促进将抛 光流体191和夹带的抛光碎屑运输通过保持环130并且离开基板135。保持环130的内环直径 134W运样的方式构造:在抛光时，防止过量夹带的抛光流体附着至内环直径134上，并且因 此减缓保持环130中保持的基板135对保持环130的损坏，同时还减少响应于环130与基板 135之间的接触而释放的颗粒的量。
[0018] 图2是保持环130的底部平面图。保持环130可W由由单块材料形成的主体202组 成。或者，主体202可由多个部分中的一个部分形成，所述部分诸如配置成将主体202安装至 承载头150的上部部分320(在图3中示出）和配置成使抛光垫175与基板135接触的下部部分 210。主体202的部分可包括装配在一起W形成主体202的形状的多个件。在一个实施方式 中，保持环130的主体202是呈单个整体构造。在另一实施方式中，保持环130的主体202具有 两个部分，即上部部分320和下部部分210。
[0019] 主体202可由不诱钢、侣、钢或另一耐工艺的金属或合金、或者陶瓷或陶瓷填充的 聚合物、或者其他合适材料形成。在一个实施方式中，至少主体202的上部部分320是由耐工 艺的金属或合金(诸如不诱钢、侣和钢）、陶瓷或陶瓷填充的聚合物中的一种或更多种制成。 另外，主体202可由塑料材料制成，诸如聚苯硫酸(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚酸酸酬、 聚对苯二甲酸下二醇醋、61'1日1八0了乂、阳邸、1'〇1'1〇11、〇611'；[]1、？61'、￥63961、〇脚日付〇1或其他 合适材料。在一个实施方式中，至少主体202的其中形成槽268的下部部分210是由塑料材料 制成。在另一实施方式中，下部部分210可由金属材料制成。
[0020] 主体202可为环形，具有中屯、220。主体202还可包括底表面270、内径壁208和外径 壁264。内径壁208限定保持环130的内环直径134,并且具有尺寸被调整成接收基板135的内 部半径。
[0021] 保持环130的主体202还可包括耐工艺的涂层，所述耐工艺的涂层可覆盖保持环 130的暴露于工艺条件和/或易于释放金属和/或积聚工艺材料的一个或更多个表面。耐工 艺的涂层可为疏水材料，其可防止与工艺流体的化学相互作用，诸如基于用于在抛光设备 100中处理基板135的抛光流体的化学性质来选择的聚合材料。聚合材料可为含碳材料，诸 如帕利灵(parylene)(聚对二甲苯），例如，帕利灵C(氯化线性聚对二甲苯）、帕利灵N(线性 聚对二甲苯)和帕利灵X(交联聚对二甲苯）。可使用的其他含碳材料包括聚酸酸酬(PEEK)、 聚苯硫酸(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇醋(E民TALYTEC珍TX化TX))、长寿命化学机械抛光 x5(CMP化5)聚醋、非晶透明聚酸酷亚胺化LTEM? 1000)、聚对苯二甲酸乙二醇醋(阳T)和类 金刚石碳(DLC)。
[0022] 多个槽268可形成在保持环130的下部部分210中。槽268从内环直径134延伸至下 部部分210的外径壁264。槽268可具有足够的深度W允许流体(诸如浆料和悬浮固体)通过 槽268从内环直径134移动至外径壁264。槽268的数量和配置可为可配置的和/或可取决于 工艺条件。例如，保持环130可W具有18个等距间隔开的槽268, W便在承载头150和保持环 130旋转时，允许流体从基板135的下方移出并且离开基板135。当基板正在进行抛光操作 时，流体将浆料和其他松散材料通过槽268运输离开基板135, W便减缓对基板135的表面的 刮擦或损坏。
[0023] 图3是沿图2的截面线3-3截得的保持环130的一部分的截面图。可将保持环130的 上部部分320同屯、地禪接至保持环130的下部部分210。主体202的上部部分320和下部部分 210可装配在一起，并且通过粘合材料(诸如环氧材料、氨基甲酸乙醋材料或丙締酸材料)在 界面330处结合。上部部分320可具有沿其底表面328的间隔件321。间隔件321提供在保持环 130的组件的上部部分320的底表面328与下部部分210的顶表面316之间。间隔件321提供均 匀间隙，所述均匀间隙最大程度地减少粘合材料挤压出或不均匀地填充在上部部分320的 底表面328与下部部分210的顶表面316之间，同时增强环130之间的尺寸可重复性。
[0024] 上部部分320具有内径壁322。下部部分210具有内径壁312。上部部分320和下部部 分210中每个的内径壁322、312与环组件的内环直径134是一致的。对上部部分320和下部部 分210两者的内径壁322、312进行抛光。内径壁322、312可通过研磨、CMP、火焰抛光、蒸气抛 光或通过其他合适的方法被抛光。内径壁322、312可被抛光至具有小于约30的W微英寸(μ in)计的平均粗糖度(Ra)，诸如在约化in与约ΙΟμLη之间，或约化in。
[0025] 在一个实施方式中，保持环130是由单块材料形成的，并且内环直径134可被抛光 至小于ΙΟμLη的Ra。内环直径134具有抛光/平滑表面，运改善了内环直径134槽磨损并且显 著减少颗粒产生。抛光内环直径134导致减少开槽W及与基板接触造成的磨损更少，并且另 外导致减少颗粒产生W及副产物的附着。另外，对内环直径134进行抛光使得清洁变得容 易，并且防止浆料和其他材料附着到内环直径134上。因此，对内环直径134的表面进行抛光 最大程度地减少颗粒进入基板135的抛光操作和刮擦/损坏基板135的表面。
[00%] 在另一实施方式中，保持环130的下部部分210具有被抛光至约如in与约ΙΟμLη之 间的内径壁312, W便减少在CMP过程中对基板135进行抛光时因与基板135碰撞而对保持环 130所造成的摩擦。内径壁312的减少的摩擦减少因碰撞造成的颗粒产生，并且减少浆料附 着至保持环130的内径壁312上。
[0027] 在另一实施方式中，上部部分320的内径壁322被抛光至约ΙΟμLη与约15μLη之间。 在又一实施方式中，上部部分320的内径壁322被抛光至约化in或更小。对内径壁322的抛光 防止浆料和其他材料附着至保持环130的内径壁322上，在所述内径壁322上，所述浆料和其 他材料可聚结并稍后移位，从而变为污染物和潜在的刮擦源。因此，减少保持环130的内径 壁322上的颗粒/副产物积聚有助于减少抛光的基板135上的缺陷。另外，抛光的内径壁322 清洁起来更为容易，因为浆料和其他材料实质上不附着至抛光表面。
[002引上部部分320具有外径壁324,所述外径壁324与保持环130的整个外径壁204重合。 下部部分210具有外径壁314,所述外径壁314与保持环130的整个外径壁204重合。下部部分 210的外径壁314可具有小于保持环130的整个外径壁204的一定尺寸334。外径壁324、314可 被抛光至具有小于约30的Wyin计的平均粗糖度(Ra)，诸如在约化in与约ΙΟμLη之间，或约4 yin。抛光表面减少浆料和其他材料对保持环130的外径壁324、314的附着性，并且促进将材 料从保持环130的外部清洁干净。因此，保持环130的外径壁324、314抑制浆料和抛光副产物 的积聚，由此降低在进行CMP时对基板135的表面造成微小刮痕的可能性。
[0029]尽管W上内容针对的是本发明的实施方式，但也可W在不背离本发明的基本范围 的情况下设计出本发明的其他和进一步的实施方式。
【主权项】
1. 一种用于抛光系统的保持环，所述保持环包括： 环形主体，所述环形主体具有： 底表面，所述底表面具有形成在其中的槽， 外径壁;和 内径壁，所述内径壁具有经选择以适应半导体基板的直径，其中所述内径壁被抛光至 小于约30微英寸(μLη)的平均粗糙度(Ra)。2. 根据权利要求1所述的保持环，其特征在于，所述环形主体进一步包括： 下部部分，所述下部部分具有下部抛光内径和形成在其中的所述槽;和 上部部分，所述上部部分具有上部抛光内径，所述上部部分同心地耦接至所述下部部 分。3. 根据权利要求2所述的保持环，其特征在于，所述下部抛光内径的平均粗糙度在约2μ in与约ΙΟμLη之间。4. 根据权利要求3所述的保持环，其特征在于，所述下部抛光内径的平均粗糙度为约4μ in〇5. 根据权利要求2所述的保持环，其特征在于，所述上部部分是由金属组成的，并且所 述下部部分是由塑料组成的。6. 根据权利要求2所述的保持环，其特征在于，所述上部抛光内径的平均粗糙度在约2μ in与约ΙΟμLη之间。7. 根据权利要求6所述的保持环，其特征在于，所述上部抛光内径的平均粗糙度为约4μ in〇8. 根据权利要求1所述的保持环，其特征在于，所述内径壁被配置成接收具有200mm、 300mm或450mm的直径的半导体基板。9. 根据权利要求1所述的保持环，其特征在于，所述外径壁被抛光至小于约30μLη的平 均粗糙度。10. 根据权利要求1所述的保持环，其特征在于，其中第二部分是由具有大于第一部分 刚度的刚度的材料制成。11. 一种CMP系统，所述CMP系统包括： 可旋转的压板，所述可旋转的压板配置成支撑抛光垫； 抛光头，所述抛光头配置成在抛光期间迫使基板抵靠着所述抛光垫;和 保持环，所述保持环包括： 环形主体，所述环形主体具有： 底表面，所述底表面具有形成在其中的槽， 外径壁;和 内径壁，其中所述内径壁被抛光至小于约30微英寸(μLη)的平均粗糙度(Ra)。12. 根据权利要求11所述的CMP系统，其特征在于，所述环形主体进一步包括： 下部部分，所述下部部分具有下部抛光内径和形成在其中的所述槽;和 上部部分，所述上部部分具有上部抛光内径，所述上部部分同心地耦接至所述下部部 分。13. 根据权利要求12所述的CMP系统，其特征在于，所述下部抛光内径的平均粗糙度在 约2μLη与约ΙΟμLη之间。14. 根据权利要求13所述的CMP系统，其特征在于，所述下部抛光内径的平均粗糙度为 约4μLη。15. 根据权利要求12所述的CMP系统，其特征在于，所述上部部分是由金属组成的，并且 所述下部部分是由塑料组成的。16. 根据权利要求12所述的CMP系统，其特征在于，所述上部抛光内径的平均粗糙度在 约2μLη与约ΙΟμLη之间。17. 根据权利要求16所述的CMP系统，其特征在于，所述上部抛光内径的平均粗糙度为 约4μLη。18. 根据权利要求11所述的CMP系统，其特征在于，所述内径壁被配置成接收具有 200mm、300mm或450mm的直径的半导体基板。19. 根据权利要求11所述的CMP系统，其特征在于，所述外径壁被抛光至小于约30μLη的 平均粗糙度。20. 根据权利要求11所述的CMP系统，其特征在于，其中第二部分是由具有大于第一部 分刚度的刚度的材料制成。
【文档编号】B24B37/32GK105983901SQ201610151349
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】胡永其, 西蒙·亚沃伯格, 甘加达尔·希拉瓦特, 凯瑟拉·R·纳伦德纳斯
【申请人】应用材料公司