运用于化学机械抛光工艺中的保持环的轮廓及表面制备的方法和设备的制造方法_2

文档序号:9800439阅读:来源:国知局
屯、的压力轮廓被转移至基板110并被转移远离 (translate against)抛光垫125的抛光表面120。第一变压源178A被独立配置成将流体 输送至每个囊袋174、176, W便控制通过柔性膜170到达基板110的离散(discrete)区域 的力。另外,可在承载头105中提供真空端口(未示出),W把抽吸力(suction)施加于基 板110的背侧,从而促进将基板110保持在承载头105中。可适于从本公开内容受益的承 载头105的实例包括TITAN肥AD?、TITAN C0NT0UR?W及TITAN PROFILER?承载头(运些 承载头可购自 Santa Clara, California(加州圣克拉拉市)的 Applied Materials, Inc. (应用材料公司)W及可购自其他制造商的其他承载头。
[0033] 在一个实施方式中,保持环115借助致动器180禪接至主体168。致动器180是由 第二变压源178B控制的。第二变压源178B提供流体或将流体从致动器180去除,运使保 持环115沿着Z方向相对承载头105的主体168移动。第二变压源178B适于提供独立于 电机162所提供的移动的保持环115的Z方向移动。第二变压源178B可通过把负压或正 压施加于致动器180和/或保持环115来提供保持环115的移动。在一方面,在抛光工艺 中,压力被施加于保持环115, W将保持环115推向抛光垫125的抛光表面120。
[0034] 如上所述,保持环115可在基板110抛光期间接触抛光表面120。化学物质输送系 统138可在抛光期间输送抛光流体144至抛光表面120和基板110。形成于保持环115中 的槽172促进将抛光流体144 W及夹带的抛光碎屑运输通过保持环115并且远离基板110。 在处理基板110后,基板110可从承载头105被去除。
[0035] 图2是图1的承载头105和保持环115的一部分的横截面视图。承载头105可包 括第一支撑结构200A和第二支撑结构200B。第二支撑结构200B可用W推动基板110抵 靠抛光垫125,而第一支撑结构200A将基板保持在承载头105中。第二支撑结构200B可 具有用于将第二支撑结构200B紧固到附接至承载头105的主体168的晓曲隔膜(flexure diap虹agm) 215的上部夹具205和下部夹具210。运种布置允许在第二支撑结构200B中进 行的竖直移动,同时抛光基板110。下部夹具210的底表面被禪接至囊袋174 W及柔性膜 170,该囊袋174和柔性膜170作为第二支撑结构200B的一部分而一致地移动。
[0036] 保持环115可为环形,并且包括共享(share)图1中所示承载头105的中屯、线166 的中屯、线。承载头105的第一支撑结构200A还可包括保持环115,该保持环115具有底表 面220、内径侧壁225 W及外径侧壁230。保持环115可由主体235构成,主体235可由单 块材料形成。可替代地,主体235可由两个或更多个部分形成。主体235的部分可包括配 合在一起W形成环形主体235的一个或多个块件(piece)。在一个实施方式中,保持环115 的主体235属于单体构造 (single unitary construction)。在另一实施方式中,保持环 115的主体235是由两个或更多个环形部分形成的。例如,保持环115可具有附接至下部部 分245上的上部部分240。粘合剂(a化esive)层250可用W将保持环115的上部部分240 粘合至保持环115的下部部分245。粘合剂层250可为环氧材料、尿烧(urethane)材料、或 丙締酸(acirlic)材料。
[0037] 主体235、或至少上部部分240可由金属材料形成,该金属材料诸如是不诱钢、侣、 钢、或另一种耐处理的(process-resistant)金属或合金、或陶瓷或陶瓷填充的(ceramic filled)聚合物塑料、或运些或其他合适材料的组合。在一个实例中,主体235的上部部分 240可由诸如不诱钢之类的金属形成。另外,主体235、或至少下部部分245可由塑料材料制 成,该塑料材料诸如是聚苯硫酸(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、聚糞二甲酸下二醇醋、ER'rALYTE'K' TX、阳EK、T0RL0N ''、DEL艮?Ν\ 阳了、 VESPF丄% DURAT民0L\或运些或其他合适材料组合。在一个实例中,主体235的 下部部分245可由陶瓷材料制成。在一个实施方式中,上部部分240提供刚性,而下部部分 245则提供接触抛光垫125的抛光表面120的牺牲表面255。牺牲表面255趋于在抛光工 艺期间磨损,并且必须在许多循环后进行替换。
[0038] 如上所述,常规的保持环使用常规CNC加工方法制造。通过运些方法实现的表面 光洁度(平均表面粗度(Ra))和平整度通常分别为约16Ra和0.001英寸。运些水平下的 加工公差和光洁度并不产生有生产价值的部分,因为在抛光期间那样加工的保持环产生不 可接受量的颗粒。此外,具有大体平整(flat) (0.001英寸)轮廓的常规保持环已被证明不 充分地控制抛光垫表面的拓扑结构,因此在用于生产前需要延长的磨合工艺。
[0039] 已经发现,最佳抛光是使用具有在牺牲表面255上的倒锥的保持环115来实现的 (即其中保持环115的内径侧壁225的厚度略微薄于外径侧壁230的厚度)。另外,已经发 现,将保持环115的牺牲表面255的粗糖度改变为比约16Ra小得多的粗糖度减少颗粒并且 增强抛光。
[0040] 图3是如本文所述的保持环115的一个实施方式的第一支撑结构200A的等距仰 视图。其中形成有槽172的牺牲表面255被禪接至主体235。主体235可W包括约11英寸 至约12英寸的内部尺寸300 (例如直径)W及约12英寸至约13. 5英寸的外部尺寸305 (例 如直径)。多个孔310也形成为穿过主体235 W用于促进至承载头105(图1和图2中所 示)的附接。
[0041] 图4是沿图3的线4-4的保持环115的侧视横截面视图。下部部分245被禪接至 上部部分240。下部部分245还包括牺牲表面255,牺牲表面255包括圆锥锥度400。在一 些实施方式中,圆锥锥度400为约175度至约185度。
[0042] 图5是图4的保持环115的放大局部截面视图。保持环115的下部部分245的牺 牲表面255包括倒锥形表面500。倒锥形表面500是由内径侧壁225的厚度Τ'与外径侧 壁230的厚度Τ"的差异界定的。厚度Τ'与厚度Τ"之间的差异可由锥高505限定,锥高可 W是约0. 0003英寸至约0. 00015英寸诸如是约0. 0002英寸。在一些实施方式中,倒锥形 表面500可包括小于0. 002英寸的平整度W及镜面光洁度(即约4百万分之一英寸至约5 百万分之一英寸RM巧。
[0043] 用于形成保持环的方法巧巧备
[0044] 图6是用于在保持环115的下部部分245的牺牲表面255上产生倒锥形表面500 的固定装置600的一个实施方式的侧视横截面视图。固定装置600可在保持环115禪接在 其上时放置在抛光模块(未示出)上,W便形成倒锥形表面500。如下文将参考图11更详 细地描述,执行使用抛光垫的抛光工艺,W形成倒锥形表面500。
[0045] 图7是图6中示出的固定装置600的放大局部截面视图。固定装置600包括夹紧 装置605、外部夹环610 W及固定板615。外部夹环610可包括紧密接收下部部分245的外 径侧壁230的内部尺寸。夹紧装置605 W及固定板615可由诸如侣或不诱钢之类的金属材 料制成。在一个实施方式中,夹紧装置605包括外部夹紧装置,外部夹紧装置控制保持环 115的下部部分245上的侧向负载。外部夹环610可由聚酸酸酬材料或等效(equivalent) 耐久的塑料材料制成。外部夹环610可通过支撑外径侧壁230来降低保持环115的下部部 分245的外径侧壁230的抛光速率。运提供了对与外径侧壁230相比的内径侧壁225的 抛光速率的另外控制。此外,运种外部夹环610的存在可控制外径侧壁230边缘处的嵌条 (fillet)的形成。
[0046] 夹紧装置605可W包括使用紧固件640紧固至彼此和/或紧固至外部夹环610的 两个环形环620和625。所述紧固件中的一个可W是调节紧固件,而另一个紧固件可W是锁 定紧固件。另外多个紧固件645可用W将固定板615禪接至保持环115的上部部分240。 夹紧装置605具体地环形环625可搁置在从上部部分240的外表面径向向外延伸的肩部 630上。紧固件640和紧固件645的梓紧促进固定板615和外部夹环610的禪接,使得固 定装置600与保持环115成整体。利用外部夹环610使得保持环115的下部部分245相对 于抛光垫(未示出)的表面保持为垂直(square),同时形成倒锥形表面500。相对于牺牲 表面255对外部夹环610的下部表面650所进
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