专利名称：化学机械抛光用的带凸缘夹持环的制作方法
技术领域：
本实用新型一般涉及基片的化学机械抛光，更具体地说，涉及化学机械抛光用的夹持环。
背景技术：
集成电路往往通过在硅基片上有序地沉积导电，半导电或绝缘层而制成。一个制造步骤包括沉积填料层于非平面表面上，并平面化该填料层直到非平面表面被暴露出来。比如，可将一导电填料层沉积于一成图案的绝缘层上以填充绝缘层上的沟槽或孔。然后抛光该填料层，直到露出绝缘层上凸起的图案。平面化之后，保留在绝缘层上凸起的图案间的导电层部分形成通路(vias)、填塞(plugs)和导线(lines)，以在基片上的薄膜线路间提供导电通路。另外，为进行光刻(工艺)，也有必要对基材表面进行平面化。
化学机械抛光(CMP)是一个可接受的平面化方法。该平面化方法通常要求将基片固定到CMP装置的一个夹头(carrier)或抛光头上。基片暴露的表面紧靠着转动的抛光圆盘垫或带状垫。抛光垫可以是“标准”垫或一种固定磨料的垫。标准垫有耐磨的粗糙表面，而固定磨料的垫的磨料颗粒粘着在保持介质中。夹头在基片上提供一可控负载，以将基片推向抛光垫。向抛光垫表面加入一种抛光浆料，该浆料包括至少一种化学活性试剂，如果使用标准垫，还要加入磨料颗粒。
实用新型内容一方面，本实用新型提供一种夹持环，其通常为一环状体，有一顶表面，一底表面，一内径表面和一外径表面。该外径表面包括具有一下表面的一向外凸出的凸缘，该底表面包括多个沟槽(channels)。
本实用新型的实施可包括一个或多个下述特征。下表面可基本上平行于顶表面和底表面。外径表面可包括一锥形段，其有一周长，向底表面方向比向顶表面方向的距离大。外径表面可包括一位于锥形段和底表面之间的垂直段。该锥形段相对于底表面形成60。的角。内径表面可包括一锥形段，其有一周长，向顶表面比向底表面的距离大。该内径表面可包括一位于锥形段和底表面之间的垂直段。锥形段相对于顶表面形成80。的角。底表面可包括18个沟槽。顶表面可包括多个孔，例如，其中可形成18个孔。从内径表面到外径表面至少延伸一个漏孔。内径表面靠近底表面处的半径约为300mm。
在另一方面，本实用新型提供用在化学机械抛光中的夹头的夹持环，其有用于固定基片的表面。夹持环有一个大体呈环形的下部，该下部有用于和抛光垫接触的底表面，其中该底表面包括多个沟槽；夹持环还有一个大体呈现环形的上部，该上部固定到该下部上，该上部有一带环状凸起的外径表面。
本实用新型的实施可包括一个或多个下列特征。环状凸起可有一个水平的下表面、一个水平的上表面和一个垂直的圆柱状外表面，该圆柱状外表面与上表面和下表面连接。所述下部可有一半径约为300毫米的内径表面。该外径表面可包括一锥形段，其中该锥形段有一周长，其向上部方向比向下部方向的距离大。所述下部和上部作为单个部件形成。
另一方面，本实用新型提供用于化学机械抛光的夹持环，其有用于固定基片的表面。该夹持环有一个带锥形表面的内径表面。所述夹持环的内径表面有一周长，其向底表面方向比向顶表面方向的距离小。
本实用新型的实施可包括一个或多个下列特征。内径表面可包括一个柱状垂直表面。
本实用新型的一个潜在优势是，由于夹头被降低以接收传输台上的基片，夹持环的外径表面的锥形壁可接合到装载杯(load cup)的内表面以导引入夹持环和基片对准。这改善了夹持环和由传输台固定的基片的同心度，并提高了装载过程的可靠性。
本实用新型另一个优势是夹持环外径上的凸缘的扁平下表面能配合并放置在装载杯的上表面上。这改善了夹头和基片间的平行度，并提高了装载过程的可靠性。另外，即使夹持环已被磨损，凸缘的扁平下表面与装载杯上表面的正确配合也可以确保这种平行。
图1是根据本实用新型夹持环的部分横截面透视图。
图2A是图1中的夹持环的仰视图。
图2B是图1中的夹持环的侧视图。
图3是图1中的夹持环的透视图。
图4是图3中的夹持环沿线3-3的横截面图。
具体实施方式
参考图1，3和4，夹持环100是大体呈环状的环体，其可被装载到CMP装置的夹头上。专利号为5,738,574的美国专利中说明了一种适当的CMP装置，且在专利号为6,251,215的美国专利中说明了一种适当的夹头，这两个专利并入这里作为参考。夹持环100配合进装载杯中，用于定位、定中心并固定CMP装置传输台上的基片。申请日为1999年10月8日，申请号为09/414,907，题为边缘接触装载杯(EP公布号1061558)的专利申请中描述了一种适当的装载杯，该专利被转让给本实用新型的受让人，该公布在此被并入参考。
夹持环100由两个组件做成。第一个组件是下部105，其有一平底表面110，该底表面包括18个沟槽210或凹槽，如图2A和2B(其可能有不同数目的沟槽)所示。直沟槽210开始于底表面110的内周且终止于外周，并且沿夹持环100周围等角度间隔分布。该沟槽通常相对于径向成45°，且延伸通过夹持环100的中心，但别的方向的角度，例如也可以为30°和60°之间。
再参考图1，3和4，下部105的一内径表面115形成一个直的垂直柱状表面。相对地，下部105的外径表面120包括垂直部分125和向外倾斜部分130，该垂直部分125起始于底表面110邻近处，，该倾斜部分从垂直部分125向外延伸。外径表面的该向外倾斜部分130可以相对夹持环的底表面110形成一大约60°的角。下部105的一扁平顶表面135平行于底表面110。该顶表面135和外径表面120的倾斜部分130相交成一钝角，且和内径115基本成直角。内径115限定出夹持环100的基片接收槽140。
夹持环100的下部105可由对CMP工艺呈化学惰性的材料形成。该材料应有足够弹性，使得基片边缘紧靠夹持环100时，不会引起基片碎裂或破裂。然而，夹持环100弹性不能大到当夹头向下对夹持环100施加压力时，使夹持环被挤进基片接收槽140。虽然夹持环被磨损是可接受的，但夹持环100也应该耐用且有低的磨损率。例如，夹持环100可由塑料制成，比如聚亚苯基硫化物(PPS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚醚醚酮(PEEK)，对聚苯二甲酸亚丁酯(PBT)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚苯并咪唑(PBI)，聚醚酰亚胺(PEI)，或复合材料。
夹持环100的第二个组件是上部145，其有一平底表面1 50和一顶表面160，该顶表面160和底表面150平行。顶表面160包括18个孔165以容纳螺钉、螺栓、或别的硬件以将夹持环100和夹头固定在一起(可能有不同数目的孔)。另外，上部145中可有一个或多个对准孔170。如果夹持环100有一个对准孔170，当夹头和夹持环100正确对准时，夹头可有相应的与对准孔170匹配的销(pin)。
上部145的外径表面175包括一个向外倾斜段190，一个水平段185，和一个垂直段180。外径表面175的该向外倾斜段190可相对夹持环的底表面110形成大约60°的角。上部145的内径表面155向外倾斜以使内径表面155的顶端直径比底端大。向外倾斜的内径表面155可相对夹持环的顶表面160形成大约80°的角。顶表面160和外径表面175基本相交成直角，而底表面150和外径表面175基本相交成钝角。水平段185分别平行于顶表面160和底表面150。上部145的顶表面160，垂直段180，和水平段185一起形成凸缘195。
夹持环100的上部145包括一个或多个漏孔200，例如，沿夹持环周围以等角度分布的4个漏孔。这些漏孔200从夹持环的内径表面155穿过夹持环到外径表面175，比如，到倾斜段190中。漏孔可被斜置，比如，在内径表面上比在外径表面上位置高。可替换地，漏孔可基本水平，或夹持环也可不设漏孔。
上部145可由刚性材料形成，比如金属。其他可形成上部的合适金属包括不锈钢，钼或铝。可替换地，也可用陶瓷。
下部105和上部145在它们的顶表面135和底表面150分别连接，以形成夹持环100。当上部145和下部105对准并匹配上时，夹持环100以恒定的角度沿外径表面120，175，形成有一个一体的锥形表面130，190。该两个部件可使用一种粘合剂，螺栓或压配件连接到一起。粘合剂层可以是两部分缓慢固化的树脂，比如Magnobond-6375TM，可从Magnolia Plastics of Chamblee，Ga得到。
当夹持环100被固定到夹头的基座上时，外径180顶端的外周可基本上和夹头基座的外周相同以便沿夹头外边缘无间隙。
在CMP装置的正常操作中，一机械臂从贮藏盒中将一300mm基片移到传输台。在传输台上，基片位于装载杯的中心。夹头移进装载杯上方的位置上。一旦夹头和装载杯相互对准，就将夹头降低到拾起基片的位置。具体来说，就是将夹头降低到使夹持环的外径表面120，175的底端装入装载杯。为了辅助夹持环100定中心，夹持环100的最窄部分首先进入装载杯。随着夹头降低，锥形边130，190和装载杯的内表面配合，并导引入夹持环100和装载杯同心对准。该对准同时将基片和夹持环100彼此同心地对准(假定基片已在装载杯中适当地对准)。
随着夹头进一步降低，夹持环的凸缘195与装载杯的水平部分基本结合并停留于其上。该平的环状表面使装载杯中的基材和夹持环100和夹头之间保持一平行的位置。
一旦基片被装载入夹头，夹头升起而脱离装载杯。夹头可以从传输台向CMP装置上的每个抛光台迁移。在CMP抛光的时候，夹头施加压力至基片并保持基片紧靠抛光垫。在抛光(工艺)序列中，基片位于接收槽140中，其阻止了基片脱离。当夹持环100和抛光垫接触时夹持环100中的沟槽210能促进浆料流至基片和从基片流走。一旦抛光结束，夹头返回到装载杯上面的一个位置并降低，以便夹持环100和装载杯再次结合。夹头释放基片，且随后转移到抛光(工艺)序列的下一步。
本实用新型已以几个实施方案作了说明。然而本实用新型不限于此处说明的实施方案。而且，本实用新型的范围由权利要求界定。比如，在水平段185之上，夹持环100的外径180可是直的或斜的几何结构。内径145可是直的，斜的或两者混合的几何形状。夹持环100也可由单块塑料，例如用PPS做成，而不是分别形成上部145和下部105。
权利要求1.一种化学机械抛光用的带凸缘夹持环，其特征在于包括一大体为环状的本体，其有一顶表面，一底表面，一内径表面和一外径表面，其中所述的外径表面包括一向外凸出的凸缘，所述凸缘有一下表面，且所述底表面包括多个沟槽。
2.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于所述下表面基本平行于所述顶表面和所述底表面。
3.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于所述外径表面包括一锥形段，其有一周长，向所述底表面方向比向所述顶表面方向的距离大。
4.根据权利要求3所述的夹持环，其特征在于所述外径表面包括一位于所述锥形段和所述底表面之间的垂直段。
5.根据权利要求3所述的夹持环，其特征在于所述锥形段相对所述底表面形成一大约为60°的角。
6.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于所述的内径表面包括一锥形段，其有一周长，向所述顶表面方向比向所述底表面方向的距离大。
7.根据权利要求6所述的夹持环，其特征在于所述内径表面包括一位于所述锥形段和所述底表面之间的垂直段。
8.根据权利要求6所述的夹持环，其特征在于所述锥形段相对于所述顶表面形成一大约为80°的角。
9.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于所述底表面包括18个沟槽。
10.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于所述顶表面包括多个形成于其上的孔。
11.根据权利要求10所述的夹持环，其特征在于所述顶表面包括18个孔。
12.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于还包括至少一个漏孔，其从所述内径表面延伸到所述外径表面。
13.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于所述内径表面在邻近所述底表面附近的半径约为300mm。
14.根据权利要求1所述的夹持环，其特征在于其中所述大体为环状的本体包括一大体为环状的下部和固定到所述下部的大体为环状的上部；以及所述大体为环状的上部具有一向外凸出的凸缘。
15.根据权利要求14所述的夹持环，其特征在于所述向外凸出的凸缘包括一水平下表面，一水平上表面和一垂直柱状外表面，所述垂直柱状外表面连接所述下表面和所述上表面。
16.根据权利要求14所述的夹持环，其特征在于所述下部有一内径表面，所述内径表面的半径约为300mm。
17.根据权利要求14所述的夹持环，其特征在于所述外径表面包括一锥形段，其中所述的锥形段有一周长，其向所述上部方向比向所述下部方向的距离大。
18.根据权利要求14所述的夹持环，其特征在于所述下部和所述上部是作为单个部件来形成的。
专利摘要一种大体为环状的化学机械抛光用的带凸缘夹持环，其有一顶表面，一底表面，一内径表面和一外径表面。该外径表面包括一向外凸出的凸缘，该凸缘有一下表面，且该底表面包括多个沟槽。
文档编号B24B37/00GK2760754SQ0326402
公开日2006年2月22日 申请日期2003年5月29日 优先权日2003年2月5日
发明者D·A·马罗, M-K·曾 申请人:应用材料有限公司