CN201346739Y - 开槽的固定环 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是揭示一种用于化学机械研磨的固定环。此环的底部表面具不相交(non－intersect)的沟槽(grooves)。所述交替沟槽彼此呈相对角度。
Description
技术领域
本发明大体上与化学机械研磨基材相关，更明确而言是与用于化学机械研磨的固定环相关。
背景技术
一般是通过连续沉积导体、半导体或绝缘层于硅基材上而在基材上形成集成电路。其中一制作步骤包括沉积填充层(filler layer)在非平面表面上，以及平坦化填充层直至非平面表面外露。例如：可沉积导电性填充层于图样绝缘层上以填充绝缘层内的沟渠或孔洞。接着研磨填充层直至绝缘层的凸起图样外露。平坦化之后，残余在绝缘层凸起图样间的导电层部份会形成介层洞、插塞与线路，而于基材上的薄膜电路间形成导电通路。此外，需要平坦化基材表面以进行微影。
化学机械研磨为平坦化可接受的方法之一。此平坦化方法通常需要将基材固定在装载件(carrier)上或化学机械研磨装置的研磨头(polishinghead)上。基材外露表面被安置于旋转的研磨圆盘垫(polishing disc pad)或带状垫(belt pad)上。研磨垫可为标准研磨垫或固定磨粒研磨垫(fixedabrasive pad)。标准研磨垫具耐粗糙表面，反的固定磨粒研磨垫则具包含磨料微粒(abrasive particles)的包封媒介(containment media)。装载头(carrier head)提供一可控制负载于基材上，以推压基材按抵研磨头。包含至少一化学反应剂的研磨液(polishing slurry)以及磨料微粒(假如使用标准研磨垫)则会供应至研磨垫表面。
发明内容
在一态样中，本发明是关于固定环，其大体上为具顶部表面、底部表面、内径表面、与外径表面的环形本体。底部表面包含数个通道(channels)，其中第一通道以第一角度与固定环径向部份(radial segment)相交，以及第二通道以第二角度与固定环径向部份相交。第一角度与第二角度不同且第一通道不与第二通道相交。
本发明实施例可含一或多个下列特征。第一角度相对于第二角度可为约90度。环件可具有18或26个通道。在一些实施例中，第一通道不与第二通道接触。底部表面可含第一组通道，其每一是位于第一角度，以及第二组通道，其每一是位于第二角度。第一组通道与第二组通道交替出现于基材底部表面上。第一组通道可含数个通道，每一通道是与对应各通道的径向部分呈约45度；以及第二组通道包含数个通道，每一通道是与对应各通道的径向部分呈约135度。固定环可为两部件的固定环。
本发明的一或多个实施例细节，将在伴随图标与下文描述中提出。其它本发明的特征、对象、与优点将自描述与图标、以及自权利要求中明显揭露。
附图说明
图1为固定环的透视图。
图2为传统固定环与文中所述固定环的效能比较图。
各式图标中的相同参考符号表示为相同组件。
主要组件符号说明
100固定环110底部表面
120第一组通道 130第二组通道
140内圆周 150外圆周
160径向部份 180基材接收凹槽
200图 210结果
220结果
具体实施方式
根据图1，固定环100大体为环形的环，可牢固于化学机械研磨装置的装载头。适当的化学机械研磨装置是描述于美国专利案号5,738,574中，以及适当的装载头则描述于美国专利案号6,251,215中，在此完整揭露以互为参考。
固定环100具平坦的底部表面110，其含通道(channels)120、130或沟槽。通道120、130始自底部表面110之内圆周140，终于外圆周150。一些实施例中，环绕着固定环100以相同角度等距离分配通道120、130。通道120、130可分为两组。第一组通道120大体上以相对于径向部份160的45度角延伸经过固定环100的中心，但其它角度也是可能的(如：介于30度至60度)。第二组通道130大体上以相对于径向部份160为135度的角度配置，如：介于120度至150度。意即第一组通道与第二组通道并非互相平行或彼此呈相对角度。
一些实施例中，交替通道以近乎相同角度自其关联的径向部份定位。由此于固定环的底部表面110上形成有些类似V的图样。然而邻近通道在固定环的表面上并不相交。每一通道120、130为单独通道，其不与相邻通道相交或重叠。如果延伸通道超出固定环的表面，通道将以近乎90度彼此相交，但此角度亦可介于75度与105度。通道可为直线或曲线。通道宽度可介于约0.1至约0.2英寸，如：约为0.125英寸。通道深度可介于约0.1至约0.2英寸，如：深约为0.120英寸。
固定环100可由对化学机械研磨制程为惰性的物质来形成。此物质需具有足够弹性，使基材边缘与固定环100接触时不致发生基材碎裂或爆裂。然而，固定环100也不能弹性过大，当装载头对固定环100施予下降压力时会使其挤压进基材接收凹槽180。虽然固定环100摩损是可接受的，但固定环100亦需具有耐受性与低磨损率。例如：固定环100可为塑料制，如聚苯硫(polyphenylene sulfide，PPS)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚苯并咪唑(polybenzimidazole，PBI)、聚醚醯亚胺(polyetherimide，PEI)、或复合材料。
固定环100的上表面包含孔眼(holes)以承接螺栓、螺钉、或其它金属器件以确保固定环100与装载头牢固地接在一起(孔眼数目可为不同)。此外，可设置一或多个对准装置于上部件。如果固定环100具对准装置，当装载头与固定环100正确对准时，装载头可具符合对准装置的对应针(pin)。固定环100亦可具排出孔(drain holes)用以将任何研磨液排至环外。
固定环100可制作为一或两部件。如果固定环100同时具下部件与上部件，上部件可具平坦的底部表面以及与底部表面平行的上表面。上部件的底部表面与下部件的上表面吻合。两部件可藉黏着剂、螺钉、或嵌合式结构(press-fit configuration)连结。黏着层可为两成份慢速固化环氧树脂(slow-curing epoxy)，如位于美国乔治亚州查伯利的麦格诺里拉塑料公司(Magnolia Plastics)所提供的Magnobond-6375TM。
上部件可以坚固物质制作，如金属。适于制作上部件的金属包含不锈钢、钼、或铝。亦可以陶瓷替代。
当固定环100牢固于装载头基座(base)上时，外半径的上方圆周大体上与装载头的基座圆周相同，因此沿着装载头外缘不会有缺口存在。
在化学机械研磨装置的一般操作中，机械手臂可自晶片存放盒移动300毫米基材至传送站(transfer station)。在传送站里，于装载杯(loadcup)中将基材置中。装载头移动至装载杯上方位置。当装载头与装载杯大体上相互对准时，装载头将下降至可收取基材的位置。
一旦基材装载至装载头时，装载杯会升离装载头。装载头可自传送站移动至化学机械研磨装置的每一研磨站(polishing stations)。研磨站可含平台，特定研磨液会于研磨期间供应至其上。在化学机械研磨过程中，装载头提供压力至基材并托住基材对着研磨垫。在研磨程序中，基材位于接收凹槽内以防基材脱落。当固定环100与研磨垫接触时，固定环100的通道120、130可促进研磨液传送至基材与传出基材。相对的通道(opposingchannels)或双旋(dual-swirl)结构可改善于研磨制程中研磨液的大量传送情形。第一组通道以相对于径向部分的一方向定位每一通道。相对的第二组通道将研磨液旋出凹槽180。被推出凹槽180的研磨液可含使用过的研磨液与研磨副产物。
通道彼此不重叠，以预防自固定环凹槽挤出的研磨液立刻流回凹槽，这种情况在沟槽重叠时常会发生。
当第一研磨站研磨完成，装载头可移动基材至下一研磨站。
上述的双旋通道设计可有效降低研磨站与平台交叉污染。在一些研磨系统中，两不同研磨站中所使用的研磨液互不兼容。在各站的间，清洗固定环、头与基材。对传统系统而言(使用最佳已知方法)，对降低具单一组通道(皆以相同方向定位)固定环上的研磨液的足够清洗时间为约15-20秒。装载头于清洗中旋转。于双旋固定环中，组合顺时钟方向沟槽的旋转允许清洗液体进入此环凹槽，以及组合反时钟方向沟槽的旋转允许研磨制程的副产物离开此环凹槽。
根据图2，双旋固定环可提供研磨基材相较于传统研磨方法的改善研磨曲线与分布。结果210是来自未具相对通道的传统固定环。传统固定环具18个相同方向的顺时钟通道，于研磨中推动研磨液进入头。两环用以自基材表面移除铜。研磨工具皆以65rpm(每分钟转数)执行15秒、施于基材背侧的计示压力为1.2psi(磅/平方英寸)。结果220为于底部表面具两组通道的双旋固定环，每一组包含18个通道。如在图200所见，横越以传统固定环研磨的基板的基材移除曲线(removal profile)，在整个基材表面是不平坦的。相较于边缘处，有更多铜自基材中心被移除。更明确而言，当约650埃或更少的铜自基材边缘被移除时，有超过800埃的铜自基材中心被移除。使用双旋固定环，介于约600与700埃的铜于基材表面被移除。双旋固定环的变异小于100埃。
在此虽已描述本发明数个实施例。但仍可在不背离本发明精神与申请专利范围的下，提出各式改良。例如：双旋观念可应用于具导电性部件(用于化学机械研磨)的固定环，如描述于2005年5月11日发布的「具导电性部件的固定环」，美国专利申请案号11/127,790、以及于2004年12月2日发布的「经偏压的固定环」，美国专利申请案号11/003,083、以及于2006年1月29日发布，发行案号为US2006-0137819A1。同样地，其它实施例亦在权利要求之内。
所有提及的参考在此文中互为参照。
Claims (7)
1.一种用于化学机械研磨的固定环，其特征在于，至少包含：
大致上环状的环形件，具有底部表面，该底部表面包含数组通道，各个通道自该环状的环形件的内径延伸至该环状的环形件的外径，其中各组通道的第一通道是以第一角度与该固定环的径向部份相交，以及各组通道的第二通道是第二角度与该固定环的该径向部份相交，该第一角度与该第二角度不同且该第一通道不与该第二通道相交且该些通道是直的。
2.如权利要求1所述的固定环，其特征在于，该第一角度相对于该第二角度为约90度。
3.如权利要求1所述的固定环，其特征在于，该环件具至少18个通道。
4.如权利要求1所述的固定环，其特征在于，该第一通道不与该第二通道接触。
5.如权利要求1所述的固定环，其特征在于该第一组通道包含数个通道，每一通道是与对应各通道的径向部分呈约45度；以及该第二组通道包含数个通道，每一通道是与对应各通道的径向部分呈约135度。
6.如权利要求1所述的固定环，其特征在于，该环形件包含36个通道。
7.如权利要求1所述的固定环，其特征在于，该环状的环形件具有上部件与下部件，该上部件是由金属或者陶瓷构成。
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