CN2780407Y - 用于化学机械抛光装置中运载头上的固定环 - Google Patents
用于化学机械抛光装置中运载头上的固定环 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于化学机械抛光装置中运载头上的固定环，此固定环具有下表面，内表面和外表面，并且在下表面上有多个凹槽。每个凹槽可包括内拖曳表面和浆料捕集区域。通道连接浆料捕集区域和内表面。内拖曳表面可被构造用于将嵌入工具固定在其上，此嵌入工具有接触边，此接触边用于摩擦性地接触抛光垫。
Description
技术领域
本实用新型一般关于基片的化学机械抛光(chemical mechanicalpolishing)，更具体地关于用于化学机械抛光装置中运载头上的固定环(retaining ring)。
背景技术
通过导电层、半导电层或者绝缘层的顺序沉积，集成电路通常形成在基片上，特别是硅片上。在每一层沉淀之后，层被蚀刻以形成电路特征。当一系列的层被顺序地沉积而且蚀刻的时候，基片的外表面或者最上面表面，即，基片的暴露表面，逐渐地变得较不平坦。这个非平坦(non-planar)的外表面给集成电路制造者带来了问题，因为，非平坦表面能妨碍光刻装置(photolithography apparatus)的正确聚焦。因此，需要定期地平面化(planarize)基片表面以提供一个平坦表面。事实上，平面化(planarization)抛掉非平坦的外表面，无论是导电层、半导电层或者绝缘层，以形成一个相对平坦的、光滑的表面。
化学机械抛光是平面化的一个公认方法。这种平面化方法典型地需要将基片装在运载头(carrier head)或者抛光头(polishing head)上，并且暴露出要被抛光的基片表面。然后，基片对着旋转的抛光垫(rotating polishing pad)放置。运载头也可以旋转和/或振动(oscillate)，以便在基片和抛光表面之间提供附加运动。此外，为了在垫和基片之间的交界面上提供研磨化学溶液(abrasive chemical solution)，可以在抛光垫(polishing pad)上散布抛光浆料(polishing slurry)，其中包括研磨剂(abrasive)和至少一种化学活性试剂。另外，抛光垫可以被周期性地调节(conditioned)，以保持均匀抛光率(uniform polishing rate)。
实用新型内容
一方面，本实用新型涉及一个固定环，它用在化学机械抛光装置中的运载头上。该固定环包括环形圈(annular ring)，它有下表面(bottomsurface)、内表面(inner surface)和外表面(outer surface)，以及下表面上的多个凹槽(recesses)。每个凹槽包括内拖曳表面(inner trailingsurface)，浆料捕集区域(slurry capture area)，以及通道(channel)，它把浆料捕集区域连接到内表面。
本实用新型的实施例可以包括一个或者多个下面的特征。内拖曳表面可以向后倾斜，并相对于下表面形成一个锐角，或者向前倾斜，相对于下表面形成一个钝角。内拖曳表面可以被设置成，在其中固定有一个嵌入工具(insert tool)，此嵌入工具有一个接触边，用于和化学机械抛光装置上的抛光垫磨损性地接触(abrasively contacting)。环形圈可以用选自包括下面材料的组中的材料制成，这些材料包括：聚苯硫醚(polyphenyl sulfide)(PPS)、聚酰亚胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯、乙缩醛、聚醚酰亚胺(PEI)，或者它们的组合。至少一个凹槽可以拥有一个被设计用来嵌套(nesting)的形状，而且可以被放置在下表面，与至少另外一个凹槽嵌套。被多个凹槽覆盖的总凹进面积(total recessed area)可占下表面的总设计表面面积(total projected surface area)的20％到80％之间。通道可以被放置在一个平面中，此平面基本上平行于下表面，并且和下表面有一定距离。每个凹槽具有的三维形状可用以在固定环的厚度减小的时候，保持固定环的功能特性。每个凹槽可以有浆料进料区域(slurry feeding area)，它可以包括一个位于环形圈的外表面的开口。在外表面上的所有开口的总表面面积可占外表面的总设计表面面积的20％到80％之间。内表面可以包括与通道相连的切口(cut)。每个凹槽可以包括外拖曳表面。外拖曳表面可以向后倾斜，相对于下表面形成一个锐角，或者向前倾斜，相对于下表面形成一个钝角。可以在内拖曳表面上固定一个嵌入工具。嵌入工具是用金属碳化物制成的。嵌入工具的表面可以被处理一增强其抗磨损性。嵌入工具可以有接触边，它包括单个接触点(contact point)、或者多个接触点。嵌入工具的一端的形状可以为刮片(scraper blade)状，或者为弧形隆起(roundedpeak)状。嵌入工具可以具有头部(head)，它包括弧形表面和一个倾斜表面(tilted surface)。嵌入工具可以具有肩部(shoulder)，用于调整接触边相对于下表面的高度。
在另外一方面，本实用新型涉及一个固定环，它用于化学机械抛光装置中的运载头上。固定环具有环形圈，它具有下表面、内表面和外表面，以及下表面上的多个凹槽。每个凹槽包括内拖曳表面，其被构造用于在其上固定嵌入工具，此嵌入工具有接触边，用于磨损性地接触化学机械抛光装置上的抛光垫。
本实用新型的实施方式可以包括一个或者多个以下的特征。嵌入工具可以被固定在内拖曳表面上。嵌入工具可以用金属制造，并且嵌入工具的至少一部分表面可以被金刚石覆盖。嵌入工具可以有一个锐边(sharp edge)，其表面覆盖有金刚石层，或者一个弧形表面，其表面覆盖有金刚石砂粒(diamond grit)。嵌入工具可以具有接触边，其包括单个接触点或者多个接触点。嵌入工具的一端的形状可以为刮片状，或者为弧形隆起状。嵌入工具可以具有头部，它包括弧形表面和一个倾斜表面。嵌入工具可以具有肩部，用于调整接触边相对于下表面的高度。
在另外一个方面，本实用新型涉及一个固定环，它用在化学机械抛光装置的运载头上。固定环包括环形圈，它具有下表面、内表面和外表面，并且在下表面上具有多个凹槽。每个凹槽包括内拖曳表面、外拖曳表面、以及位于内拖曳表面和外拖曳表面之间的浆料捕集区域。在内表面上的多个开口与浆料捕集区域相连。
本实用新型的实施方式可以包括一个或者多个下面的特征。内拖曳表面可以向后倾斜并相对于下表面形成一个锐角，或者向前倾斜并相对于下表面形成一个钝角。外拖曳表面可以向后倾斜并相对于下表面形成一个锐角，或者向前倾斜并相对于下表面形成一个钝角。
固定环和浆料捕集区域可以提供一个或者多个下述优点：(1)在基片的不同区域上提高抛光率的均匀性；(2)浆料的更有效使用；(3)抛光垫可以在原位置进行调节；(4)固定环的使用寿命的延长；(5)减少基片上的缺陷；以及(6)减少用于冲洗基片的去离子水的消耗。
在下面的描述中，将阐明本实用新型的附加优点，并且部分地从描述中得到清楚的了解，或者通过本实用新型的实施得到认识。借助及结合权利要求中具体指出的内容，可清楚地了解本实用新型的优点。
附图说明
从详细的描写和这里公开的本实用新型的随附附图中，可以对本实用新型有更全面的理解。然而，附图并不能被解释为将本实用新型限制在这里所描述和显示的特定的实施例。
图1A是示例性运载头的剖面图，其包括一个固定环。
图1B是一个展开图，图解说明穿过图1A的运载头中的固定环的通道。
图2是固定环的另外一个实施方式的一部分的透视图，该固定环在其下表面上包括多个凹槽，在其内表面上包括多条通道。
图3A是图2中的固定环的下表面的平面图。
图3B是是图2中的固定环沿着图3A中的A-A’线剖开的剖面图。
图4是图2中的固定环沿着图3B中的Z-Z’线的剖开的平面剖视图。
图5A是一个展开俯视平面视图，部分被剖开以显示图2中的固定环的一个凹槽。
图5B是显示图5A中的固定环的通道的侧视图。
图6A-6C图解说明图5A的凹槽中的内拖曳表面的一个实施方式。
图7A-7C图解说明图5A的凹槽的内拖曳表面的另外一个实施方式。
图8A-8C图解说明在其凹槽的内拖曳表面上固定有一个嵌入工具一个固定环。
图9A-9E图解说明嵌入工具的其它的实施方式。
图10图解说明用于将嵌入工具固定在内拖曳边的结构(mechanism)。
图11A和图11B图解说明在固定环上的一个凹槽，它包括一个外拖曳边。
图12是一个平面视图，部分被剖开以显示一个固定环，其中的凹槽包括一个开口，它靠近固定环的内表面。
图13是一个平面视图，部分被剖开以显示一个固定环，其中的凹槽包括：位于内侧圆周表面(inner circumferential surface)附近的开口，以及与所有凹槽相连的环形通道。
不同附图中的相同要素用相同的附图标记表示，一个附图标记表示一个要素具有修改的功能、操作或者结构。
具体实施方式
如图1A中所示，基片10被运载头100所固定，用于在化学机械抛光(CMP)装置20中进行抛光。关于CMP装置的描述，可以在美国专利U.S.No.5738574中找到，此公开被完全地并入在此作为参考。运载头100将基片对着抛光垫32固定，抛光垫由可转动台板(rotatable platen)30所支撑。
运载头100可包括机架(housing)或者机座(base)102，以及柔性膜片(flexible membrane)104，该膜片被夹紧到机架102，以形成腔(chamber)106。机架102被连接到驱动轴(drive shaft)78，并且机架的形状可以是一般的圆形，以与基片10的圆形结构相适应。通过机架102中的通路108，流体可以被注入到腔106中，以对腔106施压，并且对基片施加一载荷(即，向下的压力)。关于运载头的论述，可以在下列文件中找到：美国专利U.S.Nos.6183354和6422927，以及在2000年11月13日提交的，申请号为No.09/712389的美国专利申请，以上所有公开被全部并入在此以作为参考。
参考图1A和1B，运载头100还包括固定环110，它可以被紧固在机架102的外边缘(outer edge)上，例如，通过螺钉或者螺栓(未显示)，螺钉或者螺栓被插入到位于固定环的上表面(top surface)的接收孔(receiving holes)(也未显示)中。固定环110具有外表面130。固定环110还具有内表面120，在抛光过程中，其与基片10相接并防止基片在运载头100下面滑动(slipping)或者滑移(sliding)；固定环还具有下表面122，其可以接触和压向(compress)抛光垫32。在化学机械抛光过程中，基片10也接触并压向抛光垫32。固定环110的下表面122可以是基本上平的。运载头100还可以包括一个腔(未显示)，以控制固定环100的垂直位置和在抛光垫32上的固定环110的压力。
基片上的选择区域(selected area)处的抛光率一般依赖于以下条件：在此选择区域上的基片和抛光垫之间的接触压力(contactpressure)，存在于基片和抛光垫之间的相对运动(relative motion)，以及浆料流动情况。当采用许多常规固定环的时候，在基片边缘附近，不能一直保持基片和抛光垫之间的接触压力的空间均匀性。例如，由于抛光垫的弹性特性，在接近基片边缘的区域中的接触压力可能比接近基片中心的接触压力要高或者低。
然而，在基片10上的抛光率的均匀性可以通过以下方法改进：改变固定环110的下表面122，以在靠近区域31，邻近固定环110的内表面120的区域，在抛光垫32上施加一个径向拉伸力(radial stretching force)201。当抛光垫32被拉伸力201拉伸的时候，在常规抛光过程中，基片10和抛光垫32之间的接触压力能够更加均匀。如果不受任何特殊理论限制的情况下，抛光垫的拉伸，可以减少抛光垫中的紧缩或者动态扭曲起伏(dynamic distortion waves)，否则，紧缩和动态扭曲起伏会增大或者减小在基片边缘附近的局部接触压力。
为了施加拉伸力，固定环110的下表面122可被改造以包括例如凹槽或者凸起。当基片被放置在固定环中，被抛光垫抛光的时候，这些凹槽或者凸起能被用来提高靠近基片边缘的抛光率的均匀性。这些凹槽或者凸起也能被设计用于在放置于固定环中的基片在被抛光垫抛光的同时，调节抛光垫的位置。在其下表面上包括这些特别设计的凹槽或者凸起的固定环也可以在原位置上起调节环(conditioning ring)的作用。
仍然参考图1A和1B，通过包括以下结构，也能提高基片10上的抛光率，这些结构引导浆料213通过固定环110，到达基片10的外边缘。例如，固定环110可以包括通道210，它连接固定环的外表面130到内表面120。通道210也可以远离抛光垫32设置，以使通道穿过固定环的环体(body)。
图2显示的是，固定环110的一部分的一个透视图，它包括：在固定环110的下表面122上的多个凹槽400、在固定环110的内表面120上的多个凹槽212、穿过固定环110的多条通道210(以虚线显示)，它连接下表面上的凹槽到内表面上的凹槽。每个凹槽400都包括内拖曳表面(inner trailing surface)410，它具有下边缘(bottom edge)，如在下面进一步详细讨论的，此下边缘将提供拉伸力。当固定环110相对于抛光垫在如箭头401所示的方向转动的时候，内拖曳表面410的下边缘一般与抛光垫接触并且面对着抛光垫运动，以在抛光垫上施加拉伸力。这个拉伸力将抛光垫从基片向外拉开，潜在地减小扭曲起伏(distortionwaves)，并且可能提高在基片上抛光率的均匀性。
图3A以一个平面视图显示固定环110的下表面122。凹槽400环绕着固定环110，以等角间隔(angular intervals)布置。凹槽400可以以径向嵌套模式(radially nesting pattern)排列，其中，凹槽在形状上可以相同或者不同。例如，凹槽400a的特征421a可与凹槽400b的特征451b以切线方式交叠(overlap)，以使半径线(radius line)501同时穿过特征421a和特征451b。凹槽400可被塑形并且环绕固定环110布置，以使在环的下表面122上的被凹槽400覆盖的总凹进面积占环原始下表面面积的20％到80％(例如，50％)。
凹槽400的内拖曳表面410的下边缘接触抛光垫32，而且，在抛光垫32上，在径向，施加拉伸力201(请见图1B和3B)。
图3B显示的是固定环110在A-A’平面上的一个剖面。捕集在凹槽400中的浆料213可被引导进入通道210，而成为浆料215，到达基片10的外边缘附近的区域。通道210被设置在平面Z-Z’中，它平行于下表面122，并且与下表面122有一定距离。在环的使用寿命期间，由于固定环110磨损，固定环110的厚度逐渐减小。然而，在通道210和下表面122之间的这个距离可被选择以确保在固定环的使用寿命期间，当固定环110磨损的时候，通道210不受影响。另外，凹槽400的三维形状可被设计，例如，通过把凹槽的壁制造成基本上垂直，以便即使当环的厚度减小的时候，固定环110可以以基本上未受影响的性能运行。
图4显示的是固定环110在Z-Z’平面上的平面视图。如图所示，通过一个相关通道210，每个凹槽400被连接到固定环110的内表面120。
图5A和图5B更具体地显示了单个凹槽400。在图5A中，固定环110的一部分，图中用阴影区域显示的，被剖出以显示凹槽400的特征(为清楚起见，图5A中邻近凹槽的特征没有显示)。图5B以一个侧视图显示图5A中固定环110的该部分。凹槽400包括内拖曳边(inner trailingedge)410，浆料捕集区域420，以及封闭的内壁(closed inner wall)430。凹槽400还可包括外拖曳边(outer trailing edge)440和浆料进料区域(slurry feeding area)450。通过通道210，凹槽400也被连接到固定环110的内表面120。
浆料进料区域450是在外表面130中的一个凹进，以提高引入浆料捕集区域420的浆料211的体积。可用于优化浆料进料区域450的性能的固定环的几何变量包括：凹进的长度、高度、凹槽深度(其可以是连续的或者不连续的)、到外拖曳边420的间隙距离、相对于抛光垫表面的倾斜角度、表面粗糙度、以及表面纹理(surface texturing)。浆料进料区域450的拖曳端(trailing end)对着通路452敞开，通到浆料捕集区域420。
被凹进而形成浆料进料区域450的外表面的面积与为形成开口452而被切去的外表面的面积占在加工之前的外表面130整个圆周表面面积(total perimeter surface area)的20％和80％之间(例如50％)。浆料进料区域450的几何结构与抛光工艺条件(例如，头转速(head rotationspeed)、台板速度(platen speed)、和浆料流速(slurry flow rate))，决定设计的体积流速能力(volumetric-flow rate capability)。
可选择地，固定环可被制造成不带有浆料进料区域450(如虚线所示)，尽管在这种情况下，为使浆料流进凹槽400，通路452仍然是必须的。
当固定环110相对于抛光垫在如箭头401显示的方向转动的时候，在外表面130附近的浆料(以箭头211表示)流进浆料进料区域，在此它被引导通过通路452进入凹槽400，并且汇集在浆料捕集区域420中。然后，浆料(以箭头213和215表示)被引导进入通道210并被输送到固定环110的内表面130附近。如果不受任何特殊理论的限制，因为浆料经过通道210而通过固定环，浆料和固定环110的下表面122之间接触更少。在抛光工艺中，这可能降低在固定环110和抛光垫32上的磨损，而且能减少产生在基片上的缺陷。
另外，因为浆料进料区域450和浆料捕集区域420设计用来有效地引导和捕集被引入到抛光垫32上的浆料，使浆料进入固定环110中，所以，能减小在抛光过程中需要的浆料的总体积，以及脱离抛光垫的浆料的不必要的损失。因此，抛光过程的总成本可被降低。另外，可提高工具的总体清洁度(overall cleanliness)(通过减少变干的浆料残留物的积聚)，从而潜在地降低了基片上的损伤的可能性。
如图5A中所示，可以在固定环110的内表面120上加工一个释放切口(relief cut)212，以利于浆料(以箭头215显示)流向固定环110的下表面122并流向基片10的表面。释放切口212可以被径向切角(radialchamfered)，在抛光过程中，这能减少内表面120和基片10的边缘之间的接触应力(contact stress)。
内拖曳表面410的下边缘被设计成用于在固定环110的下表面122下面的抛光垫上施加拉伸力。内拖曳表面410的实施方式和功能，将参考图6A-6C、7A-7C、8A-8D、9A-9D和10进行更详细的解释。当凹槽400包括外拖曳边440的时候，固定环110也可以在原位置起调节环(conditioning ring)的作用。外拖曳边440的实施方式和功能，将参考图11A、11B、12和13进行更详细的解释。
如图6A-6C中所示，当固定环110相对于抛光垫32以箭头401所示的方向转动的时候，内拖曳表面410的下拖曳边(bottom trailing edge)411与抛光垫32接触，并且面对抛光垫运动，以在拖曳边411的法线方向，施加拉身力F。拉伸力F由径向拉伸力FR＝F sinχ，和切向拉伸力(tangential stretching force)Fθ＝F cosχ组成，其中χ是垫传动角(paddrive angle)。如图6B中所示，垫传动角χ是从固定环中心的半径延长线(radius extending)和拖曳边411与抛光垫32之间的接触线(line ofcontact)之间的夹角。径向拉伸力FR是用于在环形区域(annular region)31内拉平(flattening)抛光垫32的拉伸力FR。
在一个实施方式中，如图6A-6C中所示，内拖曳表面410，基本上垂直于固定环110的下表面122。在另外一个实施方式中，如图7A-7C中所示，内拖曳表面410向后倾斜并相对于下表面122形成一个锐角φ。如图7C中所示，当内拖曳表面410向后倾斜的时候，在下拖曳边411和抛光垫32之间的接触线处于表面410的前面。尽管没有被图解显示，内拖曳表面410也可以向前倾斜并相对于下表面122形成一个钝角φ。当内拖曳表面410向前倾斜的时候，在拖曳边411和抛光垫32之间的接触线在表面410的后面。
凹槽400的内拖曳表面410可以是平的表面，或者可以是凸出的、凹入的或者一些其他形状的表面。
在另外一个实施方式中，如图8A-8C中所示，刀片(blade)或者嵌入工具(insert tool)415被紧固到固定环的内拖曳表面410上(为了清楚起见，视图被简化，并且省略了用于把嵌入工具紧固到固定环的结构)。嵌入工具415可以用诸如碳化物的硬质材料(hard material)制造，例如，碳化硅、碳化钛或者碳化钨。嵌入工具415有一个接触表面(contact surface)416，其接触抛光垫32以提供拖曳边411。接触表面416可以和下表面122在同一个平面内，或者它也可延伸出下表面122之外。接触表面416延伸出下表面122之外的距离可以是可调的。另外，接触表面可被改变，以调节接触表面416和抛光垫32之间的摩擦系数。接触表面416可包括多个接触区域(contact regions)或者一个单独的接触区域。
图9A-9E显示的是，嵌入工具415的各种可替换的实施方式(再一次地，为了简化，未显示用于将嵌入工具紧固在固定环上的特殊结构)。
图9A显示的是嵌入工具415的一个透视仰视图，此嵌入工具被固定在凹槽400的内拖曳表面410上。如图所示，这个嵌入工具包括锯齿状的接触表面416，以便嵌入工具和抛光垫将在多个区域接触。嵌入工具的一部分(如虚线所示)可以延伸通过位于凹槽400的上表面中的孔(aperture)。
在图9B中，嵌入工具415的一端的形状可以为刮片(scraper blade)状。这个刮片状端，可被用于在接触表面416和抛光垫之间，形成边接触(edge contact)(一个非常窄的接触区域(contact area))。
在图9C和9D中，嵌入工具415具有一弧形隆起520的接触表面416，其处于表面530的一端，此表面530相对于固定环的下表面122倾斜一个角度θ。弧形隆起和倾斜表面530的一部分的结合，在嵌入工具和抛光垫之间提供了接触区域。特别地，弧形隆起520，能在嵌入工具和抛光垫之间提供接触带(contact strip)(比图9B中的工具所能提供的边缘接触厚)。嵌入工具415还有一个肩部510，用于调整接触面416相对于下表面122的高度H。
刀片或者嵌入工具的接触边或者接触面，可被覆盖上或者转变成低磨损(low-wear)或者高耐磨(high-abrasion)材料。一般地，如果在一个实施方式中(例如图9A和9B中)，锐边(sharp edge)构成有效的调节要素(conditioning element)，接触面416的表面可被处理，以提供低磨损的特性。例如，在嵌入工具上的金属碳化物接触面，可被转换成纳米晶(nanocrystallline)金刚石表面，如专利公开号为U.S.No.2001/004780的美国专利中所描述的。可替换地，如果在一个实施方式中(例如图9C-9D)，用弧形隆起来提供接触面，接触面可以被覆盖上磨料(abrasive material)。例如，如图9E中所示，使用传统的镀镍技术(nickel plating techniques)，嵌入工具的接触表面416的弧形隆起520可被覆盖上60到120粒度的金刚石。
图10显示的是，固定在内拖曳表面410上的图9中的嵌入工具415。图10还显示了固定环110的一段和运载头100的金属机座102的一段。在图中，固定环110邻近于金属机座102。固定环110的内拖曳边410有一个肩部切口(shoulder cut)412，用于容纳嵌入工具415的肩部510。金属机座102有一个槽型切口(slot cut)552，用于给嵌入工具415的尾端(tail end)提供一个精确的滑动配合(slip fit)。使用螺钉554，通过把嵌入工具415的尾端固定进槽型切口552中，嵌入工具415可被锁定进位于固定环110的内拖曳边410上的位置中。
参考图11A和11B，凹槽400还可以包括一个外拖曳表面440。在化学机械抛光过程中，当固定环110相对于抛光垫32，在方向401转动的时候，外拖曳表面440沿着外边缘441与抛光垫32接触，并且向抛光垫32施加拉伸力F’。拉伸力F’可被分解成径向拉伸力F’R＝F’sinα，和切向拉伸力F’T＝F’cosα，其中α是从固定环中心的半径延长线与外边缘441和抛光垫之间的接触线的夹角。径向拉伸力F’R与径向拉伸力Fr方向相反。相反的径向拉伸力F’R和FR的作用是使一般在内拖曳表面410和外拖曳表面440之间的区域431处的抛光垫32变形或起皱。当抛光垫32的一个区域变形和起皱时，在抛光垫材料的上表面中的晶胞结构(cell structure)可能被展开并且张开，因此，抛光垫32的这个变形区域提供了一种增强浆料捕集(entrapment)的方式，这一般是通过垫调节装置来促进的。
外拖曳表面440可垂直于固定环110的下表面122。相对于垂直于下表面122的一个参考平面，外拖曳表面440也可以具有向后的倾斜度(形成一个锐角)或者向前的倾斜度(形成一个钝角)。外拖曳表面440可以是平的、凸出的、凹入的或者有其它形状。外拖曳表面440和下表面122还可以被覆盖上硬质材料，例如金刚石或者碳化硅。
除了前面显示的实施方式，凹槽400的其它实施方式也是可能的。图12显示的是凹槽400的一个实施方式，其中，靠近固定环110的内表面120，该凹槽400包括开口460。开口460连接凹槽400和内表面120。当凹槽400包括开口460的时候，图5A中的通道210可以被取消。图13显示凹槽400的一个实施方式，该凹槽400包括一个位于固定环110的内表面120的附近的开口460，和一个环形通道470，该环形通道470将固定环上的所有凹槽400连接起来。
固定环可用以下材料制成：聚苯硫醚(polyphenyl sulfide)(PPS)、聚酰亚胺；诸如Celazole的聚苯并咪唑(PBI)、诸如Teflon或者Avalon的聚四氟乙烯(PTFE)、诸如Arlon的聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯、诸如Delrin的乙缩醛或者诸如Ultem的聚醚酰亚胺(PEI)。聚酰亚胺可从位于加利福尼亚州Garden Grove的Saint-Gobain Performance Plastics获得，其商标名为MELDINTM 7001。另外，固定环可有一个上面部分(upper portion)，其用刚性材料例如金属制成，和一个下面部分(lowerportion)，其用例如塑料耐磨材料制成，诸如上面列出的材料中的一种材料，下面部分材料比上面部分的材料软。在这种情况下，凹槽只能形成在下面部分中。
固定环的上表面可包括多个孔，例如，围绕固定环以相等间隔布置的十二个孔，以容纳螺钉，螺旋插入物可以被定位在这些孔中。另外，多个通道，例如，围绕固定环以相等间隔布置的四个通道，可水平地或者对角地，形成于固定环的内表面和外表面之间，以使用于清洗液的注入或者废物的排出的压力均衡。通路可以被垂直地设置在凹槽的上方，以便它们不横切凹槽。如果固定环包括刚性的上面部分和较软的下面部分，该通路可穿过刚性的上面部分制成。
本实用新型已经根据很多实施例进行了描述。然而，本实用新型不限于所描绘和描述的实施例。相反地，本实用新型的范围由附加的权利要求限定。
Claims (40)
1.一种用于化学机械抛光装置中运载头上的固定环，其特征在于所述固定环包括：
环形圈，所述环形圈具有下表面，内表面和外表面；和
多个凹槽，所述凹槽位于所述下表面上，每个凹槽包括：内拖曳表面，浆料捕集区域和通道，所述通道用于连接所述浆料捕集区域到所述内表面。
2.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述内拖曳表面向后倾斜并且相对于所述下表面形成一个锐角。
3.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述内拖曳表面向前倾斜并且相对于所述下表面形成一个钝角。
4.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述内拖曳表面被构造用于在其上固定嵌入工具，所述嵌入工具具有接触边，该接触边用于磨损性地接触所述化学机械抛光装置上的抛光垫。
5.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述环形圈是用选自下列材料组成的组中的材料制作的，这些材料包括：聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚碳酸酯、乙缩醛、聚醚酰亚胺、或者它们的组合。
6.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于至少一个所述凹槽具有用来嵌套的形状，并且所述凹槽被设置在所述下表面上，并且其与至少另外一个凹槽嵌套。
7.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述多个凹槽覆盖的总凹进面积占所述下表面的总设计表面面积的20％到80％之间。
8.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述通道被设置在一个平面内，此平面基本与所述下表面平行并且与所述下表面有一定距离。
9.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于每个所述凹槽具有一个三维形状，当所述固定环的厚度减小的时候，该形状被设计用于保持所述固定环的功能特性。
10.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于每个所述凹槽包括浆料进料区域。
11.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述浆料进料区域包括开口，其位于所述环形圈的所述外表面上，并且在所述外表面上的所有所述开口的总表面面积占所述外表面的总设计表面面积的20％到80％之间。
12.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述内表面包括切口，其与所述通道相连。
13.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于每个所述凹槽包括外拖曳表面。
14.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述外拖曳表面向后倾斜并且相对于所述下表面形成一个锐角。
15.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于所述外拖曳表面向前倾斜并且相对于所述下表面形成一个钝角。
16.根据权利要求1所述的固定环，其特征在于进一步包括嵌入工具，所述嵌入工具被固定在所述内拖曳表面上。
17.根据权利要求16所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具用金属碳化物制成。
18.根据权利要求17所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具的表面被处理以增强抗磨损性。
19.根据权利要求16所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具有接触边，所述接触边包括单个接触点。
20.根据权利要求16所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具有接触边，所述接触边包括多个接触点。
21.根据权利要求16所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具的一端的形状为刮片状。
22.根据权利要求16所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具的一端的形状为弧形隆起状。
23.根据权利要求16所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具具有头部，所述头部包括弧形表面和倾斜表面。
24.根据权利要求16所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具有肩部，所述肩部用于调整接触边相对于所述下表面的高度。
25.一种用于化学机械抛光装置中运载头上的固定环，其特征在于所述固定环包括：
环形圈，所述环形圈具有下表面，内表面和外表面；和
多个凹槽，所述多个凹槽位于所述下表面上，每个凹槽包括内拖曳表面，所述内拖曳表面被构造用于在其上固定嵌入工具，所述嵌入工具有接触边，所述接触边用于磨损性地接触所述化学机械抛光装置上的抛光垫。
26.根据权利要求25所述的固定环，其特征在于进一步包括嵌入工具，其被固定在所述内拖曳表面上。
27.根据权利要求26所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具用金属制成，并且所述嵌入工具的表面的至少一部分被金刚石覆盖。
28.根据权利要求27所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具有锐边，其被金刚石层覆盖。
29.根据权利要求27所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具具有弧形表面，其被金刚石砂粒覆盖。
30.根据权利要求26所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具具有接触边，所述接触边包括单个接触点。
31.根据权利要求26所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具具有接触边，所述接触边包括多个接触点。
32.根据权利要求26所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具的一端的形状为刮片状。
33.根据权利要求26所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具的一端的形状为弧形隆起状。
34.根据权利要求26所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具具有头部，所述头包括弧形表面和倾斜表面。
35.根据权利要求26所述的固定环，其特征在于所述嵌入工具具有肩部，所述肩部用于调节接触边相对于所述下表面的高度。
36.一种用于化学机械抛光装置中运载头上的固定环，其特征在于所述固定环包括：
环形圈，所述环形圈具有下表面，内表面和外表面；
多个凹槽，所述凹槽位于所述下表面上，每个凹槽包括内拖曳表面，外拖曳表面，和浆料捕集区域，所述浆料捕集区域在所述内拖曳表面和所述外拖曳表面之间；和
多个开口，所述多个开口位于所述内表面上，用于与所述浆料进料区域相连。
37.根据权利要求36所述的固定环，其特征在于所述内拖曳表面向后倾斜并且相对于所述下表面形成一个锐角。
38.根据权利要求36所述的固定环，其特征在于所述内拖曳表面向前倾斜并且相对于所述下表面形成一个钝角。
39.根据权利要求36所述的固定环，其特征在于所述外拖曳表面向后倾斜并且相对于所述下表面形成一个锐角。
40.根据权利要求36所述的固定环，其特征在于所述外拖曳表面向前倾斜并且相对于所述下表面形成一个钝角。
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