CN2868552Y - 用磁性方式固定的保持环 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有底部分的保持环，所述底部分可以从环的上部拆下。保持环的上部和下部包括一个或多个磁性体和/或由可吸引到磁体的材料所形成的一个或多个部分。
Description
技术领域
本实用新型涉及衬底的化学机械抛光。
背景技术
通常通过在硅衬底上顺序地沉积导电层、半导体层或绝缘层而在衬底上形成集成电路。一种制造步骤包括在不平的表面上方沉积填充物层，并将填充物层平坦化直到暴露出不平的表面。例如，可以在带有图样的绝缘层上沉积导电的填充物层以填充绝缘层中的沟槽或孔。之后将填充物层抛光直到绝缘层的凸起图样暴露出来。在平坦化之后，保留在绝缘层的凸起图样之间的导电层的部分形成在衬底上的薄膜电路之间提供导电路径的过孔、插头和线路。此外，还需要平坦化来平坦用于光刻的衬底表面。
化学机械抛光(CMP)是一种普遍使用的平坦化方法。这种平坦化方法通常需要将衬底安装在CMP装置的载具头或抛光头上。衬底的暴露表面放置为靠着旋转的盘状垫或带状抛光垫。抛光垫可以是“标准”垫或固定研磨垫(fixed-abrasive pad)。标准垫具有耐用的粗糙表面，而固定研磨垫在包容介质中具有研磨颗粒。载具头向衬底上提供可控的负载，以将其其推靠在抛光垫上。向抛光垫的表面供给抛光液，例如带有研磨颗粒的浆液(slurring)。
实用新型内容
本实用新型公开了一种具有底部的保持环，所述底部可以从所述环的上部拆下。保持环的两个或更多部分磁性固定在一起。
在一个方面，本实用新型涉及一种保持环。该保持环具有基本环形的上部和基本环形的下部，所述上部配置为附接到载具头，所述下部具有配置为与上部的下表面接触的上表面。上部和下部至少中一个包括磁性材料，并且上部和下部中的另一个包括可吸引到磁性材料的材料。
本实用新型的实现方式可以包括下列特征中的一个或多个。上部可以具有一个或多个对准构件，例如从下表面延伸出的对准销。下部可以具有用于对准元件的一个或多个对应的接收凹部。或者，对准销可以在下部而凹部在上部。上部可以包括磁性不锈钢，例如铁素体不锈钢。磁性材料可以是永久磁体或者可以被磁化的材料。下部可以比上部的刚性小。下部可以由PPS形成。磁体可以嵌入到PPS。
在另一方面，本实用新型涉及一种制造保持环的方法。本方法包括形成保持环的基本环形的下部。将一块或多块磁性材料嵌入下部。形成保持环的基本环形的上部，使至少上部的下表面包括能够吸引到磁性材料的材料。
本方法还可以包括将下部与上部这样对准，即使得对准构件与用于对准构件的接收凹部对准。一个或多个部分中的磁性材料可以是激活的电磁性材料。上部可与载具头对准以使上部的下表面垂直于载具头的中心轴线。
在另一个方面，本实用新型涉及一种制造保持环的方法。本方法包括形成保持环的基本环形的下部。将能够吸引到磁性材料的材料粘合到下部的上表面。形成保持环的基本环形的上部，使得一块或多块磁性材料嵌入上部。
在另一方面，本实用新型指出了一种将保持环附接到载具头的方法。本方法包括将保持环的上部紧固到载具头，其中上部包括能够吸引到下部中的磁性材料的材料。使保持环的下部与上部接触，其中下部中的一块或多块磁性材料将上部和下部保持在一起。
在另一方面，本实用新型指出了一种用于对衬底进行化学机械抛光的系统。本系统包括载具头和固定到载具头的保持环。保持环包括基本环形的上部和基本环形的下部，所述上部配置为附接到载具头，所述下部具有配置为与上部的下表面接触的上表面。上部和下部中至少一个包括磁性材料，并且上部和下部中的另一个包括能够吸引到磁性材料的材料。
本实用新型可能的优点包括下列一个或多个。保持环的可磨损部分可以容易地更换。具体来说，可以独立于保持环的上部而拆下和更换下部。可以减少维修载具头所需的时间。保持环的上部可以重新使用。因为只有下部可能需要更换，所以可能只更换保持环的磨损部分而不是更换整个保持环。
下面的附图和说明书阐述了本实用新型的一个或多个实施例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，本实用新型的其他特征、目标和优点将更加明白。
附图说明
图1是化学机械抛光装置的分解立体图。
图2是载具头的截面图。
图3是保持环的立体图。
图4是保持环的截面图。
图5是保持环下部的平面图。
图6是保持环下部的可替换实现方式的平面图。
图7是保持环上部的仰视图。
图8是保持环一种实现方式的分解侧视图。
图9是带有嵌入磁体的保持环的截面图。
图10-13示出了本实用新型的可替换实现方式。
在各附图中，相同的标号指示相同的元件。
具体实施方式
保持环100基本上是一个圆环形的环，其可以被固定到CMP装置的载具头。美国专利No.5,738,574中说明了合适的CMP装置，美国专利No.6,251,215和美国公开No.2005-0211377A1中说明了合适的载具头，其全部内容通过引用而结合于此。保持环100配装进加载罩(loadcup)用于将衬底定位、对中并夹持在CMP装置的传输台处。美国专利No.6,716,086中说明了合适的加载罩，其全部内容通过引用而结合于此。
参考图1，将要用化学机械抛光(CMP)装置20将一个或多个衬底10抛光。
每个抛光台25a-25c包括可转动压板30，压板30上放置抛光垫32。如果衬底10是八英寸(200毫米)或十二英寸(300毫米)直径的盘，则压板30和抛光垫32的直径分别为约二十或三十英寸。压板30可以连接到位于机器底座22内部的压板驱动马达(未示出)。对于多数抛光处理，压板驱动马达以每分钟三十到二百转数旋转压板30，尽管也可以使用更低或更高的转速。每个抛光台25a-25c还可以包括相关的垫调节器装置40来维持抛光垫的研磨条件。
可以通过组合浆液/冲洗臂52向抛光垫32的表面供给抛光液50。抛光液50可以包括研磨颗粒(例如用于氧化物抛光的二氧化硅)。通常提供足够的浆液覆盖并弄湿整个抛光垫32。浆液/冲洗臂52包括若干喷射喷嘴(未示出)，它们在每个抛光和调节周期的末端为抛光垫32提供高压冲洗。
可旋转的多头传送带60(包括传送带支撑板66和盖子68)位于下面的机器底座22的上方。传送带支撑板66由中心柱62支撑并在其上围绕传送带轴线64旋转(由位于机器底座22内部的传送带马达组件带动)。多头传送带60包括围绕传送带轴线64以相等的角度间隔安装在传送带支撑板66上的四个载具头系统70a、70b、70c和70d。载具头系统中的三个接收和夹持衬底，并通过将其压靠在抛光台25a-25c的抛光垫上而对其进行抛光。载具头系统中的一个接收来自传输台27的衬底和将衬底传递到传输台27。传送带马达可以使载具头系统70a-70d以及附接到其上的衬底环绕抛光台与传输台之间的传送带轴线64旋转。
每个载具头系统70a-70d包括抛光或载具头100。每个载具头100独立地围绕其自身轴线旋转，并在形成于传送带支撑板66中的径向槽72中独立地横向振荡。载具驱动轴74穿过槽72延伸，以将载具头旋转马达76(通过除去盖子68的四分之一而示出)连接到载具头100。对于每个头，有一个载具驱动轴及马达。每个马达和驱动轴可以支撑在一个滑块(未示出)上，该滑块可由径向驱动马达沿着槽进行直线驱动，以使载具头横向振荡。
在实际抛光期间，载具头中的三个，例如载具头系统70a-70c中的那些，定位于各自的抛光台25a-25c处及其上方。每个载具头100将衬底降低到与抛光垫32接触。一般地，载具头100将衬底夹持在靠着抛光垫的位置处并将力沿着衬底的背面分布。载具头还将力矩从驱动轴传递到衬底。
参考图2，载具头100包括附接到保持环105的外壳80和底座87。保持环105可以夹持到底座87上，例如通过使用可松开的紧固机构85(例如螺钉、螺栓或夹子)。保持环可以包括用于接收紧固机构85的凹部或孔125(如图4所示)。保持环105内部是在抛光期间保持衬底的衬底接收凹部150。在抛光期间，衬底接收凹部150内部的膜90接触衬底的背面。
参考图3和4，保持环105由两个部件，即上部140和下部130。上部140的下表面接触下部130的顶表面280。上部和下部的表面可基本没有粘着材料。上部和下部由可将两部分固定在一起以形成保持环105的材料构成。
下部130的主体由对CMP处理而言是化学惰性的材料形成。此外，下部130应当足够地弹性，以使衬底边缘与夹持环相靠接触不会使衬底碎裂或破裂。但是，下部不应该是如此弹性，以至于在载具头向保持环105施加向下的压力时挤入衬底接收凹部150。保持环的下部130还应当耐用并具有低磨损率，尽管对于下部130而言磨损是可以接受的。例如，保持环的下部130可以由塑料制成，所述塑料例如聚硫苯(PPS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯并咪唑(PBI)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)或复合材料。
下部130具有接触抛光表面的底表面110。底表面110可以是平的，或者其可以包括凹槽160，该凹槽允许抛光期间液体从保持环105外部流入凹部150中。
参考图5，保持环105的下部130可包括位于下部130的顶面280处或其附近的磁体170。磁体170可由金属或陶瓷材料形成。这样的材料可包括铁或稀土金属，例如钕、钕铁硼、钐钴、铝镍钴以及陶瓷族中的磁体，其中陶瓷例如硬磁体氧体、锶和钡铁氧体。磁体可以是永磁的，例如铁磁性的，或者可以是电磁的。可以在下部130的顶面中形成凹部，并将磁体170固定进凹部中，例如通过将磁体压配进凹部中或将磁体粘合到凹部中。在一种实现方式中，磁体170是圆盘形。在另一种实现方式中，磁体170是矩形。在某些实现方式中，磁体170每个具有基本相同的尺寸。在其他实现方式中，磁体170的尺寸彼此不同。在一种实现方式中，磁体暴露在环境中。
参考图6，在一种实现方式中，凹部是一个或多个同心凹槽的形式。每个凹槽可填充有环形磁体170。
除了磁体170外，上表面还包括一个或多个对准孔，例如用于接收销子的销钉孔180。在带有多个销钉孔180的保持环中，销钉孔180可以围绕保持环以等角度间隔排列。
参考图7，上部140是刚性的，并包括这样的部分或由其形成，所述部分是由足以吸引到磁体170以便保持下部130的材料形成的。这样，磁体170将下部130可靠地保持到上部140。上部140可以包括这样的材料，例如由磁体170吸引的材料如铁、镍或这样的合金。用于上部140的合适材料可包括金属，如铁素体不锈钢，例如400系列不锈钢。在一种实现方式中，上部140只有下面的部分包括可由磁体吸引的材料。
上部140包括销钉190。销钉可以由与上部140相同的材料形成。销钉190可以与上部一体形成，或者在上部140的主体形成之后固定到上部140。销钉190位于上部140上，使销钉190与形成于下部130的顶表面中的销钉孔180对准。当将上部和下部130、140装在一起时，销钉190将这两部分对准，并且当在抛光期间剪切力作用到保持环105时，使这两部分保持对准。
上部140的顶表面280可包括用于接收紧固件的孔，所述紧固件(例如螺钉或螺栓)用于将上部140紧固到载具头。
参考图8，在可替换实现方式中，上部140由基本非磁性材料形成，并有磁性部分200嵌入其中(嵌入的磁性部分200用虚线表示)。磁性部分200可以由围绕该环间隔的一个或多个磁性体组成。在一种实现方式中，磁性部分200形成于上部140底部的同心圆形区域中。在另一种实现方式中，磁性部分200形成上部140的整个底面。
下部130可以具有沿上表面形成的吸引部分210，即包括了可吸引到磁体的材料的部分。吸引部分210可以形成为磁性材料或磁性吸引材料的一层或单独的一块。吸引性材料和弹性材料固定在一起，例如通过将这些部分压配或粘合在一起。
参考图9，磁性部分200可以嵌入保持环105的一部分(嵌入的磁性部分200用虚线表示)。保持环105的其他部分具有形成于其上或一体形成于其中的吸引部分210。
形成带有嵌入磁性部分的环可以包括形成环形主体以及在该主体中形成一个或多个凹部，例如通过钻孔。之后将磁体置于凹部中。磁体可以固定在凹部中，例如通过用可在应用之后固化的材料(例如粘接材料)为凹部的每个开口部分形成塞子。凹部在主体中形成到这样的深度，即使得凹部的底座处可以保留足够的材料，当磁体位于吸引到磁体的材料附近时，防止凹部中的磁体使凹部底座处的材料变形或膨胀。同时，去除足够的材料，使得磁体的磁场强度不会被材料的厚度所减小。此外，如果既在上部140中又在下部130中嵌入磁体，则对准磁体使得当两部分装在一起时磁体彼此吸引而不是彼此排斥，即一个部分中磁体北极面向另一部分中磁体的南极。
准备了用于如下使用的保持环。如上所述，保持环105的两部分形成有适当的磁性和吸引部分。之后将下部130与上部140对准，使得销钉对准销钉孔。这使磁体对准，以使上部和下部140、130吸引到一起而不是排斥。使下部130与上部140接触并将二者磁性固定在一起。例如通过将上部140用螺钉固定到载具头，将上部140附接到载具头。或者，在环的下部130固定到上部140之前，将上部140附接到载具头。如果上部或下部中的磁体是永久磁体，则磁体170将保持环保持在一起。
参考图10-13，保持环的可替换实现方式包括用于环形体和磁体的各种结构。参考图10，磁性部分200嵌入保持环105的上部140中，并且吸引部分210嵌入保持环105的下部130中(嵌入的磁性部分200和吸引部分用虚线表示)。将上部和下部140、130中的磁性部分200和吸引部分210对准，以允许两部分彼此吸引。参考图11，磁性部分200嵌入到上部140中，并且吸引部分210固定到下部130(嵌入的磁性部分200用虚线表示)。磁性部分200和吸引部分210的定位可以从图10-11中所示的位置颠倒。参考图12，上部140由吸引到磁体的材料形成，并且下部130具有嵌入其中的环形磁性部分200，使磁性部分200与下部130的上表面邻近(嵌入的磁性部分200用虚线表示)。参考图13，保持环105在结构上与图12所示的保持环类似，但是在下部130中嵌入了多个非环形磁性部分200(嵌入的磁性部分200用虚线表示)。
在某些实现方式中，磁体(或吸引部分)能够被接通和切断。为了形成保持环，则将磁体激活，例如通过向围绕合适的金属缠绕的导线供给电源。在此实现方式中，电源与保持环的磁性部分电连通。
之后，保持环可以用于衬底的抛光处理。当使用保持环105时，保持环105的底表面110磨损。可以通过将下部130从上部140拆下(例如通过将下部130从上部140拔离)来对下部130进行更换。可以用新的下部130更换磨损的下部130，则载具头可以重新用于抛光衬底。
上述保持环具有可容易地更换的下部。当下部磨损使其不再适于抛光衬底(当底表面已经磨损小于0.1英寸时，下部可能已经足以不适合抛光了)时，将磨损部分拆下并更换。上述保持环实施例避免从载具头拆下上部的需要。当从载具头拆下整个保持环时，更换保持环可能要求确保保持环的底面与载具头的中心轴线垂直。采用此处所述的保持环，只需在第一次将保持环上部附接到载具头时确保这种对准。因为无需拆下上部140以更换下部130，所以保持环105的重新对准是不需要的。这可以减少更换所需的时间量，使载具头的停工期更短。此外，下部130的更换可能不需要熟练于附接保持环105使保持环平行于抛光表面的操作者。将磁体嵌入非磁性材料可以使两个体中的一个或全部都能够由对于抛光环境提供比磁体材料更好的化学抗性的材料形成。
此外，由于只有保持环105的下部130需要从载具头拆下，所以更换可磨损部分所需的材料比更换整个保持环时少。上部140无需更换。
已经说明了本实用新型的多种实施例。尽管如此，应当理解，可以不脱离本实用新型的精神和范围而进行各种改变。例如，销钉可以形成于下部中，而销钉孔形成于上部中。作为另一个例子，磁体可以形成于上部中，同时下部可以包括吸引到磁体的材料。因此，其他实施例也在所附权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种保持环，包括：
基本环形的上部，所述上部具有配置为附接到载具头的上表面；以及
基本环形的下部，所述下部具有配置为与所述上部的下表面接触的上表面；
其中所述上部和下部中至少一个包括磁性材料；并且
所述上部和下部中另一个包括可吸引到所述磁性材料的材料。
2.根据权利要求1所述的保持环，其中：
所述上部包括从下表面延伸出的一个或多个对准构件；并且
所述下部包括用于所述一个或多个对准构件的一个或多个对应的接收凹部。
3.根据权利要求1所述的保持环，其中：
所述下部包括从下表面延伸的一个或多个对准构件；并且
所述上部包括用于所述一个或多个对准构件的一个或多个对应的接收凹部。
4.根据权利要求1所述的保持环，其中所述上部包括铁素体不锈钢。
5.根据权利要求1所述的保持环，其中所述磁性材料是永久磁体。
6.根据权利要求1所述的保持环，其中所述下部比所述上部的刚性更小。
7.根据权利要求1所述的保持环，其中所述能够被吸引到磁性材料的材料被充分地吸引到所述磁性材料的一个或多个部分，以将所述上部和下部保持在一起。
8.根据权利要求1所述的保持环，其中所述下部由聚硫苯形成。
9.根据权利要求8所述的保持环，其中所述下部具有嵌入所述聚硫苯中的磁体。
10.一种形成保持环的方法，包括：
形成保持环的基本环形的下部；
将一块或多块磁性材料嵌入所述下部；和
形成所述保持环的基本环形的上部，使至少所述上部的下面的子部分包括能够吸引到所述磁性材料的材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述上部包括形成包括铁素体不锈钢的所述上部。
12.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述上部包括在所述上部的下表面中形成一个或多个对准构件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述下部包括在上表面中形成用于所述上部中一个或多个对准构件的一个或多个对应的接收凹部。
14.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述下部包括用聚硫苯形成所述下部。
15.根据权利要求10所述的方法，其中嵌入一个或多个部分的磁性材料包括将永久磁体嵌入到所述下部的上表面。
16.一种形成保持环的方法，包括：
形成保持环的基本环形的下部；
将能够吸引到磁性材料的材料粘合到所述下部的上表面；以及
形成所述保持环的基本环形的上部，使一块或多块磁性材料嵌入所述上部。
17.一种将保持环附接到载具头的方法，包括：
将保持环的上部紧固到载具头，其中所述上部包括能够吸引到下部中磁性材料的材料；以及
使所述保持环下部与所述上部接触，其中所述下部中的一块或多块磁性材料将所述上部与下部保持在一起。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述下部与所述上部对准，使得所述上部中的对准构件与所述下部中的接收凹部对准。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括在使所述下部与所述上部接触之前，对准所述上部和所述载具头，使得所述下表面垂直于所述载具头的中心轴线。
20.一种用于衬底的化学机械抛光的系统，包括：
载具头；以及
固定到所述载具头的保持环，所述保持环包括：
基本环形的上部，所述上部具有配置为附接到载具头的上表面；以及
基本环形的下部，所述下部具有配置为与所述上部的下表面接触的上表面；
其中所述上部和下部中至少一个包括磁性材料；并且
所述上部和下部中的另一个包括能够吸引到所述磁性材料的材料。
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