JP2019523146A - Cmp用の保持リング - Google Patents
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Abstract
Description
化学機械研磨(CMP)は、一般に受け入れられている1つの平坦化方法である。この平坦化方法では、典型的には、キャリアヘッド上に基板を取り付ける必要がある。基板の露出面は、典型的には、回転する研磨パッドに接するように配置される。キャリアヘッドは、制御可能な負荷を基板に与えて、基板を研磨パッドに押し当てる。典型的には、研磨粒子を含むスラリなどの研磨液が、研磨パッドの表面に供給される。
基板は、典型的には、保持リングによってキャリアヘッドの下で保持される。しかし、保持リングは研磨パッドに接するため、摩耗する傾向があり、場合により交換される。保持リングの中には、金属から形成された上部部分と、摩耗可能なプラスチック(wearable plastic)から形成された下部部分とを有するものや、単一のプラスチック部分のものがある。
実装形態は、以下の特徴の1つまたは複数を含むことができる。
接触面積は、底面の平坦面積の約25〜30%とすることができる。
複数のチャネルは、環状の本体の周りに均一に隔置することができる。8〜30個のチャネルが存在することができる。
複数のチャネルの各チャネルは、前縁および後縁を含むことができ、前縁および後縁は、チャネルの中心線について対称である必要はない。前縁は、底面の半径方向幅の実質上すべてにわたって延びる線形区分を含むことができる。線形区分は、半径方向に対して約30〜60°の角度で配向することができる。後縁は、実質上半径方向に沿って延びる第1の部分と、第1の部分に実質上直交して延びる、内側部分より外面に近い第2の部分とを含むことができる。
チャネルは、外面に隣接する凹状領域を含むことができ、したがってチャネルは、チャネルの残り部分内より凹状領域内で深い。凹状領域およびチャネルの残り部分はそれぞれ、実質上均一の深さを有することができる。
1つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明で述べる。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
保持リングは、基板の周りの領域内で研磨パッドの表面を押圧するために使用することができる。特に、保持リングは、基板がリングの下で偶発的に摺動することがなく、事実上閉じ込められるのに十分な力で押圧する必要がある。保持リングはまた、基板のエッジ付近で研磨パッドを圧縮し、したがって基板エッジにおける研磨速度に影響を与えるために使用することができる。しかし、このようにしてパッドが圧縮されたとき、研磨パッドの弾性は、パッドと保持リングとの間の相対運動とともに、「パッドの反発作用」をもたらす可能性があり、これは半径方向の不均一性を増大させる可能性がある。
パッドの反発作用を低減させるために、2つの技法を使用することができる。第1に、研磨パッドに対する保持リングの接触面積を低減させることによって、パッドのうちより小さい部分が圧縮され、したがって基板のうちより小さい部分がパッドの反発作用を受ける。第2に、接触面積の特定の形状は、パッドの反発作用を生じさせる可能性が低い。
研磨動作中は、キャリアヘッド100を含む化学機械研磨(CMP)装置によって、1つまたは複数の基板を研磨することができる。CMP装置の説明は、米国特許第5,738,574号に見ることができる。
保持リング110は、略環状のリングとすることができ、ベース102内の通路138を通って保持リング110の上面112内の位置合わせされたねじ付き受取り凹部内へ延びるねじまたはボルト136によって、たとえばベース102の外側エッジで固定される。いくつかの実装形態では、駆動軸120を上下させて、研磨パッドに対する保持リング110の底面114の圧力を制御することができる。別法として、たとえば、米国特許第6,183,354号または第7,575,504号に記載のように、保持リング110は、ベース102に対して可動式とすることができ、キャリアヘッド100は、内部チャンバを含むことができ、この内部チャンバを加圧して、保持リングに対する下向きの圧力を制御することができる。保持リング110は、ベース102(およびキャリアヘッドの残り部分)から、一体として取外し可能である。保持リング110の場合、これは、保持リング110が取り外されたときでも、保持リング110の上部部分142が保持リングの下部部分140に固定されたままであり、ベース102の解体またはキャリアヘッド100からのベース102の取外しを必要としないことを意味する。
保持リング110の内径面116は、フレキシブルフィルム104の下面とともに、基板受取り凹部を画定する。保持リング110は、基板が基板受取り凹部から逃げるのを防止する。
下部部分140は、プラスチック、たとえばポリフェノールスルフィド(PPS)である。下部部分140のプラスチックは、CMPプロセスでは化学的に不活性である。さらに、下部部分140は、基板エッジが保持リングに接触することで基板に欠損または亀裂が生じないようにするのに十分な弾性を有するべきである。他方では、下部部分140は、研磨パッド(底面上)および基板(内面上)から摩耗を受けても十分な寿命を有するのに十分な剛性を有するべきである。下部部分140のプラスチックは、ショアD基準で約80〜95のデュロメータ硬度を有することができる。典型的には、下部部分140の材料の弾性係数は、約0.3〜1.0×106psiの範囲内とすることができる。下部部分は、低い摩耗率を有することができるが、これにより基板エッジが内面116内へ深い溝を切るのが防止されると考えられるため、下部部分140が徐々に摩耗することは許容可能である。
下部部分140のプラスチックは、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、またはポリエーテルケトンケトン(PEKK)とする(たとえば、からなる)ことができる。
アイランド152は、研磨パッドに対する底面140の接触面積を提供する。アイランド152は、底面の平坦面積の約15〜40%、たとえば25〜30%の接触面積を提供することができる。底面の平坦面積は、π(RO 2−RI 2)として計算することができ、ここでROはリング110の外径の半径であり、RIは内径の半径である。
各チャネル150は、前縁160および後縁170を含む。キャリアヘッド、したがって保持リングが、反時計回り方向(矢印Aによって示すように、リングの底側から見る)に回転すると仮定すると、前縁160は右側エッジであり、後縁170は左側エッジである(この場合も、リングの底側から見る)。
後縁170は、実質上半径方向に、たとえば保持リング110の中心を通過する方向に延びる線形部分172を含む。線形部分172と線形部分172の中心からの半径方向との間の角度は、10°未満とすることができる。線形部分172は、保持リング110の底面114の半径方向幅Wの約25〜75%にわたって延びることができる。後縁170が内径面116に交差する角174は、丸くすることができる。
後縁170はまた、方位角方向に延びる部分176を外径面118に接続する区間178を含む。この区間178は、U字状とすることができ、方位角方向に延びる部分176から外径面118へ湾曲することができる。
任意選択で、チャネル180の入口部分154内に凹部180を形成することができる。すなわち、チャネル150は、出口部分158内より入口部分154内で深い。凹部180は、均一の深さを有することができ、出口部分158もまた、均一の深さを有することができる。
複数の実施形態について説明した。しかし、多くの変形形態が可能である。たとえば、上述した複雑なチャネルおよびアイランドの形状ではなく、アイランドは、簡単な線形のストライプとすることができ、所望の割合の接触面積を提供するように幅を選択することができる。たとえば、各アイランドの後縁および前縁は、2つの平行な線形区分によって提供することができる。後縁および前縁は、内径面および外径面で丸くすることができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
Claims (15)
- 基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体を備え、前記底面が、外面から前記内面へ延びる複数のチャネルと、前記チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、前記接触面積が、前記底面の平坦面積の約15〜40%である、
保持リング。 - 前記接触面積が、前記底面の前記平坦面積の約25〜30%である、請求項1に記載の保持リング。
- 前記複数のチャネルが、前記環状の本体の周りに均一に隔置される、請求項1に記載の保持リング。
- 8〜30個のチャネルが存在する、請求項3に記載の保持リング。
- 前記複数のチャネルの各チャネルが、前記外面にある入口部分と、前記保持リングの幅に実質上直交して延びる狭窄部と、前記狭窄部から前記内面へ延びる出口部分とを備える、請求項1に記載の保持リング。
- 前記出口部分が、前記内面に向かって広がる、請求項4に記載の保持リング。
- 前記入口部分が、前記出口部分より円周方向に長い、請求項5に記載の保持リング。
- 前記複数のチャネルの各チャネルが、前縁および後縁を備え、前記前縁および後縁が、前記チャネルの中心線について対称でない、請求項1に記載の保持リング。
- 前記前縁が、前記底面の半径方向幅の実質上すべてにわたって延びる線形区分を備える、請求項8に記載の保持リング。
- 前記線形区分が、半径方向に対して約30〜60°の角度で配向される、請求項9に記載の保持リング。
- 前記後縁が、実質上半径方向に沿って延びる第1の部分と、前記第1の部分に実質上直交して延びる、前記内側部分より前記外面に近い第2の部分とを備える、請求項8に記載の保持リング。
- 前記チャネルが、前記外面に隣接する凹状領域を含み、したがって前記チャネルが、前記チャネルの残り部分内より前記凹状領域内で深い、請求項1に記載の保持リング。
- 前記凹状領域および前記チャネルの前記残り部分がそれぞれ、実質上均一の深さを有する、請求項12に記載の保持リング。
- 基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体を備え、前記底面が、外面から前記内面へ延びる複数のチャネルと、前記チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、前記複数のチャネルの各チャネルが、前縁および後縁を備え、前記前縁が、半径方向に対して第1の角度をなす第1の線形区分を備え、前記後縁が、実質上半径方向に沿って延びる第1の部分と、前記第1の部分に実質上直交して延びる、前記内側部分より前記外面に近い第2の部分とを備える、
保持リング。 - ベースと、
前記ベースに結合され、基板に対する取付け面を有するフレキシブルフィルムと、
前記ベースに結合され、前記基板を抑制する内面と底面とを有する略環状の本体とを備え、前記底面が、外面から前記内面へ延びる複数のチャネルと、前記チャネルによって分離され、研磨パッドに接触する接触面積を提供する複数のアイランドとを有し、前記接触面積が、前記底面の平坦面積の約15〜40%である、
キャリアヘッド。
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