JP3098671U - 化学機械研摩用フランジ付きリテーニング・リング - Google Patents

Abstract

【課題】移送用ステーションにより保持された基板との同心度及びキャリア・ヘッドと基板との平行度が改善され、ロード処理の信頼性が改善される化学機械研磨用フランジ付きリテーニング・リングを提供する。
【解決手段】下部１０５の内径部１１５は、直線の垂直円筒面を形成する。対照的に、下部１０５の外径面１２０は、底面１１０付近で開始する垂直部１２５と、垂直部１２５から上方に伸びる外側傾斜部１３０との両方を含む。外径部の外側傾斜部１３０は、リテーニング・リングの底面１１０に対し約６０°の角度を形成してもよい。下部１０５の平坦な上面１３５は、底面１１０と平行になっている。この上面１３５は、鈍角で外径面１２０の傾斜部１３０と合い、実質的に直角で内径部１１５と合っている。内径部１１５は、リテーニング・リング１００の基板受容凹部を画成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
背景
本考案は、全体的に基板の化学機械研磨、特に化学機械研磨で使用されるリテーニング・リングに関する。
【０００２】
集積回路は、通常、シリコン基板上に連続して導体、半導体、絶縁体の層を堆積することによって基板上に形成される。ある製造ステップは、非平坦面にわたり充填層を堆積する工程、非平坦層が露出するまで充填層を平坦化する工程を包含する。たとえば、導電性充填層は、絶縁層内のトレンチや穴を充填する為にパターン化された絶縁層上に堆積可能である。絶縁層の隆起されたパターンが露出するまで、充填層は、その後、研磨される。平坦化の後、絶縁層の隆起したパターンの間に残っている導電層の一部が、バイア、プラグ、回線を形成し、これらは、基板上の薄膜回路間に導電路を提供する。それに加えて、平坦化技術は、フォトリソグラフィーの為に基板面を平坦化するのに必要である。
【０００３】
化学機械研摩（ＣＭＰ）は、認められた平坦化技術の一つである。この平坦化方法は、通常、基板がＣＭＰ装置の研磨ヘッドまたはキャリア上に取り付けられることを必要とする。基板の露出面は、回転研磨用ディスクパッド又はベルトパッドに抗して置かれる。研摩用パッドは、「標準式」パッドか固定式研磨剤パッドのいずれかである。標準式パッドは、耐久性があり、荒くされた表面を持ち、固定式研磨剤パッドは、抑制メディア内に保持された研磨粒子を有する。キャリア・ヘッドは、制御可能な負荷を基板上に与え、それを研磨用パッドに押し付ける。少なくとも一つの化学的反応剤、（標準式パッドが使用される場合には）更に研磨粒子を含む研磨用スラリーは、研磨用パッドの表面に供給されている。
【０００４】
概要
本考案の一態様は、リテーニング・リングに向けられており、これは、ほぼ環状体になっており、上面、底面、内径面、外径面を有する。外径面は、外側に突き出たフランジを含み、フランジは、下面と、複数のチャネルを含む底面を有する。
【０００５】
本考案の実施は、一以上の以下の特徴を含むことが可能である。下面は、上面と底面に対し実質的に平行であってもよい。外径面は、テーパ付きセクションを含んでもよく、テーパ付きセクションの周辺部は、上面より底面に向かって、より大きくなっている。外径面は、テーパ付きセクションと底面との間に垂直セクションを含んでもよい。このテーパの付いたセクションは、底面に対し６０°の角度を形成してもよい。内径面は、テーパ付きセクションを含んでもよく、テーパ付きセクションの周辺部は、底面より上面に向かって、より大きくなっている。内径面は、テーパ付きセクションと底面との間に垂直セクションを含んでもよい。このテーパの付いたセクションは、上面に対し約８０°の角度が形成されている。底面は、１８個のチャネルを含んでもよい。上面は、内部に形成された複数の穴（例えば、１８個の穴）を含んでよい。少なくとも１つのドレイン穴は、内径面から外径面に延びてもよい。内径面は、底面に隣接した約３００ｍｍの半径を有することが可能である。
【０００６】
他の態様において、本考案は、基板の為の取り付け面を持つ化学機械研磨に使われるキャリア・ヘッド用リテーニング・リングに向けられている。リテーニング・リングは、研磨用パッドに接触する為の底面を有する概して環状の下部を有するが、ここで、その底面は、複数のチャネルと、下部に固定された概して環状の上部とを含み、その上部は、環状突出部を備えた外径部を有する。
【０００７】
本考案の実施例は、１又は２以上の以下の特徴を含んでもよい。環状突出部は、水平の下面と、水平の上面と、下面と該上面に連結する垂直円筒外面を含んでもよい。下部は、約３００ｍｍの半径を持つ内径面を持ってもよい。外径面は、テーパの付いたセクションを含んでもよいが、ここで、テーパ付きセクションの周辺部は、下部より上部に向けて大きくなっている。下部と上部は、単体として形成されている。
【０００８】
他の態様において、本考案は、基板の為の取り付け面を持つ化学機械研磨に使われるリテーニング・リングに向けられている。リテーニング・リングは、テーパの付いた内径面を有する。リテーニング・リングの内径面の周辺部は、リテーニング・リングの上面より底面に向けて小さくなっている。
【０００９】
本考案の実施例は、１又は２以上の以下の特徴を含むことが可能である。内径面は、円筒状の垂直面を含んでもよい。
【００１０】
本考案の１つの考えられる利点は、キャリア・ヘッドが下降して基板を移送用ステーションで受容するとき、リテーニング・リングの外径部のテーパが付いた壁は、ロードカップの内面に係合可能であり、リテーニング・リングを基板との整列状態に導く。これにより、リテーニング・リングと、移送用ステーションにより保持された基板との同心度が改善され、ロード処理の信頼性が改善される。
【００１１】
本考案の他の考えられる利点は、リテーニング・リングの外径部でフランジの平らな下面が、ロードカップの上面に係合可能になり、その上に載せることができる。これにより、キャリア・ヘッドと基板との平行度が改善され、ロード処理の信頼性が改善される。それに加えて、フランジの平坦な下面は、適切にロードカップの上面と係合し、たとえリテーニング・リングの底面が摩耗されても平行を確実にする。
【００１２】
詳細な説明書
図１，図４、図５を参考にすると、リテーニング・リング１００は、ＣＭＰ装置のキャリア・ヘッドに固定可能な、概して環状リングである。適当なＣＭＰ装置は、米国特許第５，７３８，５７４号に説明され、適切なキャリア・ヘッドは、米国特許第６，２５１，２１５号に説明されており、これらの全開示内容は、参考の為に本願に組み入れられている。リテーニング・リング１００は、ＣＭＰ装置の移送用ステーションで基板を位置決めし、センタリングし、保持する為のロードカップに嵌め込まれている。適当なロードカップは、本考案の譲受人に譲渡され、”ＥＤＧＥ　ＣＯＮＴＡＣＴ　ＬＯＡＤ　ＣＵＰ”（欧州公報第１０６１５５８号）という考案の名称で、１９９９年１０月８日に提出された、特許第０９／４１４，９０７に説明されており、この全開示内容は、本願に参考の為に組み込まれている。
【００１３】
リテーニング・リング１００は、２個の部分から構成可能である。図２Ａ、図２Ｂで示されるように、最初の部分（下部１０５）は、底面を持ち、これは、（チャネル数が異なってもよいが）１８個のチャネル２１０又は溝を含む。直線状チャネル１８０は、底面１１０の内周部で始まり、外周部で終わっているが、リテーニング・リング１００の周りで等しい角度間隔で分配可能である。チャネルは、通常、リテーニング・リング１００の中心を通って伸びる半径方向セグメントに対し４５°で配向されているが、他の配向角度として、３０°から６０°が可能である。
【００１４】
図１，図４，図５を再び参照すると、下部１０５の内径部１１５は、直線の垂直円筒面を形成する。対照的に、下部１０５の外径面１２０は、底面１１０付近で開始する垂直部１２５と、垂直部１２５から上方に伸びる外側傾斜部１３０との両方を含む。外径部の外側傾斜部１３０は、リテーニング・リングの底面１１０に対し約６０°の角度を形成してもよい。下部１０５の平坦な上面１３５は、底面１１０と平行になっている。この上面１３５は、鈍角で外径面１２０の傾斜部１３０と合い、実質的に直角で内径部１１５と合っている。内径部１１５は、リテーニング・リング１００の基板受容凹部を画成する。
【００１５】
リテーニング・リング１００の下部１０５は、ＣＭＰ処理に対し化学的に不活性である材料から形成可能である。材料は、リテーニング・リング１００に対する基板縁部の接触部は基板が削れるかひび割れの原因にならないように、十分に弾性を持たなければならない。しかし、リテーニング・リング１００は、キャリア・ヘッドがリテーニング・リング１００に下方圧力を押し付けるとき、基板受容凹部１４０の中に押し出す程に弾性であるべきではない。リテーニング・リング１００は、また耐久性がなければならず、低い摩耗率を有するが、すり減ることはリテーニング・リング１００にとって許容可能である。たとえば、リテーニング・リング１００は、プラスチック（例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレン・テレフタル酸塩（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンソイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）または複合材料）で形成可能である。
【００１６】
リテーニング・リング１００の第２の部分、上部１４５は、平坦な底面１５０と、底面１５０に対し平行である上面とを有する。上面１６０は、（穴の数は異なってもよいが）１８個の穴１６５を含み、リテーニング・リング１００とキャリア・ヘッドを一緒に固定する為に、ボルト、ネジ、他のハードウェアを受容する。さらに、１または２以上のアライメント用アパーチャー１７０は、上部１４５に配置可能である。リテーニング・リング１００がアライメント用アパーチャー１７０を有する場合、キャリア・ヘッドは、キャリア・ヘッドとリテーニング・リング１００が適切に整列されるとき、アライメント用アパーチャー１７０と組み合わさる対応ピンを有することが可能である。
【００１７】
上部１４５の外径面１７５は、外側傾斜セクション１９０、水平セクション１８５、垂直セクション１８０を含む。外径面１７５の外側傾斜セクション１９０は、リテーニング・リングの底面１１０に対し、約６０°の角度を形成してもよい。上部１４５の内径面１５５は、内径面１５５が底部より大きい径を有するように外側に傾斜されている。外側に傾斜している内径面１５５は、リテーニング・リングの上面１６５に対し、約８０°の角度を形成してもよい。上面１６０は、実質的に直角で外径面１７５に合うが、底面１５０は、鈍角で外径面１７５に合う。水平なセクション１８５は、それぞれ、上面１６０と底面１５０に対し平行になっている。上部１４５の上面１６０、垂直セクション１８０、水平セクション１８５は、共にフランジ１９５を形成する。
【００１８】
リテーニング・リング１００の上部１４５は、１又は２以上のドレイン穴２００（例えば、リテーニング・リングの周りに等しい角度間隔で配置された４個のドレイン穴）を含んでもよい。これらのドレイン穴２００は、リテーニング・リングを通って内径面１５５から外径面１７５（例えば、傾斜セクション１９０）まで伸びている。ドレイン穴は傾けられてもよく、例えば、外径面より内径面で高くなっている。代替え的に、ドレイン穴は、実質的に水平でもよく、リテーニング・リングは、ドレイン穴を持たずに製造可能である。
【００１９】
上部１４５は、金属のような堅い材料から形成してもよい。上部を形成する適切な金属には、ステンレス鋼、モリブデン、アルミニウムを含まれる。また、セラミックも使用可能である。
【００２０】
下部１０５と上部１４５は、それぞれ、これらの上面１３５，底面１５０に接続され、リテーニング・リング１００を形成する。上部１４５と下部１０５が整列され組み合わされるとき、リテーニング・リング１００は、一定角度で外径面１２０，１７５に沿って、テーパが付けられた単一の表面１３０，１９０を有する。２つの部分は、接着剤、ネジ、圧入構成を用いて接合可能である。粘着性の層は、ジョージア州チャンブリーのマグノリアプラスチック社から入手可能なＭａｇｎｏｂｏｎｄ−６３７５（商標）のような二部低速硬化型エポキシでもよい。
【００２１】
リテーニング・リング１００は、キャリア・ヘッドの底部に固定されるとき、外径部１８０の上部周辺は、実質的にキャリア・ヘッドの基部周辺と実質的に同一でもよく、キャリア・ヘッドの外縁に沿って間隙は存在しない。
【００２２】
ＣＭＰ装置の通常動作において、ロボット・アームはカセットストレージから移送用ステーションまで３００ｍｍ基板を移動させる。移送用ステーションでは、基板はロードカップ内でセンタリングされる。キャリア・ヘッドは、ロードカップ上方の場所に移動する。一旦キャリア・ヘッドとロードカップが互いにほぼ一直線に並べられると、キャリア・ヘッドは基板を受ける位置へと下げられる。具体的には、キャリア・ヘッドは、リテーニング・リングの外径面１２０、１７５の底部がロードカップに嵌め込まれるように下げられる。リテーニング・リング１００のセンタリングを助ける為に、リテーニング・リング１００の最も狭い位置が最初にロードカップに入る。キャリア・ヘッドが下げられると、テーパ付きエッジ１３０、１９０は、ロードカップの内面に係合し、リテーニング・リング１００をロードカップとの同心アライメントへと案内する。このアライメントは、（基板は適切にロードカップ内でセンタリングされていることを推定しつつ）順番に同心上で基板とリテーニング・リング１００を互いに一直線に並べる。
【００２３】
キャリア・ヘッドが更に下げられると、リテーニング・リングのフランジ１９５は、ロードカップの実質的に水平な部分と係合し、その上に載る。この平坦な環状面は、ロードカップにおける基板とリテーニング・リング１００とキャリア・ヘッド間の平行変位を維持する。
【００２４】
一旦基板がキャリア・ヘッドにロードされると、キャリア・ヘッドは、ロードカップから外す為に持ち上がる。キャリア・ヘッドは、移送用ステーションから研磨用ステーションの各々まで、ＣＭＰ装置上を移動することができる。ＣＭＰ研磨中、キャリア・ヘッドは、基板に圧力をかけ、研磨用パッドに抗して基板を保持する。研磨のシーケンス中、基板は、受容凹部１７０の内部に置かれ、これが基板の逸脱を防止する。リテーニング・リング１００の中にあるチャネル２１０は、リテーニング・リング１００が研磨用パッドと接触状態にあるとき、スラリーの基板へ／からの運搬を容易にする。一旦研磨が終了すると、キャリア・ヘッドは、ロードカップ上方の一定位置に戻り、リテーニング・リング１００が再びロードカップと係合するように下降する。基板は、キャリア・ヘッドから解放され、その後、研磨シーケンスの次のステップに移動される。
【００２５】
本考案は、多くの実施形態に関して記載された。しかし、本考案は、描写され説明された実施形態に限定されるものではない。むしろ、本考案の範囲は、実用新案登録請求の範囲で規定されるものである。たとえば、水平セクション１８５の上方に、リテーニング・リング１００の外径部１８０は、直線形状または傾斜形状を有することができる。内径部１４５は、直線形状、傾斜形状、又は、直線と傾斜の混合形状を持つことができる。リテーニング・リング１００は、別個の上部１４５と下部１０５から形成する代わりに、例えばＰＰＳを用いてプラスチックの単一片から構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本考案によるリテーニング・リングの部分的断面を有する斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１のリテーニング・リングの下面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１のリテーニング・リングの側面図である。
【図３】図３は、図１のリテーニング・リングの斜視図である。
【図４】図４は、図３での線４−４に沿ったリテーニング・リングの横断面図である。
【符号の説明】
１００…リテーニング・リング、１０５…下部、１１０…底面、１１５…内径部、１２０…外径面、１２５…垂直部、１３０…外側傾斜部、テーパ付きエッジ、１３５…上面、１４０…基板受容凹部、１４５…上部、１６０…上面、１７０…アライメント用アパーチャー、１７５…外径面、１８０…直線上チャネル、１８５…水平セクション、１９０…外側傾斜セクション、テーパ付きエッジ、１９５…フランジ、２００…ドレイン穴、２１０…チャネル。

Claims (20)

1. 上面、底面、内径面、外径面を有する、概して環状体であって、外径面は、外側に突き出たフランジを含み、当該フランジは、下面を有し、前記底面は複数のチャネルを含む、リテーニング・リング。
2. 前記下面は、前記上面及び前記底面に対し、実質的に平行である、請求項１記載のリテーニング・リング。
3. 前記外径面は、周辺部を有するテーパ付きセクションを含み、前記周辺部は、前記上面より前記底面の方が大きい、請求項１記載のリテーニング・リング。
4. 外径面は、前記テーパ付きセクションと前記底面との間に垂直セクションを含む、請求項３記載のリテーニング・リング。
5. テーパ付きセクションは、前記底面に対し、約６０°の角度を形成する、請求項３記載のリテーニング・リング。
6. 内径面は、周辺部を有するテーパ付きセクションを含み、前記周辺部は、前記底面より前記上面の方が大きい、請求項１記載のリテーニング・リング。
7. 内径面は、前記テーパ付きセクションと前記底面との間に垂直セクションを含む、請求項６記載のリテーニング・リング。
8. テーパ付きセクションは、前記上面に対し、約８０°の角度を形成する、請求項６記載のリテーニング・リング。
9. 前記底面は、１８個のチャネルを含む、請求項１記載のリテーニング・リング。
10. 前記上面は、内部に形成された複数の穴を含む、請求項１記載のリテーニング・リング。
11. 前記上面は、１８個の穴を含む、請求項１０記載のリテーニング・リング。
12. 前記内径面から前記外径面まで延びている少なくとも１つのドレン穴を更に備える、請求項１記載のリテーニング・リング。
13. 前記内径面が、約３００ｍｍの半径を前記底面に隣接して有する、請求項１記載のリテーニング・リング。
14. 基板に対する取り付け面を有する化学機械研磨で使用される為のキャリア・ヘッド用リテーニング・リングであって：
    研磨用パッドと接触する為の底面を有する概して環状の下部であって、前記底面が複数のチャネルを有する、前記下部と；
    前記下部に固定される概して環状の上部であって、環状の突出部を備えた外径部を有する、前記上部と；を備える、リテーニング・リング。
15. 前記環状突出部は、水平な下面と、水平な上面と、前記下面と前記上面に連結される垂直円筒外面と、を備える、請求項１４記載のリテーニング・リング。
16. 前記下部は、約３００ｍｍの半径の内径面を有する、請求項１４記載のリテーニング・リング。
17. 前記外径面は、前記テーパ付きセクションの周辺部が、前記下部より前記上部に向けて大きくなっている、請求項１４記載のリテーニング・リング。
18. 前記下部と前記上部は、単体として形成された、請求項１４記載のリテーニング・リング。
19. 基板に対する取り付け表面を有する化学機械研磨に使われるキャリア・ヘッド用リテーニング・リングであって：
    テーパ面を備えた内径面であって、前記リテーニング・リングの内径部の周辺部は、前記リテーニング・リングの上面より底面に向けて小さくなっている、前記リテーニング・リング。
20. 前記内径面は、円筒状垂直面を含む、請求項１９記載のリテーニング・リング。

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