JP3148140U - 溝付き保持リング - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＰ装置を使って、基板の科学的機械研磨の際、研磨ステーション及びプラテン間の交差汚染の除去に有効な溝を有し、キャリアヘッドに取り付け使用する保持リングを提供する。【解決手段】複数組のチャネルを含む底部表面を有する実質的に環状のリング１００であって、前記チャネルの各々は、前記環状のリングの内径から前記環状のリングの外径まで伸び、各組のチャネルの第１チャネル１２０は、前記第１チャネルと交差する前記保持リングの半径区分に対して第１角度にあり、各組のチャネルの第２チャネル１３０は、前記チャネルの前記第２チャネルと交差する前記保持リングの半径区分に対し第２角度にあり、前記第１角度は前記第２角度と異なり、前記第１チャネルは前記第２チャネルと交差しないよう保持リングを構成する。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照

[0001]本願は、２００５年８月３０日に提出され、内容が本願に参考の為に組み込まれる米国仮出願第６０／７１３，１０３号の優先権の利益を主張する。

背景

[0002]本考案は、一般的に、基板の化学的機械研磨に関し、より具体的には、化学的機械研磨に使用される保持リングに関する。

[0003]集積回路は、導電層、半導体層、又は、絶縁層をシリコン基板上に連続して堆積することにより、通常、基板上に形成される。一つの製造ステップは、平坦でない表面にわたって充填層を堆積する工程、平坦でない表面が露出されるまで充填層を平坦化する工程に関連する。例えば、導電性充填層は、パターニングされた絶縁層上に堆積可能であり、絶縁層内のトレンチや穴を充填する。充填層は、その後、絶縁層の隆起パターンが露出されるまで研磨される。平坦化の後、絶縁層の隆起パターン間に残る導電層の一部がビア、プラグ、ラインを形成し、これらが、基板で薄膜回路間の導電経路を与える。さらに、平坦化は、フォトリソグラフィの為に基板表面を平坦化することが必要である。

[0004]化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、容認された平坦化法の一つである。この平坦化法は、通常、基板がキャリア又はＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けられることが必要である。基板の露出表面は、回転する研磨ディスクパッド又はベルトパッドに抗して配置される。研磨パッドは、「標準」パッド又は固定研磨材パッドのうち、どちらでもよい。標準パッドは、耐久性のある粗い表面を有するが、固定研磨材パッドは、抑制媒体に保持された研磨粒子を有する。キャリアヘッドは、制御可能な荷重を基板に与え、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨スラリは、少なくとも一つの化学的反応剤と、標準パッドが使用される場合には研磨粒子とを含み、研磨パッドの表面に供給される。

考案の概要

[0005]一態様において、考案は、頂部表面、底部表面、内径表面、外径表面を有する概略環状体である保持リングに関する。底部表面は、複数のチャネルを含み、第１組のチャネルは、第１のチャネルと交差する保持リングの半径区分に対して第１角度にあり、第２組のチャネルは、第２のチャネルと交差する保持リングの半径区分に対し第２角度にある。第１角度は、第２角度と異なり、第１チャネルは、第２チャネルと交差しない。

[0006]本考案の実施形態は、一以上の以下の特徴を含むことが可能である。第１角度は、第２角度に対し、およそ９０度である。リングは、１８個から２６個のチャネルを有することが可能である。一部の実施形態において、第１チャネルは、第２チャネルと接触しない。底部表面は、各々が第１角度にある第１組のチャネルと、各々が第２角度にある第２組のチャネルを含むことが可能である。第１組のチャネルは、基板の表面の底部にわたり、第２組のチャネルと交流する。第１組のチャネルは、各チャネルに対応した半径区分に対し約４５度にあるチャネルを含み、第２組のチャネルは、各チャネルに対応した半径区分に対し約１３５度にあるチャネルを含むことが可能である。保持リングは、２つの部分の保持リングでもよい。

[0007]以下、添付図面を参照して、本考案の一以上の実施形態の詳細を説明する。本考案の他の特徴、目的、利点は、以下の説明、請求項、図面から明らかである。

詳細な説明

[0010]図面において同一記号は同一要素を表している。

[0011]図１を参照すると、保持リング１００は、ほぼ環状リングであり、ＣＭＰ装置のキャリアヘッドに固定可能である。適したＣＭＰ装置は、米国特許第５，７３８，５７４号に説明されており、適したキャリアヘッドは、米国特許第６，２５１，２１５号に説明されており、これらの開示内容は、両方とも、参考のため、本願に組み込まれている。

[0012]保持リング１００は、平らな底部表面１１０を有し、底部表面１１０は、チャネル１２０，１３０又は溝を有する。チャネル１２０，１３０は、底部表面１１０の内周部１４０から始まり、外周部１５０で終了する。一部の実施形態において、チャネル１２０，１３０は、保持リング１００の周りに等角度で分布されている。チャネル１２０，１３０は、２組に寄せ集められている。第１組のチャネル１２０は、通常、保持リング１００の中心を通って伸びる半径区分１６０に対して４５度に向けられているが、他の角度（例えば、３０度〜６０度）も可能である。第２組のチャネル１３０は、通常、半径区分１６０に対して、１３５度に向けられているが、他の角度（例えば、１２０度〜１５０度）でもよい。すなわち、第１組のチャネルと第２組のチャネルは、互いに平行ではなく、互いに対角になっている。

[0013]一部の実施形態において、代替のチャネルは、それらの半径区分から、ほぼ同一角度で向けられている。これが、保持リングの底部表面上に、Ｖ字パターンのようなものを形成する。しかし、隣接するチャネルは、保持リングの表面で交差していない。各チャネル１２０，１３０は、いずれも交差せず、隣接するチャネルと重複しない。もし、チャネルが保持リングの表面を越えて伸びる場合、チャネルは互いに、およそ９０度で交差するが、角度は、７５度〜１０５度でもよい。チャネルは、直線でもよいが、湾曲してもよい。チャネルの幅は、約０．１〜約０．２インチ（例えば、約０．１２５インチ）でもよい。チャネルの深さは、約０．１〜０．２インチ（例えば、０．１２０インチ）でもよい。

[0014]保持リング１００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、十分に弾性があるので、基板縁の保持リング１００に対する接触部は、基板の欠け傷や割れの原因にならない。しかし、保持リング１００は、キャリアヘッドが下方圧力を保持リング１００に与えるとき、基板収容凹部１８０に押し出される程に弾性を持たない。保持リング１００は、また、耐性があり、摩耗率が低いが、保持リング１００が摩耗することを許容する。例えば、保持リング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レート（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）、ポリエチルイミダ（ＰＥＩ）または、複合材料）で形成可能である。

[0015]この保持リングの頂部表面は、ボルト、ネジ、保持リング１００及びキャリアヘッドを共に固定する為のハードウェアを受ける為の穴を含む（穴の数は異なり得る）。さらに、一以上の心合わせ用アパーチャが上部に配置可能である。保持リング１００が心合わせ用アパーチャを有する場合、キャリアヘッドは、キャリアヘッドと保持リング１００が適切に心合わせされるとき、心合わせ用アパーチャに一致させる対応ピンを有してもよい。保持リング１００は、また、リングの外にスラリを排出する為の排出用穴を含んでもよい。

[0016]保持リング１００は、一以上の部品から構成されてもよい。保持リング１００は、下部と上部の両方を有し、上部は、平らな底部表面と、底部表面に平行な頂部表面と、を有してもよい。上部の底部表面は、下部の上部表面と一致している。２つの部品は、接着剤、ネジ、圧入構成を用いて接合可能である。接着層は、２つの部分をゆっくりと硬化させるエポキシが使用可能であり、例えば、ジョージア州チャンブリーのMagnolia Plasticsから入手可能であるMagnobond-6375（商標）が使用可能である。

[0017]上部は、硬い材料（例えば、金属）でもよい。上部を形成する為に適した金属は、ステンレス鋼、モリブデン、アルミニウムである。あるいは、セラミックも使用可能である。

[0018]保持リング１００がキャリアヘッドのベースに固定されるとき、他の直径の頂部周囲は、キャリアヘッドのベースの周囲と実質的に同一なので、キャリアヘッドの外縁に沿って隙間は存在しない。

[0019]ＣＭＰ装置の通常動作において、ロボットアームは、３００ミリ基板をカセット保管装置から移動ステーションに移動させる。移動ステーションにおいて、基板はロードキャップ上の中央に配置される。キャリアヘッドは、ロードキャップ上の所定位置まで移動する。キャリアヘッドとロードキャップが、互いにほぼ整列されると、キャリアヘッドは、基板を受ける位置まで下げられる。

[0020]基板がキャリアヘッドに装填されたら、キャリアヘッドは、ロードキャップから離れて上昇する。キャリアヘッドは、移動ステーションからＣＭＰ装置上の研磨ステーションまで移動可能である。研磨ステーションは、研磨中に特別なスラリが充当されるプラテンを含む。ＣＭＰ研磨中、キャリアヘッドは、圧力を基板に作用させ、基板を研磨パッドに抗して保持する。研磨シーケンス中、基板は、基板が外れることを防止する受容凹部の内部に配置される。保持リング１００内のチャネル１２０，１３０は、保持リング１００が研磨パッドと接触しているときに基板にスラリを運搬すること、更に、基板からスラリを運搬することを容易にする。対向したチャネル又は二重渦巻き構成は、研磨プロセスにおいて、スラリの質量移動を改善する。第１組のチャネルは、各チャネルに対し最も近い半径区分に対して一方向に向けられている。これらのチャネルは、スラリを凹部１８０の中に押し込む。対向する第２組のチャネルは、スラリを凹部１８０の外に送る。凹部１８０の外に押し出されるスラリは、使用済みスラリと研磨副生成物を含む場合がある。

[0021]チャネルは、重複していないので、保持リングの凹部の外に押し出されるスラリが直ちに凹部の中に戻されることを防止する（溝が重複している場合には凹部の中に戻されることが起こる）。

[0022]第１研磨ステーションで研磨するとき、キャリアヘッドは、基板を次の研磨ステーションに移動させることが可能である。

[0023]前述されたような二重渦巻き型チャネル設計は、研磨ステーション及びプラテン間の交差汚染を除去するのに有効な方法である。一部の研磨システムにおいて、２つの異なる研磨ステーションで使用されるスラリは、互いに互換性がない。保持リング、ヘッド、基板は、ステーション間でリンスされる。最も良く知られた方法を用いる従来システムでは、全てが同一方向に向けられた一組のチャネルを有する保持リング上のスラリを除去する為に十分にリンスする時間は、約１５秒から２０秒である。二重渦巻き型保持リングのリンス時間は、５秒から１０秒と短くなっている。キャリアヘッドは、リンス中、回転する。二重渦巻き型保持リングにおいて、時計回りの溝と組み合わされた回転により、リンス用液体はリングの凹部に入れられ、反時計回りの溝により、研磨プロセスからの副生成物はリングの凹部から排出させられる。

[0024]図２を参照すると、二重渦巻き型保持リングは、従来の研磨方法より改善された研磨プロファイルと研磨基板のトポグラフィを提供することができる。ライン２１０は、対向チャネルを持たない従来の保持リングからの結果である。従来の保持リングは、全てが同一方向（時計回り）に向けられた１８個のチャネルを有し、研磨中のヘッドにスラリを押し込む。２つのリングは、基板表面から銅を除去する為に使用された。研磨ツールは、両方とも６５ｒｐｍで１５秒間だけ作動され、基板の裏側に１．２ｐｓｉのゲージ圧力が作用された。ライン２２０は、各組が１８個のチャネルを含む２組のチャネルを底部表面に有する二重渦巻き型保持リングに対する結果である。グラフ２００から分かるように、従来の保持リングを用いて研磨された基板にわたる除去プロファイルは、基板の表面にわたり均一ではない。基板の縁より基板の中央から多くの銅が除去された。特に、８００オングストロームを越える銅が基板の中央から除去され、約６５０オングストローム以下の銅が基板の縁付近から除去された。二重渦巻き型保持リングを使用したところ、約６００から７００オングストロームの銅が基板の表面にわたって除去された。二重渦巻き型保持リングのバラツキは、１００オングストローム未満である。

[0025]本考案の多くの実施形態が説明されてきた。それにも拘わらず、様々な変形例は、本考案の精神及び範囲から逸脱することなく可能である。例えば、二重渦巻きの概念は、電気化学的機械研磨用導電部を含む保持リング（２００５年５月１１日に提出された米国出願第１１／１２７，７９０号、”Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｒｔｉｏｎ”、２００４年１２月２日に提出された米国出願第１１／００３，０８３号”Ｂｉａｓｅｄ Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｒｉｎｇ”、米国２００６−０１３７８１９公開公報として公開）に適用可能である。したがって、他の実施形態は、添付された請求項の範囲内にある。

[0026]本願で示唆された全ての参照例は、あらゆる目的の為に全体が組み込まれる。

図１は、保持リングの斜視図である。 図２は、従来の保持リングと本願の保持リングの性能を比較したグラフである。

符号の説明

１００…保持リング、１１０…底部表面、１２０…第１組のチャネル、１３０…第２組のチャネル、１４０…内周部、１５０…外周部、１６０…半径区分、１８０…基板収容凹部、２１０，２２０…ライン

Claims (10)

1. 化学機械的研磨用保持リングにおいて、
   ２つ以上のチャネルを含む底部表面を有する実質的に環状のリングであって、前記チャネルのうち第１チャネルは、前記チャネルの前記第１チャネルと交差する前記保持リングの半径区分に対して第１角度にあり、前記チャネルの第２チャネルは、前記チャネルの前記第２チャネルと交差する前記保持リングの半径区分に対し第２角度にあり、前記第１角度は、前記第２角度と異なり、前記第１チャネルは、前記第２チャネルと交差しない、前記保持リング。
2. 前記第１角度は、前記第２角度に対し約９０度にある、請求項１に記載の保持リング。
3. 前記リングは、少なくとも１８個のチャネルを有する、請求項１に記載の保持リング。
4. 前記第１チャネルは、前記第２チャネルと接触しない、請求項１に記載の保持リング。
5. 前記底部表面は、各々が第１角度にある第１組のチャネルと、各々が第２角度にある第２組のチャネルと、を含み、前記第１組のチャネルは、前記基板の前記底部表面にわたり第２組のチャネルと交流する、請求項１に記載の保持リング。
6. 前記第１組のチャネルは、各チャネルに対応する半径区分に対し約４５度にあるチャネルを含み、前記第２組のチャネルは、各チャネルに対応する半径区分に対し約１３５度にあるチャネルを含む、請求項５に記載の保持リング。
7. 前記リングは、３６個のチャネルを含む、請求項１に記載の保持リング。
8. 前記環状リングは、上部と下部とを有する、請求項１に記載の保持リング。
9. 請求項１に記載の保持リングを作る方法。
10. 請求項１に記載の保持リングを使用する方法。

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