TWM305081U - Magnetically secured retaining ring - Google Patents

Description

M305081 捌、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係有關於基材的化學機械研磨。 【先前技術】 積體電路通常是以連續沈積導體、半導體或絕緣層於 矽基材上的方式形成。其中一種製造方法包括將瑱充層沈 積在非平坦表面上’並平坦化該填充層直至暴露出非平坦 表面。例如，導電性填充層便可沈積在經圖案化的絕緣層 上，以填充絕緣層中的溝渠或孔洞。填充層並接著研磨至 暴露出絕緣層的凸起圖案。在平坦化之後，殘留在絕緣層 凸起圖案之間導體層的部分會形成介層洞、插塞及金屬 線’以形成基材上薄層電路間的導電路徑。此外，製程亦 需要平坦化以提供可續行微影的平坦化基材表面。 化學機械研磨（CMP)即為可接受的平坦化方法之一。 此平坦化方法通常需將基材放置在CMP設備的承載或研 磨頭上’並使基材的暴露表面靠抵旋轉的研磨碟狀襯墊或 V狀襯塾。研磨塾可為「標準」襯墊或固定式研磨襯墊。 標準襯墊有雙層粗糙表面，而固定式研磨襯墊則在圍阻媒 介（containment media)上固定研磨粒子。承載頭能提供可 控制的負載於基材上，以將之壓抵於研磨墊，並供應研磨 液體（例如具有研磨微粒的漿體）至研磨墊表面。 【新型内容】 5

M305081 本創作所描述之定位環具有一底部，其可與定 上部分離。該定位環的兩個或多個部分並彼此以磁十 本創作之一態樣係關於定位環，該定位環具有 形的上部及大致環形的下部，其中該上部有一上表 配置接附於承載頭；該下部亦具有一上表面，經配 部的下表面接觸。上部及下部的至少一者包括一 料，且上部及下部的另一者包括一可吸附該磁性材 料。 本創作的實施方式可包括下列一或多種特徵。 具有一或多個自下表面延伸的校準件，例如校準銷 可具有一或多個對應該校準件的承接凹槽。然校準 位於下部中，並使凹槽設於上部。上部可包括磁性巧 例如鐵素體（ferritic)不鏽鋼。磁性材料可為永久磁 磁化的材料。下部可較上部不具剛性，例如下 PPS(聚苯硫醚）形成。亦可將磁鐵嵌入PPS中。 本創作另一態樣係關於製造定位環的方法。該 括形成大致環狀的定位環下部。磁性材料的一或多 可嵌入下部中。定位環大致環狀的上部則設計使其 下表面包括能吸附至磁性材料的材料。 該方法更可包括使下部與上部對準，讓校準件 件的承接槽對齊。磁性材料有一部份可為致動的 料。上部可與承載頭對齊，使下部的下表面垂直承 中心軸。 本創作又一態樣係關於製造定位環的方法。該 位環的 t固定。 大致環 面，經 置與上 磁性材 料的材 上部可 。下部 銷亦可 :鐘鋼， 鐵或可 部可由 方法包 個部分 至少一 與校準 磁性材 載頭的 方法包 6 M305081 括形成大致環狀的定位環下部。能吸附至磁性材料的材料 則可接附至下部的上表面。定位環大致環狀的上部係成形 使磁性材料的一或多個部分嵌入上部中。 本創作又一態樣係關於將定位環吸附至承載頭的方 法。該方法包括將定位環的上部固定至承載頭，其中上部 包括可吸附至下表面磁性材料的材料。定位環的下部可與 上部接觸，其中下部中磁性材料的一或多個部分可與下部 彼此固定。

本創作再一態樣係關於化學機械研磨基材的系統。該 系統包括承載頭及固定至該承載頭的定位環。定位環包括 大致環形的上部及大致環形的下部，其中該上部係經配置 以接附該承載頭；而下部具有一上表面，並配置與上部的 下表面接觸。上部及下部的至少一者包括一磁性材料，而 上部及下部的另一者則包括可吸附磁性材料的材料。 本創作可能包括下列潛在多項優點。定位環的套用部 (wearable portion)可簡單更換。更明確而言，下部可與定 位環的上部單獨移除並替換。故可降低維護承載頭的所需 時間。定位環的上部也可重複使用。因僅下部需要替換， 故可僅替換定位環經使用的部分，而非換掉整個定位環。 本創作一或多個實施例的細節以載列於下文實施方式 及附加圖示。本創作其他特徵、目的及優點在參閱實施方 式、圖示及申請專利範圍後當可更輕易領會。 【實施方式】 7 M305081 定位環1 00大致為環狀環，其可固定至CMP設備的承 載頭。適用的CMP設備已描述於美國專利第5,73 8，:574號 案’而適用的承載頭則描述於美國專利第6,251，215號案 以及美國專利公開第2005-02 1 1 377A1號中，其等全文均 合併於此以供參考。定位環100適配於一負載杯（loadcup) 中以進行定位、集中並將基材維持在CMP設備的傳送站。 適用的負載杯係描述於美國專利第6，7 1 6，0 8 6號案中，其 全文係合併於此以供參考。

參照第1圖，一或多片基材1 〇將以化學機械研磨設備 2 0進行研磨。 各研磨站25a-25c包括一旋轉台3〇，其上並放置研磨 墊32。若基材1〇為直徑八吋（200毫米）或12吋（3〇〇毫米） 的盤體，則旋轉台3 0及研磨墊3 2直徑可分別約為2 〇或 3 〇英吋。旋轉台3 0可接至機械底座2 2内的旋轉台驅動馬 達（未示出）。對大多數研磨製程而言，平台驅動馬達是以 每分鐘三十直雨千轉的速度旋轉該旋轉台3 〇，然亦玎使用 較低或較高的轉速。各研磨站25 a-25c更可包括相連的研 磨墊調整設備4〇 ’以維持研磨墊的研磨狀況。 研磨液5〇 <以化合的研磨漿/潤濕臂52供應i研磨塾 3 2表面。研磨浪5 〇可包括研磨粒（例如用於氧化物研磨的 二氧化矽）。〆般而吕’需提供充分的研磨漿以覆蓋娘濕潤 整個研磨墊32。研磨漿/潤濕臂52包括數個噴灑嘴（未示 出），以於各所磨勢及調整循環的終點處高壓潤濕研磨塾 32 〇 8 M305081 包括-旋轉支撐板66及蓋體68的可旋轉多頭轉組6〇 係設在下機械底座22的上方。旋轉支撐板“是以中央桿 62支撐，並以旋轉馬達組件（位於機械底座22内）繞 車由64旋轉於其上。多頭轉組6〇包括四個安裝在旋轉支樓 板66上的承載頭系統7〇a、7〇b、7〇c及7〇d，並繞轉軸= 以等角相隔。三個承載頭系統可接收並維持基材，並藉由 將基材壓抵研磨站25a-25c之研磨墊的方式予以研磨。胃該 等承載頭系統之一者可自基材傳送站27接收並傳遞基 材。旋轉馬達可將承載頭系統7 〇 a _ 7 〇 d，以及與之接附的 基材繞旋轉軸6 4旋轉於研磨站及傳送站之間。 各承載頭系統70a-70d包括研磨或承載頭100。各承 載頭1 00各自繞其軸旋轉，並各自在旋轉支撐板66的徑向 槽72中橫向擺動。承載驅動軸74延伸過徑向槽72以將承 載頭旋轉馬達7 6 (圖示移除四分之一蓋體6 8 )連接承載頭 1 00。各承載頭均具有一承載驅動軸及馬達。各馬達及驅動 轴可支撐在一滑動件（未示出）上，其可沿該徑向槽以徑向 •動馬達線性驅動，以橫向擺動承載頭。 於實際研磨期間，三個研磨頭（例如承載頭系統 7〇a-7〇c)係訂位且位在各自的研磨站25a_25c上。各承载頭 100可將基材下降以接觸研磨墊32。一般而言，承载頭1〇〇 可將基材維持在靠抵研磨墊的位置，並壓迫基材整個背 面。承载頭也可將力矩自驅動軸傳遞至基材。 參照第2圖，承載投1 〇 〇包括一外蓋8 0及一連接定位 壤105的底座8 7。定位環105可利用，例如，可釋放的固 M305081 定機構8 5 (如螺釘、螺栓或夾鉗）固定在底座8 7上。定位 環可包括一凹槽或孔徑125以承接固定機構85(如第4圖 所示）。基材承接槽1 5 0位在定位環1 0 5内，其於研磨期間 可固持基材。研磨期間基材承接槽1 50内的膜狀物90可接 觸基材底部。

參照第3及第4圖，定位環1 0 5具有兩個部分，即上 部1 4 0及下部1 3 0。上部1 4 0的下表面係接觸下部1 3 0的 上表面 2 8 0。上部及下部的表面大致無需黏著材料。上部 及下部是由可將兩部分固定在一起以形成定位環1 0 5的材 料所製成。 下部1 3 0的本體是由對CMP程化學惰性的材料製成。 此外，下部1 3 0應具充分彈性，使基材邊緣靠抵定位環的 接觸不會使基材有缺口或裂痕。然而，下部不應過於彈性 到當承載頭下壓在定位環1 〇 5時突入基材承接槽1 5 0中。 定位環下部1 3 0也應耐用且具有低磨損率，然替換下部1 3 0 亦為可接受的方式之一。例如，定位環的下部1 3 0可由塑 膠製成，例如聚苯硫醚（PPS)、聚乙烯對苯二甲酸酯（PET)、 聚醚醚酮（PEEK)、聚對苯二曱酸二丁酯（PBT)、聚四氟乙 烯（PTFE)、聚苯並咪唑（PBI)、聚醚醯亞胺（PEI)、聚酰胺-硫亞氨（PAI)或複合材料。 下部130具有一底表面110，接觸研磨表面。底表面 1 1 0可為平坦或可包括數個溝槽1 6 0，以於研磨期間使研磨 液可自定位環1 0 5外流進槽1 5 0中。 參照第5圖，定位環1 0 5的下部1 3 0可包括磁鐵1 7 0， 10 M305081 設在或靠近下部130上表面280處。磁鐵170可由金屬或 陶瓷材料形成。前述金屬可包括鐵或婦土金屬，例如鈥、 鈥-鐵·硼、釤-鈷、鋁-鎳-鈷以及陶瓷（例如鐵氧體、锶及陶 鐵磁體）。磁鐵可為永久磁鐵’例如鐵磁性物質或可為電磁 性物質。凹槽可形成在下部1 3 0的上表面中，而磁鐵1 7 〇 可固定在凹槽中，例如藉由嵌合（press fitting)或結合方式 ……π %狀或盤 狀。於另一實施例中’磁鐵1 7 0可為矩开彡。

狖杲些實施例 中，磁鐵各大致具有相同尺寸。於其他竇尬丄 也例中，磁鐵17〇

彼此有不同尺寸。於一實施例中，該等磁钟 /U 兹鐵係暴露於大务 環境下。 大軋 參照第6圖’於一實施例中該等凹槽 多個共 中心槽的形式。各溝槽可填以環狀磁鐵丨 除了磁鐵170外，上表面也包括一式 '"夕個校準孔， 如定位銷孔1 8 0 ( d 〇 w e 1 p i n h ο 1 e s)以接收々 ’例 疋位銷〇於且古夕 個定位銷孔1 8 0的定位環中，定位銷孔】8 ” ’夕 8〇可、繞定位環以

等角分隔。 & W 參照第7圖’上部14 0較硬且係由（ 吸 因此，磁 40可包括一 鎳、或前述合 體不鏽鋼（如 僅有上部140 '匕括）可充八 附於磁鐵1 7 0的材料所形成，以固持下部丨3 〇 刀 鐵170可將下部130固定至上部140。上部夏 種材料，例如以磁鐵17 0吸附的金屬，如鐵、 金。合適作上部1 4 〇的材料可包括，例如鐵素 4 00系列的不鏽鋼）的金屬。於一實施例中， 的下段包括可與磁鐵相吸的材料。 11

M305081 上部1 4 0包括定位銷1 9 0。定位銷可由與上 同的材料形成。定位銷1 9 0可與上部一體成形、 1 4 0的主體形成後固定至上部1 4 0。定位銷1 9 0係 140上，以使定位銷190與下部130上表面中形 銷孔1 8 0對齊。定位銷1 9 0在上下部1 3 0，1 4 0彼 相互對齊，並在研磨期間的剪力靠抵定位環1 0 5 個部分的對齊。 上部1 4 0的上表面2 8 0可包括數個承接固定> 釘或螺栓）的孔洞，以將上部1 40固定製成載頭。 參照第8圖，於一替代實施例中，上部14 0 非磁性材料形成，且有一磁鐵部2 0 0内嵌其中（内 部2 0 0以虛線表示）。該磁鐵部2 0 0可由一或多個 成，並採間距繞環體設置。於一實施例中，磁鐵 形成在上部1 4 0底部中央環形區域中。於另一實 磁鐵部200可形成上部140的整個底表面。 上部1 3 0可具有一吸附部2 1 0 (亦即，一包括 相吸的部分）沿上表面成形。該吸附部2 1 0可形成 或磁性吸附材料的一層或獨立本體。吸附材料及 係，例如，以喪合或黏附結合的方式彼此固定。 參照第9圖，磁鐵部200可嵌至定位環1 05 1 嵌的磁鐵部2 0 0以虛線表示）。定位環1 0 5的其他 一吸附部2 1 0形成其上或集成其中。 形成具有内嵌磁鐵部的定位環可包括形成一 及於本體中形成一或多個凹槽，例如以鑽孔方式 部1 4 0相 或在上部 位在上部 成的定位 此接觸時 時維持兩 牛（例如螺 係由大致 嵌的磁鐵 磁鐵體形 部2 00係 施例中， 可與磁鐵 磁性材料 彈性材料 印分中（内 部分具有 環狀本體 。磁鐵接 12

M305081 著置放在凹槽中。磁鐵可固定在凹槽中，例 何凹槽開口部的插塞，並填以可在應用後固^ 合材料）的方式為之。本體内的凹槽具有一深 量的材料留在凹槽的底部，避免凹槽中的磁 磁鐵相吸鄰近處時發生變形或突起。同時， 材料以讓磁鐵的磁性強度不會因材料厚度而 若磁鐵嵌在上部4 0及下部3 0兩者中時，磁 磁鐵彼此吸附，而非在兩部分接觸時（即，一 北極面對另一部份中磁鐵的南極）相互排斥。 定位環係係備供下述方式使用。定位環 分分別形成適當磁性部及吸附部，如前文所 接著與上部1 4 0對齊，使定位消與定位銷孔 可對齊磁鐵，以讓上部及下部1 4 0，1 3 0彼此 此排斥。下部1 3 0與上部1 40接觸且兩部分| 上部1 40係以螺入方式接附至承載頭。或者 在環部的下部1 3 0固定至上部1 40之前接附 上部或下部中的磁鐵為永久磁鐵，磁鐵1 7 0 105相固定。 參照第1 0 -1 3圖，定位環的替代實施方 本體及磁鐵有不同配置。參照第1 0圖，磁鐵 上部1 4 0中而吸附部2 1 0嵌至定位環1 0 5的 磁鐵部2 0 0及吸附部以虛線表示）。上部及下 的磁鐵部2 0 0及吸附部2 1 0係對齊以讓該等 接。參照第1 1圖，磁鐵部200係嵌入上部 如形成適於任 1匕的材料（如結 .度，以使足夠 鐵在位於一與 移除足夠量的 減弱。此外， 鐵係對齊以使 部份中磁鐵的 1 0 5的兩個部 述。下部 1 3 0 對齊。此方式 吸附，而非彼 έ此磁性固定。 ，上部1 4 0可 至承載頭。若 便可與定位環 式包括使環狀 部2 00係嵌至 下部1 3 0 (内嵌 部 140,130 中 部分可彼此連 1 4 0而吸附部 13

M305081 2 1 0則固定至下部1 3 Ο (内嵌磁鐵部2 Ο 0以虛線表示 部2 0 0及吸附部2 1 0的位置可與第1 Ο -1 1圖所示顛 照第1 2圖，上部1 4 0是由一與磁鐵相吸的材料形居 部1 3 0具有環狀磁鐵部2 0 0内嵌其中，以使磁鐵部 近下部1 3 0的上表面處（内嵌磁鐵部2 0 0以虛線表： 照第1 3圖，定位環1 0 5在結構上與第1 2圖所示定 似，然而，亦可使多個非環形磁鐵部2 0 0内嵌於下 中（内嵌磁鐵部2 0 0以虛線表示）。 於某些實施例中，磁鐵（或吸附部）可開啟或關 形成定位環，磁鐵可以供應電源至一金屬線纏繞適 的方式啟動磁鐵。於此實施例中，電源供應器係電 位環的磁性部電性連接。 定位環可接著用於基材的研磨製程中。當使用 1 0 5時，定位環1 0 5的底部1 1 0會磨耗。下部1 3 0 自上部1 40移除下部1 3 0的方式替換，例如藉由將7 自上部1 4 0移開的方式為之。新的下部1 3 0可取代 下部1 40且承載頭將再次備妥以研磨基材。 前述定位環具有易於更換的下部。當下部磨損 適於研磨基材（下部在底表面磨損小於0.1英吋時可 充分發揮研磨效果）時，磨損部可移除並更換。前述 實施例不需將上部自承載頭移除。當整個定位環由 移除時，替換定位環可確保定位環底表面垂直承載 軸。因為上部140不需移除去更換下部13 0，故不 校準定位環 1 0 5。如此可降低更換的所需時間，讓 )。磁鐵 倒。參 ,，且下 200鄰 和）。參 位環類 部 1 3 0 閉。為 合金屬 性與定 定位環 可藉由 「部 1 3 0 耗損的 而不再 能無法 定位環 承載頭 頭中心 需再次 承載頭 14

M305081 的停機時間更短。此外，更換下部1 3 0也不需要 定位環 1 0 5的操作人員，如此定位環便可平行 面。而將磁鐵嵌入非磁性材料中，可使得上下部 者成為對研磨環境有較單磁鐵更具抗化學性的材 此外，因僅有定位環1 05的下部1 3 0需由承1 需替換磨耗部分的材料會少於整個定位環移除時 此上部140不需要更換。 本創作多種實施態樣已揭示如上。然而.，應 各種潤飾均可在不悖離創作精神及範圍下提出。 位銷可形成在下部，而定位銷孔形成在上部。又 鐵可形成在上部，而下部則可包括能吸附磁鐵的 此，各種其他實施態樣應由下文申請專利範圍而 【圖式簡單說明】 第1圖為化學機械研磨設備之一分解概要圖 第2圖為承載頭的截面圖。 第3圖為定位環的概要圖。 第4圖為定位環的截面圖。 第5圖為定位環下部的平面圖。 第6圖為定位環下部另一實施方式的平面圖 第7圖為定位環上部的仰視圖。 第8圖為定位環一實施例的分解側視圖。 第9圖為嵌有磁鐵之定位環的截面圖。 第1 0-1 3圖表示本創作替代實施例。 熟稔連接 於研磨表 一者或兩 料。 篆頭移除， 的量。因 理解的是 例如，定 例如，磁 材料。因 定。 15 M305081 不同圖示中均以相同參考號標示相同元件。

【主要元件符號說明】 10 基材 20 化學機械研磨設備 25a- 25c 研磨站 30 旋轉台 32 研磨墊 22 機械底座 40 研磨墊調整設備 50 研磨液 52 研磨漿/潤濕 臂 60 多頭轉組 62 中央桿 64 轉軸 66 支撐板 68 蓋體 70a- 70d 承載頭 系統 76 馬達 80 外蓋 85 固定機構 87 底座 90 膜狀物 100 承載頭 105 定位環 128 凹槽/孔徑 130 下部 140 上部 150 承接槽 170 磁鐵 180 定位銷孔 190 定位銷 200 磁鐵部 210 吸附部 280 上表面

Claims (1)

1. M305081

   第專利案年 玖、申請專利範圍： 1. 一種定位環，其至少包含： 一大致環形之上部，其具有一適於接附一承載頭的上 ^ 表面；以及 一大致環形之下部，具有一上表面，其適於接觸該上 部之一下表面； 其中上部及下部之至少一者包括一磁性材料；且 Φ 該上部及下部之另一者包括一可吸附至該磁性材料的 材料。 2.如申請專利範圍第1項所述之定位環，其中： 該上部包括一或多個自一下表面延伸之校準件；以及 該下部包括一或多個對應該一或多個校準件的承接 槽。

   3 .如申請專利範圍第1項所述之定位環，其中： 該下部包括一或多個自一下表面延伸之校準件；以及 該上部包括一或多個對應該一或多個校準件的承接 槽。 4.如申請專利範圍第1項所述之定位環，其中該上部包括 鐵素體不鏽鋼（ferritic stainless steel)。 17

   M305081 5 .如申請專利範圍第1項所述之定位環，其中該磁鐵材料 為一永久磁鐵。 6.如申請專利範圍第1項所述之定位環，其中該下部硬度 較上部為低。

   7.如申請專利範圍第1項所述之定位環，其中可吸附至一 磁性材料的材料係充分與該磁性材料的一或多個部分 吸附，以穩固該上部及下部兩者。 8 .如申請專利範圍第1項所述之定位環，其中該下部是由 聚苯硫醚（PPS)所形成。 9.如申請專利範圍第8項所述之定位環，其中該下部具有 内嵌至PPS的磁鐵。

   1 0. —種用於化學機械研磨一基材之系統，其至少包含： 一承載頭；以及 一定位環，固定至該承載頭，其至少包含： 一大致環形之上部，具有一適於接附該承載頭的上 表面；以及 18 M305081 一大致環形之下部，具有一上表面，其適於接觸該 上部之一下表面； 其中上部及下部之至少一者包括一磁性材料；且 該上部及下部之另一者包括一可吸附至該磁性材 料的材料。

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