保持环、用于向保持环施加负载的柔性膜和保持环组件制造技术

本发明专利技术描述了一种具有底座组件、保持环组件、夹持环和柔性膜的研磨头。一种保持环组件具有设计形状以提供环形腔室的柔性膜和环形保持环，其中该柔性膜的环形同心凸起设计尺寸以啮合入该环形保持环的环形同心凹陷中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及衬底的化学机械抛光，更具体地涉及化学机械抛光中使用 的研磨头。
技术介绍
集成电路通常通过在硅衬底上顺序沉积导电层、半导电层或绝缘层而在衬 底上形成。 一个制造步骤包含在不平坦的表面上沉积填充层，以及平坦化该填 充层直到暴露不平坦表面。例如，导电填充层可沉积在己构图的绝缘层上来填 充绝缘层中的沟槽或孔。随后研磨该填充层直到暴露该绝缘层的凸起图案。平 坦化之后，绝缘层的凸起图案之间残余的导电层部分形成通孔、插栓和衬垫， 其提供衬底上薄膜电路之间的导电通路。另外，需要平坦化步骤以平坦化衬底 表面用于光刻。化学机械抛光(CMP)是一种公认的平坦化方法。该平坦化方法通常需要 将衬底放置在CMP装置的研磨头或抛光头上。衬底的暴露表面贴着旋转抛光 盘或砂带垫放置。抛光垫可以是标准抛光垫或固定磨粒抛光垫。标准抛光垫具 有耐久的粗糙化表面，而固定磨粒抛光垫具有容纳在容器媒介中的研磨剂颗 粒。研磨头在衬底上提供可控的负载以将衬底推向研磨垫。研磨头具有保持环， 在抛光期间该保持环夹持衬底在适当位置。研磨液，诸如浆液，其包括至少一 种化学反应试剂和研磨剂颗粒，提供给研磨垫的表面。
技术实现思路
一方面，本专利技术描述了一种保持环组件。该保持环组件具有柔性膜，其设 计形状以提供环形腔和放置在该柔性膜下方的环形保持环。该柔性膜具有同心 的内侧壁和外侧壁、从内侧壁和外侧壁的上边缘水平延伸的环形同心边、环形 下表面，以及从环形下表面向下延伸的两个环形同心凸起。环形保持环具有构 造为沿外周围绕衬底边缘以保持衬底的内表面、构造为接触研磨垫的下表面、环形上表面，以及在环形下表面中的两个环形同心凹陷。柔性膜的环形同心凸 起设计尺寸以与环形保持环的环形同心凹陷啮合。本专利技术的实施方式可包括一个或多个以下特征。柔性膜的同心内侧壁和外 侧壁可具有在保持环的上环形表面之下延伸的弯曲部分。柔性膜的环形同心边 和环形同心凸起可以比内侧壁和外侧壁更厚。柔性膜的环形下表面可具有多个 圆孔，每个圆孔设置在从环形下表面向下延伸的两个环形同心凸起之间。保持 环的环形上表面可具有多个柱状凹陷，每个柱状凹陷设置在该两个环形同心凹 陷之间，使得柔性膜可用紧固件固定于保持环。柔性膜可以紧固于研磨头。柔 性膜可以由诸如硅树脂的弹性材料形成。环形保持环可以具有环形下部分、环 形上部分，以及该上部分和下部分之间的粘接层。保持环的环形下部分可具有 多个凹槽。保持环的环形上部分可具有沿其外表面的环形唇缘，其中环形唇缘 具有水平下表面、垂直外表面和不水平的上表面。保持环的环形上表面可具有 下环形表面和上环形表面，其中下环形表面比上环形表面更宽。另一方面，本专利技术描述了一种保持环。该保持环包括环状圈，该环状圈具 有构造为外周围绕衬底边缘以保持该衬底的内表面、构造为接触研磨垫的下表 面、环形上表面、在该环形上表面中的两个同心凹陷，以及多个柱状凹陷，每 个柱状凹陷设置在该两个环形同心凹陷之间。本专利技术的实施方式包括一个或多个以下特征。环状圈可具有含下表面的环 形下部分和含上表面的环形上部分，上部分和下部分可由不同材料形成，以及 上部分可以例如，通过粘接层连接至下部分。环形下部分可具有延伸至上部分 中的相应凹陷中的凸起，以及该凸起可沿着保持环的内表面延伸。上部分可以 比下部分更硬。保持环的下环形表面可以比保持环的上环形表面更宽。下表面 可包括多个从内表面向外表面延伸的多个凹槽。保持环的外表面可具有环形唇 缘。环形唇缘可具有水平的下表面和倾斜的上表面。外表面可以在环形唇缘之 上凹陷。该内表面可包括从下到上向内成锥形的区域。另一方面，描述了一种用于将负载施加给保持环的柔性膜。该柔性膜包括 围绕环形腔的同心内侧壁和外侧壁、从内侧壁和外侧壁水平延伸的环形同心 边、与侧壁连接的环形下表面，以及从环形下表面向下延伸的两个环形同心凸起o本专利技术的实施方式可包括一个或多个以下特征。该柔性膜的同心内侧壁和外侧壁可具有在环形下表面之下延伸的弯曲部分。柔性膜的环形同心边和环形 同心凸起比内侧壁和外侧壁更厚。柔性膜的环形下表面进一歩可包括多个孔， 例如圆孔，每个孔设置在两个环形同心凸起之间。该孔可围绕下表面成等角间 距隔开。柔性膜由诸如硅树脂的弹性材料形成。另一方面，本专利技术描述了一种夹持环。该夹持环包括环状圈，该环状圈具 有构造为外周围绕保持环的内表面、构造为接触研磨垫的下表面，以及构造为 附接到研磨头的上表面。该内表面包括与下表面相邻的第一区域，具有比相邻 且位于第一区域之上的内表面的第二区域更小的内径。本专利技术的实施方式可包括一个或多个以下特征。下表面可具有比上表面更 小的内径。夹持环的外表面可具有邻近下表面的凹陷。该凹陷可包括水平下表 面、垂直上表面和连接该水平下表面及垂直表面的倾斜部分。垂直表面可从下 表面向倾斜部分延伸。凹陷可限定外表面中的环形台阶，以及环形台阶可具有 从下表面延伸的第二垂直表面，以及连接该垂直表面和第二垂直表面的第二水 平下表面。上表面的内径边缘和外径边缘可以是圆形。多个柱状凹陷可形成在 上表面中。多个柱状凹陷围绕上表面成等角间距隔开。下表面可包括从内表面 向外表面延伸的多个凹槽。夹持环可以是由相同材料，诸如塑料形成的单个单 元。夹持环可包括具有上表面的环形上部分和具有下表面的环形下部分，并且 下部分连接至上部分。夹持环的环形上部分和环形下部分可由不同材料形成， 例如上部分可由金属形成而下部分可由塑料，例如聚酰胺酰亚胺形成。粘接层 可连接上部分和下部分。环形下部分可包括延伸至上部分的环形凹陷中的环形 凸起，并且环形凸起可沿着内表面延伸。凹陷可限定水平上表面、内侧壁和该 水平上表面与内壁之间的圆形边缘。内表面可具有与下表面邻近的向内凸起的 台阶。该台阶可具有垂直的内壁和水平外表面。内表面可以在向内凸起的台阶 上方从下向上向内成锥形。夹持环可具有与上表面邻近的向内凸起的唇缘。该 唇缘可具有垂直内壁和沿其上边缘及下边缘的圆形部分。内表面可以在唇缘之 下从上向下向内成锥形。另一方面，本专利技术描述了一种夹持环。该夹持环具有配置为设置在底座之 下的环形上部分和环形下部分。夹持环配置为外周围绕保持环并具有构造为接 触研磨垫的下表面。环形上部分具有沿着其上表面的边缘以及其内径和外径的 圆形部分。环形下部分具有沿着其外径的凹陷和具有比环形上部分的上表面的内径更小的下表面。本专利技术的实施方式可包括一个或多个以下特征。该夹持环可附接到底座。 夹持环可配置为不接触衬底的边缘。环形上部分可具有在其上表面上的多个柱 状凹陷。环形下部分可具有多个凹槽。夹持环的环形上部分和环形下部分可以 是由相同材料，诸如塑料形成的单一单元。环形下部分可包括从凹陷沿着其外 径向外凸出的环形台阶。该环形台阶可具有水平的下表面。沿着环形下部分的 径向截面测得的该环形台阶的最宽部分可以是环形台阶的最上边缘处。环形上 部分和环形下部分可以利用该两部分之间的粘接层由不同材料组成。环形上部 分可具有沿着其内径在其下表面中的凹陷，以及环形下部分可具有沿着其内径 从其上表面向上突出的凸起，其中该凸起设计尺寸以与凹陷啮合。沿着环形上 部分的内径的该凹陷可具有水平上表面和沿着内壁的圆形部分。环形上部分可 具有沿着其上表面的内径向内凸起的唇缘，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保持环组件，包括：　　　　设计形状以提供环形腔的柔性膜，该柔性膜包括同心内侧壁和外侧壁、从该内侧壁和外侧壁水平延伸的环形同心边、环形下表面和从该环形下表面向下延伸的两个环形同心凸起；以及　　　　设置在所述柔性膜下方的环形保持环，该环形保持环包括构造为外周围绕衬底边缘以保持衬底的内表面、构造为接触研磨垫的下表面、环形上表面，和在该环形上表面中的两个环形同心凹陷；　　　　其中所述柔性膜的环形同心凸起设计尺寸以啮合入所述环形保持环的环形同心凹陷中。

【技术特征摘要】
US 2007-4-27 11/741,691;US 2006-11-22 60/867,090;U1.一种保持环组件，包括设计形状以提供环形腔的柔性膜，该柔性膜包括同心内侧壁和外侧壁、从该内侧壁和外侧壁水平延伸的环形同心边、环形下表面和从该环形下表面向下延伸的两个环形同心凸起；以及设置在所述柔性膜下方的环形保持环，该环形保持环包括构造为外周围绕衬底边缘以保持衬底的内表面、构造为接触研磨垫的下表面、环形上表面，和在该环形上表面中的两个环形同心凹陷；其中所述柔性膜的环形同心凸起设计尺寸以啮合入所述环形保持环的环形同心凹陷中。2. 根据权利要求1所述的保持环，其特征在于，所述柔性膜的同心内侧 壁和外侧壁具有在所述保持环的上环形表面下方延伸的弯曲部分。3. 根据权利要求1所述的保持环，其特征在于所述柔性膜的环形下表面进一步包括多个圆孔，每个圆孔设置在从所述环 形下表面向下延伸的所述两个环形同心凸起之间；以及所述保持环的环形上表面进一步包括多个柱状凹陷，每个柱状凹陷设置在 所述两个环形同心凹陷之间；其中所述柔性膜构造为固定于所述保持环。4. 根据权利要求1所述的保持环，其特征在于，所述环形保持环进一步 包括环形下部分、环形上部分和在所述上部分和下部分之间的粘接层。5. 根据权利要求4所述的保持环，其特征在于，所述环形保持环的环形 上部分进一步由沿其外表面的环形唇缘限定，其中所述环形唇缘具有水平下表 面、垂直外表面和不水平的上表面。6. 根据权利要求4所述的保持环，其特征在于，所述环形保持环的环形 上部分进一步由下环形表面和上环形表面限定，其中所述下环形表面比所述上 环形表面更宽。7. —种保持环，包括环状圈，其具有设计为外周包围衬底的边缘以保持衬底的内表面、设计为 接触研磨垫的下表面、在环...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文M苏尼加，安德鲁J纳甘盖斯特，吴正勋，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]