[发明专利]保持环、用于向保持环施加负载的柔性膜和保持环组件

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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已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， 以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，包括至少一种 化学反应试剂和研磨剂颗粒，所述研磨液被提供给研磨垫的表面。

发明内容

一方面，本发明描述了一种保持环组件。该保持环组件具有柔性膜，所述 柔性膜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。

本发明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环形上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所述环形上部分的外表面的环形唇 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，本发明描述了一种保持环。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。

本发明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、从内侧壁和外侧壁的上边缘水平延伸的环 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。

本发明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步可包括多个孔， 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。