(57)【要約】  化学機械的研磨の為の保持リングは、最上面、底面、内径面、外径面を備えた、ほぼ環状体を有する。底面は、複数のチャネルを含み、各々のチャネルは、内径面から外径面に伸び、丸くなった天井を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持リングにおいて、
最上面、底面、内径面、外径面を有する、概略環状体であって、前記底面は、複数のチャネルを含み、各々のチャネルは、前記内径面から前記外径面まで伸び、丸くなった天井を有する、前記概略環状体を備える、前記保持リング。
【請求項２】
前記丸くなった天井は、半円断面を有する、請求項１に記載の保持リング。
【請求項３】
前記半円断面は、前記チャネルの幅とほぼ等しい直径を有する、請求項２に記載の保持リング。
【請求項４】
前記丸くなった天井は、平らな部分を有する、請求項１に記載の保持リング。
【請求項５】
前記丸くなった天井は、前記平らな部分と前記チャネルの垂直側壁との共通部で丸くなっている、請求項４に記載の保持リング。
【請求項６】
前記各々のチャネルは、実質的に垂直な側壁を含む、請求項１に記載の保持リング。
【請求項７】
前記複数のチャネルは、実質的に均一な深さを有する、請求項１に記載の保持リング。
【請求項８】
前記複数のチャネルは、前記保持リングの中心を通って伸びる半径方向区分に対し一定の角度で配向されている、請求項１に記載の保持リング。
【請求項９】
前記一定の角度は、３０度から６０度である、請求項８に記載の保持リング。
【請求項１０】
前記外径面は、棚を含む、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１１】
前記外径面は、前記底面に隣接した第１部分を含み、それは、前記最上面に隣接した第２部分より小さい外径を有する、請求項１０に記載の保持リング。
【請求項１２】
前記各々のチャネルは、実質的に垂直な側壁を含み、前記側壁は、前記棚と実質的に同じ深さまで伸びている、請求項１０に記載の保持リング。
【請求項１３】
前記環状体は、摩耗可能な材料を備える、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１４】
前記環状体は、上部と下部を備え、前記上部は、前記下部より堅い、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１５】
前記チャネルは、前記下部に形成されている、請求項１４に記載の保持リング。
【請求項１６】
前記下部は、摩耗可能な材料から形成されている、請求項１５に記載の保持リング。
【請求項１７】
前記上部を通って前記内径面から前記外径面まで伸びる複数の通路を更に備える、請求項１５に記載の保持リング。
【請求項１８】
前記複数のチャネルは、前記保持リングの周りで実質的に等しい角度間隔で分布されている、請求項１に記載の保持リング。
【請求項１９】
キャリアヘッドにおいて、
基板受容面と；
前記基板受容面を取り囲む概略環状の保持リングであって、前記保持リングは、最上面、底面、内径面、外径面を有し、前記底面は、複数のチャネルを含み、各々のチャネルは、前記内径面から前記外径面まで伸び、丸くなった天井を有する、前記保持リングと；
を備える、前記キャリアヘッド。
【請求項２０】
研磨方法において：
基板と研磨面との間に相対運動を作るステップと；
保持リングで前記基板を保持するステップであって、前記保持リングは、最上面、底面、内径面、外径面を有し、前記底面は、複数のチャネルを含み、各々のチャネルは、前記内径面から前記外径面まで伸び、丸くなった天井を有する、前記ステップと；
前記研磨面に研磨液を供給するステップであって、前記研磨液は、前記チャネルを通って、前記保持リングの下を前記基板まで流れる、前記ステップと；
を備える、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
本発明は、全般的に基板の化学機械的研磨に関し、特に、化学機械的研磨に使用される保持リングに関する。
【０００２】
通常、集積回路は、シリコン基板上に導電層、半導体層、絶縁層を順次、堆積することにより基板上に形成される。一つの製作ステップは、平坦でない表面にわたり充填層を堆積し、その平坦でない表面が露出されるまで充填層を堆積することを伴う。たとえば、導電層は、絶縁層における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。その後、充填層は、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の間に残る導電層の一部は、ビア、プラグ、配線を形成し、これらが、基板上の薄膜回路間に導電路を提供する。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為に必要である。
【０００３】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、一つの許容された平坦化方法である。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基板が搭載されることを必要とする。基板の露出面は、回転研磨ディスクパッドまたはベルトパッドに抗して配置される。研磨パッドは、「標準」パッドまたは固定研磨材パッドのいずれかでよい。標準パッドは、耐久性のある粗くされた面を有するが、固定研磨材パッドは、包含媒体内に保持された研磨材粒子を有する。キャリアヘッドは、基板上に制御可能な負荷を与え、基板を研磨パッドに押し付ける。少なくとも一つの化学反応剤、標準パッドが使用されるときには更に研磨材粒子を含む研磨スラリは、研磨パッドの面に供給される。
【発明の概要】
【０００４】
一態様において、本発明は、保持リングを目的とする。保持リングは、最上面、底面、内径面、外径面を備えた概略環状体を有する。底面は、複数のチャネルを含み、各々のチャネルは、内径面から外径面まで伸び、丸くなった天井を有する。
【０００５】
本発明の実施は、以下の特徴のうち一以上の特徴を含んでもよい。丸くなった天井は、半円横断面を有し、半円横断面は、チャネルの幅とほぼ等しい直径を有してもよい。丸くなった天井は、平らな部分を有してもよい。丸くなった天井は、チャネルの垂直側壁と平らな部分との共通部で丸くなってもよい。各々のチャネルは、実質的に垂直な側壁を含んでもよい。複数のチャネルは、実質的に均一な深さを有してもよい。複数のチャネルは、保持リングの中心を通って伸びる放射状区分に対して、一定角度（例えば、３０度から６０度）で配向されてもよい。外径面は、棚を含んでもよい。外径面は、底面に隣接した第１部分を含み、底面が最上面に隣接した第２部分より小さい外径を有してもよい。各々のチャネルは、実質的に垂直な側壁を含み、側壁が棚と同じ深さだけ実質的に伸びてもよい。環状体は、摩耗可能な材料を含んでもよい。環状体は、上部と下部を含み、上部は下部より堅くてもよい。チャネルは、下部に形成されてもよい。複数の通路が、内径面から上部を通り外径面まで伸びてもよい。複数のチャネルは、保持リングの周りで実質的に等しい角度間隔で分布されてもよい。
【０００６】
他の態様において、本発明は、キャリアヘッドを目的とする。キャリアヘッドは、基板受容面と、その基板受容面を取り囲む、ほぼ環状の保持リングとを有する。保持リングは、最上面、底面、内径面、外径面を有する。底面は、複数のチャネルを含み、各々のチャネルは、内径面から外径面まで伸び、丸くなった天井を含む。
【０００７】
他の態様において、本発明は、研磨方法を目的とする。当該方法は、基板と研磨面との間に相対運動を作るステップと、基板を保持リングで保持するステップと、研磨面に研磨液を供給するステップと、を含む。保持リングは、最上面、底面、内径面、外径面を有し、底面は、複数のチャネルを含み、各々のチャネルは、内径面から外径面まで伸び、丸くなった天井を有する。研磨液は、チャネルを通り、保持リングの下を基板まで流れる。
【０００８】
本発明の一つの潜在的利点は、保持リングの底面上の溝が鋭利な角を持たないので、スラリは、溝内に蓄積しそうにないことである。そのため、スラリは、凝固または乾燥し、更に、大粒子を形成しそうにないので、引っ掻き傷のような欠陥は減少される。
【０００９】
本発明の他の潜在的利点は、保持リングの底面における溝の一部が垂直側壁を有する場合、保持リングのスラリ移送性能は、保持リングが摩耗するときでも比較的に安定のままである。
【詳細な説明】
【００１０】
図１を参照すると、保持リング１００は、ＣＭＰ装置のキャリアヘッドに固定可能な、概略環状リングである。適したＣＭＰ装置は、米国特許第５，７３８，５７４号に説明され、適したキャリアヘッドは、米国特許第６，２５１，２１５，２０００年１１月１３日に出願された米国特許出願第０９／７１２，３８９号に記載されているが、これらの全体は、参考のため、本願に組み込まれている。保持リング１００は、ＣＭＰ装置の移送ステーションで基板を位置決め、センタリング、保持するためにロードキャップに適合する。適したロードキャップは、１９９９年１０月８日に出願され、"EDGE CONTACT LOAD CUP"と題する米国特許出願第０９／４１４，９０７号（ヨーロッパ公開第１０６１５５８号）に記載されているが、これは、本発明の譲受人に譲渡され、その全体が本願に組み込まれる。
【００１１】
図１及び図３を参照すると、保持リング１００は、下部１１０と上部１２０を含む２つの断片から構成されている。下部１１０は、ほぼ平らな底面１１２，円筒状の内面１１４，円筒状の外面１１６，ほぼ平らな最上面１１８を有する。下部１１０の内面１１４は、直線の垂直円筒面を形成する。対照的に、下部１１０の張出し部１４２は、下部の最底部１４４より大きな外径を有するので、下部１１０の外面１１６は、棚１４０を含む。
【００１２】
内面１１４の内径は、２００ミリウエハや３００ミリウエハを制約する為に選択可能である。例えば、先の場合、内径は、約７．９０２インチでもよい。
【００１３】
図１，図２を参照すると、下部１１０の底面１１２は、１２個のチャネル又は溝１３０を含み、研磨材を含む又は研磨材を含まないスラリのような研磨液を基板の保持リングの下に流させる。チャネル１３０は、一般的に直線でもよく、保持リング１００の内面１１４から外面１１６まで伸びている。各チャネル１３０は、約０．０３から１．０インチの幅Ｗ（図４参照）、例えば、０．１２５インチの幅を有してもよい。
【００１４】
底面１１２上のチャネル１３０は、保持リング１００の周りに等しい角度間隔で分布可能である。通常、チャネルは、保持リング１００の中心を通って伸びる放射状区分（Ｒ）に関して４５度のような角度αで配向されているが、他の配向角度（例えば、３０度から６０度の間の角度）でも可能である。
【００１５】
図４を参照すると、各チャネル１３０は、２つの垂直側壁１３２と、丸くなった天井１３４を含むので、チャネル１３０は、鋭い内部角度がない。例えば、丸くなった天井１３４は、２つの側壁１３２間の距離に等しい直径を持つ半円横断面を有してもよい。他の実施例として、図５に示されているように、溝の天井は、ほぼ水平の平らな断面１３６を有し、湾曲部１３８は、天井が側壁と交差する角部にちょうど配置される。
【００１６】
図２，図３を参照すると、側壁１３２の高さＨは、棚１４０の高さと一致してもよく、約０．０３０から０．３０インチでもよい。側壁は、チャネルの長さを横切る均一な高さを有するので、チャネル１３０の合計の深さは、内面１１４において、外面１１６におけるものと同一である。
【００１７】
保持リング１００の下部１１０は、ＣＭＰ処理に対し化学的に不活性であり、上部１２０の材料より柔らかい材料から形成可能である。材料は、十分に弾性があり、保持リング１００に対する基板縁部の接触が基板に欠けや割れを起こさせない。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、基板受け凹部に突き出る程に弾性を持つべきではない。保持リング１００は、また、耐性があり、低摩耗率であるが、保持リング１００が摩耗することは許容可能である。例えば、保持リング１００は、プラスチックで作ることが可能であり、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）、ポリエーテルイミデ（ＰＥＩ）、これらの複合材料がある。
【００１８】
図１、図３を参照すると、上部１２０は、ほぼ平坦な底面１２２、円筒内面１２４，円筒外面１２６，ほぼ平坦な最上面１２８を有する。最上面１２８は、ボルト、ネジや、保持リング１００をキャリアヘッドに一緒に（穴の数は異なってもよい）固定する為のハードウェア（例えば、ネジシースやインサート）を受ける為の穴を含む。さらに、最上面１２８は、保持リング１００がキャリアヘッドに固定されるとき、適切な整列を確保する為にキャリアヘッド上の、対応するピンと組み合わされるように位置された一以上の整列用アパーチャを有してもよい。
【００１９】
上部１２０の外面１２６は、ほぼ垂直であり、下部１１０の張出し部分１４２と同一外径を有する。同様に、上部１２０の内面１２４は、ほぼ垂直であり、下部１１０と同一内径を有する。
【００２０】
保持リング１００の上部１２０は、一以上の通路１６０、例えば、洗浄流体の噴射、或いは、廃棄物の排除の為に、圧力均衡を与える為に、保持リングの周りに等しい角度間隔で配置された４つのドレインホールを含むことができる。これらのドレインホール１６０は、内面１２４から外面１２６まで上部１２０を通って水平に伸びる。あるいは、ドレインホールは、傾斜し（例えば、外径面より内径面が高く）てもよく、或いは、保持リングは、ドレインホールを持たずに製造可能である。
【００２１】
上部１２０は、金属等の堅い材料から形成可能である。上部を形成するのに適した材料は、ステンレス鋼、モリブデン、アルミニウムを含む。代替え的に、セラミックも使用可能である。上部１２０は、下部１１０より堅くてもよい。
【００２２】
下部１１０と上部１２０は、それらの最上面１１８と底面１２２で接続され、それぞれが保持リング１００を形成している。上部１１０と下部１２０が整列され、組み合わされると、保持リング１００は、単一面を有する。２つの部分は、接着剤、機械的固定具（ネジなど）、圧入較正を使用して接合可能である。接着層は、二部遅硬性接着剤（例えば、ジョージア州チャンブリーのMagnolia Plastics社から入手可能なMagnobond-6375（商標））でもよい。
【００２３】
保持リング１００は、キャリアヘッドのベースに固定され、外径１８０の最上部周辺は、キャリアヘッドのベースの周辺と実質的に同一なので、キャリアヘッドの外縁に沿ってギャップは存在しない。
【００２４】
他の実施も可能である。例えば、内面または外面の様々な区分１１４，１１６，１２４，１２６は、直線、傾斜、直線及び傾斜の組み合わせ形状でもよい。他の様々な特徴部（棚、フランジ）は、上面１２８上に存在してもよく、キャリアヘッドに保持リングを組み合わせることができる。ネジ穴やネジシースは、フランジ部上に形成可能である。
【００２５】
他の実施例として、保持リング１００は、別個の上部１４５と下部１０５から形成される代わりに、例えばＰＰＳを使用してプラスチック単体から作ることが可能である。
【００２６】
他の実施例として、他の型のチャネルも可能である。チャネルは、それらが内面１１５のチャネルより外面のチャネルが広くなるように張り出されてもよい。チャネルは、直線でも曲線でもよい。チャネルは、外面のチャネルより内面のチャネルが深くてもよく、逆でもよい。
【００２７】
最上部、底部のような様々な位置を示す記述が使用されているが、これらの語句は、研磨面に対するものと理解されるが、保持リングは研磨システムで使用可能であるが、ここで、基板は面が上、面が下、研磨面は垂直でもよい。
【００２８】
本発明は、数多くの実施形態という観点で説明されている。しかし、本発明は、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。本発明は、添付された請求の範囲により規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明に従う保持リングの概略斜視図である。
【図２】図２は、図１の保持リングの概略平らな底面図である。
【図３】図３は、図２の３−３線に沿って切り取られた横断面図である。
【図４】図４は、図２の４−４線に沿って切り取られた横断面図である。
【図５】図５は、保持リングの他の実施の横断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００…保持リング、１１０…下部、１１２…底面、１１４…内面、１１６…外面、１１８…最上面、１２０…上部、１２２…底面、１２４…円筒内面、１２６…円筒外面、１２８…最上面、１３０…チャネル又は溝、１３２…垂直側壁、１３４…天井、１３６…ほぼ水平の平らな断面、１３８…湾曲部、１４０…棚、１４２…張出し部分、１６０…通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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