專利名稱：用于研磨頭的夾持環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及襯底的化學(xué)機(jī)械拋光，更具體地涉及化學(xué)機(jī)械拋光中使用 的研磨頭。
背景技術(shù)：
集成電路通常通過(guò)在硅襯底上順序沉積導(dǎo)電層、半導(dǎo)電層或絕緣層而在襯 底上形成。 一個(gè)制造步驟包含在不平坦的表面上沉積填充層，以及平坦化該填 充層直到暴露不平坦表面。例如，導(dǎo)電填充層可沉積在已構(gòu)圖的絕緣層上來(lái)填 充絕緣層中的溝槽或孔。隨后研磨該填充層直到暴露該絕緣層的凸起圖案。平 坦化之后，絕緣層的凸起圖案之間殘余的導(dǎo)電層部分形成通孔、插栓和襯墊， 其提供襯底上薄膜電路之間的導(dǎo)電通路。另外，需要平坦化步驟以平坦化襯底 表面用于光刻?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種公認(rèn)的平坦化方法。該平坦化方法通常需要 將襯底放置在CMP裝置的研磨頭或拋光頭上。襯底的暴露表面貼著旋轉(zhuǎn)拋光 盤或砂帶墊放置。拋光墊可以是標(biāo)準(zhǔn)拋光墊或固定磨粒拋光墊。標(biāo)準(zhǔn)拋光墊具 有耐久的粗糙化表面，而固定磨粒拋光墊具有容納在容器媒介中的研磨劑顆 粒。研磨頭在襯底上提供可控的負(fù)載以將襯底推向研磨墊。研磨頭具有保持環(huán)， 在拋光期間該保持環(huán)夾持襯底在適當(dāng)位置。研磨液，諸如槳液，其包括至少一 種化學(xué)反應(yīng)試劑和研磨劑顆粒，提供給研磨墊的表面。發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明描述了一種保持環(huán)組件。該保持環(huán)組件具有柔性膜，其設(shè) 計(jì)形狀以提供環(huán)形腔和放置在該柔性膜下方的環(huán)形保持環(huán)。該柔性膜具有同心 的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁、從內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁的上邊緣水平延伸的環(huán)形同心邊、環(huán)形 下表面，以及從環(huán)形下表面向下延伸的兩個(gè)環(huán)形同心凸起。環(huán)形保持環(huán)具有構(gòu) 造為沿外周圍繞襯底邊緣以保持襯底的內(nèi)表面、構(gòu)造為接觸研磨墊的下表面、環(huán)形上表面，以及在環(huán)形下表面中的兩個(gè)環(huán)形同心凹陷。柔性膜的環(huán)形同心凸 起設(shè)計(jì)尺寸以與環(huán)形保持環(huán)的環(huán)形同心凹陷嚙合。本發(fā)明的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。柔性膜的同心內(nèi)側(cè)壁和外 側(cè)壁可具有在保持環(huán)的上環(huán)形表面之下延伸的彎曲部分。柔性膜的環(huán)形同心邊 和環(huán)形同心凸起可以比內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁更厚。柔性膜的環(huán)形下表面可具有多個(gè) 圓孔，每個(gè)圓孔設(shè)置在從環(huán)形下表面向下延伸的兩個(gè)環(huán)形同心凸起之間。保持 環(huán)的環(huán)形上表面可具有多個(gè)圓柱凹陷，每個(gè)圓柱凹陷設(shè)置在該兩個(gè)環(huán)形同心凹 陷之間，使得柔性膜可用緊固件固定于保持環(huán)。柔性膜可以緊固于研磨頭。柔 性膜可以由諸如硅樹(shù)脂的彈性材料形成。環(huán)形保持環(huán)可以具有環(huán)形下部分、環(huán) 形上部分，以及該上部分和下部分之間的粘接層。保持環(huán)的環(huán)形下部分可具有 多個(gè)凹槽。保持環(huán)的環(huán)形上部分可具有沿其外表面的環(huán)形唇緣，其中環(huán)形唇緣 具有水平下表面、垂直外表面和不水平的上表面。保持環(huán)的環(huán)形上表面可具有 下環(huán)形表面和上環(huán)形表面，其中下環(huán)形表面比上環(huán)形表面更寬。另一方面，本發(fā)明描述了一種保持環(huán)。該保持環(huán)包括環(huán)狀圈，該環(huán)狀圈具 有構(gòu)造為外周圍繞襯底邊緣以保持該襯底的內(nèi)表面、構(gòu)造為接觸研磨墊的下表 面、環(huán)形上表面、在該環(huán)形上表面中的兩個(gè)同心凹陷，以及多個(gè)圓柱凹陷，每 個(gè)圓柱凹陷設(shè)置在該兩個(gè)環(huán)形同心凹陷之間。本發(fā)明的實(shí)施方式包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。環(huán)狀圈可具有含下表面的環(huán) 形下部分和含上表面的環(huán)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，通過(guò)粘接層連接至下部分。環(huán)形下部分可具有延伸至上部分 中的相應(yīng)凹陷中的凸起，以及該凸起可沿著保持環(huán)的內(nèi)表面延伸。上部分可以 比下部分更硬。保持環(huán)的下環(huán)形表面可以比保持環(huán)的上環(huán)形表面更寬。下表面 可包括多個(gè)從內(nèi)表面向外表面延伸的多個(gè)凹槽。保持環(huán)的外表面可具有環(huán)形唇 緣。環(huán)形唇緣可具有水平的下表面和傾斜的上表面。外表面可以在環(huán)形唇緣之 上凹陷。該內(nèi)表面可包括從下到上向內(nèi)成錐形的區(qū)域。另一方面，描述了一種用于將負(fù)載施加給保持環(huán)的柔性膜。該柔性膜包括 圍繞環(huán)形腔的同心內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁、從內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁水平延伸的環(huán)形同心 邊、與側(cè)壁連接的環(huán)形下表面，以及從環(huán)形下表面向下延伸的兩個(gè)環(huán)形同心凸 起o本發(fā)明的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。該柔性膜的同心內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁可具有在環(huán)形下表面之下延伸的彎曲部分。柔性膜的環(huán)形同心邊和環(huán)形同心凸起比內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁更厚。柔性膜的環(huán)形下表面進(jìn)一歩可包括多個(gè)孔， 例如圓？L，每個(gè)孔設(shè)置在兩個(gè)環(huán)形同心凸起之間。該孔可圍繞下表面成等角間 距隔開(kāi)。柔性膜由諸如硅樹(shù)脂的彈性材料形成。另一方面，本發(fā)明描述了一種夾持環(huán)。該夾持環(huán)包括環(huán)狀圈，該環(huán)狀圈具 有構(gòu)造為外周圍繞保持環(huán)的內(nèi)表面、構(gòu)造為接觸研磨墊的下表面，以及構(gòu)造為 附接到研磨頭的上表面。該內(nèi)表面包括與下表面相鄰的第一區(qū)域，具有比相鄰 且位于第一區(qū)域之上的內(nèi)表面的第二區(qū)域更小的內(nèi)徑。本發(fā)明的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。下表面可具有比上表面更 小的內(nèi)徑。夾持環(huán)的外表面可具有鄰近下表面的凹陷。該凹陷可包括水平下表 面、垂直上表面和連接該水平下表面及垂直表面的傾斜部分。垂直表面可從下 表面向傾斜部分延伸。凹陷可限定外表面中的環(huán)形臺(tái)階，以及環(huán)形臺(tái)階可具有 從下表面延伸的第二垂直表面，以及連接該垂直表面和第二垂直表面的第二水 平下表面。上表面的內(nèi)徑邊緣和外徑邊緣可以是圓形。多個(gè)柱狀凹陷可形成在 上表面中。多個(gè)柱狀凹陷圍繞上表面成等角間距隔開(kāi)。下表面可包括從內(nèi)表面 向外表面延伸的多個(gè)凹槽。夾持環(huán)可以是由相同材料，諸如塑料形成的單個(gè)單 元。夾持環(huán)可包括具有上表面的環(huán)形上部分和具有下表面的環(huán)形下部分，并且 下部分連接至上部分。夾持環(huán)的環(huán)形上部分和環(huán)形下部分可由不同材料形成， 例如上部分可由金屬形成而下部分可由塑料，例如聚酰胺酰亞胺形成。粘接層 可連接上部分和下部分。環(huán)形下部分可包括延伸至上部分的環(huán)形凹陷中的環(huán)形 凸起，并且環(huán)形凸起可沿著內(nèi)表面延伸。凹陷可限定水平上表面、內(nèi)側(cè)壁和該 水平上表面與內(nèi)壁之間的圓形邊緣。內(nèi)表面可具有與下表面鄰近的向內(nèi)凸起的 臺(tái)階。該臺(tái)階可具有垂直的內(nèi)壁和水平外表面。內(nèi)表面可以在向內(nèi)凸起的臺(tái)階 上方從下向上向內(nèi)成錐形。夾持環(huán)可具有與上表面鄰近的向內(nèi)凸起的唇緣。該 唇緣可具有垂直內(nèi)壁和沿其上邊緣及下邊緣的圓形部分。內(nèi)表面可以在唇緣之 下從上向下向內(nèi)成錐形。另一方面，本發(fā)明描述了一種夾持環(huán)。該夾持環(huán)具有配置為設(shè)置在底座之 下的環(huán)形上部分和環(huán)形下部分。夾持環(huán)配置為外周圍繞保持環(huán)并具有構(gòu)造為接 觸研磨墊的下表面。環(huán)形上部分具有沿著其上表面的邊緣以及其內(nèi)徑和外徑的 圓形部分。環(huán)形下部分具有沿著其外徑的凹陷和具有比環(huán)形上部分的上表面的內(nèi)徑更小的下表面。
本發(fā)明的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。該夾持環(huán)可附接到底座。
夾持環(huán)可配置為不接觸襯底的邊緣。環(huán)形上部分可具有在其上表面上的多個(gè)柱
狀凹陷。環(huán)形下部分可具有多個(gè)凹槽。夾持環(huán)的環(huán)形上部分和環(huán)形下部分可以
是由相同材料，諸如塑料形成的單一單元。環(huán)形下部分可包括從凹陷沿著其外
徑向外凸出的環(huán)形臺(tái)階。該環(huán)形臺(tái)階可具有水平的下表面。沿著環(huán)形下部分的
徑向截面測(cè)得的該環(huán)形臺(tái)階的最寬部分可以是環(huán)形臺(tái)階的最上邊緣處。環(huán)形上
部分和環(huán)形下部分可以利用該兩部分之間的粘接層由不同材料組成。環(huán)形上部
分可具有沿著其內(nèi)徑在其下表面中的凹陷，以及環(huán)形下部分可具有沿著其內(nèi)徑
從其上表面向上突出的凸起，其中該凸起設(shè)計(jì)尺寸以與凹陷嚙合。沿著環(huán)形上
部分的內(nèi)徑的該凹陷可具有水平上表面和沿著內(nèi)壁的圓形部分。環(huán)形上部分可 具有沿著其上表面的內(nèi)徑向內(nèi)凸起的唇緣，其中該唇緣可具有垂直內(nèi)壁和沿著
其上邊緣和及下邊緣的圓形部分。
另一方面，本發(fā)明描述了一種柔性膜。該柔性膜具有主要部分，該主要部 分具有提供襯底安裝表面的下表面，以及從主要部分的外邊緣延伸的外環(huán)形部 分。主要部分和外部環(huán)形部分之間的接合點(diǎn)具有外圍邊緣鉸鏈和沿著外環(huán)形部 分的外壁的鉸鏈之上的環(huán)形凹陷。外圍邊緣鉸鏈具有圓形內(nèi)表面和外表面并構(gòu) 造為柔性的。
本發(fā)明的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。外環(huán)形部分可具有沿著其 外壁的環(huán)形凹陷和沿著其內(nèi)壁向內(nèi)突出的環(huán)形臺(tái)階。環(huán)形凹陷可允許環(huán)形部分 彎曲。環(huán)形臺(tái)階可具有不水平的上表面和下表面。柔性膜可具有連接至外環(huán)形 部分的兩個(gè)環(huán)形翼和連接至主要部分的四個(gè)同心環(huán)形翼。連接至外環(huán)形部分的 兩個(gè)環(huán)形翼可具有向內(nèi)延伸的水平部分和厚邊。該邊可構(gòu)造為固定于底座組 件。上環(huán)形翼可具有比下環(huán)形翼更窄的水平部分。連接至主要部分的最內(nèi)同心 環(huán)形翼可具有向外延伸的水平部分、沿著該水平部分的外邊緣的厚邊，以及在 主要部分和水平部分之間連接的環(huán)形傾斜部分。環(huán)形傾斜部分在其與主要部分 的接合點(diǎn)處比與水平部分的接合點(diǎn)處具有更大的半徑。連接至主要部分的三個(gè) 最外同心環(huán)形翼每個(gè)可具有從主要部分延伸的垂直部分、從該垂直部分延伸的 水平部分，以及沿著該水平部分的外邊緣的厚邊，其中該厚邊可固定于底座組 件。水平部分可具有比連接至主要部分的三個(gè)最外同心環(huán)形翼的至少其中之一的垂直部分更小的厚度。連接至主要部分的第二和第三最外同心環(huán)形翼的水平 部分長(zhǎng)度與垂直部分長(zhǎng)度的比率在約1.5和2.0之間。連接至主要部分的三個(gè) 最外同心環(huán)形翼的至少其中之一可包括在水平部分和垂直部分之間的接合點(diǎn) 處的凹口，其中該凹口允許水平部分垂直彎曲。至少一個(gè)同心環(huán)形翼可包括與 主要部分接合點(diǎn)處的凹口 ，其中該凹口可減小主要部分中的壓力。
另一方面，本發(fā)明涉及一種用于具有前表面、背面和邊緣的襯底的化學(xué)機(jī) 械拋光的研磨頭。該研磨頭具有底座組件、設(shè)置在該底座組件之下的環(huán)形保持 環(huán)、第一柔性膜，其設(shè)計(jì)形狀以提供設(shè)置在底座組件之下和環(huán)形保持環(huán)之上的 環(huán)形腔、夾持環(huán)，其外周圍繞保持環(huán)并配置為接觸研磨墊，以及第二柔性膜， 其中底座組件和第二柔性膜之間的空間形成六個(gè)可加壓腔。環(huán)形保持環(huán)具有在 環(huán)形上表面中的兩個(gè)環(huán)形同心凹陷、構(gòu)造為接觸研磨墊的下表面，以及構(gòu)造為 外周圍繞襯底邊緣以保持該襯底的內(nèi)表面。第一柔性膜具有從環(huán)形下表面向下 延伸的兩個(gè)環(huán)形同心凸起，其中該環(huán)形同心凸起設(shè)計(jì)尺寸以嚙合入環(huán)形保持環(huán) 的環(huán)形同心凹陷中。夾持環(huán)具有環(huán)形上部分和環(huán)形下部分，其中下部分具有沿 其外徑的凹陷。第二柔性膜具有含提供襯底安裝表面的下表面的主要部分，和 從主要部分的外邊緣延伸的外環(huán)形部分，其中主要部分和外環(huán)形部分之間的接 合點(diǎn)包括外邊緣鉸鏈和沿著外環(huán)形部分的外壁的鉸鏈之上的環(huán)形凹陷。外邊緣 鉸鏈具有圓形的內(nèi)表面和外表面并構(gòu)造為柔性的。
本發(fā)明的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。研磨頭可進(jìn)一步包括固定 至驅(qū)動(dòng)軸的罩部分，其中底座組件可連接至罩部分。夾持環(huán)可構(gòu)造為向研磨墊 施加向下壓力。通過(guò)夾持環(huán)施加的向下壓力可能大于通過(guò)保持環(huán)施加的向下壓 力。夾持環(huán)可由比保持環(huán)更堅(jiān)硬的材料形成。夾持環(huán)的環(huán)形下部分中的凹槽可 以至少約與保持環(huán)的環(huán)形下部分的凹槽一樣寬。研磨頭可具有由鋁組成的涂 層。第二柔性膜可具有多個(gè)環(huán)形翼，其中至少一個(gè)環(huán)形翼可包括設(shè)置并構(gòu)造的 凹口 ，以減少通過(guò)至少一個(gè)環(huán)形翼從至少一個(gè)腔傳輸?shù)降侥さ闹饕糠謧鬏數(shù)?向下負(fù)載，以減少主要部分中的壓力。第二柔性膜可具有多個(gè)環(huán)形翼，其中至 少一個(gè)環(huán)形翼可包括凹口 ，當(dāng)壓力不等于相鄰可加壓腔的壓力時(shí)該凹口適于使 得至少一個(gè)環(huán)形翼彎曲。
另一方面，本發(fā)明描述了一種用于研磨墊上的襯底的化學(xué)機(jī)械拋光的研磨 頭。該研磨頭具有底座、環(huán)形保持環(huán)和夾持環(huán)。該保持環(huán)具有構(gòu)造以外周圍繞襯底邊緣以保持襯底的內(nèi)表面、外表面，以及接觸研磨墊的下表面。夾持環(huán) 具有外周圍繞保持環(huán)的內(nèi)表面、外表面，和接觸研磨墊的下表面。保持環(huán)的下 表面具有從保持環(huán)的內(nèi)表面延伸到保持環(huán)的外表面的多個(gè)凹槽，夾持環(huán)的下表 面具有從夾持環(huán)的內(nèi)表面延伸到夾持環(huán)的外表面的多凹槽，以及夾持環(huán)的下表 面中的多個(gè)凹槽比保持環(huán)的下表面中的多個(gè)凹槽更寬。
本發(fā)明的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。研磨頭可包括具有襯底安 裝表面的襯底墊構(gòu)件，以及襯底上來(lái)自襯底安裝表面的負(fù)載，研磨墊上來(lái)自保 持環(huán)的負(fù)載和研磨墊上來(lái)自?shī)A持環(huán)的負(fù)載可以獨(dú)立可調(diào)。襯底墊構(gòu)件可包括柔 性膜。夾持環(huán)的下表面中的多個(gè)凹槽可以是保持環(huán)的下表面中的多個(gè)凹槽的兩 倍寬。夾持環(huán)的下表面中的多個(gè)凹槽可以與保持環(huán)的下表面中的多個(gè)凹槽對(duì) 齊。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的詳細(xì)內(nèi)容在附圖和以下說(shuō)明書中闡述。本 發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從說(shuō)明書和附圖以及權(quán)利要求書顯而易見(jiàn)。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的研磨頭的截面示意性橫截面視圖;
圖2A是保持環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的俯視圖2B是保持環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的仰視圖2C是保持環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的截面視圖2D是保持環(huán)的另一實(shí)施方式的截面視圖3A是柔性膜的一個(gè)實(shí)施方式的俯視圖3B是柔性膜的一個(gè)實(shí)施方式的截面視圖4A是夾持環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的俯視圖4B是夾持環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的仰視圖4C是夾持環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的截面視圖4D和圖4F是夾持環(huán)的其它實(shí)施方式的截面視圖4E、 4G和4H是整體夾持環(huán)的實(shí)施方式的截面視圖5是柔性膜的部分截面視圖；。
圖6是研磨頭的仰視圖。
在不同的附圖中用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，襯底IO將通過(guò)具有研磨頭100的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)裝置 拋光。CMP裝置的描述可以在美國(guó)專利No.5,738,574中找到，在此引入其全 部?jī)?nèi)容作為參考。
研磨頭100包括罩102、底座組件104、萬(wàn)向架機(jī)構(gòu)106 (其可以認(rèn)為是 底座104的零件)、負(fù)載腔室108、包括保持環(huán)200以及設(shè)計(jì)形狀以提供環(huán)形 腔350的第一柔性膜300的保持環(huán)組件、夾持環(huán)400和襯底墊組件110，該襯 底墊組件包括限定多個(gè)可加壓腔的第二柔性膜500。對(duì)于類似研磨頭描述的該 研磨頭的其他特征可以在美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006/0154580中找到，在此引 入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
罩102 —般可以是圓形形狀并可連接至驅(qū)動(dòng)軸以在研磨期間與該軸一起 旋轉(zhuǎn)。存在延伸穿過(guò)罩102的通道(未示出)用于研磨頭100的氣壓控制。底 座組件104是放置在罩102之下可垂直移動(dòng)的組件。萬(wàn)向架機(jī)構(gòu)106允許底座 組件104相對(duì)于罩102萬(wàn)向架固定(gimbal)，同時(shí)防止底座組件104相對(duì)于 罩102的橫向運(yùn)動(dòng)。負(fù)載腔室108位于罩102和底座組件104之間以施加負(fù)載， 即，朝底座組件104的向下壓力或重力。底座組件104相對(duì)于研磨墊的垂直位 置還通過(guò)負(fù)載腔室108控制。襯底墊組件110包括具有可為襯底10提供安裝 表面的下表面512的柔性膜500。
參照?qǐng)D2A-3B，襯底10可通過(guò)與底座組件104夾緊的保持環(huán)組件固定。 保持環(huán)組件可由設(shè)計(jì)形狀以提供環(huán)形腔350的保持環(huán)200和柔性膜300構(gòu)成。 保持環(huán)200可設(shè)置在柔性膜300之下并配置以固定于柔性膜300。
如圖2A-2C所示，保持環(huán)200具有內(nèi)表面231和下表面232。內(nèi)表面231 構(gòu)造為外周圍繞襯底10的邊緣以在研磨期間保持襯底?？墒沟帽３汁h(huán)200的 下表面232與研磨墊接觸。保持環(huán)200具有環(huán)形上表面，其可具有兩個(gè)環(huán)形同 心凹陷(recess) 233。這些環(huán)形同心凹陷233可以設(shè)計(jì)尺寸以與設(shè)置在保持環(huán) 200之上的柔性膜300互鎖。
保持環(huán)200可以由兩個(gè)環(huán)、下環(huán)形部分234和上環(huán)形部分235構(gòu)成。下部 分234可以由在CMP工藝中化學(xué)惰性的材料形成，諸如塑料，例如聚苯硫醚 (PPS)。下部分也應(yīng)當(dāng)是耐用的并具有低磨損速度。另外，下部分應(yīng)當(dāng)充分可壓縮從而襯底邊緣抵靠保持環(huán)的接觸不會(huì)造成襯底碎裂或破裂。另 一方面， 下部分不應(yīng)當(dāng)如此有彈性而使得保持環(huán)上的向下壓力造成下部分?jǐn)D壓入襯底 接收凹陷中。保持環(huán)的下部分可具有略大于襯底直徑的內(nèi)徑，例如比襯底直徑
大于約l-2mm，以便容納襯底裝載系統(tǒng)的位置公差。保持環(huán)可具有約二分之
一英寸的半徑寬度。
保持環(huán)200的上部分235可由比下部分234更堅(jiān)硬的材料形成。該堅(jiān)硬材 料可以是金屬，例如，不銹鋼、鉬、或鋁、或陶瓷，例如，氧化鋁或其他示例 性材料。
當(dāng)保持環(huán)的兩個(gè)環(huán)234、 235結(jié)合時(shí)，下部分234的上表面與上部分235 的下表面相鄰設(shè)置。兩個(gè)環(huán)在它們的相鄰表面上具有基本相同尺寸的內(nèi)徑和外 徑，從而當(dāng)兩個(gè)環(huán)234、 235結(jié)合時(shí)在兩個(gè)環(huán)234、 235接觸處形成對(duì)齊表面。
兩個(gè)環(huán)形部分可用它們相鄰表面之間的粘接層236粘接。兩個(gè)環(huán)之間的粘 接層236可防止在保持環(huán)中捕獲漿液。粘接層可由粘性材料形成，諸如慢固化 或快速固定環(huán)氧物。由于在拋光工藝期間的高熱量，高溫環(huán)氧物抵抗粘結(jié)層 236的退化。在特定實(shí)施方式中，環(huán)氧物包括聚酰胺和脂肪胺。
上部分235的上表面可包括具有螺紋套(未示出)的柱狀凹陷或孔212 以容納緊固件，諸如螺栓、螺絲或其他五金件，用于將保持環(huán)200固定于設(shè)置 在其上方的柔性膜300上。孔212可圍繞保持環(huán)等距隔開(kāi)并設(shè)置在兩個(gè)環(huán)形同 心凹陷233之間。
在一些實(shí)施方式中，保持環(huán)200具有在下表面232中形成的一個(gè)或多個(gè)漿 液輸送管道222。漿液輸送管道從下部分234的內(nèi)徑延伸到外徑用于在研磨期 間使得漿液從保持環(huán)的外部輸送到內(nèi)部。漿液輸送管道222可圍繞保持環(huán)等距 隔開(kāi)。每個(gè)漿液輸送管道222可相對(duì)于貫穿管道的半徑成例如45。的角度偏移。 管道可具有約0.125英寸的寬度。
在一些實(shí)施方式中，保持環(huán)200具有經(jīng)過(guò)保持環(huán)的主體從內(nèi)徑到外徑延伸 的一個(gè)或多個(gè)通孔，用于允許例如空氣或水的流體在研磨期間從保持環(huán)的內(nèi)部 輸送到外部，或從保持環(huán)的外部輸送到內(nèi)部。該通孔可延伸經(jīng)過(guò)上部分235。 通孔可圍繞保持環(huán)等距隔開(kāi)。
在一些實(shí)施方式中，保持環(huán)的上部分235可具有沿其外表面238的唇緣 237。該唇緣可具有水平下表面、垂直外表面和傾斜、不水平的上表面。唇緣
ii237可在襯底研磨期間當(dāng)保持環(huán)磨損時(shí)而為抵靠夾持環(huán)400的頂內(nèi)邊緣的保持 環(huán)提供硬停止(hard stop)。
在一些實(shí)施方式中，上部分235的外表面238可形成在唇緣237之上的凹 陷246 (唇緣之上的部分外表面相對(duì)于唇緣之下的部分外表面凹陷)。當(dāng)腔室 350抽空時(shí)，該凹陷246為柔性膜300的側(cè)壁324提供輥壓的空間。
在一些實(shí)施方式中，保持環(huán)的上部分235在其下表面可以比其上表面更 寬。例如，內(nèi)表面231可具有在垂直區(qū)域242之下從上向下向內(nèi)傾斜的錐形區(qū) 域240 (即，具有不斷減小的直徑)。錐形區(qū)域240可與上部分235的下表面 相鄰。下部分234的內(nèi)表面可以是垂直的。由于襯底研磨期間保持環(huán)的下部分 磨損，保持環(huán)的較窄上部?jī)?nèi)表面防止提供襯底安裝表面的相鄰柔性膜上的磨 損。另外，在一些實(shí)施方式中，保持環(huán)的整個(gè)外表面可以用不粘涂層，例如聚 對(duì)二甲苯涂覆。
在一些實(shí)施方式中，圖2D所示，下部分234的上表面具有延伸至上部分 235的下表面中的相應(yīng)凹陷內(nèi)的凸起244。該凸起244可為環(huán)形，例如，圍繞 保持環(huán)延伸，并可設(shè)置在保持環(huán)的內(nèi)表面而提供梯狀部件。粘接層236可以沿 該凸起244的外垂直壁延伸。在操作中，該臺(tái)階部件將下部分234上的剪切力 從研磨墊傳遞為凸起244的垂直壁230上的橫向力以及粘接層236的相關(guān)部分 上的壓力。錐形區(qū)域240表示為鄰近凸起244的上部分235的一部分，但是錐 形區(qū)域240可以是下部分234的一部分，例如凸起244的內(nèi)表面可以是錐形。
保持環(huán)200和柔性膜300 —起構(gòu)成保持環(huán)組件。柔性膜300構(gòu)造為上方與 底座組件104夾緊并且下方固定于環(huán)形保持環(huán)200，在保持環(huán)之上提供環(huán)形腔 350。當(dāng)環(huán)形腔350加壓時(shí)，柔性膜在保持環(huán)上提供獨(dú)立可控負(fù)載。保持環(huán)上 的負(fù)載給研磨墊提供負(fù)載。保持環(huán)上的獨(dú)立負(fù)載可隨著環(huán)磨損允許墊上一致的 負(fù)載。柔性膜設(shè)置在保持環(huán)和研磨頭之間可減少或消除當(dāng)該環(huán)直接固定于研磨 頭時(shí)發(fā)生的保持環(huán)上的載具變形的影響。所述載具變形的消除減少保持環(huán)上的 不均勻磨損，減少襯底邊緣處的工藝可變性，以及使得能使用較低的研磨壓力， 增加環(huán)壽命。
如圖3A-3D所示，柔性膜300具有同心內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁324。柔性膜300 可具有一對(duì)環(huán)形邊322，其從側(cè)壁324的上邊緣水平且向內(nèi)延伸。柔性膜可利 用設(shè)置在柔性膜的環(huán)形邊322之下的夾環(huán)與底部組件104夾緊。另外，柔性膜300具有下表面?？纱嬖趶娜嵝阅さ沫h(huán)形下表面向下延伸的兩個(gè)環(huán)形同心凸起
326。這些環(huán)形同心凸起326可以形成尺寸以嚙合入設(shè)置在柔性膜之下的保持 環(huán)200的頂表面中的環(huán)形同心凹陷233。
保持環(huán)組件的柔性膜300可由彈性的材料形成，允許該膜受壓彎曲。彈性
材料可包括硅樹(shù)脂和其他示例性材料。
柔性膜的下表面可包括圓孔312。圓孔312可設(shè)置在兩個(gè)環(huán)形同心凸起326 之間并可圍繞柔性膜的下表面等距隔開(kāi)。圓孔312可容納緊固件，諸如螺栓、 螺絲或其他五金件，用于將柔性膜300固定于保持環(huán)200。在一些實(shí)施方式中， 為了將柔性膜300固定于保持環(huán)200，粘合劑，例如，Loctite (樂(lè)泰)放置在 凹陷212中，以及單向螺絲穿過(guò)柔性膜300的孔312嵌入在接收凹陷212中。 因此，柔性膜300可永久有效地連接到保持環(huán)200。
在一些實(shí)施方式中，柔性膜300的同心內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁324可在下方巻繞 以形成具有彎曲部分328的下表面。當(dāng)柔性膜固定于保持環(huán)200時(shí)，彎曲部分 328可在保持環(huán)的上表面之下延伸。彎曲部分328提供滾動(dòng)鉸鏈，其允許柔性 膜的底部響應(yīng)于腔350的加壓或抽空而不是側(cè)壁324的充分膨脹而上下移動(dòng)。 在一些實(shí)施方式中，環(huán)形邊322可以比柔性膜的側(cè)壁324更厚。環(huán)形同心凸起 326也可比側(cè)壁324更厚。
雖然保持環(huán)200配置為保持襯底10并提供有效的邊緣工藝控制，夾持環(huán) 400提供研磨頭對(duì)研磨墊表面的定位或參照。另外，夾持環(huán)400接觸并提供保 持環(huán)200的橫向參照。夾持環(huán)400配置為外周圍繞保持環(huán)200。與保持環(huán)相同， 可以使夾持環(huán)400的下表面433與研磨墊接觸。
如圖4A-4C所示，夾持環(huán)400可具有環(huán)形上部分431和環(huán)形下部分432。 上部分431可設(shè)置在底座組件104之下以及可具有沿其上表面434的內(nèi)徑和外 徑的圓形部分。接觸保持環(huán)的下部分432的截面的內(nèi)徑稍大于保持環(huán)的相連部 分的外徑；如果保持環(huán)為約二分之一英寸寬，則夾持環(huán)的內(nèi)徑將比襯底大于約 一英寸，例如，對(duì)于300mm (12英寸)襯底，內(nèi)徑約13英寸。
下部分432可具有沿其外徑440的凹陷441 。該凹陷441可由從底表面433 延伸的垂直表面442、從外徑440延伸的水平表面443，以及將垂直表面442 與水平表面443連接的傾斜表面444限定。傾斜部分的最寬部分，如沿徑向截 面所測(cè)得的，可以是在傾斜表面444的最上邊緣。下部分432可具有沿外徑440的邊緣和水平表面443的圓形部分。
如圖4D所示，在一些實(shí)施方式中，凹陷441進(jìn)一歩通過(guò)向上凸起的環(huán)形 臺(tái)階435b限定。環(huán)形臺(tái)階435b可具有水平下表面、傾斜表面和沿所述兩個(gè)表 面的邊緣的圓形部分。環(huán)形臺(tái)階435b的最寬部分，如沿下部分432的徑向截 面測(cè)得，可以是環(huán)形臺(tái)階435b的最上邊緣。
在一些實(shí)施方式中，如圖4C所示，夾持環(huán)具有在下部分432中沿著內(nèi)表 面430的向內(nèi)凸起的臺(tái)階。在其他實(shí)施方式中，如圖4E所示，夾持環(huán)具有不 與夾持環(huán)的下表面433垂直的內(nèi)表面430，如圖4E中用虛線表示(雖然圖4E 示出單個(gè)環(huán)，但傾斜的內(nèi)表面可適用于如圖4C和4D所示的兩個(gè)分開(kāi)環(huán))。 內(nèi)表面430可從頂向底向外傾斜，且鄰近下表面433的內(nèi)表面430的區(qū)域是傾 斜的。相對(duì)于內(nèi)表面的較高區(qū)域的相鄰下表面433的較小內(nèi)徑(不管由于凸緣 或傾斜表面)允許夾持環(huán)橫向參考保持環(huán)200，并且即使在襯底研磨期間夾持 環(huán)磨損時(shí)，也提供保持環(huán)和夾持環(huán)之間接觸位置中的一致性。另外，當(dāng)保持環(huán) 接觸夾持環(huán)時(shí)，夾持環(huán)的底部處的結(jié)構(gòu)設(shè)置可防止保持環(huán)轉(zhuǎn)矩。在一些實(shí)施方 式中，下部分432的下表面433具有比上部分431的上表面434更小的內(nèi)徑。
夾持環(huán)可附接到底座組件104， 一般地，夾持環(huán)配置為包圍保持環(huán)200并 且不接觸襯底10的邊緣。夾持環(huán)400的上部分431可包括具有螺紋套(未示 出)以的圓柱凹陷或孔412以接收諸如螺栓、螺絲或其他五金件的緊固件，用 于將夾持環(huán)400固定于底座組件104。孔412可圍繞夾持環(huán)均勻隔開(kāi)。在一些 實(shí)施方式中，孔412不在凹陷441的水平表面433之上延伸。例如，如圖4F 所示，孔可全部設(shè)置在平坦的下表面433之上。另外， 一個(gè)或多個(gè)對(duì)齊部件， 諸如孔或凸起(未示出)，可設(shè)置在上部分431的頂表面434上。如果夾持環(huán) 具有對(duì)齊孔，則底座組件104可具有當(dāng)?shù)鬃M件104和夾持環(huán)完全對(duì)齊時(shí)與該 對(duì)準(zhǔn)孔嚙合的對(duì)應(yīng)銷。
在一些實(shí)施方式中，夾持環(huán)400具有在底表面433上的一個(gè)或多個(gè)漿液輸 送管道，該管道從下部分432的內(nèi)徑延伸到外徑，用于在研磨期間將漿液從夾 持環(huán)外部輸送到夾持環(huán)內(nèi)部。管道422可圍繞夾持環(huán)等距隔開(kāi)。每個(gè)漿液輸送 管道422可相應(yīng)于貫穿管道的半徑成例如45。的角度偏移。參照?qǐng)D6，夾持環(huán) 管道422可與保持環(huán)管道對(duì)齊。在一些實(shí)施方式中，夾持環(huán)管道422比保持環(huán) 管道222更寬，這使得漿液更順暢流入保持環(huán)200的內(nèi)部。例如，夾持環(huán)管道422可具有約0.25英寸寬。
在一些實(shí)施方式中，夾持環(huán)400具有從內(nèi)徑到外徑延伸的一個(gè)或多個(gè)通 孔，用于在研磨期間使?jié){液或空氣從夾持環(huán)的內(nèi)部輸送到外部，或從夾持環(huán)外 部輸送到內(nèi)部。通孔可延伸經(jīng)過(guò)上部分431。通孔可圍繞夾持環(huán)等距隔開(kāi)。在 一些實(shí)施方式中，通孔存在于夾持環(huán)中而不是保持環(huán)中。因此，來(lái)自清洗系統(tǒng) 的流體，例如水，其通過(guò)夾持環(huán)中的通孔噴灑，將沿著保持環(huán)的外表面向下沖 洗，從而清潔夾持環(huán)和保持環(huán)之間的空間。在其他實(shí)施方式中，通孔存在于夾 持環(huán)和保持環(huán)兩者中，并且將通孔對(duì)齊以便流體將都流經(jīng)夾持環(huán)和保持環(huán)。在 所述實(shí)施方式中，穿過(guò)夾持環(huán)400的通孔可以與穿過(guò)保持環(huán)200的通孔一樣寬 或更寬。在一些實(shí)施方式中(參見(jiàn)圖l)，通孔450可穿過(guò)圍繞保持環(huán)的部分 罩102形成，而不是貫穿夾持環(huán)自身形成。
回到圖4A-4C，在一些實(shí)施方式中，上部分431可具有沿其內(nèi)表面430向 內(nèi)凸起的唇緣439，其中該唇緣沿其上邊緣和下邊緣具有垂直的內(nèi)壁和圓形部 分。凸起的唇緣439可具有與臺(tái)階432的內(nèi)徑相同或更小的內(nèi)徑。唇緣439 可提供嚙合唇緣237的硬停止以防止保持環(huán)200的過(guò)分?jǐn)U張。在一些實(shí)施方式 中，如圖4G所示，夾持環(huán)400包括傾斜內(nèi)表面和向內(nèi)凸起的唇緣439。在一 些其他實(shí)施方式中，如圖4H所示，夾持環(huán)400的內(nèi)表面具有在下部分432處 向內(nèi)凸起的臺(tái)階和從下向上向外傾斜的傾斜內(nèi)表面。
在一些實(shí)施方式中，如圖4C所示，夾持環(huán)的上部分431和下部分432由 不同材料組成。上部分431由比下部分432更堅(jiān)硬的材料形成。該堅(jiān)硬材料可 以是金屬，例如不銹鋼、鉬或鋁或陶瓷，例如，氧化鋁或其他示例性材料。下 部分432可以由在CMP工藝中化學(xué)惰性的材料，諸如塑料，例如聚醚醚酮 (PEEK)、碳填充的PEEK、 Teflon (特富龍)填充的PEEK、聚酰胺酰亞 胺(PAI)或合成材料形成。
當(dāng)夾持環(huán)的兩個(gè)部分431、 432結(jié)合時(shí)，下部分432的上表面放置在上部 分431的下表面附近。該兩部分在它們的相鄰表面上在內(nèi)徑和外徑處通常具有 基本相同尺寸，從而當(dāng)它們結(jié)合時(shí)在兩部分431、 432接合處兩部分431、 432 形成對(duì)齊表面。該兩個(gè)環(huán)形部分可用它們相鄰表面之間的粘接層436粘接。
下部分432可具有臺(tái)階部件438。該臺(tái)階部件438從下部分432垂直凸出 至上部分431的對(duì)應(yīng)凹陷437中。臺(tái)階部件438是與夾持環(huán)400的內(nèi)徑相鄰的環(huán)形臺(tái)階。臺(tái)階部件438從下環(huán)432的水平部分向上延伸。臺(tái)階部件438共用 下環(huán)水平部分的內(nèi)徑壁。上部分431的凹陷437對(duì)應(yīng)臺(tái)階部件438，從而當(dāng)下 部分432和上部分431結(jié)合一起時(shí)，臺(tái)階部件438與上部分431的凹陷437 嚙合。凹陷437可具有水平上表面和具有圓形部分的垂直內(nèi)壁。在一些實(shí)施方 式中，臺(tái)階438僅位于下環(huán)432的內(nèi)徑處并且不存在于外徑處。就是說(shuō)，夾持 環(huán)400除在夾持環(huán)內(nèi)徑處的臺(tái)階438和凹陷437外可能不具有其他臺(tái)階和相應(yīng) 凹陷部件。在一些實(shí)施方式中，粘接層436可延伸至夾持環(huán)的凹陷437中的臺(tái) 階438表面。
夾持環(huán)的旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的剪切力施加力在水平粘接層上。在夾持環(huán)400 中，臺(tái)階部件438將剪切力沿臺(tái)階部件438的垂直內(nèi)壁傳遞為粘接層436上的 壓力。剪切力到粘接層436上的壓力的傳遞減少下部分432從上部分431分層 的可能性，這種情況可能在沒(méi)有臺(tái)階部件的夾持環(huán)中發(fā)生。同時(shí)，當(dāng)夾持環(huán)下 壓靠在研磨墊上時(shí)通過(guò)夾持環(huán)相對(duì)于研磨墊的水平運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的橫向力從下部 分432傳遞至上部分431的底座。另外，由于接觸面的表面面積增加，因此垂 直內(nèi)壁為粘接層436提供更大的粘接面積。更大的粘接面積也降低下部分432 從上部分431分層的可能性。而且，沿垂直內(nèi)壁的粘接層436吸收由于上部分 431的材料(例如，諸如不銹鋼的剛性材料)和下部分432的材料(例如，較 小剛性或更柔軟(compliant)材料諸如PEEK合成物)之間的不均勻熱膨脹產(chǎn) 生的應(yīng)力。
在一些實(shí)施方式中，例如，如圖4E、 4G和4H所示，夾持環(huán)的上部分431 和下部分432包括由相同材料組成的單個(gè)單元。整體夾持環(huán)可由在CMP工藝 中化學(xué)惰性的材料，諸如塑料，例如聚醚醚酮(PEEK)、碳填充的PEEK、 Teflon (特富龍)填充的PEEK，聚酰胺酰亞胺(PAI)或合成材料形成。
雖然保持環(huán)200構(gòu)造為外周圍繞襯底10的邊緣以保持襯底，柔性膜500 提供安裝襯底10的表面512。圖5示出柔性膜500的部分截面視圖，其中示 出一般對(duì)稱的柔性膜的僅一半截面。
如圖5所示，柔性膜500可具有一般平坦的主要部分510和外環(huán)形部分 520。主要部分510提供襯底安裝表面512。外部分520從主要部分510的外 邊緣延伸。主要部分510和外環(huán)形部分520之間的接合點(diǎn)可具有外圍邊緣鉸鏈 530和環(huán)形凹陷532，該環(huán)形凹陷沿著外環(huán)形部分520的外壁定位在鉸鏈530之上。外圍邊緣鉸鏈530可具有沿其內(nèi)表面和外表面的圓形部分。外圍邊緣鉸
鏈530和環(huán)形凹陷532可構(gòu)造為柔性的(compliant)，改善襯底10周界上負(fù) 載的對(duì)準(zhǔn)性。
外環(huán)形部分520可具有沿其外壁的環(huán)形凹陷522，其構(gòu)造為允許外環(huán)形部 分520彎曲。外環(huán)形部分520還可具有沿其內(nèi)壁向內(nèi)凸出的環(huán)形臺(tái)階524。環(huán) 形臺(tái)階524可具有不水平(即，傾斜)上表面和下表面。
在一些實(shí)施方式中，柔性膜500可具有數(shù)個(gè)環(huán)形翼。主要部分510可具有 四個(gè)同心環(huán)形翼516。外環(huán)形部分520可具有一對(duì)環(huán)形翼526。連接至外環(huán)形 部分520的環(huán)形翼526可具有向內(nèi)延伸的水平部分540和厚邊550。厚邊550 可構(gòu)造為固定于底座組件104。如圖5所示，上環(huán)形翼可具有比下環(huán)形翼更窄 的水平部分(即，不向內(nèi)延伸一樣遠(yuǎn))。在一些實(shí)施方式中，外環(huán)形部分520 可具有環(huán)形三角形部分，以及所述一對(duì)環(huán)形翼526的水平部分540可通過(guò)環(huán)形 三角形部分的至高點(diǎn)與外環(huán)形部分520連接。
連接至主要部分510的最內(nèi)同心環(huán)形翼516可包括向外延伸具有厚邊的水 平部分，其可構(gòu)造為固定于底座組件104，和環(huán)形傾斜部分560。環(huán)形傾斜部 分560可連接在主要部分510和環(huán)形翼516的水平部分之間。環(huán)形傾斜部分 560可在與主要部分510接合點(diǎn)處具有比在與水平部分的接合點(diǎn)處更大的半 徑。
連接至主要部分510的三個(gè)最外同心環(huán)形翼516可包括從主要部分510 延伸的垂直部分570，和沿水平部分的外邊緣從具有厚邊的垂直部分570延伸 的水平部分，其可構(gòu)造為固定于底座組件104。在一些實(shí)施方式中，同心環(huán)形 翼516的水平部分可具有比同心環(huán)形翼的垂直部分570更小的厚度。在一些實(shí) 施方式中，第二和第三最外同心環(huán)形翼516可具有水平部分的長(zhǎng)度與垂直部分 570的長(zhǎng)度的比率在約1.5到2.0之間，諸如約1.66。
在一些實(shí)施方式中，環(huán)形翼516、 526可具有一個(gè)或多個(gè)缺口或凹口 (即， 環(huán)形凹陷)。同心環(huán)形翼516可具有在其水平部分和其垂直部分570之間的接 合點(diǎn)處的凹口 (notch) 580。凹口 580可允許同心環(huán)形翼516的水平部分垂直 彎曲。同心環(huán)形翼516可具有在其與主要部分510的接合點(diǎn)處的凹口 590。凹 口 590可配置以減少主要部分510的壓力。
本發(fā)明的另一方面，如圖1所示，用于CMP的研磨頭可包括底座組件104、環(huán)形保持環(huán)200，其設(shè)置在底座組件104之下并且構(gòu)造為外周圍繞襯底10的
邊緣以保持襯底，第一柔性膜300，其設(shè)計(jì)形狀以提供放置在底座組件104之 下和環(huán)形保持環(huán)200之上的環(huán)形腔350,外周圍繞保持環(huán)200的夾持環(huán)400， 以及提供襯底安裝表面的第二柔性膜500，其中底座組件104和第二柔性膜500 之間產(chǎn)生的空間形成六個(gè)可加壓腔。
可加壓腔通過(guò)利用多個(gè)同心夾緊環(huán)將第二柔性膜500夾緊到底座組件105 而形成。所述腔可構(gòu)造為從最內(nèi)腔到最外腔逐漸變窄。第二最外腔，其部分地 通過(guò)外圍邊緣鉸鏈530限定，狹窄地構(gòu)造以在襯底研磨期間提供更好的邊緣控 制。
每個(gè)腔可通過(guò)貫穿底座組件104和罩102的通道(未示出)流動(dòng)耦接至關(guān) 聯(lián)的壓力源，諸如泵或壓力管或真空管。可以存在用于第一柔性膜300的環(huán)形 腔350的一個(gè)通道、用于負(fù)載腔室108的一個(gè)通道，以及用于底座組件104 和第二柔性膜500之間的六個(gè)可加壓腔的每個(gè)腔的一個(gè)通道，總共八個(gè)通道。 來(lái)自底座組件104的一個(gè)或多個(gè)通道可通過(guò)在負(fù)載腔室108內(nèi)或研磨頭100 外部延伸的柔性管連接至罩102中的通道。每個(gè)腔的加壓，以及襯底10上通 過(guò)柔性膜500的主要部分510的相連部分施加的力可以獨(dú)立可控。這允許在研 磨期間不同壓力施加到襯底的不同徑向區(qū)域，從而補(bǔ)償不均勻的研磨速率。另 外，保持環(huán)200上的壓力可利用腔350獨(dú)立于由膜500限定的腔中的壓力而變 化，以及夾持環(huán)400上的壓力可利用負(fù)載腔室108相對(duì)于保持環(huán)200上的壓力 和由膜500限定的腔中的壓力而變化。
如上所述的保持環(huán)200、第一柔性膜300、夾持環(huán)400和第二柔性膜500 的多個(gè)實(shí)施方式可以實(shí)施在研磨頭中。
研磨頭通?？蛇M(jìn)一步包括連接至底座組件104并且配置為固定于驅(qū)動(dòng)軸 的罩102。研磨頭可用例如，鋁、PPEK或合成材料的材料涂覆。研磨頭的夾 持環(huán)400可向研磨頭施加向下的壓力。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)夾持環(huán)400 施加的向下壓力大于通過(guò)保持環(huán)200施加的向下壓力。夾持環(huán)400可由比保持 環(huán)200更堅(jiān)硬的材料形成，導(dǎo)致夾持環(huán)以比保持環(huán)更低的速度磨損。保持環(huán) 200和研磨頭300的寬度可以變化以調(diào)整工藝結(jié)果。特別地，襯底邊緣的研磨 輪廓可通過(guò)改變每個(gè)環(huán)的寬度和壓力而改變。
在一些實(shí)施方式中，保持環(huán)200可具有狹口或通孔，如圖l的虛線表示，其從保持環(huán)200的內(nèi)表面231向外表面238延伸，用于使得流體從該環(huán)的內(nèi)部 輸送到外部，或從外部輸送到內(nèi)部。這些狹口可與研磨頭100中的狹口對(duì)齊， 并可提供從保持環(huán)200的內(nèi)部沖走過(guò)多漿液的裝置。
在一些實(shí)施方式中，第二柔性膜500的同心環(huán)形翼516中具有凹口 580、 590可改善研磨均勻性。凹口的潛在優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)相鄰腔存在不同壓力時(shí)改善研 磨均勻性。特別地，當(dāng)相鄰腔存在不同壓力時(shí)，高壓腔中的壓力趨于使分離的 翼向低壓腔中彎曲。分離翼的彎曲可導(dǎo)致與分離的翼相鄰的主要部分510中的 受壓區(qū)域，造成無(wú)意的壓力分布和不均勻研磨。然而，在主要部分510和垂直 部分570之間的接合點(diǎn)處具有凹口 590使得環(huán)形翼516在接合點(diǎn)處更易彎曲。 當(dāng)由于不同壓力導(dǎo)致的翼彎曲時(shí)這將減少主要部分510中的壓力，從而改善研 磨均勻性。當(dāng)同心環(huán)形翼516的兩側(cè)上的相鄰可加壓腔中壓力不同時(shí)，凹口 590可適于允許同心環(huán)形翼516彎曲。而且，凹口 580、 590可設(shè)置并配置為 減少?gòu)闹辽僖粋€(gè)可加壓腔通過(guò)同心環(huán)形翼516到主要部分510傳遞的向下負(fù)載 從而減少主要部分510中的壓力。
已描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解可以設(shè)計(jì)各種修改而不 偏離本發(fā)明的精神和基本范圍。例如，第二柔性膜的數(shù)個(gè)同心環(huán)形翼216可具 有環(huán)形傾斜部分560，而不是環(huán)形垂直部分570。另外，凹口可以在與環(huán)形傾 斜部分560的接合處，或在水平部分540和邊550之間的接合處，設(shè)置在垂直 部分570的中間。相應(yīng)地，其他實(shí)施方式在以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種夾持環(huán)，包括環(huán)狀圈，具有構(gòu)造為外周圍繞保持環(huán)的內(nèi)表面、構(gòu)造為接觸研磨墊的下表面，以及構(gòu)造為附接于研磨頭的上表面，其中所述內(nèi)表面包括相鄰所述下表面的第一區(qū)域，該第一區(qū)域具有比相鄰并位于所述第一區(qū)域之上的所述內(nèi)表面的第二區(qū)域更小的內(nèi)徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述下表面具有比所述 上表面更小的內(nèi)徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，進(jìn)一歩包括鄰近所述下表面具有的凹陷的外表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述凹陷包括水平下表 面、垂直表面，以及連接所述水平下表面與所述垂直表面的傾斜部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述凹陷限定所述外表 面中的環(huán)形臺(tái)階。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述上表面的內(nèi)徑邊緣 和外徑邊緣是圓形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述上表 面中的多個(gè)圓柱凹陷。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述下表 面中從所述內(nèi)表面向外表面延伸的多個(gè)凹槽。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述環(huán)狀圈是由相同材 料組成的單個(gè)單元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述材料是塑料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，進(jìn)一步包括具有所述上 表面的環(huán)形上部分和具有所述下表面的環(huán)形下部分，所述下部分與所述上部分 連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述夾持環(huán)的所述環(huán) 形上部分和所述環(huán)形下部分由不同材料形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述上部分由金屬形成以及所述下部分由塑料形成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的夾持環(huán)，其特征在于， 所述環(huán)形下部分包括延伸至所述上部分中的環(huán)形凹陷的環(huán)形凸起。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)表面具有與所述 下表面鄰近的向內(nèi)凸起的臺(tái)階。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述臺(tái)階具有垂直內(nèi)壁和水平上表面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)表面在所述向 內(nèi)凸起的臺(tái)階上方從下向上向內(nèi)成錐形。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持環(huán)，其特征在于，進(jìn)一步包括沿其上表面 的內(nèi)徑向內(nèi)凸起的唇緣。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述唇緣沿其上邊緣 和下邊緣具有垂直內(nèi)壁和圓形部分。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的夾持環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)表面在所述唇 緣之下從上向下向內(nèi)成錐形。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種具有底座組件、保持環(huán)組件、夾持環(huán)和柔性膜的研磨頭。該夾持環(huán)具有環(huán)形上部分和環(huán)形下部分，該環(huán)形下部分具有比環(huán)形上部分的上表面更小內(nèi)徑的下表面，其中該夾持環(huán)外周圍繞保持環(huán)并具有接觸研磨墊的下表面。
文檔編號(hào)B24B37/04GK101293333SQ20071016559
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者史蒂文·M·蘇尼加, 吳正勛, 安德魯·J·納甘蓋斯特 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司