本實(shí)用新型的實(shí)施方式涉及用于對(duì)諸如半導(dǎo)體基板之類的基板進(jìn)行拋光的拋光系統(tǒng)。更具體來說，實(shí)施方式涉及用于對(duì)基板進(jìn)行拋光的拋光系統(tǒng)的保持環(huán)(retaining ring)。

背景技術(shù)：

化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是常用于高密度集成電路的制造中的一種工藝，用于對(duì)沉積在基板上的材料層進(jìn)行平坦化或拋光。承載頭可將保持在其中的基板提供至拋光系統(tǒng)的拋光站，并且可控制地迫使基板抵靠著移動(dòng)的拋光墊。通過在存在拋光流體情況下使得基板的特征結(jié)構(gòu)側(cè)之間接觸并且相對(duì)于拋光墊移動(dòng)基板，即可有效利用CMP。通過化學(xué)活動(dòng)和機(jī)械活動(dòng)的組合從基板接觸拋光表面的特征結(jié)構(gòu)側(cè)上移除材料。在拋光時(shí)從基板移除的顆粒變?yōu)閼腋≡趻伖饬黧w中。在通過拋光流體拋光基板時(shí)，移除懸浮顆粒。

由于裝置圖案的特征結(jié)構(gòu)尺寸變得更小，因此對(duì)特征結(jié)構(gòu)的臨界尺寸(CD)的要求變成針對(duì)穩(wěn)定且可重復(fù)的裝置性能的更重要的準(zhǔn)則。當(dāng)特征結(jié)構(gòu)的CD縮至小于20nm的尺寸時(shí)，亞微米級(jí)刮痕對(duì)于提高裝置良率而言變得越來越為關(guān)鍵。CMP具有承載頭，所述承載頭通常包括環(huán)繞基板并且便于將基板保持在承載頭中的保持環(huán)。拋光期間，基板可與保持環(huán)接觸并使保持環(huán)的一些部分以及附著材料脫離，和將松散材料引入拋光工藝中。這些松散材料可在拋光期間與基板和拋光表面接觸，并對(duì)基板造成微小劃痕(<100nm)以及其他類型的缺陷(諸如線路畸變以及裂痕(check mark)缺陷)。

因此，需要一種改進(jìn)的保持環(huán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型公開了一種保持環(huán)和一種用于對(duì)基板進(jìn)行拋光的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于CMP系統(tǒng)的保持環(huán)包括環(huán)形主體， 所述環(huán)形主體具有拋光內(nèi)徑。所述主體具有：底表面，所述底表面具有形成在其中的槽；外徑壁；和內(nèi)徑壁，其中所述內(nèi)徑壁被拋光至小于30微英寸(μin)的平均粗糙度(R_a)。所述環(huán)形主體進(jìn)一步包括：下部部分，所述下部部分具有下部拋光內(nèi)徑和形成在其中的所述槽；和上部部分，所述上部部分具有上部拋光內(nèi)徑，所述上部部分同心地耦接至所述下部部分。所述下部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度在2μin與10μin之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述下部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度為4μin。所述上部部分是由金屬組成的，并且所述下部部分是由塑料組成的。所述上部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度在2μin與10μin之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述上部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度為4μin。所述內(nèi)徑壁被配置成接收具有200mm、300mm或450mm的直徑的半導(dǎo)體基板。所述外徑壁被拋光至小于30μin的平均粗糙度。第二部分是由具有大于第一部分剛度的剛度的材料制成。

在另一實(shí)施方式中，提供CMP系統(tǒng)，所述CMP系統(tǒng)包括：可旋轉(zhuǎn)的壓板，所述可旋轉(zhuǎn)的壓板配置成支撐拋光墊；拋光頭，所述拋光頭配置成在拋光期間迫使基板抵靠著所述拋光墊；和保持環(huán)，所述保持環(huán)耦接至所述拋光頭。所述保持環(huán)包括具有拋光內(nèi)徑的環(huán)形主體。所述主體具有：底表面，所述底表面具有形成在其中的槽；外徑壁；和內(nèi)徑壁，其中所述內(nèi)徑壁被拋光至小于30微英寸(μin)的平均粗糙度(R_a)。所述環(huán)形主體進(jìn)一步包括：下部部分，所述下部部分具有下部拋光內(nèi)徑和形成在其中的所述槽；和上部部分，所述上部部分具有上部拋光內(nèi)徑，所述上部部分同心地耦接至所述下部部分。所述下部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度在2μin與10μin之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述下部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度為4μin。所述上部部分是由金屬組成的，并且所述下部部分是由塑料組成的。所述上部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度在2μin與10μin之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述上部拋光內(nèi)徑的平均粗糙度為4μin。所述內(nèi)徑壁被配置成接收具有200mm、300mm或450mm的直徑的半導(dǎo)體基板。所述外徑壁被拋光至小于30μin的平均粗糙度。其中第二部分是由具有大于第一部分剛度的剛度的材料制成。

附圖說明

因此，可以參照實(shí)施方式(其中一些實(shí)施方式在附圖中示出)來詳細(xì)理解 本實(shí)用新型的上述特征以及有關(guān)本實(shí)用新型的更具體的描述。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅僅示出本實(shí)用新型的典型實(shí)施方式，并且因此不應(yīng)視為限制本實(shí)用新型的范圍，因?yàn)楸緦?shí)用新型可允許其他有效實(shí)施方式。

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有包括保持環(huán)的承載頭的拋光設(shè)備的局部截面圖。

圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的保持環(huán)的底部平面圖。

圖3是沿圖2的截面線3-3截得的保持環(huán)的一部分的截面圖。

為了便于理解，已盡可能使用相同的參考標(biāo)記來標(biāo)示各個(gè)附圖所共有的相同元件。應(yīng)預(yù)見到，一個(gè)實(shí)施方式中披露的要素可有利地用于其他實(shí)施方式，而無需特定敘述。

具體實(shí)施方式

本文描述了保持環(huán)、化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)(CMP)、和用于對(duì)基板進(jìn)行拋光的方法。所述保持環(huán)包括拋光內(nèi)徑，與傳統(tǒng)的保持環(huán)相比，所述拋光內(nèi)徑具有改進(jìn)的漿料釋放能力，而不會(huì)帶來高昂制造成本或不會(huì)在對(duì)基板進(jìn)行拋光期間在保持環(huán)的消耗過程中造成工藝波動(dòng)。拋光內(nèi)徑實(shí)質(zhì)上防止可稍后脫離并變?yōu)閽伖饣鍟r(shí)的缺陷源的漿料以及拋光的副產(chǎn)物的附著和后續(xù)聚結(jié)。因此，減少材料堆積使對(duì)拋光表面造成的缺陷最小化，以便提高產(chǎn)品良率。另外，減少材料堆積增加了生產(chǎn)的正常運(yùn)行時(shí)間，并且延長(zhǎng)了承載頭的防護(hù)維護(hù)和清潔所需的時(shí)間間隔。

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的拋光設(shè)備100的局部截面圖。承載頭150具有保持環(huán)130，所述保持環(huán)130具有拋光內(nèi)徑，所述拋光內(nèi)徑如下進(jìn)一步所述的有助于減少缺陷。承載頭150保持基板135(以虛線示出)與拋光墊175的拋光表面180接觸。拋光墊175放置在壓板176上。壓板176通過壓板軸182耦接至電機(jī)184。當(dāng)拋光設(shè)備100對(duì)基板135進(jìn)行拋光時(shí)，電機(jī)184使得壓板176旋轉(zhuǎn)，以及因此使得拋光墊175的拋光表面180圍繞壓板軸182的軸線186旋轉(zhuǎn)。

拋光設(shè)備100可包括化學(xué)物質(zhì)輸送系統(tǒng)190。化學(xué)物質(zhì)輸送系統(tǒng)190包括化學(xué)物質(zhì)貯罐196，所述化學(xué)物質(zhì)貯罐196容納拋光流體191，諸如漿料或去離子水。拋光流體191可通過噴嘴198噴涂到拋光表面180上，所述拋光表面 180旋轉(zhuǎn)拋光流體191，使拋光流體191與被承載頭150按壓在拋光表面180上的基板135接觸，以便使基板135平坦化并且移除附著缺陷(例如，顆粒)和其他拋光殘留物質(zhì)。

承載頭150耦接至軸108，所述軸108耦接至電機(jī)102，電機(jī)102進(jìn)而耦接至臂170。電機(jī)102使得承載頭150以線性運(yùn)動(dòng)(X和/或Y方向)相對(duì)于臂170橫向移動(dòng)。承載頭150還包括致動(dòng)器或電機(jī)104，用于在Z方向上相對(duì)于臂170和/或拋光墊175來移動(dòng)承載頭150。承載頭150還耦接至旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器或電機(jī)106，所述旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器或電機(jī)106使得承載頭150相對(duì)于臂170圍繞旋轉(zhuǎn)軸111旋轉(zhuǎn)。電機(jī)104、102和106相對(duì)于拋光墊175的拋光表面180來定位和/或移動(dòng)承載頭150。在一個(gè)實(shí)施方式中，處理期間，電機(jī)104、102和106使承載頭150相對(duì)于拋光表面180旋轉(zhuǎn)并提供向下力以迫使基板135抵靠著拋光墊175的拋光表面180。

承載頭150包括被保持環(huán)130環(huán)繞的主體125。保持環(huán)130具有內(nèi)環(huán)直徑134。內(nèi)環(huán)直徑134可被配置成接收具有200mm、300mm、450mm的直徑或其他產(chǎn)品半導(dǎo)體基板直徑的半導(dǎo)體基板。內(nèi)環(huán)直徑134可具有比設(shè)置在其中的基板135大出5mm的直徑。例如，內(nèi)環(huán)直徑134可具有455mm的直徑，以便接收450mm基板135?；蛘?，內(nèi)環(huán)直徑134可具有305mm的直徑，以便接收300mm基板135。保持環(huán)130還可具有多個(gè)漿料槽268(在圖2中示出)。承載頭150還可包含與柔性膜140相鄰的一個(gè)或更多個(gè)泡囊(bladder)110/112。當(dāng)基板135被保持在承載頭150中時(shí)，柔性膜140接觸基板135的背側(cè)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，保持環(huán)130通過致動(dòng)器132耦接至主體125。在一方面，拋光工藝期間，壓力被施加至保持環(huán)130以迫使保持環(huán)130朝向拋光墊175的拋光表面180。電機(jī)106使得承載頭150圍繞旋轉(zhuǎn)軸111旋轉(zhuǎn)并且將基板135支撐在其中，同時(shí)拋光實(shí)質(zhì)圍繞旋轉(zhuǎn)軸111旋轉(zhuǎn)。保持環(huán)130的內(nèi)環(huán)直徑134的尺寸被調(diào)整成將基板135支撐在其中。當(dāng)旋轉(zhuǎn)承載頭150中的基板135時(shí)，基板135可碰撞或擊打保持環(huán)130的內(nèi)環(huán)直徑134。拋光期間，化學(xué)物質(zhì)輸送系統(tǒng)190將拋光流體191輸送至拋光表面180和基板135。保持環(huán)130的漿料槽促進(jìn)將拋光流體191和夾帶的拋光碎屑運(yùn)輸通過保持環(huán)130并且離開基板135。保持環(huán)130的內(nèi)環(huán)直徑134以這樣的方式構(gòu)造：在拋光時(shí)，防止過量夾帶的拋光流體附著至內(nèi)環(huán)直徑134上，并且因此減緩保持環(huán)130中保持的 基板135對(duì)保持環(huán)130的損壞，同時(shí)還減少響應(yīng)于環(huán)130與基板135之間的接觸而釋放的顆粒的量。

圖2是保持環(huán)130的底部平面圖。保持環(huán)130可以由由單塊材料形成的主體202組成。或者，主體202可由多個(gè)部分中的一個(gè)部分形成，所述部分諸如配置成將主體202安裝至承載頭150的上部部分320(在圖3中示出)和配置成使拋光墊175與基板135接觸的下部部分210。主體202的部分可包括裝配在一起以形成主體202的形狀的多個(gè)件。在一個(gè)實(shí)施方式中，保持環(huán)130的主體202是呈單個(gè)整體構(gòu)造。在另一實(shí)施方式中，保持環(huán)130的主體202具有兩個(gè)部分，即上部部分320和下部部分210。

主體202可由不銹鋼、鋁、鉬或另一耐工藝的金屬或合金、或者陶瓷或陶瓷填充的聚合物、或者其他合適材料形成。在一個(gè)實(shí)施方式中，至少主體202的上部部分320是由耐工藝的金屬或合金(諸如不銹鋼、鋁和鉬)、陶瓷或陶瓷填充的聚合物中的一種或更多種制成。另外，主體202可由塑料材料制成，諸如聚苯硫醚(PPS)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、Ertalyte TX、PEEK、Torlon、Delrin、PET、Vespel、Duratrol或其他合適材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，至少主體202的其中形成槽268的下部部分210是由塑料材料制成。在另一實(shí)施方式中，下部部分210可由金屬材料制成。

主體202可為環(huán)形，具有中心220。主體202還可包括底表面270、內(nèi)徑壁208和外徑壁264。內(nèi)徑壁208限定保持環(huán)130的內(nèi)環(huán)直徑134，并且具有尺寸被調(diào)整成接收基板135的內(nèi)部半徑。

保持環(huán)130的主體202還可包括耐工藝的涂層，所述耐工藝的涂層可覆蓋保持環(huán)130的暴露于工藝條件和/或易于釋放金屬和/或積聚工藝材料的一個(gè)或更多個(gè)表面。耐工藝的涂層可為疏水材料，其可防止與工藝流體的化學(xué)相互作用，諸如基于用于在拋光設(shè)備100中處理基板135的拋光流體的化學(xué)性質(zhì)來選擇的聚合材料。聚合材料可為含碳材料，諸如帕利靈(parylene)(聚對(duì)二甲苯)，例如，帕利靈C(氯化線性聚對(duì)二甲苯)、帕利靈N(線性聚對(duì)二甲苯)和帕利靈X(交聯(lián)聚對(duì)二甲苯)?？墒褂玫钠渌疾牧习ň勖衙淹?PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(TX(ETX))、長(zhǎng)壽命化學(xué)機(jī)械拋光x5(CMP LL5)聚酯、非晶透明聚醚酰亞胺(ULTEM^TM 1000)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和類金剛石碳(DLC)。

多個(gè)槽268可形成在保持環(huán)130的下部部分210中。槽268從內(nèi)環(huán)直徑134延伸至下部部分210的外徑壁264。槽268可具有足夠的深度以允許流體(諸如漿料和懸浮固體)通過槽268從內(nèi)環(huán)直徑134移動(dòng)至外徑壁264。槽268的數(shù)量和配置可為可配置的和/或可取決于工藝條件。例如，保持環(huán)130可以具有18個(gè)等距間隔開的槽268，以便在承載頭150和保持環(huán)130旋轉(zhuǎn)時(shí)，允許流體從基板135的下方移出并且離開基板135。當(dāng)基板正在進(jìn)行拋光操作時(shí)，流體將漿料和其他松散材料通過槽268運(yùn)輸離開基板135，以便減緩對(duì)基板135的表面的刮擦或損壞。

圖3是沿圖2的截面線3-3截得的保持環(huán)130的一部分的截面圖?？蓪⒈３汁h(huán)130的上部部分320同心地耦接至保持環(huán)130的下部部分210。主體202的上部部分320和下部部分210可裝配在一起，并且通過粘合材料(諸如環(huán)氧材料、氨基甲酸乙酯材料或丙烯酸材料)在界面330處結(jié)合。上部部分320可具有沿其底表面328的間隔件321。間隔件321提供在保持環(huán)130的組件的上部部分320的底表面328與下部部分210的頂表面316之間。間隔件321提供均勻間隙，所述均勻間隙最大程度地減少粘合材料擠壓出或不均勻地填充在上部部分320的底表面328與下部部分210的頂表面316之間，同時(shí)增強(qiáng)環(huán)130之間的尺寸可重復(fù)性。

上部部分320具有內(nèi)徑壁322。下部部分210具有內(nèi)徑壁312。上部部分320和下部部分210中每個(gè)的內(nèi)徑壁322、312與環(huán)組件的內(nèi)環(huán)直徑134是一致的。對(duì)上部部分320和下部部分210兩者的內(nèi)徑壁322、312進(jìn)行拋光。內(nèi)徑壁322、312可通過研磨、CMP、火焰拋光、蒸氣拋光或通過其他合適的方法被拋光。內(nèi)徑壁322、312可被拋光至具有小于30的以微英寸(μin)計(jì)的平均粗糙度(R_a)，諸如在2μin與10μin之間，或4μin。

在一個(gè)實(shí)施方式中，保持環(huán)130是由單塊材料形成的，并且內(nèi)環(huán)直徑134可被拋光至小于10μin的R_a。內(nèi)環(huán)直徑134具有拋光/平滑表面，這改善了內(nèi)環(huán)直徑134槽磨損并且顯著減少顆粒產(chǎn)生。拋光內(nèi)環(huán)直徑134導(dǎo)致減少開槽以及與基板接觸造成的磨損更少，并且另外導(dǎo)致減少顆粒產(chǎn)生以及副產(chǎn)物的附著。另外，對(duì)內(nèi)環(huán)直徑134進(jìn)行拋光使得清潔變得容易，并且防止?jié){料和其他材料附著到內(nèi)環(huán)直徑134上。因此，對(duì)內(nèi)環(huán)直徑134的表面進(jìn)行拋光最大程度地減少顆粒進(jìn)入基板135的拋光操作和刮擦/損壞基板135的表面。

在另一實(shí)施方式中，保持環(huán)130的下部部分210具有被拋光至8μin與10μin之間的內(nèi)徑壁312，以便減少在CMP過程中對(duì)基板135進(jìn)行拋光時(shí)因與基板135碰撞而對(duì)保持環(huán)130所造成的摩擦。內(nèi)徑壁312的減少的摩擦減少因碰撞造成的顆粒產(chǎn)生，并且減少漿料附著至保持環(huán)130的內(nèi)徑壁312上。

在另一實(shí)施方式中，上部部分320的內(nèi)徑壁322被拋光至10μin與15μin之間。在又一實(shí)施方式中，上部部分320的內(nèi)徑壁322被拋光至2μin或更小。對(duì)內(nèi)徑壁322的拋光防止?jié){料和其他材料附著至保持環(huán)130的內(nèi)徑壁322上，在所述內(nèi)徑壁322上，所述漿料和其他材料可聚結(jié)并稍后移位，從而變?yōu)槲廴疚锖蜐撛诘墓尾猎?。因此，減少保持環(huán)130的內(nèi)徑壁322上的顆粒/副產(chǎn)物積聚有助于減少拋光的基板135上的缺陷。另外，拋光的內(nèi)徑壁322清潔起來更為容易，因?yàn)闈{料和其他材料實(shí)質(zhì)上不附著至拋光表面。

上部部分320具有外徑壁324，所述外徑壁324與保持環(huán)130的整個(gè)外徑壁204重合。下部部分210具有外徑壁314，所述外徑壁314與保持環(huán)130的整個(gè)外徑壁204重合。下部部分210的外徑壁314可具有小于保持環(huán)130的整個(gè)外徑壁204的一定尺寸334。外徑壁324、314可被拋光至具有小于30的以μin計(jì)的平均粗糙度(R_a)，諸如在2μin與10μin之間，或4μin。拋光表面減少漿料和其他材料對(duì)保持環(huán)130的外徑壁324、314的附著性，并且促進(jìn)將材料從保持環(huán)130的外部清潔干凈。因此，保持環(huán)130的外徑壁324、314抑制漿料和拋光副產(chǎn)物的積聚，由此降低在進(jìn)行CMP時(shí)對(duì)基板135的表面造成微小刮痕的可能性。

盡管以上內(nèi)容針對(duì)的是本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但也可以在不背離本實(shí)用新型的基本范圍的情況下設(shè)計(jì)出本實(shí)用新型的其他和進(jìn)一步的實(shí)施方式。