[发明专利]化学－机械抛光固定环

说明书

优先权申请

本申请要求2005年5月24日提交的发明名称相同的60/684,151号美国临 时专利申请的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文，还要求于2006年2 月6日提交的发明名称相同的60/765,995号美国临时专利申请的优先权，其公 开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于将半导体晶片压紧在化学机械抛光装置中的固定环。

背景技术

通过在晶片上依次沉积导电层、半导电层和绝缘层，可在半导体基片，特 别是在硅晶片上形成集成电路。在沉积各层后，可在上面蚀刻电路形状。在沉 积并蚀刻一系列层后，所述基片的最上层表面可能变得成更加不平非平面。不 平非平面的表面可能在集成电路制造过程的光刻工序中产生问题。因此，必须 定期磨平半导体基片表面。

镶嵌是用隔离电介质形成互连金属线的一种工艺。在镶嵌工艺中，首先通 过平版印刷术在电介质层中形成互连图样，然后沉积金属，以填充所形成的开 槽。多余金属可通过化学-机械抛光(磨平)去除。化学-机械抛光(CMP)， 也称作化学-机械磨平，是指为使表面平面化和使金属互连图样更清晰，通过 化学-机械抛光而进行的去除固体层的一种方法。镶嵌工艺以CMP工艺替代金 属蚀刻形成金属互连图形，而双镶嵌工艺则是镶嵌工艺的一种改进形式。在双 镶嵌工艺中，两个隔层电介质图样形成步骤和一个CMP步骤形成图样，而采 用常规镶嵌工艺，形成这样的图样需要两个图样形成步骤和两个金属CMP步 骤。

在典型的CMP操作中，用容纳有化学反应性浆料的旋转抛光垫抛光基片 的最外表面。基片位于抛光垫上方，并通过固定环夹紧在合适位置。通常，基 片和固定环装在承载头或抛光头上。通过承载头向基片施加一个受控的力，以 将基片压向抛光垫。抛光垫在基片表面上的移动，使基片表面的物质通过化学 和机械作用得以去除。

用于进行CMP的机械已经非常成熟，设备成本为数百万美元。然而，在 抛光操作中，设备的一些组件需要经常更换，这就极大增加了CMP的成本。 这些部件的其中一个就是在磨平晶片时用于容纳和定位晶片的固定环。因此， 使制造固定环的成本和时间最小化，并使该环的耐用性和更换方便性最大化， 是很重要的。

发明内容

本发明的一个实施方式是化学-机械抛光固定环。

所述固定环可包括：由诸如聚醚醚酮(PEEK)之类的耐磨塑料制成的基 部、和由陶瓷或陶瓷填充聚合物之类的更硬、更耐磨的材料制成的上部或主干 部。一个所述基部或主干部中，最好包覆成型在另一个之上。所述基部通常可 由平的垫接触区、外表面、内表面、上缘和凹部构成。所述基部还可包括从所 述外表面延伸至内表面的流道，以促进抛光期间浆液传递到和传递出被抛光基 片。所述凹部还包括多个环形凸缘，用于形成跟包覆成型材料的连接。所述凹 部还可包括多个具有螺孔的凸起部，所述固定环通过所述螺孔连接到CMP系 统。所述环形主干部可包括一个或多个安装夹具、内缘、外缘和连接面，所述 连接面可包含一个或多个凸缘、流道或它们的组合。

在一些实施方式中，可将用于主干部或上部的更硬的材料，例如陶瓷填充 聚合物材料，包覆成型在用于基部或下部的未被填充的聚合物材料上。在其它 实施方式中，可将用于基部或下部的未被填充聚合物材料包覆成型在更硬的用 于主干部或上部的填充聚合物材料上。

在CMP固定环的又一实施方式中，基部完全包围主干部，使主干部被完 全包覆在基部内。

基部通常可由平的垫接触区、外表面、内表面和上缘构成。基部还可包括 从外表面延伸至内表面的流道，以促进抛光过程中浆液传递到和传递出被抛光 的基片。基部还包括多个环形凸缘，用于形成与包覆成型材料的连接。固定环 还可包括多个带螺孔的凸起部，固定环通过所述螺孔连接到CMP系统。环形 主干部可包括一个或多个安装夹具、内缘、外缘和连接面，所述连接面可包含 一个或多个凸缘、沟槽或其组合，它们用于形成与包覆成型基部材料的连接。 在这个实施方式中，基部围绕主干部包覆成型，从而使主干部被完全包覆在基 部内。

本发明一种实施方式的优点是，由组成固定环主干部的陶瓷或陶瓷填充聚 合物材料所提供的抗挠刚度。该刚度降低或消除由固定环连接引起的变形，并 降低固定环的可压缩性。固定环的变形和可压缩性可能导致整个环的受力分布 不均匀，从而导致不希望有的尺寸变化。