CN204954605U - 化学机械抛光装置用承载头的隔膜及承载头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化学机械抛光装置用承载头及隔膜，上述化学机械抛光装置用承载头的隔膜及承载头包括：底板，由可挠性材质形成；侧面，在上述底板的边缘部弯折而成，并由可挠性材质形成；以及多个隔板，从上述底板的上表面延伸形成，在上述隔板中的包括位于最外侧的隔板的位置和在上述侧面之间的上述底板的边缘区域的底面形成有环形槽，从而借助环形槽阻断通过隔膜的侧面来进行加压的加压力向隔膜底板传递，并在环形槽的内侧区域中防止产生皱纹，由此，能够更加精致地控制向晶片的边缘导入的加压力。

Description

化学机械抛光装置用承载头的隔膜及承载头

技术领域

本实用新型涉及化学机械抛光装置的承载头的隔膜，更详细地，涉及在化学机械抛光工序中解决因通过隔膜的侧面来传递的加压力而在隔膜底板的边缘区域中发生弯曲变形，从而无法准确地对晶片的边缘进行加压的问题的化学机械抛光装置的承载头的隔膜及承载头。

背景技术

化学机械抛光(CMP)装置是为了在半导体元件的制造过程中谋求用于去除在反复执行掩蔽、蚀刻及配线工序等的过程中生成的晶片表面的凹凸引起的单元区域和周边回路之间的高度差的全局平坦化，以及由回路形成用接触/配线膜的分离机高集成元件化引起的晶片表面的粗糙度的提高等而用于对晶片的表面进行精密的抛光加工的装置。

在这种化学机械抛光装置中，在进行抛光工序之前和之后，承载头以使晶片的抛光面与抛光垫片相向的状态下，对上述晶片进行加压，从而执行抛光工序，并且，若结束抛光工序，则对晶片进行直接或间接的真空吸附，从而以把持的状态向下一个工序移动。

图1为承载头1的简图。如图1所示，承载头1包括：本体110；底座120，与本体110一同旋转；挡圈130，以包围底座120的环形态安装，并与底座120一同旋转；弹性材质的隔膜140，固定于底座120，并在与底座120之间的空间形成压力腔室C1、C2、C3、C4、C5；以及压力控制部150，通过气动供给路线155来向压力腔室C1、C2、C3、C4、C5送入空气或从压力腔室C1、C2、C3、C4、C5放出空气，从而调节压力。

弹性材质的隔膜140在用于对晶片W进行加压的平坦的底板141的边缘末端以弯折的方式形成有侧面142。隔膜140的中央部的末端140a固定于底座120，从而形成直接吸入晶片W的吸入孔77。也可以无需在隔膜150的中央部形成吸入孔，而是形成为用于对晶片W进行加压的面。在隔膜140的中心至侧面142之间形成有多个固定于底座120的环形态的隔板143，从而以隔板143为基准，多个压力腔室C1、C2、C3、C4、C5以同心圆形态排列。

在隔膜140的侧面142的上部形成有侧面加压腔室Cy，上述侧面加压腔室Cy被固定片包围，上述固定片从隔膜140的侧面142延伸。加压腔室Cy的气动也被压力控制部150控制，由此，若向加压腔室Cy供给气动，则倾斜面向环形的环160的倾斜面倾斜地传递作用力Fcx，向环形的环160传递的作用力Fcx中的朝向上下方向的作用力成分Fv通过侧面142来传递，从而对晶片W的边缘进行加压。在附图中，作为未说明的附图标记的145为用于使环形的环160位于侧面142的支撑突起。

与此同时，气动通过气动供给路线155从压力控制部150向压力腔室C1、C2、C3、C4、C5传递，从而借助压力腔室C1、C2、C3、C4、C5的压力……、P4、P5来对位于底板141的底面的晶片W的板面进行加压。

但是，为了对晶片W的边缘进行加压，以如上所述的方式构成的化学机械抛光装置的承载头1通过隔膜140的侧面142来传递垂直加压力Fv，而随着通过形成有侧面142的区域e1来传递的加压力Fv，并通过侧面142来传递的加压力Fv向隔膜底板141的半径内侧传递，在形成有侧面的底板的边缘末端e1至到达15～20mm为止的边缘区域(除了从隔膜底板的中心至Re为止的区域的外部区域)Me产生细微的皱纹141s，从而存在发生翘起现象的问题。

并且，不仅在底板的边缘区域E，而且如图2b所示，若多个压力腔室P1、P2、P3、P4、P5的压力得到不同的控制，则压力腔室之间的隔板143产生向半径方向推挤的作用力，从而推动底板141，使得作用力向板面方向传递，并引起产生皱纹的问题。

由此，如图3所示，由于用于划分被底板141的边缘区域Me加压的晶片W的边缘区域E和压力腔室C1、C2、……、C5的隔板143的附近Z的抛光量不均衡，使得目标抛光曲线和实际抛光曲线的偏差变大，因而存在很难调节抛光量的问题。

实用新型内容

解决的技术问题

本实用新型是在上述的技术背景下提出的，本实用新型的目的在于，在化学机械抛光工序中抑制在边缘区域和隔板的附近发生底板产生皱纹的现象，从而在晶片的边缘区域和隔板的附近更加准确地控制加压力。

技术方案

为了实现上述目的，本实用新型提供化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，包括：底板，由可挠性材质形成；侧面，在上述底板的边缘部弯折而成，并由可挠性材质形成，且形成有环形槽；多个隔板，从上述底板的上表面延伸形成。

这是为了虽然朝向垂直方向给晶片导入加压力，但只要因向垂直方向的加压力的偏差而通过底板来传递水平方向的作用力，就会在隔膜底板产生皱纹，并很难控制晶片的抛光量，因此，在可能发生垂直方向的加压力偏差的地点，在隔膜底板形成有环形槽，来阻断底板中沿着底面传递的作用力，从而可以更加准确地向晶片导入垂直方向的加压力。

尤其，由于通过隔膜的侧面来进行加压的加压力相对非常大，因此，在上述侧面和上述隔板中，上述环形槽有必要设于朝向径向向外方向中位于最外侧的最外侧隔板之间的边缘区域。像这样，通过在对晶片的边缘区域进行加压的隔膜底板形成环形槽，借助环形槽来阻断从侧面向半径内侧方向沿着底板的板面来传递的作用力，从而以环形槽为基准，防止在环形槽的内侧区域产生皱纹，并且可以更加精致地控制向晶片的边缘导入的加压力，与此同时，也可以向环形槽的内侧区域准确地导入加压力。

像这样，通过在与晶片的边缘区域相对应的隔膜底板的位置形成环形槽，借助环形槽来阻断通过隔膜的侧面来进行加压的加压力向隔膜底板传递，从而防止在环形槽的内侧区域产生皱纹，由此可以更加精致地控制向晶片的边缘导入的加压力。

上述环形槽可以位于上述最外侧隔板。更优选地，上述环形槽形成在从上述侧面向半径内侧距离10mm以内的范围内，通过隔膜的侧面来进行加压的加压力因环形槽而在侧面附近被阻断，从而能够以相互分离的状态控制通过侧面来对晶片的边缘末端进行加压的方式和通过底板的边缘区域来对晶片的边缘区域进行加压的方式，由此，可以在包括晶片的边缘末端的区域中更加准确地调节晶片的厚度。

另一方面，在从隔膜底板形成有隔板，并借助多个压力腔室来对晶片的板面进行加压的情况下，如果在被隔板划分的压力腔室之间产生压力偏差，就会一边产生从压力高的压力腔室向压力低的压力腔室推挤隔板的作用力，一边通过隔膜底板来传递作用力，并发生细微的皱纹。因此，环形槽可以通过在隔板的附近形成有环形槽来阻断朝向水平方向的作用力通过隔膜隔板来传递。

在此，上述隔板的附近意味着位于离形成有上述隔板的位置的5mm以内。因此，优选地，上述环形槽位于上述隔板的下侧，或者形成在离隔板隔开2～3mm左右的位置。

此时，优选地，上述环形槽的宽度形成为1mm以下。这是因为若环形槽的宽度大于1mm，则从环形槽的位置向晶片导入的加压力可能会不足。

而且，上述环形槽可以形成为非常小的高度，但优选地，为了有效地防止通过隔膜侧壁来传递的加压力沿着隔膜底板的板面传递，上述环形槽的高度为上述底板的厚度的1/2倍至1倍。

并且，上述环形槽可以形成在隔膜底板的底面，可以形成在上表面，而且它们可以并列重复地形成。

另一方面，本实用新型提供化学机械抛光装置用承载头，上述化学机械抛光装置用承载头包括：本体；底座，与上述本体一同进行旋转驱动；以及上述结构的隔膜，定位于上述底座，并在与上述底座之间形成有压力腔室，从而在化学机械抛光工序中通过控制上述压力腔室的压力来向下方加压位于底面的晶片。

此时，上述承载头在化学机械抛光工序中按指定的行程进行往复移动，因此，可以防止晶片的一部分因上述环形槽而无法被加压的现象。

实用新型效果

根据本实用新型，可以获得以下有益效果：通过在晶片的边缘区域的隔膜底板形成环形槽，借助环形槽来阻断通过隔膜的侧面来进行加压的加压力向隔膜底板传递，从而防止在环形槽的内侧区域产生皱纹，防止通过隔膜侧壁来被加压的加压力和通过隔膜底板的上侧的压力腔室来被加压的加压力相互结合而以相互独立的方式向晶片的板面施加，从而可以更加准确和精致地对晶片的边缘的抛光量进行调节。

并且，本实用新型可以获得以下有益效果：通过在隔膜的隔板的附近形成环形槽，借助环形槽来阻断通过隔板向水平方向沿着底板来传递的作用力，防止在隔板的附近产生皱纹，从而通过从各个压力腔室导入的垂直方向的加压力来更加准确和精致地对晶片的各个区域的抛光量进行调节。

并且，本实用新型可以获得以下有益效果：随着具有以如上所述的方式构成的隔膜的承载头在化学机械抛光工序中进行往复移动，借助形成在隔膜底板的环形槽来缓解在晶片中产生无法得到充分加压的区域，由此，即使存在环形槽，也能向晶片的板面均匀地传递加压力，从而对晶片的整个板面进行均匀的抛光。

附图说明

图1为示出以往的承载头的剖视图。

图2a为用于说明在晶片的边缘中沿着板面来传递的作用力的原理的图1的“A”部分的放大图。

图2b为用于说明在隔膜的隔板中沿着板面来传递的作用力的原理的图1的“B”部分的放大图。

图3为借助图1的承载头来对晶片进行抛光的情况下的晶片的半径方向的抛光厚度的分布图。

图4作为本实用新型的一实施例的承载头的结构，是与图1的“A”部分相对应的放大图。

图5为图4的“B”部分的放大图。

图6作为本实用新型的再一实施例，是示出与图4的“B”部分相对应的结构的图。

图7作为本实用新型的另一实施例，是示出与图4的“B”部分相对应的结构的图。

图8为图4的隔膜的仰视图。

图9为在通过本实用新型的一实施例的承载头来对晶片进行抛光的情况下的晶片的半径方向的抛光厚度的分布图。

图10为示出本实用新型的再一实施例的隔膜底板的底面的图。

附图标记的说明

W：晶片C1、C2、C3、C4、C5：压力腔室

120：底座230：挡圈

240：隔膜241：底板

242：侧面243：环形的隔板

243'：最外侧环形隔板249：环形槽

CX：加压腔室Fv：垂直加压力

具体实施方式

使用于本实用新型的一实施例的化学机械抛光装置用承载头的隔膜240具有与图4的半剖视图所示的结构相同的结构(本实用新型的隔膜240为以附图所示的半剖视图的中心线为基准进行旋转的形状)。只是，为了使本实用新型的要旨更加明确，对于与以往的结构相同或类似的结构，赋予相同或类似的附图标记，并省略对此的说明。

本实用新型的一实施例的承载头与以往的承载头1一样，包括：本体110，与驱动轴(未图示)相连接来进行旋转；底座120，与本体110相连接来一同进行旋转；隔膜240，由弹性可挠性材质形成，固定于底座120，并在与底座120之间形成有压力腔室……、C4、C5；挡圈230，以包围隔膜240的周围的形态，在化学机械抛光工序中与抛光垫相紧贴，用于防止晶片脱离；以及压力控制部150，向压力腔室……、C4、C5供给气动来调节压力。即，与以往相比，本实用新型在隔膜240的结构和设置形态方面存在差异。

上述隔膜240包括：底板241，由聚氨酯等可挠性材质形成；由可挠性材质形成的侧面242，从底板241的边缘末端弯折，并向上侧垂直方向延伸而成；多个环形态的隔板243，在底板241的中心和侧面242之间与底座120相结合；环形态的外侧固定体271，固定于侧面242的外部面；以及环形态的内侧固定体272，固定于侧面242的内侧面。由此，隔膜240固定于底座120，并且借助隔板243来形成多个压力腔室……、C4、C5。

在此，虽然底板241、侧面242及隔板243由聚氨酯等可挠性材质形成，但外侧固定体271和内侧固定体272由工程塑料、树脂、铝或不锈钢等金属材料中的一种非可挠性材质形成。

与如图7所示的晶片W的形状一样，上述隔膜底板241呈圆形，而在上表面形成有用于划分多个压力腔室……、C4、C5的环形的隔板243、243’。

而且，在与晶片W相接触隔膜底板241中，从侧面242弯折而成的末端e起向半径内侧略微隔开的距离L形成有环形槽249。环形槽249的位置可形成在底板241的末端e和最外侧隔板243'的中间区域Me，并且被指定为不会妨碍通过隔膜侧壁242来向下方加压的加压力Fv向下方传递的长度L。例如，如图5所示，环形槽249可以设置于离末端e较短地隔开2～5mm左右的距离L，并且，如图6所示，可以形成在最外侧隔板243'的位置。

而且，更有效的是，环形槽249形成在隔膜底板241的底面，但上述环形槽249也可以形成在隔膜底板241的上表面。

环形槽249以隔膜底板241的厚度t的1/2倍至1倍的高度249h较高地形成在底板241的底面，从而有效地阻断向隔膜底板241的板面方向传递的作用力89。此时，环形槽249的宽度249w形成为0.1mm以上且1mm以下。在环形槽249的宽度249w小于0.1mm的情况下，阻断向底板241的板面方向传递的作用力89的效果甚微，若环形槽249的宽度249w大于1mm，则因无法对晶片W进行加压的部分而存在无法体现晶片进行均匀地抛光的可能性。

另一方面，虽然附图未图示，但在晶片的化学机械抛光工序中，承载头2能够以相对于指定的行程进行往复运动的方式构成。由此，环形槽249和晶片W的板面的位置略微发生变动，从而可以控制在晶片W的板面不会发生因环形槽249而发生无法被加压的部分的现象。

在附图中，作为未说明的附图标记的R9表示从隔膜中心O至形成有环形槽249的位置为止的半径距离。

另一方面，如图4所示，隔膜的侧面242的上表面具有由平坦的面242s形成的区域，并形成有从上述区域向半径内侧方向延伸形成的固定片2422和向半径外侧方向延伸形成的固定片2421，由此，向借助固定片2421、2422来延伸的面积施加的加压腔室CX的压力沿着侧面242来以垂直加压力Fv的形态向下方传递。

在此，从隔膜的侧面242的上端部向半径内侧方向延伸的固定片2422的末端2421x固定于底座121、122，而从侧面242的上端部向半径外侧方向延伸的固定片2421固定于挡圈230，从而形成加压腔室CX的底面。而且，借助在固定片2421的末端部的上侧插入于挡圈230的环形状的卡止体135，来固定固定片2421的位置。而且，在卡止体135的上侧连接有从固定片2422向上侧延伸的上侧片2423，使其末端固定于挡圈230，从而形成加压腔室CX的上表面。

像这样，在隔膜240的侧面242的上部形成有侧面加压腔室CX，上述侧面加压腔室CX被从侧面142的上端部延伸的固定片2421、2422、2423包围，由此，若通过气动供给路线255x来向侧面加压腔室CX供给压力，使得侧面加压腔室CX的压力变高，则借助侧面加压腔室CX的压力来使垂直加压力Fv沿着侧面242向晶片W的边缘末端e传递。此时，随着在隔膜的侧面242固定外侧固定体271，从侧面加压腔室Cx传递的垂直加压力Fv更加可靠地向下侧传递。

如图5所示，若通过隔膜的侧面241来向下方传递的垂直加压力Fv大，则还向隔膜底板241的板面方向传递作用力89，从而在隔膜底板241的边缘区域中产生皱纹，但通过形成在隔膜底板241的边缘区域Me的环形槽249，来阻断沿着底板241的板面向半径内侧方向传递作用力89。

像这样，即使通过隔膜的侧面242来向下方传递较大的垂直加压力Fv，也因垂直加压力Fv沿着隔膜底板241的板面方向向水平方向传递，并被环形槽249来阻断，因此，不会在环形槽249的半径内侧产生皱纹面241s而维持平坦的状态，使得压力腔室……、C4、C5的控制压力可以经过由控制压力维持平坦的状态的隔膜底板241来对晶片W进行加压。

并且，垂直加压力Fv的范围仅在环形槽249的外部区域(图7的斜线区域)中限制性地产生影响，因此，可以分别独立地控制借助垂直加压力Fv来对晶片的边缘末端e进行加压的作用力Fv和通过隔膜底板241的板面来对晶片的边缘末端e的半径内侧部分进行加压的作用力……、P4、P5，从而可以获得更加方便地控制向晶片导入的加压力，并提高准确率的有益效果。

由此，如图9所示，借助底板241的边缘区域Me来进行加压的晶片W的边缘区域E中，在隔膜的侧面242进行加压的加压力Fv和在隔膜底板241进行加压的加压力……、P4、P5不会以环形槽249所处的位置R9为基准来相互产生影响，因此，确认了可以相互独立地进行控制。在图9中，虽然以目标抛光曲线的分布在晶片的边缘末端中需要更多的抛光量，从而以更大的方式对通过隔膜的侧面242来导入的加压力Fv的结构为例进行了说明，但在目标抛光曲线的分布在晶片的边缘末端中也需要相同的抛光量的情况下，可以减少通过隔膜的侧面242来导入的加压力Fv，并可以准确地与目标抛光曲线相匹配。

另一方面，如图2b所示，若被隔膜的隔板143划分的多个压力腔室C1、C2、C3、C4、C5的控制压力发生偏差，则水平方向的作用力从压力高的压力腔室朝向压力低的压力腔室经由隔板143来产生作用。而且，水平方向的作用力一边通过隔膜底板141来传递，一边形成皱纹141s，从而对控制晶片的抛光量方面产生致命的坏影响。

因此，在从隔膜底板141开始形成有隔板143，并借助多个压力腔室C1、C2、C3、C4、C5来对晶片的板面进行加压的情况下，若在被隔板划分的压力腔室之间产生压力偏差，则产生从压力高的压力腔室向压力低的压力腔室推挤隔板143的作用力，从而一边通过隔膜底板来传递作用力，一边产生细微的皱纹141s。因此，如图10所示，与环形槽249形成在与侧面142相邻的位置不同，环形槽349可以形成在隔板143的附近。即，在以如图1所示的方式形成有4个隔板143的情况下，可在每个隔板143的附近形成有环形槽3491、3492、3493、3494。

根据本实用新型的另一实施方式，可以仅在压力腔室C1、C2、C3、C4、C5的压力偏差大的隔板的附近形成有环形槽349。在此，隔板143的“附近”是指离隔板的中心位置隔开5mm以下的位置。优选地，可以位于隔板143的正下侧或离隔板143隔开2～3mm左右的位置。

而且，可以在一个隔板143排列2列以上的环形槽3494，并且可以分别形成在隔板143的半径内侧和半径外侧。同样，虽然附图未图示，但也可以在侧壁142和最外侧隔板143'之间的边缘区域以相邻的方式排列2列以上的环形槽249。

像这样，通过在隔膜的隔板143的附近形成有环形槽349(3491、3492、3493、3994)，可以阻断通过隔膜的隔板来向水平方向传递作用力，因此，可以获得即使在压力腔室……、C4、C5之间存在压力偏差，也可以向晶片的各个区域准确地导入加压力的有益效果。

以如上所述的方式构成的本实用新型可以获得以下有益效果：通过在晶片的边缘区域或隔板的附近的隔膜底板241形成环形槽249、349，借助环形槽249、349来阻断通过隔膜的侧面242进行加压的加压力Fv沿着隔膜底板241的板面来传递的现象和因压力腔室的压力偏差而通过隔板143来向底板141传递的水平方向的作用力，从而可以可靠地减少或去除在底板141产生的皱纹241s1。因此，实际上在对晶片进行加压的加压力中排除水平成分的作用力，使得垂直方向的加压力Fv、……、P4、P5不会相互结合而以相互独立的方式向晶片的板面施加，因此，可以在晶片的边缘区域E及隔膜的隔板143附近Z更加准确和精致地调节抛光量。

以上，虽然通过优选的实施例对本实用新型进行了例示性的说明，但本实用新型并不局限于这种特定的实施例，可以在本实用新型所提出的技术思想范畴内实施多种形态的修改、变更或改善。具体地，可以在记载于本实用新型的保护范围的范畴内实施多种形态的修改、变更或改善。

Claims (12)

1.一种化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，包括：

底板，由可挠性材质形成；

侧面，在上述底板的边缘部弯折而成，并由可挠性材质形成，且形成有环形槽；

多个隔板，从上述底板的上表面延伸形成。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽设置于上述侧面和上述隔板中位于径向向外方向上的最外侧的最外侧隔板之间。

3.根据权利要求2所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽形成在从上述侧面向半径内侧距离10mm以内的范围内。

4.根据权利要求1所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽位于隔板的附近。

5.根据权利要求4所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述隔板的附近位于离上述隔板的5mm以内的距离范围内。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽的宽度为1mm以下。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽的高度为上述底板的厚度的1/2倍至1倍。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽在上述底板的底面凹入形成。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽以多个列邻接排列。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，上述环形槽在上述底板的上表面凹入形成。

11.一种化学机械抛光装置用承载头，其特征在于，包括：

本体；

底座，与上述本体一同进行旋转驱动；以及

根据权利要求1至5中任一项所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其定位于上述底座，并在与上述底座之间形成有压力腔室，从而在化学机械抛光工序中通过控制上述压力腔室的压力来向下方加压位于底面的晶片。

12.根据权利要求11所述的化学机械抛光装置用承载头，其特征在于，上述承载头在化学机械抛光工序中进行往复移动。