CN107112260A - 化学研磨装置用承载头的固定环以及包括其的承载头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种化学研磨装置用承载头的固定环，其中包括：第一固定环部件，与晶片的外侧面接触；第二固定环部件，形成于所述第一固定环部件的外侧及上部，不与晶片的外侧面接触；以及减压单元，用于减低从所述第二固定环部件的上部传递至所述第一固定环部件的压力。

Description

化学研磨装置用承载头的固定环以及包括其的承载头
技术领域
本发明涉及一种化学研磨装置用承载头的固定环以及包括其的承载头。
背景技术
一般，集成电路是通过连续沉积导体、半导体或绝缘层而形成于基板尤其硅片上。各层被沉积后进行刻蚀以发生电路特性。随着一系列的层被连续沉积并刻蚀，基板的外部或最上层的表面即基板的露出表面逐渐成为非平面化。如此，非平面的外部面对集成电路制造商造成问题。若基板的外部面不是平面，则放置于其上面的光刻胶层也不是平面。
一般，光刻胶层通过使光的图像集中在光刻胶的光刻装置(photolithographicdevices)而被图案化。若基板的外部面过于凹凸不平，则外部面的峰和谷之间的最大高度差超过图像装置的焦深，而无法将光图像适当地集中在基板的外部面。设计焦深经改善的新型光刻装置的工作需要非常昂贵的工作过程。并且，随着利用于集成电路内的最小配线幅度变小，需利用更短距离的光波长，由此，可以利用的焦深会更加缩小。因此，为了提供平面层表面，需要将基板表面周期地进行平坦化。
化学机械式研磨(Chemical Mechanical Polishing，以下CMP)是平坦化的一种方法，所述化学机械式研磨是在研磨头安装需要平坦化的对象晶片(基板)，所述基板对研磨头的安装是安装在所述研磨头的下部面的可挠性薄膜和所述基板的接触而执行。然后，通过与可挠性薄膜接触，安装在所述研磨头的所述基板的与所述可挠性薄膜的接触面相对的面与旋转的研磨垫接触。此时，所述研磨头对研磨垫按压所述基板，并且，所述研磨头在基板与研磨垫之间以进一步提供移动的方式旋转。包括研磨剂以及一种以上的化学反应剂的研磨泥浆分布于研磨垫上，在研磨垫与基板之间提供研磨化学溶液。所述CMP工艺非常复杂，不同于单纯的湿打磨(wet sanding)。在CMP工艺中，泥浆内的反应剂为了形成反应区域而与基板的外部面反应。通过具有反应场所的研磨垫和研磨颗粒的相互作用执行研磨。
尤其，CMP工艺中研磨速度、完成程度及平坦度取决于研磨垫及泥浆的组合、基板与研磨垫之间的相对速度、以及基板按压研磨垫的力。若平坦度及完成程度不充分，则基板发生缺陷，因此，研磨垫与泥浆的组合由所需的完成程度及平坦度而选择。在此条件下，由研磨速度决定研磨装置的最大工作处理量。研磨速度根据基板按压研磨垫的力而不同。尤其，该力越大，研磨速度越快。若承载头施加不均匀的负载，即承载头仅在基板的一区域受更大的力，则高压区域比低压区域会更迅速地被研磨。因此，若负载不均匀则对基板的研磨不均匀。并且，CMP工艺中存在的一种问题是基板边缘以与基板中心不同的速度(一般更快，偶尔会更慢)被研磨。
所谓边缘效应(edge effect)的问题是在负载均匀地施加于基板时也会发生。边缘效应一般在基板的周边部，例如基板的最外角5至10mm上发生，这样的边缘效应减小基板的整体扁平度，不适合在集成电路内使用基板的周边部，导致收率降低。
为解决所述问题，韩国公开专利10-2012-0012099号公开了以预定角度切削与膜接触的固定环的技术。但是，所述技术存在需要加工固定环本身的问题、以及为防止晶片的脱离，缩小实际受最强的力的固定环的接触面积，而所受负载过大的问题。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的技术课题为，提供一种将施加于固定环的压力以不同的压力分散于与晶片的外侧面接触的部分和不与外侧面接触的部分，从而，能够减小晶片边缘效应的新型结构的固定环。
技术手段
为解决技术问题，本发明提供化学研磨装置用承载头的固定环，其中包括：第一固定环部件，与晶片的外侧面接触；第二固定环部件，与所述第一固定环部件的外侧及上部接触；以及减压单元，用于减低从所述第二固定环部件的上部传递至所述第一固定环部件的压力。
技术效果
本发明将施加于固定环的压力以不同的压力分散于与晶片的外侧面接触的部分和不与外侧面接触的部分，从而，可以减小晶片边缘效应。尤其，即便不改变向固定环施加压力的腔室，通过只变更固定环的结构也能减小晶片边缘效应。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的截面图。
图2是用于说明根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的压力分布的截面图。
图3是用于说明根据本发明的一实施例的具备固定环的承载头的边缘现象的图。
图4是根据本发明的其他实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的截面图。
图5是用于说明根据本发明的其他实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的压力分布的截面图。
图6是用于说明根据本发明的其他实施例的具备固定环的承载头的边缘现象的图。
图7及图8是作为弹性部件代替橡胶或弹簧在第一固定环部件112的上部或内部使用其他的弹性层(例如，软片(film)或薄膜(Membrane)，垫圈等)的示例图。
图9是从上部看根据本发明一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的立体图。
图10是从下部看图9的固定环的立体图。
图11是图9的固定环的分解立体图。
图12是图9的固定环沿Ⅳ-Ⅳ线的截面图。
图13是图12的V部分的放大图。
图14是根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环在研磨垫上位于晶片的边缘区域上的状态的图。
图15是用于说明根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的压力分布的截面图。
图16是用于说明具备根据本发明的其他实施例的固定环的承载头的边缘现象的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明。
以下说明中，为了明确理解本发明，将省略对本发明的特征的公知技术的说明。以下实施例是为帮助本发明的理解而提供的详细说明，并不限定本发明的权利范围。因此，与本发明执行相同的功能的均等的发明也应属于本发明的权利范围中。
本发明解决如下问题，即将受来自承载头的压力的固定环的压力分布分散于与晶片的外周面接触的内侧和不接触的外侧，使内侧压力低于外侧，从而解决晶片边缘问题。
本发明的一实施例中，在相同的固定环上内侧/外侧的压力分布(指实际施加于研磨垫的压力)由不同的形成的弹性而不同，下面，参照附图说明根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环。
图1是根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的截面图。
参照图1，根据本发明的一实施例的固定环110，包括：第一固定环部件112，与晶片120的外侧面直接接触的部分；以及第二固定环部件111，与所述第一固定环部件112的外侧及上部同时接触，为了防止晶片的脱离，从承载头往下施加的压力从所述第二固定环部件111传递至第一固定环部件。此时，在所述第一固定环部件112侧相较于所述第二固定环部件111减少更多，本发明的一实施例中作为减压单元使用第一固定环部件112和第二固定环部件111之间的弹性差。
即，本发明的一实施例中，提供通过弹性比所述第二固定环部件111更高的第一固定环部件112，从所述第二固定环部件112的上部传递至所述第一固定环部件的压力减小的技术组成。
图2是用于说明根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的压力分布的截面图。
参照图2，压力P1从承载头(省略图示)的上部通过空气等往下按压。所述固定环的按压可通过多样的组成及方法体现，本发明的范围并不局限于特定承载头的按压结构。所述压力还通过第二固定环部件111传递至下面的第一固定环部件112，从而，第二固定环部件111与第一固定环部件112被往下按压。此时，第一固定环部件112的弹性比所述第二固定环部件111更高，由此，通过弹性元件的回弹力等，第一固定环部件112的下面压力P3比最初压力P1更减小。进一步，所述第一固定环部件112的压力P3比具有较低弹性的第二固定环部件的压力P2更低。
因此，图2中的压力分布可以如下整理。
P2>P3
所述压力减小，在如上所述受一个压力的相同的固定环上将内侧区域(与晶片的外侧面接触的区域)的压力构成为更低，从而，在进行旋转研磨时，不仅防止晶片的滑动，而且，还能防止过于研磨晶片的边缘。
图3是用于说明包括根据本发明的一实施例的固定环的承载头的边缘现象的图。
参照图3，通过施加更高压力的第二固定环部件111，研磨垫130的局部区域131回弹，但是，所述回弹区域131不是形成在晶片120的边缘区域而是形成在弹性更高的第一固定环部件112。其结果，能有效防止在晶片边缘部分因研磨垫的回弹而被过度研磨的问题。并且，具有通过被回弹的研磨垫第一固定环部件112的晶片固定效果更加提高的优点。
本发明的其他实施例与调整固定环本身的弹性的方式不同，采取在第一固定环部件形成橡胶等弹性元件来调整压力的方式。此时，第一固定环部件与第二固定环部件具有相同的弹性也无妨。
图4是根据本发明的其他实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的截面图。
参照图4，根据本发明的其他实施例的固定环，包括：第一固定环部件112，与晶片120的外侧面直接接触；第二固定环111，不与晶片直接接触。但是，与增大第一固定环部件本身的弹性的组成不同，本实施例中，将其他的弹性部件113形成在第一固定环部件112与第二固定环部件111之间，即第一固定环部件112的上部或内侧。
本发明中，所述弹性部件113包括弹性比第一固定环部件112或第二固定环部件111高的所有物质，这些皆属于本发明的范围。并且，所述弹性部件113的一个以上设置于所述第一固定环部件112的上部及/或侧面，为了均匀的压力分布，优选使用一个以上。
图5是用于说明根据本发明的其他实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的压力分布的截面图。
参照图5,通过如橡胶等弹性部件113,第一固定环部件112的研磨垫施加压力P6减小,其结果,第一固定环部件112的研磨垫施加压力P6比第二固定环部件111的研磨垫施加压力P5变低。
图6是用于说明根据本发明的其他实施例的具备固定环的承载头的边缘现象的图。
参照图6，作为减小从所述第二固定环部件111的上部传递至第一固定环部件112的压力的减压单元使用弹性部件113，从而，如图3所示，在边缘部分能够有效地防止因研磨垫的回弹而导致研磨过度的问题。进一步具有通过被回弹的研磨垫更加提高第一固定环部件112的晶片固定效果。
图7及图8是作为弹性部件代替橡胶或弹簧在第一固定环部件112的上部或内部使用其他的弹性层(例如，软片(film)或薄膜(Membrane)，垫圈等)的示例图。
参照图7及图8，公开了在第一固定环部件112的上部或内侧使用弹性比第一固定环部件112高的由任意物质而成的弹性层114，仅在第一固定环部件112减少往下施加的压力的技术组成。
实施方式
下面说明本发明的固定环的具体实施例。
图9是从上部看根据本发明一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的立体图，图10是从下部看图9的固定环的立体图，图11是图9的固定环的分解立体图，图12是图9的固定环的沿Ⅳ-Ⅳ线的截面图，图13是图12的V部分的放大图。
参照图9至图11，根据本发明的一实施例的固定环100，包括：第一固定环部件120，与晶片120的外侧面直接接触的部分；以及第二固定环部件110，与所述第一固定环部件120的外侧及上部同时接触；弹性部件130，配置于第二固定环部件110与第一固定环部件120之间，即第一固定环部件120的上部或内侧；密封部件140，配置于第二固定环部件110与第一固定环部件120之间；以及缓冲区域150，形成于与第一固定环部件120邻接的第二固定环部件110的下端。
所述弹性部件130包括弹性比第二固定环部件110或第一固定环部件120更高的任意物质，这些皆属于本发明。并且，所述弹性部件130的一个以上配置于所述第一固定环部件120的上部及/或侧面，为了均匀的压力分布优选使用一个以上。
所述弹性部件130的具体结构为如下。弹性部件130，具备：第一弹性部131，以直接接触于所述第一固定环部件120的上面的方式配置；以及第二弹性部133，配置于所述第一弹性部131的上面，其幅度小于所述第一弹性部131的幅度。即，弹性部件130的整体截面形状可以为“┴”形状。此处，所述第二弹性部133可以为插入于形成在第二固定环部件110的凹槽内的结构。但是，与此不同，还可以为直线形态或块形态等，配置于第一固定环部件120的上部或内侧，只要比所述第一固定环部件120具有更高的弹性，则皆属于本发明的范围。
并且，虽未图示，第二固定环部件110通过机械手段(例如销或突出部)与第一固定环部件120结合，并以机械式连动旋转。
密封部件140配置于第二固定环部件110的内侧与第一固定环部件120的外侧之间，具体而言，可以为插入于形成在第二固定环部件110的内侧面的密封凹槽内的结构。通过此结合结构，可以事先防止在晶片的研磨过程中发生的泥浆等通过第二固定环部件110的内侧与第一固定环部件120之间的微细空间移动。附图中，被设定为所述密封部件140与缓冲区域150及弹性部件130相隔开的形态，但是，还可以与缓冲区域150或弹性部件130相邻接，这也表示密封部件140位于缓冲区域150与弹性部件130之间。
缓冲区域150是形成于第二固定环部件110的内侧下端的环形空间，与第一固定环部件120的外侧面下端相邻接。通过所述结构，通过第二固定环部件110的上部施加的压力经缓冲区域150的缓和过程后传递至第一固定环部件120。
本发明中，为了防止晶片10的脱离，将从承载头施加于下侧的压力从所述第二固定环部件110传递至第一固定环部件120。此时，所传递的压力在第一固定环部件120比第二固定环部件110减少更多，减压单元利用了第二固定环部件110与第一固定环部件120之间的弹性差。
即，本发明提供通过在第一固定环部件120具备弹性比第二固定环部件110高的弹性部件，从而，减低传递至第一固定环部件120的压力的技术组成。
图15是用于说明根据本发明的一实施例的化学研磨装置用承载头的固定环的压力分布的截面图。
参照图15，压力P通过空气等从承载头(省略图示)的上部往下按压。对所述固定环的按压可通过多样的组成及方法实现，本发明的范围并不局限于特定承载头的按压结构。
所述来自上部的压力通过第二固定环部件110传递至研磨垫20上，或者通过第二固定环部件110、弹性部件130及第一固定环部件120传递至研磨垫20，从而，第一固定环部件120与第二固定环部件110被往下按压。
此处，通过如橡胶等弹性部件130,第一固定环部件120的研磨垫施加压力P4减小,其结果,第一固定环部件120的研磨垫施加压力P4比第二固定环部件110的研磨垫施加压力P2变低。
并且，根据所述缓冲区域的宽度w，可以有效地控制被按压时研磨垫回弹的分布。例如，当宽度w大时，最大研磨垫回弹地点可设定为所述缓冲区域的宽度w以内。
图16是用于说明根据本发明的其他实施例的具备固定环的承载头的边缘现象的图。
参照图16，通过施加较高压力的第二固定环部件110，研磨垫20的局部区域22、24被回弹，所述回弹区域22、24并不是晶片10的边缘区域，而是形成在所述缓冲区域150及/或第一固定环部件120的下部侧。此处，配置于回弹区域22的外侧的缓冲区域150具有通过朝第一固定环部件的下部侧传递的压力P2减低传递至回弹区域22的影响的功能，由此，防止在第一固定环部件120的下部形成过度的回弹。
由此，可以有效地防止在晶片的边缘部分因研磨垫回弹而导致被过渡研磨的问题。并且，具有通过被回弹的研磨垫，第一固定环部件120对晶片的固定效果更加提高的优点。
即作为减小从所述第二固定环部件110的上部传递至第一固定环部件120的压力的减压单元使用弹性部件130，从而，在晶片的边缘部分能够有效地防止因研磨垫的回弹而导致研磨过度的问题。进一步具有通过被回弹的研磨垫更加提高第一固定环部件120对晶片固定效果。
以上，利用上述的实施例说明了本发明，但是，本发明并不局限于此，在不脱离本发明的范畴及思想的范围内可多样地实施。
工业上的利用可能性
本发明涉及化学研磨装置用承载头的固定环以及具备其的承载头，具有工业上的利用可能性。

Claims (13)

1.一种化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，包括：
第一固定环部件，与晶片的外侧面接触；
第二固定环部件，与所述第一固定环部件的外侧及上部接触；以及
减压单元，用于减低从所述第二固定环部件的上部传递至所述第一固定环部件的压力。
2.根据权利要求1所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述第一固定环部件相较于所述第二固定环部件具有更高的弹性。
3.根据权利要求1所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述减压单元是设置于所述第一固定环部件与所述第二固定环部件之间的弹性部件。
4.根据权利要求3所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述弹性部件包括橡胶或弹簧。
5.根据权利要求3所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述弹性部件在所述第一固定环部件的上部具备一个以上。
6.根据权利要求3所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述弹性部件是形成于所述固定环部件的上部或内部的弹性层。
7.一种化学研磨装置用承载头的固定环，其为包括根据权利要求1至6中任一项所述的化学研磨装置用承载头的固定环的化学研磨装置用承载头，其特征在于，
所述减压单元是以插入于第二固定环部件和第一固定环部件之间的状态具备的弹性部件，
所述减压单元的弹力大于所述第一固定环部件及所述第二固定环部件的弹力，
由此，所述承载头的固定环将从上部所受的一个压力分离传递至配置于下部的研磨垫上。
8.根据权利要求7所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，进一步包括配置于所述第二固定环部件与所述第一固定环部件之间的密封部件。
9.根据权利要求8所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述密封部件配置于所述弹性部件和缓冲区域之间。
10.根据权利要求7所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述弹性部件，包括：
第一弹性部，以直接接触于所述第一固定环部件的上面的方式配置；以及
第二弹性部，配置于所述第一弹性部的上面，其幅度小于所述第一弹性部的幅度。
11.根据权利要求7所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述弹性部件在所述第一固定环部件的上部具备一个以上。
12.根据权利要求7所述的化学研磨装置用承载头的固定环，其特征在于，所述弹性部件是形成于所述固定环部件的上部或内部的弹性层。
13.一种化学研磨装置用承载头，其特征在于，其包括权利要求1至6中的任一项所述的化学研磨装置用承载头的固定环。
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