CN110948385B - 一种用于化学机械抛光的弹性膜 - Google Patents

Abstract

一种用于化学机械抛光的弹性膜，包括主体部，所述主体部为圆形部件，其上表面沿竖直方向设置有至少一个同心环形翼板，所述翼板的上端与承载头的基座连接形成封闭腔室，其中，所述主体部具有至少一个通孔，使得可以通过控制流经所述通孔的流体将基板吸附至所述主体部的下表面或使基板脱离所述主体部。

Description

一种用于化学机械抛光的弹性膜

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，涉及一种用于化学机械抛光的弹性膜。

背景技术

化学机械抛光(CMP，Chemical mechanical planarization/polishing)是一种公认的全局抛光的方法。这种抛光方法通常将基板吸合在承载头的下部，基板具有沉积层的侧面抵靠贴合于旋转的抛光垫上，承载头在驱动部件的带动下与抛光垫同向旋转并给予基板向下的载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在基板与抛光垫之间，在化学及机械的综合作用下使基板完成全局抛光。

承载头是化学机械抛光装置的重要组成部分，其作业性能直接关系到基板的化学机械抛光效果，而承载头上的弹性膜是承载头的关键部件。如美国专利US20150038065A1公开了一种承载头，其包括基座及弹性膜，弹性膜可拆卸地设置在基座的下部。枢轴连接于基座的上部，枢轴与驱动部件连接，从而带动基座同步转动。所述弹性膜的上表面设置有多个沿弹性膜上表面向上延伸的环状同心翼板，所述弹性膜上的翼板与基座的下部形成多个腔室，多个腔室通过管路与气源连接，以实现各个腔室内压力的独立调节及控制。调节所述弹性膜各个腔室的压力，弹性膜下部的基板吸合或脱离，即而实现承载头的上片或卸片。

现有技术的弹性膜是封闭的结构，在基板上片或卸片的过程中，需要通过相对复杂的气路及通断逻辑控制各个腔室的压力，各个腔室的压力的顺次变化需要一定的响应时间，致使基板的吸片或卸片耗费较长的时间，一定程度上影响了化学机械抛光系统的生产效率；此外，现有技术中承载头的弹性膜吸附基板和卸载基板中还存在可靠性的问题，即，当通过控制完整的不具有孔的柔性膜与基座所形成腔室的形状进行吸片作业和卸片作业时可能出现作业失败的情况，此时一般需要通过人工观察或其他的传感器才能发现是否作业成功，如果作业失败，便需要进行重复作业来最终完成吸片和卸片作业，换言之，现有技术中还存在难以判断吸片和卸片是否成功的问题等。

发明内容

本发明旨在一定程度上至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明提出了一种用于化学机械抛光的弹性膜，包括主体部，所述主体部为圆形部件，其上表面沿竖直方向设置有至少一个同心环形翼板，所述翼板的上端与承载头的基座连接形成封闭腔室，其中，所述主体部具有至少一个通孔，使得可以通过控制流经所述通孔的流体将基板吸附至所述主体部的下表面或使基板脱离所述主体部。

进一步的，所述通孔为锥形孔，锥形孔对应的大开口位于所述弹性膜上部，所述锥形孔对应的小开口位于弹性膜的下部。

进一步的，其特征在于，所述锥形孔的圆锥角为0～60°，优选的，所述锥形孔的圆锥角为20°。

进一步的，所述锥形孔对应的小开口的直径尺寸为1～5mm。

进一步的，所述通孔为台阶形通孔，第一台阶孔设置在弹性膜的上部，第二台阶孔与第一台阶孔同心连通设置，第二台阶孔的下部与弹性膜的下部相通；第一台阶孔的直径大于第二台阶孔的直径。

进一步的，所述第一台阶孔和/或第二台阶孔的一部分设置成圆锥形。

进一步的，所述第二台阶孔的直径尺寸为1～5mm。

进一步的，所述通孔沿主体部所在中心位置均布设置。

进一步的，所述通孔设置在介于主体部半径的60％与主体部半径的90％之间的径向位置。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明所述一种用于化学机械抛光的弹性膜的结构示意图；

图2-图4是本发明所述一种用于化学机械抛光的弹性膜之通孔的剖视图；

图5是本发明所述一种用于化学机械抛光的弹性膜另一实施例的结构示意图；

图6是图5中用于化学机械抛光的弹性膜之单向孔的剖视图；

图7是具有类月牙形通孔的弹性膜的俯视图；

图8是具有腰形通孔的弹性膜的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本发明权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

如图1所示，根据本发明的用于化学机械抛光的弹性膜100，包括主体部10，所述主体部10为圆形部件，其上表面沿竖直方向设置有至少一个同心环形翼板20，所述翼板的上端用于与承载头的基座连接形成封闭腔室，其中，所述主体部10具有至少一个通孔30，使得可以通过控制流经所述通孔30的流体将基板吸附至所述主体部的下表面或使基板脱离所述主体部。换言之，通过向所述弹性膜100与承载头基座形成的腔室抽气可以降低所述腔室内的压力，从而在弹性膜100与其所贴附的基板之间形成负压，从而实现将基板牢固吸附至弹性膜100的下表面，与传统的弹性膜吸附基板的方式相比，根据本发明的具有通孔30的弹性膜100可以更高效的实现对基板的吸附，并且吸附的可靠性也有所改善，另外还便于通过监测所述腔室内的气压来判断基板是否吸附成功；另一方面，当需要将吸附至弹性膜100的基板与弹性膜分离时，可以向所述腔室通入流体，从而增加所述腔室的压力而使得所述腔室改变形状以使得基板脱离所述弹性膜100的下表面，特别的，通入所述腔室内的流体可以通过所述通孔30流出，从而加快了所述基板脱离所述弹性膜100下表面的速度，从而提高了卸片(卸载基板)的效率和稳定性，类似地，也可以通过监测所述腔室内的压力来判断是否卸片成功。此外，在卸片过程中，不仅仅可以向所述腔室通入洁净的空气，还可以向所述腔室内通入诸如氦气、氮气、纯净水等物质中的一种或多种的混合物。

进一步，所述通孔30为直径为0.5mm至10mm圆形通孔，其与所述主体部10的中心的距离为主体部10半径的60％～90％。鉴于基板的材质可能不同而导致基板的重量可能不同，所述通孔30的分布方案可能是不同的，或者，所述通孔30的分布方案可以兼顾不同类型的基板或不同类型的基板的材质。优选的，所述柔性膜100的主体部10可具有2个通孔、3个通孔或4个通孔，所述通孔的直径为1mm至3mm，所述多个通孔可以如图1所示的那样均匀对称的分布于所述主体部10上也可以不对称的集中设置在主体部10的某个区域内。

进一步，所述通孔30可以改进设置成如图2所示的锥形孔40，锥形孔40对应的大开口40a位于所述弹性膜100上部，所述锥形孔40对应的小开口40b位于所述弹性膜100下部；所述锥形孔的圆锥角为0°至60°，优选为10°～20°，特别是20°，所述锥形孔对应的小开口40b的直径(小端直径)尺寸为1～5mm。

或者，如图3所示，所述通孔30可以改进设置成如图3所示的台阶孔50，其中，所述台阶孔50为二级台阶孔，该台阶孔50具有大直径的上部50a和小直径的下部50b，所述上部50a位于弹性膜100的主体部10的上部，所述下部50b位于弹性膜100的主体部10的下部。作为一种结合变体，如图4所示，所述通孔30可以改进设置成具有锥形部分的台阶孔60，该台阶孔60由60a、60b、60c构成，其中，上部60a为大直径的孔且位于弹性膜100的主体部10的上部，锥形孔部分60b与60a竖直联通并且位于60a下部，锥形孔部分60b沿竖直方向具有不同的半径，下部60c位于锥形部分60b下方并且与主体部10的下部联通。所述锥形孔或台阶孔及其组合的有益技术效果在于，当向弹性膜100和基座所形成的腔体中通入流体以加压的时候，流体可以经由所述锥形孔或台阶孔或其组合快速流出，从而起到辅助卸载基板(卸片)的作用；而当需要降低所述腔体中的压力以将基板牢固的吸附至所述弹性膜100的下表面时，可以经由所述锥形孔或台阶孔或其组合抽气以在基板和所述弹性膜100的下表面之间形成负压从而牢固的吸附所述基板，此时，由于所述通孔的下部的直径小于上部直径，其下部的侧壁会由于压力的作用而贴合在一起导致通孔封闭，这样将更有利于提高吸片的可靠性和稳定性。实际上，这样的非竖直规则通孔实际上起到了一种单向阀的作用，即当向腔室内加压时，流体可以经由所述通孔流出从而快速卸片，而当经由所述通孔吸片时，仅在吸片的初始阶段可经由所述通孔吸气，当基板已经与所述弹性膜100的下表面牢固吸附上之后所述通孔30将闭合，这样更有利于通过检测所述腔室内的气压来判断是否吸片/卸片。

图5和图6示出了所述单向阀的另一种替换，其中，单向孔70的结构如图6所示，单向孔70的截流部分具有孔壁73和截流盖72，截流盖72为圆形且其半径足以覆盖单向孔70使得只可以经由所述单向孔70吸气以吸附基板，不可以将输送至所述腔体内的流体经由所述单向孔70输送至弹性膜200以外。容易理解的，所述单向孔70以及锥形孔和/或台阶孔的设置可以是反向的，即单向孔70的限流可以是反向的或者圆锥孔的大口径部分和小口径部分可以是颠倒的。

如图7和图8所示，通孔30的截面可以不是圆形，例如是如图7和图8所示的类月牙形或腰形，从而形成月牙形通孔80或腰形通孔90，这种异形孔的弯曲方向或长边方向是与所述主要部10的周向相切或沿其周向延伸的，特别的，所述腰形通孔90的腰线的弯曲弧度为20～45°，优选为30°，所述腰形通孔90的长度为1～15mm，宽度为0.5～5mm；类似地，所述月牙形通孔80的长度为1～15mm，宽度为0.5～5mm。

作为一种改进，上述柔性膜100和柔性膜200的材质一般可由弹性材料制成，这类弹性材料可承受不同作业条件，如较大的剪切力及酸性腐蚀等，可选用的材料包括耐久性高分子材料例如硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、EPDM橡胶、聚酰亚胺及热塑性弹性体中的一种或一种以上的组合物；而在基板的抛光过程中温度可能高达50摄氏度以上，上述通孔内壁的微小破损都可能在抛光作业过程中，在较高温度、反复摩擦和抛光液的共同作用下而快速放大成较大瑕疵从而影响对抛光作业控制的精确性，优选在所述通孔内表面上涂敷或镀上一层防腐蚀涂层，所述涂层的厚度为0.001mm～0.1mm，其材质可以是诸如派瑞林(聚对二甲苯，parylene)之类的聚合物材料，优选使用派瑞林C，不仅如此，这样的涂层还能起到防止通孔内壁粘连失效的作用。

容易理解的是，现有技术中承载头与弹性膜之间一般通过多个同心环状翼板形成多个独立气压可控的腔室，根据本发明实施例的具有通孔的弹性膜也可具有沿所述弹性膜上表面延伸的平行于翼板20的至少另一个环状翼板(未示出)，所述环状翼板沿半径方向可位于所述通孔内侧或所述通孔外侧或者所述通孔可位于所述翼板内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种用于化学机械抛光的弹性膜，包括主体部，所述主体部为圆形部件，其上表面沿竖直方向设置有至少一个同心环形翼板，所述翼板的上端与承载头的基座连接形成封闭腔室，其中，所述主体部具有至少一个通孔，所述通孔为锥形孔，其对应的大开口位于所述弹性膜上部、小开口位于弹性膜的下部、圆锥角为10°～20°并且所述锥形孔对应的小开口的直径尺寸为1～5mm，通过控制流经所述通孔的流体将基板吸附至所述主体部的下表面或使基板脱离所述主体部。

2.如权利要求1所述的弹性膜，其特征在于，所述锥形孔的圆锥角为20°。

3.如权利要求1所述的弹性膜，其特征在于，所述通孔为台阶形通孔，第一台阶孔形成为锥形孔设置在弹性膜的上部，第二台阶孔形成为圆柱孔并且与第一台阶孔同心连通设置，第二台阶孔的下部与弹性膜的下部相通；第一台阶孔的直径大于第二台阶孔的直径，所述第二台阶孔的直径尺寸为1～5mm，通过控制流经所述通孔的流体将基板吸附至所述主体部的下表面或使基板脱离所述主体部。

4.如权利要求1所述的弹性膜，其特征在于，所述通孔沿主体部所在中心位置均布设置。

5.如权利要求1所述的弹性膜，其特征在于，所述通孔设置在介于主体部半径的60％与主体部半径的90％之间的径向位置。

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