CN204913592U - 化学机械抛光装置用承载头的隔膜以及化学机械抛光装置用承载头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化学机械抛光装置用承载头的隔膜以及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的隔膜包括：底板，由可挠性材质形成，在化学机械抛光工序中其底面与晶片的板面相接触；侧面，由可挠性材质形成，弯曲形成在上述底板的边缘；以及第一环形固定体，呈环形，并固定于上述侧面的一面，上述第一环形固定体由硬度高于上述侧面的硬度的材质形成，在上述第一环形固定体的内周面和外周面的至少一个面上形成有环形槽，并借助上述环形槽缓冲通过上述侧面传递的垂直力，通过隔膜的侧面向晶片边缘传递的加压力过多时，通过第一环形固定体的环形槽，第一环形固定体位移而吸收压力并缓冲，从而能够防止向晶片的边缘施加过多的压力。

Description

化学机械抛光装置用承载头的隔膜以及化学机械抛光装置用承载头

技术领域

本实用新型涉及化学机械抛光装置用承载头的隔膜，更详细地，涉及在化学机械抛光工序中，在通过侧面来对晶片的边缘附近进行加压的期间内，以缓冲形态预防向晶片的边界部分导入过多的力量，从而防止在边缘附近的隔膜产生微细的皱纹的化学机械抛光装置用承载头及使用于上述化学机械抛光装置用承载头的隔膜。

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用于去除因反复执行掩膜、蚀刻及布线工序等而生成的晶片表面的凹凸所导致的电池区域和周边电路区域之间的高度差，实现广域平坦化，并且为了提高随着电路形成用触点/布线膜分离及高集成元件化而要求的晶片表面粗糙度，对晶片的表面进行精密抛光加工。

在这种CMP装置中，在进行抛光工序之前和进行抛光工序之后，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，若抛光工序结束，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，安装成包围底座120的环形，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之间的空间形成有压力腔室C1、C2、C3、C4、C5；以及压力控制部150，通过空气压力供给路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抽出空气，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。也可以不在隔膜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的环形隔壁143，从而以隔壁143为基准，由多个压力腔室C1、C2、C3、C4、C5排列成同心圆形态。

在隔膜140的侧面142的上部形成有被固定翻板包围的侧面加压腔室Cx，上述固定翻板从侧面142延伸。加压腔室Cx的空气压力也被压力控制部150控制，由此，若向加压腔室Cx供给空气压力，则以倾斜的方式从加压腔室Cx的倾斜面向环形环160的倾斜面传递力量Fcx，向环形环160传递的力量Fcx中的向上下方向的力量的成分Fv通过侧面142传递，从而对晶片W的边缘进行加压。在附图中，未进行说明的附图标记145为在侧面142设置环形环160的支撑突起。

与此同时，通过空气压力供给路155，从压力控制部150向压力腔室C1、C2、C3、C4、C5传递空气压力，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。

但以如上所述的方式构成的化学机械抛光装置用承载头1为了对晶片W的边缘进行加压而通过隔膜140的侧面142来传递垂直的加压力Fv，而在通过隔膜140的侧面142来传递垂直加压力Fv的过程中，在底板141的边缘附近141x产生微细的皱纹来发生褶皱现象，因此，导致反而无法顺畅地实现晶片W的边缘(edge)的抛光的问题。

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，提供在化学机械抛光工序中，对晶片的边缘附近进行准确加压，并防止因集中过多的力量而使隔膜产生皱纹的化学机械抛光装置用承载头的隔膜结构。

由此，本实用新型防止在隔膜的边缘区域发生由皱纹引起的褶皱现象，使得加压力准确地传递，从而对晶片的边缘也进行均匀的抛光。

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，在化学机械抛光工序中其底面与晶片的板面相接触；侧面，由可挠性材质形成，弯曲形成在上述底板的边缘；以及第一环形固定体，呈环形，并固定于上述侧面的一面，上述第一环形固定体由硬度高于上述侧面的硬度的材质形成，在上述第一环形固定体的内周面和外周面的至少一个面上形成有环形槽，并借助上述环形槽来缓冲通过上述侧面传递的垂直力。

这是为了设置由硬度或强度高于侧面的材料形成，并传递通过侧面来传递的更多的加压力的第一环形固定体，而在第一环形固定体形成有环形槽，由此，若通过隔膜的侧面来向晶片的边缘传递的加压力过多，则因第一环形固定体的环形槽而以第一环形固定体的位移进行吸收并进行缓冲，从而能够防止向晶片的边缘施加过多的加压力。

并且，在通过侧面向下方传递的加压力过低的情况下，以第一环形固定体的环形槽为中心发生变形的现象变弱，使得向晶片的边缘施加的加压力维持在指定水准以上。

像这样，随着在第一环形固定体形成有环形槽，不会用作刚体(rigidbody)，而是起到随着槽的深度和宽度来改变弹性系数的弹性体的作用，从而防止向晶片的边缘的边界部分施加过多的加压力，由此，不仅可以防止在隔膜底板的边缘产生微细的皱纹的现象，而且将向晶片的边缘施加的加压力维持在指定的水准以上，最终具有更加准确地执行晶片的边缘的抛光的有益效果。

此时，上述环形槽的宽度w为上述第一环形固定体的宽度x的1/4至2/3。由此，对可通过弯曲变形来对沿着上述侧面向下方传递的加压力，借助弯曲变形，更加有效地发挥缓冲效果。

并且，上述环形槽至少形成两列，由此，若通过侧面来传递的加压力过多，则可在更多的地点引导第一环形固定体的环形槽中的弯曲变形，从而可以更加顺畅地体现基于加压力的大小的缓冲效果。

尤其，上述环形槽分别形成于上述第一环形固定体的内周面和外周面，由此，沿着侧面向下方传递的加压力可通过未形成有环形槽的连接部来交替传递，并在加压力过多的情况下，可在环形槽的周边交替引导弯曲变形，并将缓冲效果极大化。

在此，更为有效的是，上述第一环形固定体固定于上述侧面的外周面。并且，在上述侧面的外周面形成有用于收容上述第一环形固定体的至少一部分的环形收容槽，在上述收容槽，上述第一环形固定体的至少一部分以插入状态进行固定，由此，沿着侧面传递的加压力以直线形态维持传递途径，并按原样向第一环形固定体传递，因此，可以根据加压力是否过多来确切地发挥缓冲效果。

另一方面，还可包括第二环形固定体，上述第二环形固定体固定于上述侧面的内周面。

并且，在上述侧面的上侧形成有加压腔室，且上述加压腔室的底面呈平坦面，从而通过上述平坦面来向上述侧面传递加压力。由此，向侧面传递的加压力未包括水平方向成分或将水平方向成分最小化来使侧面向外膨胀，从而不仅可以防止底板边缘翘起，而且可以更加容易地控制向边缘施加的加压力。

上述隔膜形成有用于形成多个分割腔室的环形隔壁，并且从上述底板的板面形成有两个以上，且通过被分割成多个的分割腔室来对位于隔膜底面的晶片进行加压。

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，相对于上述本体进行旋转驱动；上述的隔膜，定位于上述底座，在上述隔膜和上述底座之间形成有压力腔室，并借助上述压力腔室的压力控制来向下方对化学机械抛光工序中位于底面的晶片进行加压；以及挡圈，以支撑于上述本体和上述底座中的任意一个的方式设置，并包围上述隔膜的外围。

此时，优选地，加压腔室借助平坦面来形成于上述侧面的上侧。

实用新型的效果

以如上所述的方式构成的本实用新型可获得如下有益效果：在隔膜的侧面设有硬度或刚性更高的第一环形固定体，并在第一环形固定体的侧面形成有环形槽，由此，若通过隔膜的侧面来向晶片的边缘传递的加压力过多，则因第一环形固定体的环形槽而以第一环形固定体的位移进行吸收并进行缓冲，从而能够防止向晶片的边缘施加过多的加压力，并且，在通过侧面向下方传递的加压力过低的情况下，以第一环形固定体的环形槽为中心发生变形的现象变弱，使得向晶片的边缘施加的加压力能够维持在指定水准以上。

这样，本实用新型可获得如下有益效果：随着在第一环形固定体形成有环形槽，不会用作刚体，而是起到随着槽的深度和宽度来改变弹性系数的弹性体的作用，从而防止向晶片的边缘的边界部分施加过多的加压力，由此，不仅可以防止在隔膜底板的边缘产生微细的皱纹的现象，而且将向晶片的边缘施加的加压力维持在指定的水准以上，最终更加准确地执行晶片的边缘的抛光。

并且，本实用新型可获得如下有益效果：第一环形固定体的环形槽分别形成于第一环形固定体的内周面和外周面，由此，沿着侧面向下方传递的加压力可通过未形成有环形槽的连接部来交替传递，并在加压力过多的情况下，可在环形槽的周边交替引导弯曲变形，并将缓冲效果极大化。

并且，本实用新型可获得如下有益效果：第一环形固定体以收容于隔膜侧面的环形收容槽的状态得到固定，从而沿着侧面传递的加压力以直线形态维持传递途径，并直接向第一环形固定体传递，因此，可以根据加压力是否过多来确切地发挥缓冲效果。

并且，本实用新型可获得如下有益效果：借助在隔膜侧面的上侧通过平坦面来与侧面相连接而成的加压腔室，使得向侧面传递的加压力未包括水平方向成分或将水平方向成分最小化来使侧面向外膨胀，从而不仅可以防止底板边缘翘起，而且可以更加容易地控制向边缘施加的加压力。

附图说明

图1为示出现有的承载头的剖视图。

图2为用于说明对晶片的边缘进行加压的原理的图1的“A”部分的扩大图。

图3为示出本实用新型的一实施例的承载头的隔膜的图。

图4为图3的第一环形固定体的一侧的纵向剖视图。

图5为示出本实用新型的另一实施例的第一环形固定体的另一剖面形状的纵向剖视图。

附图标记的说明

W：晶片C1、C2、C3、C4、C5：压力腔室

320：底座330：挡圈

340：隔膜341：底板

342：侧面343：环形隔壁

371：第一环形固定体371a：环形槽

371b：连接部

具体实施方式

本实用新型的一实施例的化学机械抛光装置用承载头所使用的隔膜与图1及图2所示的形态类似，只有在隔膜的侧面结构方面存在差异。因此，为了更加明确本实用新型的要旨，将省略对与现有的结构相同或类似的结构的说明。

本实用新型的一实施例的承载头包括：本体110，与现有的承载头1一样，与驱动轴(未图示)相连接来旋转；底座120，与本体110相连接来一同旋转；隔膜340，由弹性的可挠性材料形成，定位于底座120，在与底座120之间形成压力腔室……、C4、C5；以及压力控制部，向压力腔室……、C4、C5供给空气压力来调节压力。

上述隔膜340包括：底板341；侧面342，从底板341的边缘末端开始弯曲而向上侧延伸而成；多个环形隔壁343，在底板341的中心和侧面342之间与底座320相结合；第一环形固定体371，固定于环形收容槽342x，上述环形收容槽342x形成于侧面342的外周面；以及第二环形固定体372，固定于环形突起342y，上述环形突起342y形成于侧面342的内周面。

其中，在底板341形成有多个环形隔壁343，从而固定于底座320，从而形成被隔壁343分割成多个的分割腔室……、C4、C5。在附图中未说明的附图标记322是为了将隔膜340的环形隔壁343固定于底座120而与底座120相结合的固定辅助件。并且，在各个分割腔室……、C4、C5中，从压力控制部150通过空气压力供给管1554、1555来供给空气压力，并在化学机械抛光工序中，通过隔膜底板341来对位于底面的晶片W进行加压。

并且，侧面342从底板341的边缘向上侧弯曲形成，侧面342的上端的固定片3421、3422分别定位于挡圈330和底座320。由此，加压腔室Cx在侧面342的上部形成平坦面。由此，若通过空气压力供给路155x，从压力控制部150向加压腔室Cx供给空气压力Fc，使得加压腔室Cx膨胀，则与加压腔室Cx的下表面的面积和压力的乘积相对应的加压力Fv通过平坦面来沿着侧面342向下方传递。在附图中的未说明的附图标记360是为了形成加压腔室Cx而在从固定片3421、3422向上侧隔开的位置分别与底座320和挡圈330相结合的扩孔。

在侧面342的外周面形成有以环形凹入的环形收容槽342x，从而以收容环形的第一环形固定体371的方式相结合。虽然底板341和侧面342可以由可挠性材质形成，第一环形固定体371可以由可挠性材质或塑料、树脂等材质形成，但是第一环形固定体371由刚性及硬度高于底板341及侧面342的刚性及硬度的材质形成。由此，从加压腔室Cx向下方传递的加压力Fv借助刚性和硬度更高的第一环形固定体371向下方传递。

如图3及图4所示，在第一环形固定体371的内周面和外周面分别形成有环形槽371a。在此，槽371a的宽度x形成为第一环形固定体371的宽度w的10％以上。更优选地，形成为第一环形固定体371的宽度w的1/4至2/3，从而顺畅地引导基于加压力的槽371a的周边的弯曲变形。

由此，若从加压腔室Cx向下方传递的加压力Fv的大小大于指定的值，则以形成有环形槽371a的部分为中心，向第一环形固定体371引导弯曲变形99，并使能量转换为弹性能量，从而缓冲向晶片的边缘传递的加压力的大小。

并且，在从加压腔室Cx向下方传递的加压力Fv的大小较小的情况下，以第一环形固定体371的环形槽371a为中心发生变形的程度变低，从而可以获得可将向晶片的边缘施加的加压力维持在指定的水准以上的优点。

此时，第一环形固定体371虽然以固定于隔膜侧面342的外周面的结构为例进行了说明，但也可以固定于隔膜侧面342的内周面。并且，虽然可在第一环形固定体371形成有一列的环形槽371a，但优选地，如图4所示，至少形成有两列环形槽371a。随着环形槽371a隔着预定间隔形成为多个列，可在更多的位置(形成有槽的位置)将通过侧面342向下方传递的加压力Fv的大小消散为第一环形固定体371的弯曲变形能量，或者储存为弹性能量，从而可以更加顺畅地执行在加压力Fv过多的情况下实施缓冲的效果。

另一方面，通过第一环形固定体371来向下方传递的加压力Fv通过未形成有环形槽371a的连接部371b来传递。因此，仅在第一环形固定体371的一侧形成有环形槽371a的情况(例如，如图5所示，仅在第一环形固定体371的外周面形成的情况，或者虽然未图示，但仅在第一环形固定体371的内周面形成的情况)下，加压力Fv的传递途径仅通过排列为直线形态的连接部371b来传递，因此，与相同的一侧连续地，在环形槽371a的之间区域371c的下侧边角周边371z不发生弯曲变形或发生弯曲变形的程度甚微。因此，根据本实用新型的优选实施例，如图4所示，优选地，分别形成于第一环形固定体371的内周面和外周面，最优选地，以交替的方式分别形成于第一环形固定体371的内周面和外周面。

在上述隔膜侧面342的内周面的环形突起342y固定有第二环形固定体372，从而能够辅助向下方传递的加压力。只不过，第二环形固定体372形成于从加压腔室Cx和侧面342相遇的平坦面向内侧隔开的位置，因此，在向下方传递加压力Fv方面起到辅助作用。

以如上所述的方式构成的本实用新型可获得以下有益效果：设有硬度及刚性高于隔膜侧面342的第一环形固定体371，在第一环形固定体的侧面形成有随着加压力来允许发生变形的环形槽371a，因此，若通过隔膜侧面342来向晶片边缘传递的加压力Fv变得过多，则借助第一环形固定体371的环形槽371a来以第一环形固定体371的位移进行吸收并进行缓冲，可以防止向晶片的边缘施加过多的加压力，并且，在通过隔膜侧面342来向下方传递的加压力较低的情况下，以第一环形固定体的环形槽为中心发生的变形变弱，可以将向晶片的边缘施加的加压力维持在指定的水准以上。

由此，可以获得如下有益效果：在化学机械抛光工序中，防止在晶片的边缘的边界部分导入过多的加压力Fv而在隔膜底板341的边缘产生微细的皱纹141x的现象，并将向晶片的边缘施加的加压力维持在指定的水准以上，从而可以更加准确地执行晶片边缘的抛光。

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，具体地，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 (11)

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，在化学机械抛光工序中其底面与晶片的板面相接触；

侧面，由可挠性材质形成，弯曲形成在上述底板的边缘；以及

第一环形固定体，呈环形，并固定于上述侧面的一面，上述第一环形固定体由硬度高于上述侧面的硬度的材质形成，在上述第一环形固定体的内周面和外周面的至少一个面上形成有环形槽，并借助上述环形槽来缓冲通过上述侧面传递的垂直力。

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，

上述环形槽的宽度为上述第一环形固定体的宽度的1/4至2/3。

3.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，

上述环形槽至少形成两列。

4.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，

上述环形槽分别形成于上述第一环形固定体的内周面和外周面。

5.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，

上述第一环形固定体固定于上述侧面的外周面。

6.根据权利要求5所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，

在上述侧面的外周面形成有用于收容上述第一环形固定体的至少一部分的环形收容槽，上述第一环形固定体的至少一部分以插入状态固定于上述收容槽。

7.根据权利要求5所述的化学机械抛光装置用承载头的隔膜，其特征在于，还包括：

第二环形固定体，其固定于上述侧面的内周面。

8.根据权利要求1至7中的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，

在上述侧面的上侧形成有加压腔室。

9.根据权利要求1至7中的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，

上述隔膜在上述底板的板面形成有至少两个环形隔壁，上述环形隔壁用于形成多个分割腔室。

10.一种化学机械抛光装置用承载头，其特征在于，包括：

本体；

底座，相对于上述本体进行旋转驱动；

权利要求1至7中的任一项所述的隔膜，其定位于上述底座，在上述隔膜和上述底座之间形成有压力腔室，并借助上述压力腔室的压力控制来对化学机械抛光工序中位于底面的晶片向下施压；以及

挡圈，以支撑于上述本体和上述底座中的任意一个的方式设置，并包围上述隔膜的外围。

11.根据权利要求10所述的化学机械抛光装置用承载头，其特征在于，

在上述侧面的上侧形成有加压腔室。