TW202017698A - 研磨裝置用承載頭及用於其的隔膜 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及化學機械式研磨裝置的承載頭及用於其的隔膜，提供一種研磨裝置的承載頭的隔膜，其具備從隔膜側面的上端部沿側向延長的第一固定瓣、從隔膜側面的上端部向上部延長的第二固定瓣，且形成在第二固定瓣具備傾斜部分並具備向上方連接的第三延長部分，從而使得在傾斜部分發生的補償力進行作用。

Description

研磨裝置用承載頭及用於其的隔膜
本發明涉及研磨裝置用承載頭及用於其的隔膜，詳細而言，涉及一種即使卡環等的磨損狀態變動，也向基板的邊緣施加均勻的加壓力而保持研磨品質的研磨裝置用承載頭及用於其的隔膜。
化學機械式研磨（CMP）裝置用於在半導體元件製造過程中，去除因反覆執行遮蔽（masking）、蝕刻及佈線步驟等而生成的晶片表面的凹凸所導致的單元區域（cell region）與周邊電路區域間發生高度差，實現全面平坦化，且為了改善晶片表面粗糙度，所述晶片表面粗糙度由於觸點（contact）或佈線薄膜（wiring film）分離所造成，以及高集成元件化而要求對晶片表面進行精密研磨加工。
在這種CMP裝置中，承載頭在研磨步驟前後，以晶片的研磨面與研磨墊相向的狀態對所述晶片加壓，使得進行研磨步驟，同時，研磨步驟結束後，以直接或間接真空吸附並把持晶片的狀態，移送到下個步驟。
圖1a及圖1b是圖示普通的研磨裝置的構成的圖。如圖所示，研磨裝置9包括：研磨盤10，其以研磨墊11套於上面的狀態自轉10r；承載頭2，其以基板的研磨面接觸研磨墊11的狀態向下方加壓Pc並自轉2r；漿料供應部3，其為了基板W的化學式研磨而供應漿料；調節器4，其在基板的研磨步驟中重整研磨墊11的狀態。
基板W的研磨面以被加壓於研磨墊11的狀態，藉助於承載頭2而自轉2r，並進行基於與研磨墊11的摩擦的機械式研磨步驟，同時，基板W的研磨面從漿料供應口31供應漿料並進行化學式研磨步驟。本發明既可以在機械式研磨步驟與化學式研磨步驟一同進行的情況下應用，也可以在只進行機械式研磨步驟的情況下應用。
在基板的研磨步驟中，調節器4以使調節盤位於臂41的末端的狀態，在使調節盤向下方加壓的同時自轉4r，在規定的角度範圍內進行往複旋轉運動4d，藉助於此，在研磨墊11的全體面積上進行調節步驟。
承載頭2如圖2所示，包括：本體2x及底座22，其從外部傳遞旋轉驅動力並旋轉；隔膜21，其固定於底座22；卡環23，其以環形態隔開配置於隔膜底板211的外周，在研磨步驟中，下面貼緊研磨墊11，抑制基板的脫離。其中，本體2x和底座22既可以以一體形態形成，也可以在相互分離的狀態下，以藉助於連接構件而連接的形態形成。
其中，隔膜21具備：隔膜底板211，其按基板W的形狀形成，貼緊基板的非研磨面；隔膜側面212，其從隔膜底板211的邊緣向上側延長；隔壁瓣213，其從隔膜底板211延長，固定於底座22。隔壁瓣213的末端插入固定於結合構件22a結合於底座22之間的縫隙，由此，隔壁瓣213固定於底座22。
而且，第一固定瓣2121從隔膜側面212的上端部向半徑內側延長，插入於結合構件22a固定於底座22之間的縫隙，其末端被固定，藉助於此，固定於底座22。第二固定瓣2122從隔膜上端部向上方延長後折彎，向半徑內側延長形成。同樣地，末端插入固定於結合構件22a固定於底座22之間的縫隙，藉助於此，第二固定瓣2122也固定於底座22。
在本說明書通篇中，視為將結合於底座22的“結合構件22a”包含為底座22的一部分。
因此，如果從壓力控制部25供應空壓，則在隔膜底板211與底座22之間，被隔壁瓣213劃分的多個主壓力腔室C1、C2、C3、C4、C5膨脹，同時，對作為主壓力腔室C1、C2、C3、C4、C5底面的底板211加壓的力P按腔室獨立地調節並按區域對基板W加壓。另外，在最外側主壓力腔室C5的上端部，藉助於第一固定瓣2121、第二固定瓣2122和底座22而形成輔助壓力腔室Cx，輔助壓力腔室Cx的壓力Px通過隔膜側面212而向下方傳遞，對基板W的邊緣部分加壓。
而且，卡環23以包圍隔膜底板211的外周的環形態形成。卡環23在其上側配備另外的空壓腔室，既可以藉助於空壓腔室的壓力而能沿上下方向移動地構成，也可以如圖所示，以與本體部2x一體形態形成。
如上所述構成的承載頭2有按研磨步驟固定地對基板W加壓，才能均勻地獲得基板的研磨品質。
但是，如果研磨步驟反覆，則卡環23和研磨墊11磨損，因此，隔膜的上下位置變動。即，如果以卡環23磨損的情形為例進行說明，在研磨步驟中，隔膜底板211與卡環23下面的距離同基板厚度tw相應，是固定的，因而卡環23的磨損量越增加，越發生隔膜向上側抬起的變位99。
不同於此，當是卡環23藉助於空壓腔室而能夠沿上下方向移動的承載頭時，承載頭在規定高度進行研磨步驟，因而研磨墊的磨損量越增加，越發生隔膜向下方下垂的變位99'。
出於便利，圖3a是在研磨步驟中，將作為隔膜21規定形狀的狀態示例性圖示為隔膜的基準位置，圖3b圖示了隔膜隨著卡環23的磨損而向上側抬起的狀態。其中，所謂隔膜向上側抬起的狀態，意味著在假定為基板W不位於投入研磨步驟的承載頭2的狀態下，隔膜底板211與研磨墊11的底板隔開距離y減小。下面，簡單地以“底板隔開距離y”為基準進行說明。
如上所述，如果隔膜21根據研磨墊或卡環23的磨損量而上下移動，則隨著隔膜21的上下移動，隔膜的瓣形狀發生微妙的差異。
因此，在隔膜21的瓣為規定形狀的狀態下，如果適當地調節空壓、旋轉速度等研磨步驟變數，則如圖6的用Si標識的研磨曲線所示，從基板W的中心至邊緣（edge）的研磨面形狀（研磨曲線）整體上可以均勻地吻合。
但是，卡環23的磨損量越增加，隔膜21向上方抬起移動的變位99越大，因此，在基板的邊緣區域，對基板加壓的加壓力變動。
即，卡環23的磨損量增加，底板隔開距離y減小，如果達到y'，則隔膜21整體上向上側抬起移動，從向上側移動的隔膜側面212的上端部延長形成的“┓”字形態的第二固定瓣2122，由於上側折彎部Vx堵塞底座22的下面，因而隔膜側面212向上側抬起的變位99導致的反作用力直接沿側面向下方傳遞。因此，與當隔膜21在基準位置（圖3a）時沿側面212向下方傳遞的加壓力Fe相比，當隔膜21在向上側抬起移動的位置（圖3b）時，沿側面212向下方傳遞的加壓力Fe'進一步加大。
因此，在圖3a所示的基準位置，即使設置研磨步驟變數，使得獲得圖6的Si所示的均勻的研磨曲線，但在隔膜側面212因卡環23的磨損而向上側抬起移動的狀態下，基板邊緣部分的研磨量進一步增大，因而通過實驗表明，獲得以圖6的S1標識的研磨曲線。
另一方面，雖然也可以謀求根據卡環23的磨損量而降低輔助壓力腔室Cx的壓力的方法，但在研磨步驟中，根據卡環23的磨損量測量值，準確地使輔助壓力腔室Cx的壓力變動是非常艱難的，因而不優選。
另一方面，圖4所示的另一形態的承載頭2'的隔膜21'，可以以不具備輔助壓力腔室Cx的形態構成。這種隔膜21'的構成，由於隔膜側面212'的剛性低，在最外側壓力腔室中，壓力越提高，邊緣部分的底板21a越抬起，因而存在難以向基板邊緣部分導入充分加壓力的局限。因此，作為圖6所示的隔膜21'，即使適當地控制研磨步驟變數，基板邊緣部分的研磨品質低，無法獲得以圖6的Si標識的研磨曲線，只能獲得以圖6的S3標識的研磨曲線，因而不優選。
即使在圖4所示的另一形態的承載頭2'上側形成輔助壓力腔室Cx，由於隔膜側面212'的剛性低，因而無法將輔助壓力腔室Cx中的壓力Px沿側面212'向下方傳遞，存在難以獲得以圖6的Si標識的研磨曲線的局限。
另一方面，與圖3b圖示的隔膜21相關聯，如果卡環23的磨損量增加，隔膜側面212發生向上方抬起的變位99，則存在的問題是，在第二固定瓣2122的上方延長部分Vx的前端部與底座22的下面Sb接觸的同時，作為其反作用力，將隔膜側面212推向下方的力進一步增大。
作為解決這種問題的方案，如圖5所示，可以謀求以在第二固定瓣2122"包括皺褶部88的形態形成的方案。如果在第二固定瓣2122"形成有皺褶部88，則即使隔膜側面212根據卡環23的磨損量而向上方抬起，由於第二固定瓣2122"的皺褶部88容納了隔膜側面212的上方變位量，因而可以防止通過隔膜側面212而施加於基板邊緣的加壓力Fe"的大小增大的問題。
但是，在第二固定瓣2122"形成有皺褶部88、其末端固定於底座22的下面的結構中，藉助於因承載頭2"在研磨步驟中自轉而發生的離心力，由於因皺褶部88而長長地形成至固定末端的第二固定瓣2122"，在隔膜的邊緣部分存在發生扭曲（twisting）變形的問題。因此，隨著隔膜側面的晃動越來越嚴重，對基板邊緣部分加壓的加壓力也發生晃動，引起使基板邊緣部分的研磨品質下降的問題。
不僅如此，由於研磨步驟中高速自轉引起的離心力，在皺褶部88與末端之間沿水平方向延長的上部區域，成為從底座22的下面Sb隔開距離c的狀態。因此，即使作用於皺褶部88表面的力沿上下方向相互抵消，在第二固定瓣的上部區域，向上方抬起的力Fd進行作用，因此，輔助壓力腔室Cx的第二固定瓣2122"成為使隔膜側面212向上方抬起的力Fr進行作用的原因，成為使隨著卡環23的磨損量增加而向上方移動的隔膜側面212的變位99進一步放大的原因。因此，當隔膜在基準位置時，由於輔助壓力腔室Cx的壓力Px，與通過隔膜側面212而對基板邊緣加壓的加壓力Fe相比，反而施加更低的加壓力Fe"。
因此，作為圖5所示的隔膜21"，即使設置研磨步驟變數，使得成為圖6的Si的研磨曲線，隨著研磨步驟反覆，卡環23的下面磨損量越增加，對基板的邊緣部分加壓的加壓力Fe"越漸漸下降，通過實驗確認了獲得以圖6的S2標識的研磨曲線。
如上所述，即使設置承載頭的旋轉速度、主壓力腔室及輔助壓力腔室的壓力、研磨盤的旋轉速度等研磨步驟變數，使得基板W的研磨曲線成為中心至邊緣部分均勻的曲線Si，但隨著研磨步驟的進行，隔膜底板211與研磨墊11之間的底板隔開距離y發生變動，因而發生基板的邊緣部分的研磨品質發生變動的問題。
不僅如此，由承載頭2的自轉導致的離心力如果進行作用，則在隔膜側面212與第二固定瓣2122"發生扭曲變形，無法準確地對基板的邊緣部分加壓，發生研磨品質低下的問題。
因此，迫切要求一種隔膜結構，即使不在研磨步驟中或按研磨步驟變更研磨步驟變數的設置，也可以均勻地保持基板邊緣部分的研磨量，與卡環及研磨墊的磨損量無關地將固定的加壓力施加於基板邊緣。
另外，還需要一種方案，消除在研磨步驟中，由於隔膜的扭曲變形，加壓力無法充分施加於基板邊緣部分，或施加的加壓力發生晃動，導致研磨品質低下的問題。
如上所述的背景技術為了幫助本發明的理解，說明了在導出本發明的過程中獲得的其他形態的構成，並非意味著本申請日之前公知的以往技術。
[發明所欲解決的技術問題]
本發明正是在前述的技術背景下研發的，目的是提供一種隔膜及具備其的承載頭，所述隔膜的結構為即使不獨立地調節研磨裝置的變數，也與卡環或研磨墊的磨損量無關地均勻保持施加於基板邊緣的加壓力。
另外，本發明目的是，即使在研磨步驟中存在快速自轉的承載頭的離心力，也使隔膜的扭曲變形實現最小化，向基板的邊緣施加固定的加壓力。 [用以解決技術問題之技術方案]
為了達成所述目的，本發明提供一種研磨裝置用承載頭的隔膜，包括：底板，其以柔韌性材質形成，對基板的板面加壓；側面，其包含柔韌性材質而形成，從所述底板的邊緣延長形成；第一固定瓣，從所述側面的上端部延長形成，其末端固定於所述承載頭；以及第二固定瓣，以柔韌性材質，從所述側面與所述第一固定瓣中的任意一個延長形成，其包括從所述底板越向上方越沿半徑內側方向傾斜地形成的第一傾斜部分和越向上方越沿半徑外側方向傾斜地形成的第二傾斜部分。 [發明的效果]
根據本發明，可以獲得的效果是，即使隨著研磨步驟的反覆，研磨墊或卡環的磨損不斷進展，也向基板的邊緣部分施加均勻的加壓力，提高研磨品質。
即，本發明可以獲得的效果是，如果根據研磨墊或卡環的磨損量，隔膜側面發生向上下方向移動的變位，則在第二固定瓣中自行施加與隔膜側面的移動變位相反方向的補償力，藉助於補償力而抵消因隔膜的側面移動變位導致的加壓力變動部分，向基板邊緣部分施加均勻的加壓力。
即，本發明可以獲得的效果是，即使在研磨步驟中不變更研磨步驟變數，僅憑藉隔膜形狀便自行抵消隔膜的上下移動變位，提高研磨品質。
由此，本發明獲得無需另外的控制便始終固定地研磨基板的研磨曲線的效果。
下面參照附圖，詳細說明本發明的優選實施例，但並非本由實施例所限制或限定。作為參考，在本說明中，相同的標號指稱實質上相同的要素，在這種規則下，可以引用其他圖中記載的內容進行說明，可以省略判斷為從業人員不言而喻的重複內容。
本發明的第一實施例的基板研磨裝置用承載頭201，與參照圖2說明的承載頭2的構成類似地形成。即，承載頭201包括：本體2x，其與驅動軸（圖上未示出）連接並進行旋轉驅動；底座22，其與本體2x連接並一同旋轉；卡環23，其為環形態，連接固定於本體2x與底座22中的任意一個以上並一同旋轉；隔膜101，其固定於底座22，在與底座22之間形成主壓力腔室C1、C2、C3、C4、C5及輔助壓力腔室Cx，以柔韌性材質形成，以便容易地實現伸縮變形和彎曲變形中的任意一個以上；壓力控制部25，其向主壓力腔室C1、…、C4、C5及輔助壓力腔室Cx供應空壓，調節壓力。
在圖中未圖示全體形狀，但以使與圖2所示的半剖面圖中圖示內容相同的形狀旋轉360度的結構形成。
所述底座22與本體2x一體形成或通過連接構件（圖上未示出）連接，藉助於從外部傳遞的旋轉驅動力而一同在研磨步驟中旋轉。因此，固定於底座22與本體2x中的任意一個以上的隔膜101和卡環23也一同旋轉。
所述卡環23以包圍隔膜101的隔膜底板110外周的環形態形成。卡環23在研磨步驟中保持貼緊研磨墊11的狀態，在研磨步驟中，防止位於隔膜底板110下側的基板在有摩擦力的情況下但仍脫離到承載頭201外側。
卡環23在承載頭201的本體2x一體形成，可以構成為藉助於承載頭201的上下移動或研磨盤10的上下移動，保持其下面貼緊研磨墊11的狀態。或者，也可以在卡環23的上側形成有另外的空壓腔室，構成得如果向空壓腔室供應正壓，則卡環23向下方移動，成為其下面貼緊研磨墊11的上面的狀態。
所述隔膜101如圖7所示，包括：隔膜底板110，其在研磨步驟中，使基板W處於貼緊下面的狀態；隔膜側面120，其從隔膜底板110的邊緣末端向上延長；多個隔壁瓣130（131、132、133、134），其為環形態，在隔膜底板110的中心與隔膜側面120之間，從隔膜底板110向上延長，結合於底座22。
從隔膜底板110的上面延長的多個隔壁瓣130（131、132、133、134），其末端以結合構件22a為媒介固定於底座22。因此，主壓力腔室在底座22與隔膜底板110之間分割形成為多個主壓力腔室C1、…、C4、C5。如圖7所示，隔壁瓣130可以以中心線為基準，以構成同心圓的環形態，從隔膜底板110延長形成多個。
而且，在隔膜側面120的上端部，第一固定瓣121向內側延長，如圖9a所示，第一固定瓣121的末端121e藉助於結合構件22a而固定於底座22，在隔膜側面120的上端部，第二固定瓣122向上側延長。
隔膜底板110整體由柔韌性材質形成，根據其上側的主壓力腔室C1、C2、C3、C4、C5的壓力而自由地伸張或變形。在無基板的狀態下，如果向主壓力腔室C1、C2、C3、C4、C5施加正壓，則隔膜底板110整體上向下方移動，如果向主壓力腔室C1、C2、C3、C4、C5施加負壓，則隔膜底板110整體上向上方移動。
隔膜隔壁瓣130也以柔韌性材質形成，根據壓力腔室C1、…、C5的壓力而自由地伸張或彎曲變形。隔膜側面120除環形固定體120i、120e外，以柔韌性材質形成，未形成有環形固定體120i、120e的部分，根據最外側主壓力腔室C5和位於其上側的輔助壓力腔室Cx的壓力而自由地伸張或彎曲變形。其中，環形固定體120i、120e以具有比形成隔膜底板110或隔壁112等的柔韌性材質更高剛性（stiffness）的材質形成，例如，可以以塑料、樹脂、金屬等材質中的任意一個以上形成。
大致上，柔韌性材質全部以相同的材質一體成型，但本發明不限定於此，也可以根據位置，以互不相同的2個以上柔韌性材質形成。其中，柔韌性材質可以在聚氨酯類、橡膠類等多樣材質中選擇任意一種。
如上所述，如果環形固定體120i、120e結合於隔膜側面120，則隔膜側面沿水平方向凸出的彎曲剛性被加強。因此，環形固定體120i、120e所結合的側面區域，剛性比僅以柔韌性材質形成的區域高，因而即使最外側主壓力腔室C5及上側腔室Cx的壓力升高，彎曲變形被環形固定體120i、120e約束，因而發揮更大地誘導由柔韌性材質構成的環形固定體120i、120e周邊區域的彎曲變形的作用。
如圖8及圖9a所示，柔韌性材質的第一固定瓣121從隔膜側面120的上端部向朝向底座22的內側延長，從隔膜側面120的上端部，延長形成以具備傾斜部分（即，皺褶部）的形態向上方延長的柔韌性材質的第二固定瓣122。優選第一固定瓣121與第二固定瓣122以柔韌性材質形成。而且，第一固定瓣121與第二固定瓣122的末端121e、122e分別固定於底座22，被第一固定瓣121、第二固定瓣122和底座22包圍的空間形成輔助壓力腔室Cx。
其中，第二固定瓣122以柔韌性材質形成，包括從隔膜底板110越向上方越傾斜地形成的傾斜部分、第三延長部分A3，所述第三延長部分A3與傾斜部分連接並向上方延長，以便能夠固定於底座22側面。在附圖示例性圖示的實施例中，所述傾斜部分具備向半徑內側傾斜地形成的第一傾斜部分A1和越向上方越向半徑外側傾斜地形成的第二傾斜部分A2，第三延長部分A3從傾斜部分中位於上側的第二傾斜部分A2，向上方延長形成。
第三延長部分A3以包圍底座22的外側面Sa的一部分的形態形成，第二固定瓣122的固定末端122e藉助於結合構件22a，以凹入形態固定於承載頭201的底座22的外側面Sa，或固定於外側面Sa。因此，在被第一固定瓣121和第二固定瓣122環繞的空間，形成有輔助壓力腔室Cx，輔助壓力腔室Cx位於最外側主壓力腔室C5的上側。
在附圖示例性圖示的實施例中，示例性圖示了第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2以直線形態的平面形成的構成，根據本發明另一實施形態，第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2中的任意一個以上也可以以平坦面、曲面中的任意一個形成。另外，在附圖示例性圖示的實施例中，示例性圖示了第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2以整體上傾斜的形態形成的構成，但根據本發明另一實施形態，第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2中的任意一個以上也可以以只有一部分傾斜的形態形成。
在研磨步驟中，壓力調節部25在研磨步驟中向輔助壓力腔室Cx供應氣體，輔助壓力腔室Cx成為預先確定的壓力Px狀態。其中，確定的壓力Px既可以是固定為某一個值的固定值，也可以是在研磨步驟中按預先確定的模式變動的變動值，還可以是在研磨步驟中，根據測量值進行控制而變動的值。
如果向輔助壓力腔室Cx供應空壓，則向垂直於輔助壓力腔室Cx內壁表面方向的力進行作用。因此，如圖9a所示，在第一傾斜部分A1，以F1標識的力向上傾斜地進行作用，在第二傾斜部分A2，以F2標識的力向下傾斜地進行作用。而且，如果隔膜側面120沿上下方向移動，則根據第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的旋轉變位，作用於其表面的第一力F1和第二力F2進行變動，藉助於第一力F1和第二力F2相對於變動部分的垂直成分，補償力Fr向上方或下方進行作用。
不過，即使在基準位置，藉助作用於第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的第一力F1和第二力F2，也會有向上方或下方作用的力，但在本說明書及權利要求書中記載的補償力Fr，定義為追加於在基準位置進行作用的力而向上方或下方進行作用的力。
例如，在作為卡環23或研磨墊11磨損之前狀態的“基準位置”，作用於第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2的力F1、F2的垂直方向的成分可以確定為“0”。不同於此，考慮到藉助於輔助壓力腔室Cx的壓力Px，通過隔膜側面120傳遞到基板邊緣的加壓力Fe的大小，在基準位置作用於第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2的力F1、F2的垂直方向的成分也可以確定為“0”之外的值。
卡環23或研磨墊11的“磨損之前狀態”不限定為最初加裝卡環或研磨墊的狀態，可為用於與“磨損之後狀態”對比的任意的狀態。出於便利，圖9a所示的隔膜101的基準位置，圖示為第一固定瓣121水平延長的狀態，但本發明並非限定於此。
下面為了說明的便利，按照“基準位置”作用於第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2的力F1、F2的垂直方向成分為“0”的情形進行說明。
更重要的是，隨著第三延長部分A3向上方延長，第二固定瓣122的固定末端122e不固定於底座22的下面Sb。取而代之，第二固定瓣122的固定末端122e在第三延長部分A3形成，固定於底座22的外側面Sa。
因此，隨著承載頭201在研磨步驟中高速自轉，即使發生離心力，從隔膜側面120的上端至第二固定瓣122的固定末端122e的彎曲的路徑也比圖5的隔膜21"進一步減小，隨著在圖5中向上側作用的力Fd進行作用的上部區域逐漸消除，隔膜側面120和第二固定瓣122抵抗因承載頭201自轉導致的扭曲變形的剛性升高，可以進一步減小隔膜101的側面部分的扭曲現象。
因此，在研磨步驟中，可以在抑制與隔膜側面120鄰接的部分扭曲（twisting）變形的同時，解決側面部分的隔膜底板與基板邊緣部分不穩定接觸的問題，持續不斷地向基板邊緣部分施加加壓力Fe，可以獲得基板邊緣部分的研磨曲線沿圓周方向均勻分布的效果。
不僅如此，由於第三延長部分A3向上方伸展形成，因而不同於圖5的隔膜21"因水平伸展形成並與底座下面Sb隔開距離c而導致發生向上方推動的力Fd，在向上方伸展的第三延長部分A3，不發生使隔膜側面120抬起的力。
如果參照圖9b，在卡環23一體固定於承載頭201的情況下，隨著卡環23磨損量的增加，隔膜底板110與研磨墊11之間的底板隔開距離與圖9a的y相比，從y減小為y'值。因此，為了研磨步驟而處於使基板位於隔膜下側的狀態的隔膜101，發生從圖9a的基準位置向上方移動的變位99（圖9b）。
另一方面，卡環能上下移動地形成，在承載頭在規定高度進行研磨步驟的情況下，隨著研磨墊11磨損量的增加，如圖9c所示，隔膜底板110與研磨墊11之間的底板隔開距離與圖9a的y相比，從y增加為y"值。因此，為了研磨步驟而處於使基板位於隔膜下側的狀態的隔膜101，發生從圖9a的基準位置向下方移動的變位99'（圖9c）。
如上所述，在卡環一體固定於承載頭的情況下，隨著卡環23磨損的進行，包括隔膜側面120在內的隔膜101向上方移動的變位99逐漸增大，因此，因第二固定瓣122而發生的補償力Fr，向朝向隔膜底板110的下方逐漸更大地進行作用。而且，在卡環相對於承載頭能上下移動地安裝的情況下，隨著研磨墊11磨損的進行，包括隔膜側面120在內的隔膜101向下方移動的變位99'逐漸增大，因此，因第二固定瓣122而發生的補償力Fr，向朝向隔膜底板110的上方逐漸更大地進行作用。
如上所述，藉助於隨著隔膜側面120向上方或下方移動而作用於第二固定瓣122的第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的力F1、F2的變動量的垂直成分的合力，確定了作用於隔膜側面120的補償力Fr。
即，如果隔膜側面120發生沿上下方向移動的變位，則根據隔膜側面120的移動變位，第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2的姿勢變更，由於這種姿勢變更導致的作用於第一傾斜部分A1的第一力F1的垂直成分的增加量與作用於第二傾斜部分A2的第二力F2的垂直成分的增加量的差異，補償力Fr向上方或下方導入。
優選地，如果隔膜側面120發生向上方移動的變位99，則補償力Fr向下方進行作用，如果隔膜側面120發生向下方移動的變位99'，則補償力Fr向上方進行作用。而且，優選如果隔膜側面的移動變位99、99'大小增大，則補償力Fr也因此而更大地進行作用。
為此，可以構成得，如果隔膜側面120發生沿上下方向移動的變位，則第二固定瓣122的第二傾斜部分A2發生比第一傾斜部分A1更大的旋轉變位。
例如，可以形成得使第二傾斜部分A2具有比第一傾斜部分A1更低的彎曲剛性。因此，如果隔膜側面120發生上下移動的變位，則第二傾斜部分A2發生比第一傾斜部分A1更大的旋轉變位。其中，第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2的彎曲剛性差異可以藉助於以互不相同的材料形成或以第二傾斜部分A2中含有高剛性材質的形態形成，或以互不相同的厚度形成來體現。
在這種構成中，隨著卡環23磨損量的增加，向上方移動的變位99如果在隔膜側面120發生，則第二傾斜部分A2更大地發生比第一傾斜部分A1更靠近水平面的旋轉變位或下垂。這也可以表現為：第二傾斜部分A2與水平面構成的大致角度b的減小率比第一傾斜部分A1與水平面構成的角度a的減小率更大。
因此，作用於第二傾斜部分A2的第二力F2的增加量，比作用於第一傾斜部分A1的第一力F1的增加量更大，因此，第二固定瓣122向隔膜側面120導入向下方的補償力Fr。此時，根據隔膜側面120向上方的變位量，第二固定瓣122向下方的補償力Fr大小進行聯動，因而隨著隔膜側面120向上方移動，對基板邊緣加壓的加壓力Fe'的減小部分，被第二固定瓣122向下方的補償力Fr所補償，在基板邊緣部分導入固定的加壓力。
具體而言，由於卡環23磨損量增加等原因，底板隔開距離y減小，因而如果隔膜側面120發生向上方抬起的變位99，則第一傾斜部分A1與水平面構成的角度a大致要保持不變，相反，第二傾斜部分A2與水平面構成的角度b要更小地變形。
即，如圖10所示，第一傾斜部分A1相對於水平面的角度a從ai到ao，幾乎無變動地保持不變，第二傾斜部分A2相對於水平面的角度b從bi到bo大幅減小。圖中標號A1i是基準位置的第一傾斜部分的輪廓，圖中標號A2i代表基準位置的第二傾斜部分的輪廓。
於是導致的結果是，即使相同的力作用於第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直成分，比作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直成分更大。即，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直成分的增加量，比作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直成分的增加量更大。因此，在第二固定瓣122中作用的補償力Fr始終向下方進行作用，補償力Fr的大小具有隨著隔膜側面120向上方的移動變位99越來越大而一同增加的傾向。
因此，以隔膜處於基準位置的磨損之前狀態為基準，如果卡環23的磨損量增加，隔膜側面120向上方抬起的變位99增加，則在第二傾斜部分A2向下方按壓的力（F2的垂直成分），比在第一傾斜部分A1向上方抬起的力（F1的垂直成分）進一步逐漸增大，因而第二固定瓣122向下方的補償力Fr，與隔膜側面120向上方的變位99成比例地抵消，因而即使隔膜側面120向上方變位99的大小變動，對基板邊緣部分加壓的加壓力Fe'也可以保持固定。
這在隔膜側面120發生向下方移動的變位時也同樣適用。在卡環23能上下移動且承載頭在規定高度進行研磨步驟的情況下，隨著研磨墊11的磨損量增加而向下方移動的變位99'在隔膜側面120發生。因此，第二傾斜部分A2比第一傾斜部分A1更大地發生從水平面遠離的旋轉變位或下垂。這也可以表現為：第二傾斜部分A2與水平面構成的角度b的增加率，比第一傾斜部分A1與水平面構成的角度a的增加率更大。
因此，作用於第二傾斜部分A2的第二力F2的垂直成分的減小量，比作用於第一傾斜部分A1的第一力F1的垂直成分的減小量更大，因而第二固定瓣122向隔膜側面120導入向上方的補償力Fr'。此時，根據隔膜側面120向下方的變位量，第二固定瓣122向上方的補償力Fr'大小進行聯動，因而隨著隔膜側面120向下方移動，對基板邊緣加壓的加壓力Fe'的增加部分，被第二固定瓣122向上方的補償力Fr'所補償，在基板邊緣部分導入固定的加壓力。
具體而言，承載頭201在規定高度進行研磨步驟，在卡環23藉助於定位腔室而能沿上下方向移動地安裝的狀態下，研磨墊11的磨損量越增加，則底板隔開距離y越增加。即，如圖9c所示，如果底板隔開距離從y增加為y"，則隔膜側面120發生向下方按壓的變位99'。在這種情況下，由於折彎連接部的彎曲剛性比第一連接部122c的彎曲剛性小，因而第一傾斜部分A1與水平面構成的角度a要保持不變，相反，第二傾斜部分A2與水平面構成的角度b要更大地變形。
如果第一傾斜部分A1相對於水平面的角度a保持不變，第二傾斜部分A2相對於水平面的角度b減小，則導致的效果是，即使相同的力作用於第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直成分比作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直成分更小。因此，在第二固定瓣122中作用的補償力Fr向上方進行作用，補償力Fr的大小具有隨著隔膜側面120向下方的移動變位99越來越大而一同增加的傾向。
因此，在卡環藉助於另外的腔室而上下移動，因而承載頭在研磨步驟中的位置保持在規定位置的情況下，如果研磨墊的磨損量增加，隔膜側面120向下方按壓的變位99'逐漸增加，則在第二傾斜部分A2向下方按壓的力F2，比第一傾斜部分A1中向上方抬起的力F1逐漸更小，因而第二固定瓣122向下方的補償力Fr向上方進行作用，與隔膜側面120向下方的變位成比例地抵消，因而可以與隔膜側面120向下方變位無關，固定地保持對基板邊緣部分加壓的加壓力。
如上所述，以隔膜處於基準位置的磨損之前狀態為基準，如果卡環23或研磨墊11等的磨損量變動，隔膜側面120向上方抬起移動的變位99增加，或隔膜側面120向下方移動的變位99'增加，則第二傾斜部分A2中向下方按壓的力F2的垂直成分的變動部分，比第一傾斜部分A1中向上方抬起的力F1的垂直成分的變動部分逐漸增大。
即，第二固定瓣122引起的補償力Fr，向與隔膜側面120的移動變位方向相反的方向進行作用，與隔膜側面120的移動變位大小成比例地進行作用。因此，利用第二固定瓣122引起的補償力Fr，使因隔膜側面120移動變位而對基板邊緣部分加壓的加壓力Fe'的變動部分抵消，因而即使發生隔膜側面120的上下移動變位99、99'，也可以向基板邊緣施加固定加壓力，提高研磨品質。
與此類似，第二固定瓣122的第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2連接的折彎連接部，形成得彎曲剛性比第一連接部122c低，藉助於此，可以構成得如果隔膜側面120發生上下移動的變位，則第一傾斜部分A1比第二傾斜部分A2更大地發生旋轉變位。
由此，可以使得如果隔膜側面120發生向上方移動的變位99，則第二固定瓣122引起的補償力Fr向下方進行作用，如果隔膜側面120發生向下方移動的變位99'，則第二固定瓣122引起的補償力Fr'向上方進行作用。
另一方面，在第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的彎曲剛性非常低的情況下，在向輔助壓力腔室Cx施加正壓的狀態下，會發生第二傾斜部分A2過度向下方凹陷的彎曲變形，因此存在希望的補償力Fr、Fr'大小被歪曲的可能性。因此，在第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的彎曲剛性非常低的情況下，也可以將第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的折彎連接部的彎曲剛性形成得高於第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的平均剛性。
另一方面，如圖8所示，優選第二固定瓣122的第二傾斜部分A2的長度L2比第一傾斜部分A1的長度L1更長地形成。
由此，在基準位置，藉助作用於輔助壓力腔室Cx的壓力，第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2沿上下方向進行作用的力即使在上下方向上相互實現平衡，但如果卡環23的磨損量增加，從基準位置向隔膜側面120的上方的移動變位量增加，則在由第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2構成的傾斜部分，發生向下方的補償力Fr。
更具體而言，如果卡環23的磨損量增加，從基準位置向隔膜側面120的上方的移動變位量增加，則即使第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2中的旋轉變位相同，由於第二傾斜部分A2的長度L2比第一傾斜部分A1的長度L1更長地形成，因而作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直方向成分的增加量比作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直方向成分的增加量更大。
由此，第二固定瓣122的第二傾斜部分A2與發生比第一傾斜部分A1更大的旋轉變位類似，可以獲得施加與隔膜側面120的移動方向相反方向的補償力的效果。
另一方面，為了進一步提高如上所述的作用效果，同第二固定瓣122的第一傾斜部分A1與水平面（例如，水平延長的第一固定瓣）構成的角度a相比，優選第二傾斜部分A2與水平面構成的角度b更小地形成。
由此，在基準位置，藉助作用於輔助壓力腔室Cx的壓力，第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2沿上下方向進行作用的力，即使沿上下方向相互實現平衡，但如果卡環23的磨損量增加，隔膜側面120從基準位置向上方的移動變位量增加，那麼，即使第二傾斜部分A2與水平面構成的角度b和第一傾斜部分A1與水平面構成的角度a按相同量減小，由於作用於第二傾斜部分A2的力F2的餘弦（cosine）成分的增加量更大，因而會在皺褶部分更大地發生向下方的力Fr。
另一方面，第一傾斜部分A1與隔膜側面120的上端部連接的第一連接部122c，可以以具有比第一傾斜部分A1及第二傾斜部分A2中的任意一個以上的平均剛性更大剛性的形態形成。
由此，如果在第二固定瓣122中進行作用的力Fr向下方進行作用，則代替隔膜側面120的上端部與第一傾斜部分A1的第一連接部彎曲，而在保持第一連接部122c形態的同時，作為將隔膜側面120推向下方的力而可靠地進行作用。
其中，為了提高第一連接部122c的剛性，如圖所示，可以比第一傾斜部分A1及第二傾斜部分A2中的任意一個以上的平均厚度更厚地形成，雖然圖中未示出，但也可以藉助於在第一連接部122c一同形成剛性高的材質而提高剛性。
下面參照圖11，詳細敘述本發明第二實施例的研磨裝置用承載頭202及用於其的隔膜102。不過，對於與前述第一實施例的構成及作用相同或類似的構成及作用，賦予相同或類似的附圖標記，為了使本發明的第二實施例要旨更明了，省略對其的說明。
圖11所示的承載頭202的隔膜102，取代第二固定瓣222從隔膜側面120的上端部延長形成，而是從第一固定瓣121延長形成，在這點上與第一實施例的構成有差異。
即，在隔膜側面120的上端部，第一固定瓣121向內側延長，其末端121e藉助於結合構件22a而固定於底座22，從自隔膜側面120上端部向內側隔開Le的第一固定瓣121，第二固定瓣222向上側延長。
其中，第二固定瓣222包括：第一傾斜部分A1，其從隔膜底板110越向上方越向半徑內側傾斜地形成；第二傾斜部分A2，其越向上方越向半徑外側傾斜地形成；第三延長部分A3，其與第二傾斜部分A2連接並向上方延長，以便能夠固定於底座22的側面。
由於第二固定瓣222從第一固定瓣121延長形成，因而第一傾斜部分A1以比第二傾斜部分A2更短的長度形成。而且，第一傾斜部分A1與水平面構成的角度，形成得比第二傾斜部分A2與水平面構成的角度大。另外，第一傾斜部分A1與第一固定瓣121的第一連接部122c，形成得具有比第一固定瓣121的平均剛性更高的剛性。
另外，第三延長部分A3結合於底座22的外側面Sa，不影響由第二固定瓣222引起的上下方向的補償力Fr，發揮即使承載頭202高速旋轉也抑制隔膜的扭曲變形的作用。
與前述第一實施例相同，第二固定瓣222的第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2相比，可以構成得如果隔膜側面120發生沿上下方向移動的變位，則第二固定瓣122的第二傾斜部分A2發生比第一傾斜部分A1更大的旋轉變位。另外，與前述第一實施例相同，可以構成得第二固定瓣122的第二傾斜部分A2的長度比第一傾斜部分A1的長度更長地形成。
因此，如果與基準位置的卡環23磨損狀態相比，卡環23磨損量增加，底板隔開距離減小為y'，而且，如果因此與卡環23的磨損量相應，隔膜側面120發生向上方移動的變位99，則與作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直方向成分的增加量相比，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直方向成分的增加量更大，因此，藉助於第二固定瓣222而向下方的補償力Fr進行作用。
同樣地，雖然圖中未示出，但與基準位置的研磨墊11磨損狀態相比，如果研磨墊11的磨損量增加，底板隔開距離增加，而且，如果因此與研磨墊11磨損量相應，隔膜側面120發生向下方移動的變位，則與作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直方向成分的減小量相比，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直方向成分的減小量更大，因此，藉助於第二固定瓣222而向上方的補償力進行作用。
如上所述，即使隨著研磨步驟的反覆，卡環23或研磨墊11等耗材的磨損進一步發展，發生隔膜側面120向上方或下方移動的變位99，作用於基板邊緣部分的加壓力Fe'，被藉助於第二固定瓣222而向與隔膜側面120移動方向相反的方向進行作用的補償力Fr所補償，因而保持固定。由此，可以獲得的效果是，與卡環23的磨損狀態無關，將基板邊緣的研磨品質保持圖6的Si標識的研磨曲線。
下面參照圖12，詳細敘述本發明第三實施例的研磨裝置的承載頭203及用於其的隔膜103。不過，對於與第一實施例的構成及作用相同或類似的構成及作用，賦予相同或類似的附圖標記，為了使本發明第三實施例的要旨更明了，省略對其的說明。
圖12所示的承載頭203的隔膜103，取代第二固定瓣322的末端固定於底座22的外側面Sa，而是固定於承載頭203的底座22的外側面Sa與下面Sb的邊界角部，在這點上與第一實施例的構成有差異。
為此，第二固定瓣322不具備第三延長部分，第二固定瓣322的固定末端322e在第二傾斜部分A2形成。而且，第二固定瓣322的固定末端322e位置固定在結合於底座22的結合構件22a與底座角部之間。
而且，在隔膜側面120的上端部，第一固定瓣121向內側延長，其末端121e藉助於結合構件22a而固定於底座22，從自隔膜側面120上端部向內側隔開Le的第一固定瓣121，第二固定瓣322向上側延長。不過，本發明的第三實施例雖然是第二固定瓣322從第一固定瓣121直接延長形態的構成，但本發明不限於此，與第一實施例類似，也可以以第二固定瓣322從隔膜側面120上端部直接延長的形態形成。
其中，第二固定瓣322包括從隔膜底板110越向上方越向半徑內側傾斜地形成的第一傾斜部分A1、越向上方越向半徑外側傾斜地形成的第二傾斜部分A2。
由於第二固定瓣322從第一固定瓣121延長形成，因而第一傾斜部分A1以比第二傾斜部分A2更短的長度形成。而且，與前述第一實施例的構成相同，第一傾斜部分A1與水平面構成的角度，比第二傾斜部分A2與水平面構成的角度更大地形成。另外，第一傾斜部分A1與第一固定瓣121的第一連接部122c形成得具有比第一固定瓣121的平均剛性更高的剛性。
與前述第一實施例相同，第二固定瓣322的第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2相比，可以構成得隔膜側面120如果發生沿上下方向移動的變位，則第二固定瓣322的第二傾斜部分A2發生比第一傾斜部分A1更大的旋轉變位。另外，與前述第一實施例相同，可以構成得第二固定瓣322的第二傾斜部分A2的長度比第一傾斜部分A1的長度更長地形成。
另外，由於不具備第一實施例及第二實施例的第三延長部分A3，因而由第二固定瓣322引起的上下方向的補償力Fr，因第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2的形狀而確定。另外，由於第二固定瓣322的長度變短，因而即使承載頭202高速旋轉，隔膜的扭曲變形也自行被抑制。
因此，如果與基準位置中的卡環23磨損狀態相比，卡環23磨損量增加，底板隔開距離減少為y'，而且，如果因此與卡環23磨損量相應，隔膜側面120發生向上方移動的變位99，則與作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直方向成分的增加量相比，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直方向成分的增加量更小，因而藉助於第二固定瓣322而向下方的補償力Fr進行作用。
同樣地，雖然圖中未示出，如果與基準位置的研磨墊11磨損狀態相比，研磨墊11磨損量增加，底板隔開距離增加，而且，如果因此與研磨墊11磨損量相應地隔膜側面120發生向下方移動的變位，則與作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直方向成分的減小量相比，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直方向成分的減小量更大，因此，藉助於第二固定瓣322而向上方的補償力進行作用。
因此，即使隨著研磨步驟的反覆，卡環23磨損進一步發展，隔膜側面120發生向上方抬起的變位99，作用於基板邊緣部分的加壓力Fe'被藉助於第二固定瓣322而向下方作用的補償力Fr所補償，因而保持固定。由此可以獲得的效果是，與卡環23的磨損狀態無關，將基板邊緣的研磨品質保持為圖6的以Si標識的研磨曲線。
下面參照圖13，詳細敘述本發明第四實施例的研磨裝置的承載頭204及用於其的隔膜104。不過，對於與前述第一實施例的構成及作用相同或類似的構成及作用，賦予相同或類似的附圖標記，為了使本發明的第四實施例的要旨更明了，省略對其的說明。
圖13所示的承載頭204的隔膜104，取代第二固定瓣422的末端固定於底座22的外側面Sa，而是固定於承載頭203的卡環23的內周面Sd，在這點上與第一實施例的構成有差異。另外，為了形成被第二固定瓣422和第一固定瓣121及底座22包圍的輔助壓力腔室Cx，連接底座22的外側面Sa與卡環23的內周面Sd的第三固定瓣（圖上未示出）安裝於第二固定瓣422的上側。
與第三實施例相同，第二固定瓣422不具備第三延長部分，第二固定瓣422的固定末端422e在第二傾斜部分A2形成。而且，第二固定瓣422的固定末端422e位置固定在結合於底座22的結合構件22a與底座角部之間。
其中，第二固定瓣422包括從隔膜底板110越向上方越向半徑內側方向傾斜地形成的第一傾斜部分A1、越向上方越向半徑外側方向傾斜地形成的第二傾斜部分A2。
由於第二固定瓣422的第二傾斜部分A2固定於卡環23的內周面Sd，因而第一傾斜部分A1以比第二傾斜部分A2更短的長度形成。而且，與前述第一實施例的構成相同，第一傾斜部分A1與水平面構成的角度，形成得比第二傾斜部分A2與水平面構成的角度大。另外，第一傾斜部分A1與第一固定瓣121的第一連接部122c形成得具有比第一固定瓣121與第二固定瓣422中的任意一個以上的平均剛性更高的剛性，第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2的折彎連接部形成得具有比第一連接部122c更小的彎曲剛性。
與前述第一實施例相同，第二固定瓣422的第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2相比，可以構成得如果隔膜側面120發生沿上下方向移動的變位，則第二固定瓣422的第二傾斜部分A2發生比第一傾斜部分A1更大的旋轉變位。另外，與前述第一實施例相同，可以構成得第二固定瓣422的第二傾斜部分A2的長度比第一傾斜部分A1的長度更長地形成。
另外，由於不具備第一實施例及第二實施例的第三延長部分A3，因而由第二固定瓣422引起的上下方向的補償力Fr，因第一傾斜部分A1和第二傾斜部分A2的形狀而確定。另外，由於第二固定瓣422的長度變短，因而即使承載頭202高速旋轉，隔膜的扭曲變形也自行被抑制。
因此，如果與基準位置中的卡環23磨損狀態相比，卡環23磨損量增加，底板隔開距離減少為y'，而且，如果因此與卡環23磨損量相應地隔膜側面120發生向上方移動的變位99，則與作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直方向成分的增加量相比，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直方向成分的增加量更大，因而藉助於第二固定瓣422而向下方的補償力Fr進行作用。
同樣地，雖然圖中未示出，如果與基準位置的研磨墊11磨損狀態相比，研磨墊11磨損量增加，底板隔開距離增加，而且，如果因此與研磨墊11磨損量相應地隔膜側面120發生向下方移動的變位，則與作用於第一傾斜部分A1的力F1的垂直方向成分的減小量相比，作用於第二傾斜部分A2的力F2的垂直方向成分的減小量更大，因此，藉助於第二固定瓣422而向上方的補償力進行作用。
因此，即使隨著研磨步驟的反覆，卡環23磨損進一步發展，隔膜側面120向上方抬起的變位99逐漸增大，但作用於基板邊緣部分的加壓力Fe'隨著藉助於第二固定瓣422而向下方作用的補償力Fr逐漸增大而被補償力Fr所補償，因而保持固定。由此可以獲得的效果是，與卡環23的磨損狀態無關，將基板邊緣的研磨品質保持為圖6的以Si標識的研磨曲線。
下面參照圖14，詳細敘述本發明第五實施例的研磨裝置的承載頭205及用於其的隔膜105。不過，對於與前述第一實施例的構成及作用相同或類似的構成及作用，賦予相同或類似的附圖標記，為了使本發明的第五實施例要旨更明了，省略對其的說明。
圖14所示的承載頭205的隔膜105，取代第二固定瓣522的第三延長部分A3的末端固定於底座22的外側面Sa，而是第三延長部分A3長長地形成以包圍底座22外側面Sa的形態環繞，其末端522e固定於底座22的上面Sc，在這點上與第一實施例的構成有差異。
如上所述，如果取代第二固定瓣522在底座22的外側面Sa形成，而是末端522e以包圍底座22外側面的形態固定於底座22的上面Sc，則在可以依然獲得前述第一實施例的有利效果的同時，獲得將第二固定瓣522固定於底座22的步驟變得更容易的優點。
下面參照圖15，詳細敘述本發明第六實施例的研磨裝置的承載頭及用於其的隔膜106。不過，對於與前述第一實施例的構成及作用相同或類似的構成及作用，賦予相同或類似的附圖標記，為了使本發明的第六實施例要旨更明了，省略對其的說明。
另一方面，根據本發明第六實施形態，如圖15所示，承載頭的隔膜106的特徵在於，具備第二固定瓣622的第一傾斜部分A1、A5形成2個以上、第二固定瓣622的第二傾斜部分A2、A6形成2個以上的皺褶形態的傾斜部分。
即，在第二固定瓣622中，在2處形成從隔膜底板110越向上方越向半徑內側傾斜地形成的第一傾斜部分A1、A5，在2處形成從隔膜底板110越向上方越向半徑外側傾斜地形成的第二傾斜部分A2、A6，因而第一力F1定義為作用於2處的第一傾斜部分A1、A5的力的合力，第二力F2定義為作用於2處的第二傾斜部分A2、A6的力的合力。
其中，在卡環23一體固定於承載頭本體2x的狀態下，如果卡環23的磨損量增加，隔膜側面120向上方的變位99增加，則與分別作用於第一傾斜部分A1、A5的力的合力的垂直成分的增加量相比，使分別作用於第二傾斜部分A2、A6的力的合力的垂直成分的增加量更大，如此確定第二固定瓣622的形狀。
與前述第一實施例相同，第二固定瓣622的第一傾斜部分A1、A5與第二傾斜部分A2、A6相比，可以構成得如果隔膜側面120發生沿上下方向移動的變位，則第二固定瓣622的第二傾斜部分A2發生比第一傾斜部分A1更大的旋轉變位。
另外，與前述第一實施例相同，可以構成得第二固定瓣622的第二傾斜部分A2、A6的長度之和，比第一傾斜部分A1、A5的長度之和更長地形成。
由此，與基準位置的卡環23磨損狀態相比，如果卡環23的磨損量增加，與卡環23的磨損量相應，發生隔膜側面120向上方移動的變位，則與作用於第一傾斜部分A1、A5表面的向上方的力的合力的垂直方向成分的增加量相比，作用於第二傾斜部分A2、A6表面的向下方的力的合力的垂直方向成分的增加量更大，因而藉助於第二固定瓣622而向下方的補償力Fr進行作用。
同樣地，與基準位置的研磨墊11等的磨損狀態相比，如果磨損量增加，發生隔膜側面120向下方移動的變位，則與作用於第一傾斜部分A1、A5表面的向上方的力的合力的垂直方向成分的減小量相比，作用於第二傾斜部分A2、A6表面的向下方的力的合力的垂直方向成分的減小量更小，因而藉助於第二固定瓣622而向上方的補償力Fr進行作用。
由此，經過反覆的研磨步驟，卡環23或研磨墊11等耗材的磨損狀態不斷發展，因而即使隔膜側面120發生逐漸向上側或下側移動的變位，由第二固定瓣622引起的補償力補償作用於基板邊緣部分的加壓力，向基板邊緣部分施加固定的加壓力，按圖6的Si標識的研磨曲線，研磨基板邊緣部分，可以獲得提高研磨品質的效果。
另一方面，雖然在圖中圖示了第二固定瓣622從隔膜側面120的上端部延長形成的構成，但第二固定瓣622也可以在隔膜側面120向內側隔開的位置從第一固定瓣121延長形成。
在圖中，雖然示例性圖示了只在隔膜側面120的內周面，結合有具有比隔膜底板110高的剛性的環形固定體120i、120e的構成，但本發明不限於此，根據本發明另一實施形態，環形固定體120i、120e既可以只結合於隔膜側面120的外周面，也可以在隔膜側面120的內周面和外周面全部結合。
雖然圖中未示出，根據本發明另一實施形態，隔膜也可以全體以柔韌性材質形成，形成得使隔膜底板110、隔膜側面120及隔壁瓣130根據壓力腔室C1、…、C5、Cx的壓力而自由地變形或膨脹收縮。不過，隔膜側面120與第一固定瓣121或第二固定瓣122相比，包括其他材質或將厚度形成得更厚，藉助於此，形成得具有更高的剛性。
在圖中，示例性圖示了第一傾斜部分A1從隔膜側面120上端部直接延長形成的構成，但本發明不限於此，根據本發明另一實施形態，可以追加具備連接隔膜側面120上端部與第一傾斜部分A1的另外的連接部分。其中，優選連接部分以相當於第一連接部122c的程度，具有充分高的彎曲剛性。
在圖中，雖然示例性圖示了第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2藉助於折彎連接部而直接連接的構成，但本發明不限於此，根據本發明另一實施形態，在第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2之間，可以追加具備另外的連接部分。
在圖中，雖然示例性圖示了第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2具備連續的一個傾斜度的構成，但本發明不限於此，根據本發明另一實施形態，既可以是第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2中的任意一個以上只在一部分區間傾斜地形成，也可以是第一傾斜部分A1與第二傾斜部分A2中的任意一個以上包括具有互不相同傾斜度的區間而形成。
以上通過優選實施例，示例性地說明了本發明，但本發明並非只限定於這種特定實施例，可以在本發明提出的技術思想，具體而言，在專利權利要求書記載的範疇內，修訂、變更或改進成多樣的形態。
10:研磨盤 11:研磨墊 101、102、103、104、105、106、21、21'、21":隔膜 110、211:隔膜底板 120、212、212':隔膜側面 120i、120e:環形固定體 121、2121:第一固定瓣 121e:末端 122、222、322、422、522、622、2122、2122":第二固定瓣 122c:第一連接部 122e、322e、422e、522e、622e:固定末端 130、131、132、133、134:隔壁瓣 2、2'、2"、201、202、203、204、205:承載頭 2r、4r、10r:自轉 2x:本體 22:底座 22a:結合構件 23:卡環 25:壓力控制部 213:隔壁瓣 3:漿料供應部 31:漿料供應口 4:調節器 4d:往複旋轉運動 41:臂 88:皺褶部 9:研磨裝置 99、99':變位 a、ai、ao、b、bi、bo:角度 A1、A5:第一傾斜部分 A1i、A2i:輪廓 A2、A6:第二傾斜部分 A3:第三延長部分 c:隔開距離 C1、C2、C3、C4、C5:主壓力腔室 Cx:輔助壓力腔室 F1:第一力 F2:第二力 Fd:力 Fe、Fe'、Fe":加壓力 Fr、Fr':補償力 P、Pc、Px:壓力 S1、S2、S3、Si:研磨曲線 Sa:外側面 Sb:下面 Sc:上面 tw:基板厚度 Vx:上側折彎部 W:基板 y、y'、y":底板隔開距離
圖1a是圖示普通的基板研磨裝置的構成的主視圖。 圖1b是圖1a的俯視圖。 圖2是圖示圖1a的承載頭的構成的半剖面圖。 圖3a、圖3b是圖2的'A'部分的放大圖。 圖4是圖示另一形態的承載頭的邊緣部分的構成的放大圖。 圖5是圖示另一形態的承載頭的邊緣部分的構成的放大圖。 圖6是圖示由隔膜結構決定的基板的研磨曲線的圖表。 圖7是圖示本發明的第一實施例的基板研磨裝置用承載頭的隔膜的橫剖面圖。 圖8是圖7的“B”部分的放大圖。 圖9a作為與圖2的“A”部分對應的構成，是圖示圖7的隔膜加裝於承載頭後在研磨步驟中的加壓力作用狀態的圖。 圖9b是圖示在底板隔開距離減小、隔膜側面向上方移動的狀態下，圖7的隔膜加裝於承載頭，研磨步驟中通過隔膜側面來傳遞的加壓力作用狀態的圖。 圖9c是圖示在底板隔圖開距離增加而使隔膜側面向下方移動的狀態下，圖7的隔膜加裝於承載頭，研磨步驟中通過隔膜側面傳遞的加壓力作用狀態的圖。 圖10是圖9b的'B'部分的放大圖。 圖11是圖示本發明第二實施例的基板研磨裝置的承載頭的隔膜加裝於承載頭，在底板隔開距離減小的狀態下，研磨步驟中通過隔膜側面傳遞的加壓力作用狀態的圖。 圖12是圖示本發明第三實施例的基板研磨裝置的承載頭的隔膜加裝於承載頭，在底板隔開距離減小的狀態下，研磨步驟中通過隔膜側面傳遞的加壓力作用狀態的圖。 圖13是圖示本發明第四實施例的基板研磨裝置的承載頭的隔膜加裝於承載頭，在底板隔開距離減小的狀態下，研磨步驟中通過隔膜側面傳遞的加壓力作用狀態的圖。 圖14是圖示本發明第五實施例的基板研磨裝置的承載頭的隔膜加裝於承載頭，在底板隔開距離減小的狀態下，研磨步驟中通過隔膜側面傳遞的加壓力作用狀態的圖。 圖15是本發明第六實施例的變形例的隔膜的邊緣部分的放大圖。
11:研磨墊
101:隔膜
110:隔膜底板
120:隔膜側面
120i、120e:環形固定體
121:第一固定瓣
121e:末端
122:第二固定瓣
122e:固定末端
22:底座
22a:結合構件
23:卡環
201:承載頭
99:變位
a、b:角度
A1:第一傾斜部分
A2:第二傾斜部分
A3:第三延長部分
'B':部分
C4、C5:主壓力腔室
Cx:輔助壓力腔室
F1:第一力
F2:第二力
Fe':加壓力
Fr:補償力
P、Px:壓力
Sa:外側面
Sb:下面
tw:基板厚度
y':底板隔開距離

Claims (24)

  1. 一種研磨裝置用承載頭的隔膜，包括： 底板，其以柔韌性材質形成，對基板的板面加壓； 側面，其包含柔韌性材質而形成，從所述底板的邊緣延長形成； 第一固定瓣，從所述側面的上端部延長形成，其末端固定於所述承載頭；以及 第二固定瓣，以柔韌性材質，從所述側面與所述第一固定瓣中的任意一個延長形成，其包括從所述底板越向上方越沿半徑內側方向傾斜地形成的第一傾斜部分和越向上方越沿半徑外側方向傾斜地形成的第二傾斜部分。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 一部分以上被所述第一固定瓣和所述第二固定瓣環繞的空間，在所述第一固定瓣的下側形成的主壓力腔室的上側形成輔助壓力腔室。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第二固定瓣包括與所述傾斜部分連接並向相對於所述底板遠離的上方延長的第三延長部分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第二固定瓣的固定末端形成在所述第三延長部分，且所述固定末端固定在所述承載頭的底座的外側面。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第二固定瓣的固定末端形成在所述第三延長部分，且所述第三延長部分以覆蓋所述底座的外側面的一部分的形態形成，所述固定末端固定在所述承載頭的底座的上面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第二傾斜部分在規定區間至少部分傾斜地形成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 固定所述第二固定瓣的固定末端形成在所述第二傾斜部分。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述固定末端固定於所述承載頭的卡環的內周面； 在所述第二傾斜部分的上側，安裝有連接所述卡環的內周面與底座的第三固定瓣。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述固定末端固定於所述承載頭的底座的外側面與下面的邊界角部。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第二固定瓣還包括連接部分，所述連接部分連接所述第一傾斜部分和所述側面的上端部。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第一固定瓣從所述側面的上端部延長形成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第一固定瓣從所述第二固定瓣延長形成。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 相比於所述第一傾斜部分與水平面形成的角度（a），所述第二傾斜部分與水平面形成的角度（b）更小。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第一傾斜部分與所述第二傾斜部分中的任意一個以上形成為平坦面、曲面中的任意一個。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 在所述側面的底板內側形成有多個隔壁瓣。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述隔壁瓣以同心圓形態排列。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 供所述側面與所述第二固定瓣中的任意一個和所述第一固定瓣連接的第一連接部，形成得比所述第一傾斜部分與所述第二傾斜部分中的任意一個的平均剛性更大。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第一連接部比所述第一傾斜部分與所述第二傾斜部分中的任意一個的平均厚度更厚地形成。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 如果所述側面發生沿上下方向移動的變位，則所述第二傾斜部分發生比所述第一傾斜部分更大的旋轉變位。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第二傾斜部分的厚度比所述第一傾斜部分更薄。
  21. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第一固定瓣與所述第二固定瓣形成得具有比所述側面更低的剛性。
  22. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第二傾斜部分的長度比所述第一傾斜部分的長度更長。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的研磨裝置用承載頭的隔膜，其中 所述第一傾斜部分與所述第二傾斜部分中的至少任意一個形成為2個以上。
  24. 一種研磨裝置用承載頭，包括： 底座，在研磨步驟中，以使基板位於下側的狀態旋轉； 根據權利要求1至權利要求23中的任意一項所述的隔膜； 卡環，與所述底板隔開地以環形態形成，保持接觸研磨墊的狀態。
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