TW202342235A - 用於拋光頭之分體式萬向節及拋光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於拋光頭之分體式萬向節及拋光裝置，其中拋光頭具有連接盤和拋光部分，該連接盤上設有孔道，該拋光部分具有基座，該分體式萬向節包括導向部，適於在該孔道內上下浮動；固定部，適於與該基座固定連接；連接結構，連接在該導向部與該固定部之間且分別與該導向部、該固定部固定連接，該導向部適於通過該連接結構相對該固定部擺動。分體式萬向節的分體式設計，降低了加工難度，降低了報廢率，同時降低了分體式萬向節產生塑性形變或斷裂之風險。

Description

用於拋光頭之分體式萬向節及拋光裝置
本發明關於一種用於拋光頭之萬向節，特別關於一種用於拋光頭之分體式萬向節。
在製作積體電路之過程中，不可避免地需要在晶圓上沉積數層不同材質之堆疊結構。如此一來，造成晶圓表面之不規則。不規則之晶圓表面會導致一些光刻製程問題，例如聚焦深度(depth of focus, DOF )不足以及圖像轉移偏差。因此，在製作積體電路過程中，便經常需要以平坦化技術，例如Chemical Mechanical Polishing/Planarization (CMP) 技術， 加以平坦化晶圓之不規則表面。
CMP技術是將一待拋光晶圓面朝下壓於一拋光墊(polishing pad)上， 此待拋光之晶圓是由一稱之為拋光頭(carrier head)之圓盤狀機構所固定，在拋光階段，拋光頭帶動此待拋光晶圓以一固定軸旋轉，而拋光墊則以另一轉軸旋轉， 然後籍由化學或機械方式得以將晶圓表面待去除之介電層或金屬層拋光掉。目前較普遍之拋光頭是一種稱為浮動(floating) 拋光頭之設計， 其是利用一彈性膜(flexible membrane)將一晶圓支撐盤或背板(backing plate)固定於一基座下方。在拋光階段，可利用氣體加壓於晶圓支撐盤上，以平均分散施於晶圓之下壓力(downforce)。
早期之CMP製程常遇見之問題是形成晶圓待拋光面表面上之圖案分佈以及高低落差往往並不平均，如此一來，在拋光時施加於晶圓之力就容易出現較大之差異。為了解決此問題，習知改良之拋光頭如圖 1所示，其為一個多區域之氣囊結構，一般由連接盤 1a ，撓性膜拋光部分以及連接二者之旋轉密封環 3a 組成。該連接盤 1a 與該拋光頭之旋轉軸固定連接，該連接盤 1a 之中央設有一孔道 10a。該撓性膜拋光部分包括一基座 2a，一位於基座 2a 下部開口處之撓性氣囊 5a，一位於基座 2a 上部開口內並與之固定安裝之萬向節 4a，此萬向節通常由金屬製成，該萬向節 4a 呈倒 T 型伸入該連接盤 1a 之孔道 10a 內，並可在該旋轉密封環 3a 充氣膨脹或真空收縮時，在該孔道 10a 內向下運動或向上運動， 進而讓拋光頭施加在晶圓 6a 上之力均勻。此萬向節 3a可以依靠自身之彈性形變來抵消拋光頭部分和拋光墊部分之不平 行差。
如圖 2 所示，其為圖1中連接盤相對基座傾斜時配合示意圖，當晶圓 6a 之底面不平行時，該連接盤 1a 將相對該基座 2a 發生偏轉，該連接盤 1a 將抵靠在該萬向節 4a 上，如此一來，該萬向節 4a 在拐角位置G(如圖 2 中圓圈位置) 之受力集中，極易在此處發生塑性形變 甚至開裂。並且因其呈一體式 T 型結構，加工難度較大，加工成本比較高，更 換成本也相應比較高。
換言之，習知技術中萬向節呈T型，加工難度大，而且使用過程中，易在拐角位置G發生塑性變形甚至開裂，導致拋光頭失效之缺陷。
緣是，本發明為解決以上習知技術問題，提供一種易加工，並且不易塑性變形甚至開裂之用於拋光頭之分體式萬向節及包含其之拋光裝置。
本發明之一實施例提供一種用於拋光頭之分體式萬向節，該拋光頭具有一連接盤和一拋光部分，該連接盤上設有孔道，該拋光部分具有基座，其中該分體式萬向節包括：導向部、固定部以及連接結構。該導向部適於在該孔道內上下浮動；該固定部，適於與該基座固定連接；該連接結構，設置在該導向部與該固定部之間且分別與 該導向部、該固定部固定連接，該導向部適於通過該連接結構相對該固定部擺動。
在本發明的另一實施例中，該連接結構為撓性結構，該撓性結構之一端與該導向部連接，另一端與該固定部連接。在本發明的另一實施例中，該連接結構之一端與該導向部可拆卸連接，另一端與該固定部可拆卸地連接。在本發明的另一實施例中，該固定部上設有第一連接孔，該連接結構之一端嵌入該第 一連接孔中並與該第一連接孔通過彈性環連接；和/或該導向部之下端設有第二連接孔，該連接結構之另一端嵌入該第二連接孔中並與該第二連接孔通過彈性環連接。在本發明的另一實施例中，該連接結構由橡膠製成。在本發明的另一實施例中，該連接結構之外側設有齒狀凸起。在本發明的另一實施例中，該導向部由金屬材料製成。在本發明的另一實施例中，該固定部由金屬製成。在本發明的另一實施例中，該固定部和該連接結構一體成型。本發明的又一實施例中係關於一種拋光裝置，包括如上述的任一實施例的分體式萬向節。
為更清楚瞭解本創作之特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作的申請專利範圍。
本文中的用語「一」或「一種」係用以敘述本創作之元件及成分。此術語僅為了敘述方便及給予本創作之基本觀念。此敘述應被理解為包括一種或至少一種，且除非明顯地另有所指，表示單數時亦包括複數。於申請專利範圍中和「包含」一詞一起使用時，該用語「一」可意謂一個或超過一個。此外，本文中的用語「或」其意同「及/或」。
除非另外規定，否則諸如「上方」、「下方」、「向上」、「左邊」、「右邊」、「向下」、「本體」、「底座」、「垂直」、「水準」、「側」、「較高」、「下部」、「上部」、「上方」、「下面」等空間描述係關於圖中所展示之方向加以指示。應理解，本文中所使用之空間描述僅出於說明之目的，且本文中所描述之結構之實際實施可以任何相對方向在空間上配置，此限制條件不會改變本發明實施例之優點。舉例來說，在一些實施例之描述中，提供「在」另一元件「上」之一元件可涵蓋前一元件直接在後一元件上(例如，與後一元件實體接觸)的狀況以及一或複數個介入元件位於前一元件與後一元件之間的狀況。
如本文中所使用，術語「大致」、「實質上」、「實質的」及「約」用以描述及考慮微小之變化。當與事件或情形結合使用時，該等術語可意指事件或情形明確發生之情況以及事件或情形極近似於發生之情況。
請參閱圖 3 ，其為本發明第一實施例中包含用於拋光頭5之分體式萬向節4的拋光裝置100之剖面示意圖。該拋光頭5是一個多區域之氣囊結構，包括連接盤 1 和拋光部分 5，二者通過旋轉密封環 3 連接。該連接盤 1 與機台之旋轉軸固定連接，中間設有孔道 10。該拋光部分 5 包括基座 2，該分體式萬向節 4 固定在該基座 2 上。當該旋轉密封環 3 充氣膨脹時，該基座 2 相對該連接盤 1 向下移動，該分體式萬向節 4隨之在該孔道 10 內向下移動。當該旋轉密封環 3真空收縮時， 該基座 2 相對該連接盤 1 向上移動，該分體式萬向節 4 隨之在該孔道10 內向上移動。當晶圓 6 之表面平整度不好時，該連接盤 1 和該基座 2 會發生相對傾斜，導致該分體式萬向節 4 受到擠壓。
在第一實施例中，該分體式萬向節 4 整體呈倒 T 型結構，包括固定部 42、 連接結構 41 和導向部 40。該固定部 42 與該基座 2 固定連接。該固定部 42 和該導向部 40 呈圓柱狀，均由金屬製成，其形狀簡單，加工方便，加工成本較低，包含缺陷的比率也較低。
該連接結構 41連接在該導向部 40 與該固定部 42 之間且分別與該 導向部 40 、該固定部 42 固定連接，該導向部 40 可通過該連接結構 41 相對該固定部 42 擺動。在本實施例中，該連接結構 41 為撓性結構，例如由橡膠製成，以便獲得更好之彈性，當該連接盤 1 和該基座 2 有較大之不平行時，可以通過該連接結構 41 吸收該連接盤 1 施加給該導向部 40 上之力， 從而保護固定部 42 、導向部 40 不受過大之外力作用，進而避免開裂和塑性變形等現象。具體而言，當該連接盤 1 相對該基座 2 發生傾斜時，該連接盤 1 抵靠在該導向部 40 上，該導向部 40 將該連接盤 1 施加之力傳遞給與之相連接之該連接結構 41，該連接結構 41 發生彈性形變，向一側變形，進而帶動與之相連接之該導向部 40 相對該固定部 42 發生擺動。在其他實施例中，該連接結構 41可採用其他之撓性材質製成。該連接結構 41之外側設有齒狀凸起 43，可以進一步吸收該分體式萬向節 4 之變形，對於該晶圓 6 表面凸凹不平之適應性更好。
該連接結構 41之一端與該固定部 42  可拆卸地連接，另一端與該導向部40可拆卸地連接。此處所採用之可拆卸連接方式可方便後續更換該連接結構 41(撓性結構)。具體而言，該固定部 42 上設有第一連接孔，該連接結構 41之一端設有第一卡桿 46 ，該第一卡桿 46 與該第一連接孔卡接，該導向部 40 上設有第二連接孔，該撓性結構上設有第二卡桿 47 ，該第二卡桿 47 與該第二連接孔卡接。該導向部 40 和該連接結構 41 可于該孔道 10 內上下浮動。
當該旋轉密封環 3 充氣膨脹時，該分體式萬向節 4 隨著該基座 2 一 起向下移動， 相應地， 該導向部 40 和該連接結構 41 于該孔道 10 內向下移動。當該旋轉密封環 3 真空收縮時，該分體式萬向節 4 隨著該基座 2 一起向上移動， 相應地， 該導向部 40 和該連接結構 41 于該孔道 10 內向上移動。當該晶圓 6 表面出現凸凹不平時，該連接盤 1 和該基座 2 將不 再平行，二者將相對傾斜，該連接盤 1 將抵靠在該分體式萬向節 4 上，由 該連接結構 41 之擺動達成二者之間之傾斜需求。當該連接結構 41 經歷多次擺動，導致其形變嚴重，不再適合使用時，可以直接拆下，更換即可。
在第一實施例中，該第一連接孔也可以設在該撓性結構上，相應地，該第一卡桿 46 設在該固定部 42 上，該第二連接孔也可以設在該撓性結構上，相應地，該第二卡桿 47 設在該導向部 40 上。
如圖 4 所示為本發明第二實施例，該分體式萬向節 4 包括導向部 40、固定部 42、連接結構 41。三者均由金屬製成。該固定部 42 上設有第一連接孔， 內設有彈性環 48，該連接結構 41 之第一卡桿 46 借助彈性環 48 卡設於該第一連接孔中，該導向部 40 之下端設有第二連接孔，內設有彈性環 48，該連接結構 41 之第二卡桿 47 借助彈性環 48 嵌入該第二連接孔中。 由於該彈性環 48 之設置，該分體式萬向節 4 可在該孔道 10 內做比較大之擺動，因此可以適應該連接盤 1 和該基座 2 之間比較大之不平行性，進而更佳地適應該晶圓 6 表面之不平整性，較佳地拋光該晶圓 6 之表面。
關於本發明之第三實施例(未顯示)，其與第二實施例之區別在於：該導向部和該連接結構為一體成形。該固定部上設有第一連接孔，內設有彈性環，該連接結構借助該彈性環卡接於該固定部之第一連接孔內。由於該彈性環之設置，該拋光頭用分體式萬向節可在該孔道內做比較大之擺動，因此可以適應該連接盤和該底座之間比較大之不平行性，進而更好之適應晶圓表面之不平整性，更好地拋光晶圓表面。
以上該之實施例僅係為說明本創作之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本創作之專利範圍，依本創作所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍內。
1、1a:連接盤 2、2a:基座 3、3a:旋轉密封環 4、4a:分體式萬向節 5、5a:拋光部分 6、6a:晶圓 10:孔道 40:導向部 41:連接結構 42:固定部 43:凸起 46:第一卡桿 47:第二卡桿 48:彈性環 100:拋光頭 G:拐角位置
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或習知技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或習知技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，並非用以限制本發明的內容。
圖1為習知技術中拋光裝置包含萬向節之剖面示意圖。
圖2為圖1中連接盤相對基座傾斜時配合示意圖。
圖3為本發明第一實施例中包含用於拋光頭之分體式萬向節的拋光裝置之剖面示意圖。
圖 4 為本發明第二實施例之用於拋光頭之分體式萬向節的示意圖。
1:連接盤
2:基座
3:旋轉密封環
4:分體式萬向節
5:拋光部分
6:晶圓
10:孔道
40:導向部
41:連接結構
42:固定部
43:凸起
46:第一卡桿
47:第二卡桿
100:拋光頭

Claims (10)

  1. 一種用於拋光頭(100)之分體式萬向節(4)，該拋光頭(100)具有一連接盤(1)和一拋光部分(5)，該連接盤(1)上設有孔道(10)，該拋光部(5)分具有基座(2)，其中該分體式萬向節(4)包括： 一導向部(40)，適於在該孔道(10)內上下浮動； 一固定部(42)，適於與該基座(2)固定連接；以及 一連接結構(41)，設置在該導向部(40 )與該固定部(42)之間且分別與該導向部(40)、該固定部(42)固定連接，該導向部(40)適於通過該連接結構(41)相對該固定部(42)擺動。
  2. 如請求項1之分體式萬向節(4)，其中該連接結構(41)為撓性結構， 該撓性結構之一端與該導向部(40)連接，該撓性結構之另一端與該固定部(42)連接。
  3. 如請求項 2 該之分體式萬向節(4)， 其中該連接結構(41)之一端與該導向部(40)可拆卸地連接，該連接結構(41)之另一端與該固定部(42)可拆卸地連1接。
  4. 如請求項2 該之分體式萬向節(4)， 其中該固定部 (42)上設有第一連接孔，該連接結構(41)之一端嵌入該第一連接孔中並與該第一連接孔通過彈性環(48)連接；和/或，該導向部(40)之下端設有第二連接孔，該連接結構(41)之另一端嵌入該第二連接孔中並與該第二連接孔通過彈性環(48)連接。
  5. 如請求項 2 該之分體式萬向節(4)，其中該連接結構 (41)由橡膠製成。
  6. 如請求項 2 該之分體式萬向節(4)，其中該連接結構 (41)之外側設有齒狀凸起(43)。
  7. 如請求項 1-6中任一項該之分體式萬向節(4)，其中該導向部(40)由金屬材料製成。
  8. 如請求項 1-6中任一項該之分體式萬向節(4)，其中該固定部(42)由金屬製成。
  9. 如請求項 1 該之分體式萬向節(4)， 其中該固定部(42)和該連接結構(41)一體成型。
  10. 一種拋光裝置(100)，其包含請求項 1-9 中任一項該之分體式萬向節。
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