TWI676525B - 用於研磨頭的彈性膜 - Google Patents

Abstract

一種用於研磨頭的彈性膜，適用於安裝在該研磨頭的底部，並用於吸附一個待研磨工件，該彈性膜包含一個膜本體，及一層抗沾黏層。該膜本體包括一個底壁，及一個由該底壁之周緣向上延伸且連接於該研磨頭的外環壁，該底壁具有一個位於底部且朝向該待研磨工件的貼附面。該抗沾黏層披覆在該貼附面的底部，且中介於該貼附面及該待研磨工件間。該抗沾黏層能讓該膜本體與該待研磨工件輕易地分離，可降低製造過程中機台當機的風險，並提升產線的順暢度。

Description

用於研磨頭的彈性膜

本發明是有關於一種彈性膜，特別是指一種安裝在化學機械研磨機台的一個研磨頭底部的彈性膜。

隨著半導體製程技術的演進，製程中鍍膜的厚度以及表面平坦度的控制也日益受到重視，化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)是目前最為普遍使用的一種表面平整化的技術，其乃利用添加具有例如二氧化矽等研磨顆粒的研磨液，並搭配物理性的研磨方式，來將一基材表面上過多的沉積材料、非預期之表面輪廓，以及例如表面氧化物等表面缺陷移除，並使該基材得到一平整且規則的表面。

參閱圖1與圖2，一種已知的彈性膜1，用於安裝在一個研磨裝置2內，且可用於吸附一個例如半導體晶圓的待研磨工件3，該研磨裝置2包含一個供該彈性膜1安裝的研磨頭21、一個相間隔地位於該研磨頭21及該彈性膜1下方的研磨台22，及一個用於供給研磨液至該研磨台22上的供液噴頭23。該研磨頭21包括一個界定出一個供壓通道210且與該彈性膜1組裝的金屬座體211，及一個穿設於該供壓通道210的供壓單元212，該金屬座體211與該彈性膜1間界定出一個與該供壓單元212連通的氣室24。該研磨台22包括一個支撐座221，及一個設置在該支撐座221上方且用於與該待研磨工件3接觸研磨的研磨墊222。

該研磨裝置2在使用時，藉由該供壓單元212調整該氣室24內的壓力，並利用壓力改變來調整該彈性膜1的輪廓以吸附該待研磨工件3。當開始研磨時，該研磨頭21會與該研磨台22相對轉動，該供液噴頭23會提供研磨液到該研磨台22上，而該研磨頭21會通過該供壓單元212提供壓力進入該氣室24，並使該彈性膜1向下形變並施加一個下壓力(Downforce)到該待研磨工件3，該待研磨工件3會與該研磨台22接觸並轉動磨擦，並達到研磨整平的效果。

然而，已知的該彈性膜1為了維持自身的彈性，故材質為具有回復彈性的高分子材料所製成，而研磨過程中所產生的熱能的一部分會被該彈性膜1所吸收，造成該彈性膜1產生些微的熱熔形變，並與該待研磨工件3產生沾粘現象，此時，即使調整該供壓單元212來改變該彈性膜1的輪廓也無法使兩者分離。上述沾黏現象除了會造成該研磨裝置2的機台異常當機，需要額外增加人力進行故障排除之外，也會影響到該待研磨工件3整體的產線流暢度。

因此，本發明的目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的彈性膜。

於是，本發明用於研磨頭的彈性膜，適用於安裝在該研磨頭的底部，並用於吸附一個待研磨工件，該彈性膜包含一個膜本體，及一層抗沾黏層。該膜本體包括一個底壁，及一個由該底壁之周緣向上延伸且連接於該研磨頭的外環壁，該底壁具有一個位於底部且朝向該待研磨工件的貼附面。該抗沾黏層披覆在該貼附面的底部，且中介於該貼附面及該待研磨工件間。

本發明之功效在於：該抗沾黏層能讓該彈性膜與該待研磨工件間輕易地分離，可降低製造過程中機台當機的風險，並提升產線的順暢度。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3、圖4與圖5，本發明彈性膜4的一第一實施例，適用於安裝在一個研磨頭5的底部，並用於吸附一個例如半導體晶圓等的待研磨工件6。該研磨頭5包含一個盤體51、一個設置在該盤體51內且界定出一個上下連通的供壓通道520的金屬座體52，及一個穿設於該供壓通道520的供壓單元53。該彈性膜4包含一個膜本體41，及一層抗沾黏層42。

該膜本體41連接於研磨頭5，並包括一個相間隔地位於該研磨頭5之該金屬座體52下方的底壁411，及一個由該底壁411之周緣向上延伸且安裝連結於該研磨頭5之該金屬座體52周緣的外環壁412，該底壁411具有一個位於底部且朝向該待研磨工件6的貼附面414。該底壁411、該外環壁412及該金屬座體52相配合界定出一個與該供壓單元53連通的氣室413。

該抗沾黏層42中介於該貼附面414及該待研磨工件6間，且完全遮蓋地披覆在該貼附面414上。該抗沾黏層42為能耐高溫且不易產生熱熔形變的高分子聚合物材料，其選自環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、丙烯酸系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對二甲苯系樹脂和其組合物。在本第一實施例中，該抗沾黏層42的厚度為1.5μm，而當該抗沾黏層42的厚度大於1.5μm時，會因厚度過厚而造成彈性下降而過硬，進而影響到研磨時所需施加的參數條件。

該彈性膜4在使用時，使用者可通過該供壓單元53來調整該氣室413內的壓力大小，並進一步控制該膜本體41的外型輪廓來吸附該待研磨工件6，或是施加下壓力於該待研磨工件6並進行研磨。而當該待研磨工件6研磨完畢後，通過該抗沾黏層42，能降低該膜本體41及該待研磨工件6間因受熱而產生的黏著力，故使用者能通過調整該氣室413內的壓力而使該彈性膜4與該待研磨工件6分離，降低兩者間因無法分離而造成機台當機的機率。

參閱圖6，本發明彈性膜4的一第二實施例的構造大致相同於該第一實施例，其差別在於：該膜本體41的該貼附面414具有一個位於中心且呈圓形的中心部位415，該抗沾黏層42包括一個僅披覆在該中心部位415上的第一覆蓋區421。其設計的用途在於因該貼附面414的該中心部位415在研磨過程中所受到的下壓力較大，與該待研磨工件(圖未示)間的所產生的沾粘力也最大。故本第二實施例僅在該中心部位415披覆上該抗沾黏層42，除了能達到該膜本體41與該待研磨工件間的易於分離之功效外，還能降低該抗沾黏層42的使用量，節省原料的成本。

在本第二實施例中，該抗沾黏層42的該第一覆蓋區421在該貼附面414上的面積覆蓋率約介於2.5~32%之間，以該貼附面414的直徑為300mm為例，該第一覆蓋區421為一同心圓，其該第一覆蓋區421的直徑約介於47mm至170mm之間。當該第一覆蓋區421的面積覆蓋率低於2.5%時，該膜本體41與該待研磨工件間存在的黏附力仍然過大，會使兩者間不易脫離。而當該第一覆蓋區421的面積覆蓋率大於32%時，因已足夠涵蓋該膜本體41與該待研磨工件間黏附力最強的中央區域，對於降低兩者間的黏附力上不會再有明顯的效益，反而可能徒增用料成本。

參閱圖7，本發明彈性膜4的一第三實施例的構造大致相同於該第二實施例，其差別在於：該膜本體41的該貼附面414還具有一個相間隔地圍繞於該中心部位415外圍且呈環形的周緣部位416，該抗沾黏層42還包括一個披覆在該周緣部位416上的第二覆蓋區422。在本第三實施例中，該第二覆蓋區422是呈一個由該貼附面414的周緣朝向中心方向內縮約45mm的環形，而該第二覆蓋區422於該貼附面414上的面積覆蓋率約為50%。

此設計的改良點在於：在該彈性膜4與該待研磨工件6間，有被該抗沾黏層42所覆蓋之區域的摩擦力，會與未被該抗沾黏層42所覆蓋之區域的摩擦力有些許差異，故在本第三實施例中，除了在該中心部位415上披覆有該抗沾黏層42的該第一覆蓋區421外，在該周緣部位416上也披覆有該抗沾黏層42的該第二覆蓋區422，能使該膜本體41內外圈所受到的摩擦力較為平均。

補充說明的是，該第二覆蓋區421的型態並不以環形為限制，根據該抗沾黏層42的成膜方式不同，也可以有不同的形狀。參閱圖8，本發明彈性膜4的一第四實施例的構造大致相同於該第三實施例，其差別在於：該貼附面414的該周緣部位416是非連續地圍繞該中心部位415，而該第二覆蓋區422於該貼附面414上的面積覆蓋率介於40~50%之間。

應該注意的是，在該第一實施例、該第二實施例以及該第三實施例的其餘變化態樣中，該膜本體41的形貌可以有所變化，而該膜本體41與該金屬座體52相配合界定出的該氣室413的數量也能增加，具體來說，該膜本體41與該金屬座體52能相配合界定出複數個氣室413，而相對應地，該金屬座體52也形成複數個數量與該氣室413相對應的該等供壓通道520。當設有複數個氣室413時，即能通過調整該供壓單元53而使該等氣室413內都具有不同的壓力，來進一步調整施予不同的下壓力至該待研磨工件6上的不同部位。惟因該彈性膜4與該金屬座體52間的相對關係並非本發明之技術特徵，故在此不再詳細說明。

綜上所述，本發明彈性膜4的該貼附面414披覆有該抗沾黏層42，能讓該膜本體41與該待研磨工件6間能輕易的分離，降低生產過程中機台當機的風險，並提升產線的順暢度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

4‧‧‧彈性膜

41‧‧‧膜本體

411‧‧‧底壁

412‧‧‧外環壁

413‧‧‧氣室

414‧‧‧貼附面

415‧‧‧中心部位

416‧‧‧周緣部位

42‧‧‧抗沾黏層

421‧‧‧第一覆蓋區

422‧‧‧第二覆蓋區

5‧‧‧研磨頭

51‧‧‧盤體

52‧‧‧金屬座體

520‧‧‧供壓通道

53‧‧‧供壓單元

6‧‧‧待研磨工件

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一不完整的示意圖，說明一待研磨工件與已知的一研磨裝置相對關係； 圖2是一不完整的側面剖視圖，說明該待研磨工件與已知的該研磨裝置的一研磨頭及一彈性膜的相對關係； 圖3是一不完整的側面剖視圖，說明本發明彈性膜的一第一實施例安裝在一研磨頭的一金屬座體下，且用於吸附一待研磨工件； 圖4是一不完整的側面剖視放大圖，說明該第一實施例安裝在該金屬座體及該待研磨工件間的相對關係； 圖5是一仰視圖，說明該第一實施例的一抗沾黏層的分布情形； 圖6是一仰視圖，說明本發明彈性膜的一第二實施例的該抗沾黏層的分布情形； 圖7是一仰視圖，說明本發明彈性膜的一第三實施例的該抗沾黏層的分布情形；及 圖8是一仰視圖，說明本發明彈性膜的一第四實施例的該抗沾黏層的分布情形。

Claims (5)

1. 一種用於研磨頭的彈性膜，適用於安裝在該研磨頭的底部，並用於吸附一個待研磨工件，該彈性膜包含：一個膜本體，包括一個底壁，及一個由該底壁之周緣向上延伸且連接於該研磨頭的外環壁，該底壁具有一個位於底部且朝向該待研磨工件的貼附面，該貼附面具有一個位於中心的中心部位；及一層抗沾黏層，披覆在該貼附面的底部，且中介於該貼附面及該待研磨工件間，並包括一個對應覆蓋該貼附面的該中心部位的第一覆蓋區，該第一覆蓋區於該貼附面上的面積覆蓋率介於2.5%至32%之間；其中，該貼附面還具有一個相間隔地圍繞於該中心部位外圍的周緣部位，該抗沾黏層還包括一個與該第一覆蓋區同心間隔，且對應覆蓋於該貼附面的該周緣部位的第二覆蓋區，該第二覆蓋區呈由該貼附面的周緣朝中心方向內縮的環形。
2. 如請求項1所述的用於研磨頭的彈性膜，其中，該抗沾黏層的材料為高分子材料。
3. 如請求項1所述的用於研磨頭的彈性膜，其中，該抗沾黏層的材料選自環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、丙烯酸系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對二甲苯系樹脂和其組合物。
4. 如請求項1所述的用於研磨頭的彈性膜，其中，該貼附面的該周緣部位是不連續地圍繞該中心部位。
5. 如請求項1所述的用於研磨頭的彈性膜，其中，該第二覆蓋區於該貼附面上的面積覆蓋率實質上為50%。