化學(xué)機械拋光裝置的承載頭的隔膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及化學(xué)機械拋光裝置用承載頭的隔膜，詳細(xì)地，涉及可以在開始實施化學(xué)機械拋光工序，并向隔膜底板的上側(cè)的壓力腔室施加靜壓，使得隔膜底板向下側(cè)移動時，緩沖作用于隔膜底板和固定片之間的應(yīng)力的不均衡的化學(xué)機械拋光裝置用承載頭的隔膜。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)機械拋光(CMP)裝置是為了在半導(dǎo)體元件的制造過程中去除因反復(fù)執(zhí)行掩膜、蝕刻及布線工序等而生成的晶片表面的凹凸所導(dǎo)致的單元區(qū)域和周邊電路區(qū)域之間的高度差，實現(xiàn)廣域平坦化，并且為了提高隨著電路形成用觸點/布線膜分離及高集成元件化而要求的晶片表面粗糙度，對晶片的表面進行精密拋光加工。
[0003]在這種CMP裝置中，在進行拋光工序之前和進行拋光工序之后，承載頭以使晶片的拋光面與拋光墊片相向的狀態(tài)下，對上述晶片進行施壓，從而執(zhí)行拋光工序，并且，若拋光工序結(jié)束，則對晶片進行直接或間接的真空吸附，從而以把持的狀態(tài)向下一個工序移動。
[0004]圖1為承載頭1的簡圖。如圖1所示，承載頭1包括:本體部20、25，從外部接收旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力來進行旋轉(zhuǎn)；擋圈130，安裝成用于包圍本體部20、25的環(huán)形態(tài)，并與本體部20、25 一同旋轉(zhuǎn)；彈性材質(zhì)的隔膜10，固定于本體部20、25的底座25，并在上述隔膜10和底座25之間的空間形成有多個壓力腔室Cl、C2、C3、C4、C5 ;以及壓力控制部40，通過空氣壓力供給路45來向壓力腔室Cl、C2、C3、C4、C5送入空氣或從壓力腔室Cl、C2、C3、C4、C5排出空氣，并調(diào)節(jié)壓力。
[0005]圖2為現(xiàn)有的隔膜10的半剖視圖。S卩，以中心軸76為中心，通過使圖2的剖面旋轉(zhuǎn)來形成隔膜10。因此，固定片13為環(huán)形態(tài)的薄的可撓性的板形狀。
[0006]彈性材質(zhì)的隔膜10在用于對晶片W進行施壓的平坦的底板11的邊緣末端以折彎的方式形成有側(cè)面12。隔膜10的中央部的末端11a固定于底座120，從而形成直接吸入晶片W的吸入孔77。也可以無需在隔膜150的中央部形成吸入孔，而是將隔膜10的中央部形成為用于對晶片W進行施壓的面。在隔膜10的中心至側(cè)面12之間形成有多個固定于底座25的環(huán)形態(tài)的固定片13，從而以固定片13為基準(zhǔn)，由多個壓力腔室(:1、02、03、04、05排列成同心圓形態(tài)。
[0007]其中，固定片13包括:垂直延伸部13a，從隔膜底板11向上側(cè)延伸；以及水平延伸部13b，從垂直延伸部13a的上端部向水平方向折彎而成。此時，在固定片13的一部分中，第一垂直延伸部13al可呈從底板11向上側(cè)延伸而成的形態(tài)，第一水平延伸部13bl可呈從第一垂直延伸部13al的上端部延伸而成的形態(tài)，第二水平延伸部13a2可呈從第一水平延伸部13bl的末端部向上側(cè)延伸而成的形態(tài)，第二水平延伸部13b2可呈從第二垂直延伸部13a2的上端部延伸而成的形態(tài)。即，可由第一垂直延伸部13al和第二垂直延伸部13a2形成垂直延伸部13a，可由第一水平延伸部13bl和第二水平延伸部13b2形成水平延伸部13b。
[0008]另一方面，在以往的隔膜10中，固定片13的水平延伸部13b的長度L1、L2根據(jù)本體部25的固定位置來定。在這種狀態(tài)下，若為了實施化學(xué)機械拋光工序而向壓力腔室C1、C2、……施加靜壓，則本體部25的高度得到固定，但由于可撓性材質(zhì)的隔膜10在膨脹的過程中使隔膜底板11向下方移動約2?3mm的距離d，從而使緊貼于隔膜底板11的底面的晶片W向下方移動，使得晶片W的拋光面與拋光墊相接觸。并且，隨著本體部20、25的旋轉(zhuǎn)，隔膜10 —同旋轉(zhuǎn)，并一邊使晶片W旋轉(zhuǎn)，一邊執(zhí)行晶片W的拋光工序。
[0009]但是，如圖2所示，在固定片13的水平延伸部13b的長度以不規(guī)則的方式排列的情況下，固定片13和隔膜底板11的連接部位Cm中的應(yīng)力發(fā)生較大變動，并引發(fā)隔膜底板11的局部變形，從而導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地施壓位于隔膜底板11的底面的晶片W的問題。
[0010]例如，如圖4及圖5所示，針對具有固定片13的水平延伸部13b的長度L均恒定的固定片13’的隔膜10’，如同開始實施化學(xué)機械拋光工序時，向壓力腔室施加靜壓來使隔膜底板11向下方移動的狀態(tài)下，觀察對隔膜底板11產(chǎn)生作用的應(yīng)力分布圖Pr，可以確認(rèn)，在隔膜底板11和固定片13’的連接部Cm中，對隔膜底板11產(chǎn)生作用的應(yīng)力發(fā)生很大的增減，從而導(dǎo)致應(yīng)力偏差e較大。圖4示出了對圖5所示的應(yīng)力分布圖Pr的數(shù)值解釋結(jié)果。
[0011]像這樣，即使固定片13的水平延伸部13b的長度L均恒定，也會在固定片13和隔膜底板11相連接的部分中，由各個壓力腔室C1、C2……實施施壓的施加力存在偏差，因此，在壓力腔室Cl、C2……的邊界區(qū)域中對晶片進行施壓的施加力無法得到準(zhǔn)確的控制，并成為降低晶片W的拋光品質(zhì)的原因。
[0012]另一方面，如圖1至圖5所示，現(xiàn)有的隔膜10將固定片13的水平延伸部13b的延伸方向以交替的方式，朝向徑向向內(nèi)的方向延伸和朝向徑向向外的方向延伸，而如圖3所示，若向壓力腔室C1、C2、C3……施加空氣壓力，使壓力腔室C1、C2、C3膨脹來使向下方推擠底板11并進行施壓的施加力P產(chǎn)生作用，則以朝向徑向向外的方向延伸的水平延伸部13b2形成的固定片13x2的垂直延伸部13a2朝向半徑內(nèi)側(cè)膨脹，以朝向徑向向內(nèi)的方向延伸的水平延伸部13bl形成的固定片13x1的垂直延伸部13al向半徑外側(cè)膨脹，因此，如附圖標(biāo)記10dl、10d2所示，與固定片13x1、13x2相遇的底板11將施加向相反的方向旋轉(zhuǎn)的成分的力量。
[0013]由此，固定片13x1、13x2的水平延伸部13bl、13b以相向的方式配置，從而相反于凝聚形態(tài)的壓力腔室C2(圖3)的底板區(qū)域U由借助從邊界舉起的力量10dl、10d2，以向上突出的方式彎折的變形發(fā)生作用，而固定片13o、13i的水平延伸部13bo、13bi朝向相反的方向配置，從而使展開形態(tài)的壓力腔室Cl、C3(圖3)的底板區(qū)域D由借助向臨近邊界的壓力腔室的內(nèi)側(cè)凹陷的力量10d2、10dl，向下凸出地方式展開的變形發(fā)生作用。
[0014]基于這種原理，隨著交替地施加以交替方式卷縮(收縮)或展開(膨脹)的力量，被分割成多個的壓力腔室c1、C2、C3、C4、C5的底面即使從壓力調(diào)節(jié)部40向壓力腔室C1、C2、C3……施加指定的壓力，也因壓力腔室C1、C2、C3……的壓力而使向下施壓于位于底板11的下側(cè)的晶片W的力量成為產(chǎn)生差異的原因，從而，具有在底板11發(fā)生不規(guī)則的變形的同時，實際導(dǎo)入晶片W的施加力畸變的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0015]解決的技術(shù)問題
[0016]本實用新型是在上述的技術(shù)背景下提出的，本實用新型的目的在于，提供可以在開始實施化學(xué)機械拋光工序，并向隔膜底板的上側(cè)的壓力腔室施加靜壓，同時使得隔膜底板向下側(cè)移動時，緩沖作用于隔膜底板和固定片之間的應(yīng)力的不均衡的化學(xué)機械拋光裝置用承載頭的隔膜及具有上述隔膜的承載頭。
[0017]S卩，本實用新型的目的在于，更加均勻地維持在隔膜和本體部之間被分割成多個的壓力腔室的邊界區(qū)域所導(dǎo)入的加壓力，從而將隔膜底板的變形最小化。
[0018]由此，本實用新型的目的在于，借助多個壓力腔室的底面的變形來防止對晶片進行加壓的加壓力發(fā)生歪曲，在壓力腔室的邊界中，也可以對晶片施加準(zhǔn)確的加壓力，從而在整個板面中準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)晶片的拋光厚度，最終提高晶片的拋光品質(zhì)。
[0019]技術(shù)方案
[0020]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供化學(xué)機械拋光裝置的承載頭的隔膜，上述化學(xué)機械拋光裝置的承載頭的隔膜包括:底板，對晶片的板面進行加壓；側(cè)面，從上述底板的邊緣向上側(cè)折彎而成；以及固定片，包括多個垂直延伸部和水平延伸部，上述多個垂直延伸部在上述側(cè)面和上述底板的中心之間以環(huán)形向上延伸而成，上述水平延伸部從上述多個垂直延伸部的上端部水平延伸，上述水平延伸部與上述承載頭的本體部相結(jié)合，在上述底板和上述本體部之間形成多個壓力腔室，上述水平延伸部從上述底板的中心越遠(yuǎn)則形成得越長。
[0021]這是為了，當(dāng)為了開始實施化學(xué)機械拋光工序而向隔膜底板的上側(cè)的壓力腔室施加靜壓來使壓力腔室膨脹，并使隔膜底板向下側(cè)移動時，隨著距離底板的中心逐漸變遠(yuǎn)，固定片的與水平延伸部和垂直延伸部相連接的圓形態(tài)的連接長度S1、S2、S3、S4逐漸變長，從而增加水平延伸部和垂直延伸部展開所需的力量，因此，隨著距離底板的中心逐漸變遠(yuǎn)，固定片逐漸以更長的方式形成水平延伸部，從而將由水平延伸部和垂直延伸部之間的連接部的圓周方向的周長變長引起的變高(水平延伸部和垂直延伸部之間的角度展開)的彎曲剛性以變得更長的水平延伸部的