彈性膜、基板保持裝置及研磨裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于保持晶片等基板的基板保持裝置的彈性膜。此外，本發明涉及一種具備此種彈性膜的基板保持裝置及研磨裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，伴隨半導體設備的高積體化、高密度化，電路配線越來越微細化，多層配線的層數也不斷增加。為了謀求電路微細化而且實現多層配線，由于遵循下側層的表面凹凸而且階梯差更大，因此隨著配線層數增加，膜被覆性(階躍式覆蓋率)對形成薄膜時的階梯差形狀變差。因此，為了實施多層配線，必須改善該階躍式覆蓋率，并以適當的過程進行平坦化處理。此外，因為焦點深度隨光微影術的微細化而變淺，所以需要將半導體設備表面實施平坦化處理，使半導體設備表面的凹凸階梯差達到焦點深度以下。
[0003]因此，在半導體設備的制造工序中，半導體設備表面的平坦化越來越重要。該表面平坦化中最重要的技術是化學機械研磨(CMP:Chemical mechanical Polishing)。該化學機械研磨是在研磨墊的研磨面上供給包含二氧化硅(Si02)等磨料的研磨液，并使晶片滑動接觸于研磨面來進行研磨的。
[0004]用于進行CMP的研磨裝置具備:支撐研磨墊的研磨臺；及用于保持晶片的頂環或是稱為研磨頭等的基板保持裝置。使用此種研磨裝置進行晶片的研磨情況下，由基板保持裝置保持晶片，并以指定壓力將該晶片向研磨墊的研磨面按壓。此時，通過使研磨臺與基板保持裝置相對移動，晶片滑動接觸于研磨面，從而研磨晶片表面。
[0005]研磨中的晶片與研磨墊的研磨面間的相對按壓力在整個晶片面上不均勻時，根據施加給晶片各部分的按壓力而發生研磨不足或過度研磨。因此，為了使對晶片的按壓力均勻化，而在基板保持裝置下部設置由彈性膜形成的壓力室，通過在該壓力室中供給空氣等流體，經由彈性膜而由流體壓按壓晶片。
[0006]因為上述研磨墊具有彈性，所以有時施加于研磨中的晶片邊緣部(周緣部)的按壓力不均勻，而發生僅晶片邊緣部被研磨較多的所謂“邊緣塌陷”的情況。為了防止此種邊緣塌陷，將保持晶片邊緣部的擋環設成可對頂環本體(或運載頭(Carrier Head)本體)進行上下移動，并以擋環按壓位于晶片外周緣側的研磨墊的研磨面。
[0007]【先前技術文獻】
[0008]【專利文獻】
[0009][專利文獻I]日本特開2013-111679號公報
【發明內容】
[0010](發明所要解決的問題)
[0011]近年來，半導體設備的種類增加快速，按照每個設備或每個CMP工序(氧化膜研磨或金屬膜研磨等)調整晶片邊緣部的研磨剖面的必要性提高。作為原因之一，可列舉出:各CMP工序之前進行的成膜工序因膜種類不同而不同，所以晶片的初期膜厚分布不同。通常在CMP后整個晶片需要使膜厚分布均勻，所以各個不同初期膜厚分布需要的研磨剖面不同。
[0012]還可舉出其他原因，即從成本等觀點出發，研磨裝置所使用的研磨墊及研磨液等的種類繁多。研磨墊或研磨液等消耗材料不同時，特別是晶片邊緣部的研磨剖面差異很大。在半導體設備制造中，晶片邊緣部的研磨剖面對產品的成品率的影響很大。因此，在晶片邊緣部，特別是在半徑方向狹窄的區域精密調整晶片邊緣部的研磨剖面是非常重要的。
[0013]為了調整晶片邊緣部的研磨剖面，提出有專利文獻I所示的各種彈性膜。但是，這些彈性模適合調整比較寬的區域的晶片邊緣部的研磨剖面的情況。
[0014]因此，本發明的目的為提供一種可在晶片邊緣部的狹窄區域精密調整研磨剖面的彈性膜(Membrane)。此外，本發明的目的為提供一種具備這種彈性膜的基板保持裝置及研磨裝置。
[0015](用于解決問題的手段)
[0016]本發明一方式是用于基板保持裝置的彈性膜，其特征在于，具備:抵接部，該抵接部抵接于基板，并將該基板按壓于研磨墊；第一邊緣周壁，該第一邊緣周壁從所述抵接部的周端部向上方延伸；及第二邊緣周壁，該第二邊緣周壁具有連接于所述第一邊緣周壁的內周面的水平部，所述第一邊緣周壁的內周面具有相對所述抵接部垂直延伸的上側內周面及下側內周面，所述上側內周面從所述第二邊緣周壁的所述水平部向上方延伸，所述下側內周面從所述第二邊緣周壁的所述水平部向下方延伸。
[0017]優選方式的特征在于，所述上側內周面及所述下側內周面處于同一面內。
[0018]優選方式的特征在于，在所述下側內周面上形成有沿所述第一邊緣周壁的周向延伸的環狀槽。
[0019]優選方式的特征在于，所述環狀槽形成于所述下側內周面的下端。
[0020]優選方式的特征在于，還具備配置于所述第二邊緣周壁的徑向內側的第三邊緣周壁，所述第三邊緣周壁的下端連接于所述抵接部，所述第三邊緣周壁的下端鄰接于所述第一邊緣周壁。
[0021]本發明另一方式是基板保持裝置，其特征在于，具備:彈性膜，該彈性膜形成用于按壓基板的多個壓力室；頭本體，該頭本體安裝所述彈性膜；及擋環，該擋環以包圍所述基板的方式配置；所述彈性膜是上述彈性膜。
[0022]本發明又一方式是研磨裝置，具備:研磨臺，該研磨臺用于支撐研磨墊；及基板保持裝置，該基板保持裝置用于將基板按壓于所述研磨墊。所述研磨裝置的特征在于，所述基板保持裝置具備:彈性膜，該彈性膜形成用于按壓基板的多個壓力室；頭本體，該頭本體安裝所述彈性膜；及擋環，該擋環以包圍所述基板的方式配置；所述彈性膜是上述彈性膜。
[0023](發明的效果)
[0024]通過將彈性膜使用于研磨裝置的基板保持裝置，可精密控制在基板外周部的狹窄范圍的研磨率。因此，在各種處理中，基板面內的研磨率的均勻性提高，可使成品率提高。
【附圖說明】
[0025]圖1是表示研磨裝置一實施方式的圖。
[0026]圖2是表示設于圖1所示的研磨裝置的研磨頭(基板保持裝置)的圖。
[0027]圖3是表示設于圖2所示的研磨頭的彈性膜(Membrane)的剖面圖。
[0028]圖4是表示彈性膜的一部分的放大剖面圖。
[0029]圖5是第一邊緣周壁的上側內周面及下側內周面傾斜時力的作用方向的說明圖。
[0030]圖6是第一邊緣周壁的上側內周面及下側內周面傾斜時力的作用方向的說明圖。
[0031]圖7是第一邊緣周壁的上側內周面傾斜時力的作用方向的說明圖。
[0032]圖8是第一邊緣周壁的下側內周面傾斜時力的作用方向的說明圖。
[0033]圖9是第一邊緣周壁的上側內周面及下側內周面相對抵接部垂直延伸時力的作用方向的說明圖。
[0034]圖10是表示彈性膜的另一實施方式的剖面圖。
[0035]圖11是表示彈性膜的又一實施方式的剖面圖。
[0036]符號說明
[0037]I研磨頭
[0038]2 頭本體
[0039]3 擋環
[0040]5、6、7、8 保持環
[0041]10 彈性膜(Membrane)
[0042]10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h 周壁
[0043]11抵接部
[0044]12中央壓力室
[0045]14a、14b邊緣壓力室
[0046]16aU6bU6cU6dU6e 中間壓力室
[0047]17 通孔
[0048]18研磨臺
[0049]18a 臺軸
[0050]19研磨墊
[0051]19a研磨面
[0052]20、22、24a、24b、24c、24d、24e、24f 流路
[0053]25研磨液供給噴嘴
[0054]26、28、30a、30b、30c、30d、30e、30f 流體管線
[0055]32流體供給源
[0056]34 固定室
[0057]36 流路
[0058]38流體管線
[0059]40控制裝置
[0060]64頭支臂
[0061]66旋轉筒
[0062]67定時帶輪
[0063]68頭馬達
[0064]69定時帶
[0065]70定時帶輪
[0066]80支臂旋轉軸
[0067]81上下移動機構
[0068]82旋轉接頭
[0069]83 軸承
[0070]84 橋部
[0071]85支撐臺
[0072]86 支柱
[0073]88滾珠絲杠
[0074]88a絲杠軸
[0075]88b 螺母
[0076]90伺服馬達
[0077]101內周面
[0078]1la上側內周面
[0079]1lb下側內周面
[0080]102外周面
[0081]103 彎曲部
[0082]104凸緣部
[0083]105環狀槽
[0084]111