化學機械拋光裝置用承載頭的隔膜及承載頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種化學機械拋光裝置用承載頭的隔膜，更詳細地，涉及一種在化學機械拋光工序中，可以抑制因最外側壓力腔室的壓力高于大氣壓而使隔膜的側面向徑向向外凸出的變形，并且可以準確地控制沿著隔膜的側面來傳遞加壓力的化學機械拋光裝置用承載頭的隔膜。
【背景技術】
[0002]化學機械拋光(CMP)裝置是為了在半導體元件的制造過程中用于去除因反復執行掩膜、蝕刻及布線工序等而生成的晶片表面的凹凸所導致的電池區域和周邊電路區域之間的高度差，實現廣域平坦化，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下，對上述晶片進行加壓，從而執行拋光工序，并且，若拋光工序結束，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110;底座120，與本體110—同旋轉;擋圈130，安裝成包圍底座120的環形，并與底座120—同旋轉;彈性材質的隔膜140，固定于底座120，并在與底座120之間的空間形成有壓力腔室(:1工2、03工4、05;以及壓力控制部150，通過空氣壓力供給路155來向壓力腔室(:1工2、03工4、05送入空氣或從壓力腔室C1、C2、C3、C4、C5抽出空氣，從而調節壓力。
[0005]彈性材質的隔膜140在用于對晶片W進行加壓的平坦的底板141的邊緣末端以折彎的方式形成有側面142。隔膜140的中央部的末端140a固定于底座120，從而形成直接吸入晶片W的吸入孔77。也可以不在隔膜150的中央部形成吸入孔，而是形成為用于對晶片W進行加壓的面。在隔膜140的中心至側面142之間形成有多個固定于底座120的環形的隔壁143，從而以隔壁143為基準，由多個壓力腔室(:1工2、03工4、05排列成同心圓形態。
[0006]在隔膜140的側面142的上部形成有側面加壓腔室Cy，上述側面加壓腔室Cy被從隔膜140的側面142延伸的固定片包圍。加壓腔室Cy的空氣壓力也被壓力控制部150控制，由此，若向加壓腔室Cy供給空氣壓力，則加壓腔室Cy向側面142傳遞作用力Fcx，向側面142和環形環160傳遞的作用力Fcx通過側面142來傳遞，從而起到對晶片W的邊緣進行加壓的加壓力Fv的作用。在附圖中，作為未說明的附圖標記的145為用于使環形環160位于側面142的支撐關起。
[0007]與此同時，通過空氣壓力供給路155，從壓力控制部150向壓力腔室(:1工2、03工4、〇5傳遞空氣壓力，從而借助壓力腔室(:1工2、03工4、05的壓力……P4、P5來對位于底板141的底面的晶片W的板面進行加壓。
[0008]在此情況下，若向最外側的壓力腔室C5供給空氣壓力，則最外側的壓力腔室C5的壓力變得高于大氣壓，因此，最外側的壓力腔室C5的壓力變得比周邊高且膨脹，使得與最外側的壓力腔室C5和大氣形成邊界的側面142發生向徑向向外方向凸出的變形44。由此，即使位于隔膜的側面142的上側的加壓腔室Cy的壓力變高，加壓腔室Cy的壓力沿著側面142向晶片邊緣傳遞的加壓力每次都會不同，因此，在晶片的邊緣存在很難均勻地控制拋光量的問題。不僅如此，雖然朝向隔膜的側面142的徑向向外方向的突出變形量變大，但也因與擋圈130的內周面之間的接觸而相互干涉，從而存在限制擋圈130和隔膜140向上下方向以相互獨立的方式移動的問題。
[0009]為了解決這種問題，如圖1及圖2所示，曾進行如下嘗試:在隔膜的側面142的外側安裝硬度和彎曲剛性高于側面142的樹脂或塑料等材質形成的外側固定體170，由此，即便最外側的壓力腔室C5的壓力變高，也可以抑制側面142膨脹。
[0010]但在隔膜140的側面142固定外側固定體170的情況下，在化學機械拋光工序中，漿料和拋光粒子沿著由附圖標記67所示的路徑向側面142和擋圈130之間流入，異物向外側固定體170和可撓性材質的隔膜的側面142之間的縫隙66積累并固著，使得固著有異物的隔膜的側面142的一部分變形變得不均衡，導致具有沿著側面142向下傳遞的加壓力Fv的傳遞率變得不均衡的問題。不僅如此，若異物的固著程度變多，則同樣使擋圈130的內周面和異物相接觸并相干涉，因此，也存在限制擋圈130和隔膜140向上下方向相互獨立地移動的問題。
【實用新型內容】
[0011]解決的技術問題
[0012]本實用新型是在上述的技術背景下提出的，本實用新型的目的在于，提供即使不將外側固定體固定于隔膜的側面，也可以抑制隔膜的側面因最外側的壓力腔室的壓力而向徑向向外膨脹的化學機械拋光裝置用承載頭的隔膜及承載頭。
[0013]由此，本實用新型的目的在于，在化學機械拋光工序中，可以更加容易和準確地控制從位于隔膜的側面的上側的加壓腔室向晶片的邊緣區域進行加壓的加壓力，從而可以更加準確地控制晶片的邊緣區域中的拋光量。
[0014]并且，本實用新型的目的在于，在化學機械拋光工序中，隔膜的側面和擋圈相互獨立地進行順暢的上下移動，從而防止通過它們之間的干涉來對晶片進行加壓的加壓力發生歪曲。
[0015]并且，本實用新型的目的在于，在化學機械拋光工序中，借助向晶片的邊緣施加的作用力，來將在拋光墊產生皺紋的現象最小化，從而精巧地調節晶片的拋光厚度。
[0016]技術方案
[0017]為了實現上述目的，本實用新型提供化學機械拋光裝置用承載頭的隔膜，其特征在于，包括:底板，由可撓性材質形成；以及側面，在上述底板的邊緣折彎而成，并由可撓性材質形成，與上述底板相鄰的下側區域的第一厚度相比，位于其上側的上側區域中以更大的第二厚度形成，在上述側面未固定有材質與上述側面不同的固定體。
[0018]這是為了即使不將外側固定體固定于隔膜的側面，也可以使上側區域中的第二厚度相比于隔膜的側面的下側區域的第一厚度更厚，從而即使最外側的壓力腔室的壓力高于大氣壓，也可以防止發生向半徑方向凸出的變形，由此，在化學機械拋光工序中，可以更加容易和準確地控制從位于最外側的壓力腔室的上側的加壓腔室向晶片的邊緣區域進行加壓的加壓力，最終可以在晶片的邊緣區域中更加精巧地控制拋光量。
[0019]并且，本實用新型可以在化學機械拋光工序中抑制隔膜的側面向徑向向外方向凸出的變形，從源頭上防止隔膜的側面和擋圈相互干涉，使得隔膜的側面和擋圈可以相互獨立并順暢地進行上下移動。
[0020]在此情況下，優選地，隔膜的側面的上側區域的第二厚度形成為下側區域的第一厚度的兩倍以上。隨著下側區域的厚度小于上側區域的厚度，即使最外側的壓力腔室的壓力變高，也可以進一步抑制隔膜的側面向徑向向外凸出。
[0021]在此情況下，在側面的上側區域形成有向外突出部，上述向外突出部以環形向徑向向外突出，從而加強半徑方向的側面厚度，使得剖面變得更大，由此，即使存在基于最外側的壓力腔室的壓力，也可以抑制變形。
[0022]另一方面，上述向外突出部的半徑外周面可呈曲面。由此，在控制最外側的壓力腔室的壓力變高的情況下，即使可撓性材質的隔膜的側面向徑向向外發生變形來使向外突出部與承載頭的擋圈的內周面相接觸，也使擋圈和隔膜的側面的向外突出部僅實現環形的線接觸，從而將擋圈和隔膜的側面因相互干涉而形成不自然的移動的現象最小化，并能以光滑地接觸的狀態進行相對移動。
[0023]另一方面，在上述側面的上述上側區域形成有向內突出部，上述向內突出部的一部分以上與上述向外突出部的區域重疊，并以環形向半徑內側突出，從而可以通過向內突出部來傳遞位于側面的上側的加壓腔室的加壓力，并起到抑制側面向徑向向外凸出的作用。
[0024]并且，從上述側面的上端部以固定于承載頭的底座的方式延伸的第一固定片不具有彎曲部，僅以直線形態延伸。由此，與隔膜的側面的下側區域的第一厚度相比，上側區域的第二厚度以更大的方式形成，使得最外側的壓力腔室的壓力變高，從而即使產生向半徑方向推擠隔膜的側面的較大的作用力，作為薄的第一厚度的下側區域也會成為旋轉中心，使得具有更厚的第二厚度的上側區域具有整體向徑向向外方向旋轉的性質，并且，由于僅借助以直線形態延伸并固定于底座的第一固定片來抑制側面的上側區域向徑向向外推擠而移動的形態的變形。因此，即使在隔膜的側面不固定不可彎曲材質的固定體，也可以將隔膜的側面向徑向向外的位移最小化。
[0025]因此，從上述側面的上端固定于作為承載頭的本體部的底座的第一固定片的厚度以剖面大于其他固定片或環形隔壁的方式形成，并且，形成為大于等于側面的下側區域的第一厚度為佳。由此，固定于底座的第一固定片的伸長位移可以得到抑制，從而可以將隔膜的側面的上側區域向徑向向外推擠的位移最小化。