專(zhuān)利名稱(chēng)：拋光頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光頭。
背景技術(shù)：
在集成電路的制造過(guò)程中，隨著特征尺寸的縮小和金屬互連層數(shù)的增加，對(duì)晶圓表面平整度的要求也越來(lái)越高，化學(xué)機(jī)械拋光是目前最有效的全局平坦化技術(shù)。化學(xué)機(jī)械拋光是將晶圓由旋轉(zhuǎn)的拋光頭夾持，并將其以一定壓力壓在旋轉(zhuǎn)的拋光墊上，由磨粒和化學(xué)溶液組成的拋光液在晶圓和拋光墊之間流動(dòng)，晶圓表面在化學(xué)和機(jī)械的共同作用下實(shí)現(xiàn)平坦化。拋光頭起著夾持晶圓并對(duì)其背側(cè)施加壓力的作用，是實(shí)現(xiàn)表面平坦化的關(guān)鍵所在。在實(shí)際化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，拋光頭的保持環(huán)以某一壓力壓在旋轉(zhuǎn)的拋光墊上， 一方面可以防止晶圓從旋轉(zhuǎn)的拋光頭中甩出，另一方面可以改變拋光墊的壓縮量，從而改善邊緣效應(yīng)。然而保持環(huán)在這個(gè)過(guò)程中將發(fā)生磨損，隨著磨損量的增加，保持環(huán)對(duì)拋光墊的壓力會(huì)減小，一方面晶圓有甩出的危險(xiǎn)，另一方面保持環(huán)對(duì)拋光墊的壓縮量也相應(yīng)減小，進(jìn)而影響晶圓的均勻性。目前只是簡(jiǎn)單地將保持環(huán)設(shè)定某一壽命，當(dāng)磨損量達(dá)到一定程度時(shí)將其換掉。但這樣一方面不能解決在壽命期內(nèi)晶圓甩出的危險(xiǎn)以及對(duì)均勻性的影響，另一方面也會(huì)引起成本的增加。因此有必要提供一種改進(jìn)的拋光頭以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種可以獲得均勻的、一致的拋光效果的拋光頭。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提出一種拋光頭，所述拋光頭包括蓋板；主隔膜，所述主隔膜為環(huán)形且具有彈性，所述主隔膜固定在所述蓋板的下表面上；基座，所述基座固定在所述主隔膜的下表面上；柔性膜，所述柔性膜固定在所述基座的下表面上，其中柔性膜與所述基座限定出與外界連通的下腔室；和保持環(huán)，所述保持環(huán)固定在所述基座的下表面上，所述保持環(huán)的徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭通過(guò)設(shè)置具有彈性的主隔膜和徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小的保持環(huán)，從而可以使所述拋光頭對(duì)拋光墊施加的壓力保持不變。由于所述拋光頭對(duì)拋光墊施加的壓力保持不變，因此所述拋光頭不僅可以防止晶圓在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中被甩出，而且可以獲得均勻的、一致的拋光效果。此外，由于所述保持環(huán)的磨損不會(huì)降低拋光效果，因此所述保持環(huán)可以具有更長(zhǎng)的使用壽命，從而降低了拋光成本。另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭可以具有如下附加的技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所述蓋板、主隔膜和基座限定出與外界連通的上腔室，其中所述下腔室通過(guò)所述上腔室與外界連通。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述保持環(huán)的內(nèi)側(cè)面沿所述保持環(huán)的軸向延伸，且所述保持環(huán)的外側(cè)面向外傾斜。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述保持環(huán)的內(nèi)側(cè)面為臺(tái)階面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述柔性膜上一體地形成有多個(gè)環(huán)形肋，其中所述多個(gè)環(huán)形肋通過(guò)利用壓環(huán)固定在所述基座的下表面上以將所述柔性膜固定到所述基座上，相鄰兩個(gè)環(huán)形肋限定出一個(gè)環(huán)形空間，且最內(nèi)側(cè)環(huán)形肋限定出中心空間，所述下腔室由所述中心空間和全部的環(huán)形空間構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述主隔膜為彈簧或者橡膠件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述柔性膜由氯丁二烯或者硅橡膠制成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述保持環(huán)通過(guò)螺栓固定在所述基座的下表面上。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述保持環(huán)由聚亞苯基硫醚、聚醚醚酮或者陶瓷制成。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明拋光頭100、蓋板110、基座120、連接通道121、柔性膜130、環(huán)形肋131、環(huán)狀板 132、保持環(huán)140、底面141、141a、內(nèi)側(cè)面142、外側(cè)面143、主隔膜150、下腔室160、上腔室 170、壓環(huán)180、晶圓200、拋光墊300。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、 “連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。下面參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭100。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭100包括蓋板110、主隔膜150、基座120、柔性膜130和保持環(huán)140。主隔膜150 為環(huán)形且具有彈性，主隔膜150固定在蓋板110的下表面上。基座120固定在主隔膜150 的下表面上。柔性膜130固定在基座120的下表面上，其中柔性膜130與基座120限定出與外界連通的下腔室160。保持環(huán)140固定在基座120的下表面上，保持環(huán)140的徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小。在利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭100進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，對(duì)基座120施加一個(gè)方向向下的壓力F，由于主隔膜150具有彈性，所述壓力F首先通過(guò)基座120傳遞到保持環(huán)140上，然后再由保持環(huán)140傳遞到拋光墊300上，從而將保持環(huán)140以所述壓力F壓在拋光墊300上。如圖1所示，通過(guò)對(duì)保持環(huán)140進(jìn)行受力分析可以發(fā)現(xiàn)，保持環(huán)140在方向向下的所述壓力F、主隔膜150的方向向上的拉力Fm和拋光墊300的方向向上的支撐力Fr 的作用下實(shí)現(xiàn)力的平衡，即F = Fm+Fr。由于保持環(huán)140的徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小，因此隨著保持環(huán)140的磨損，保持環(huán)140的底面將由底面141磨損至底面141a，也就是說(shuō)保持環(huán)140的底面面積A 將減小。在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中所述壓力F保持不變，隨著保持環(huán)140的磨損，主隔膜150 的伸縮量將增大，這樣主隔膜150的所述拉力Fm也相應(yīng)地增大，因此拋光墊300的所述支撐力Fr將減小。如果根據(jù)保持環(huán)140的磨損率來(lái)對(duì)保持環(huán)140的所述底面面積A進(jìn)行計(jì)算，可以使拋光墊300的所述支撐力Fr的減小幅度等于保持環(huán)140的所述底面面積A的減小幅度，這樣保持環(huán)140對(duì)拋光墊300施加的壓力ft· (Pr = Fr/A)將保持不變，也就是說(shuō)拋光頭100對(duì)拋光墊300施加的壓力將保持不變。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭100通過(guò)設(shè)置具有彈性的主隔膜150和徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小的保持環(huán)140，從而可以使拋光頭100對(duì)拋光墊300施加的壓力保持不變。由于拋光頭100對(duì)拋光墊300施加的壓力保持不變，因此拋光頭100不僅可以防止晶圓200在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中被甩出，而且可以獲得均勻的、一致的拋光效果。此外，由于保持環(huán)140的磨損不會(huì)降低拋光效果，因此保持環(huán)140可以具有更長(zhǎng)的使用壽命，從而降低了拋光成本。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，主隔膜150可以是彈簧或者橡膠件。保持環(huán)140可以由耐腐蝕、耐磨材料制成，例如保持環(huán)140可以由聚亞苯基硫醚、聚醚醚酮或者陶瓷制成。在本發(fā)明的一個(gè)具體示例中，保持環(huán)140可以通過(guò)螺栓固定在基座120的下表面上。如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，保持環(huán)140的內(nèi)側(cè)面142可以沿保持環(huán) 140的軸向延伸，且保持環(huán)140的外側(cè)面143可以向外傾斜，從而可以使保持環(huán)140的徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小。而且，保持環(huán)140可以?xún)H通過(guò)改變外側(cè)面143向外傾斜的傾斜度來(lái)改變保持環(huán)140的徑向截面的面積，也就是說(shuō)保持環(huán)140可以?xún)H通過(guò)改變外側(cè)面143向外傾斜的傾斜度來(lái)使拋光墊300的所述支撐力Fr的減小幅度等于保持環(huán)140的所述底面面積A的減小幅度，拋光頭100對(duì)拋光墊300施加的壓力將保持不變。具體地，保持環(huán)140的內(nèi)側(cè)面142可以是臺(tái)階面，從而可以更好地與基座120配合。其中，保持環(huán)140的內(nèi)側(cè)面142是指在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)靠近晶圓200的側(cè)面， 保持環(huán)140的外側(cè)面143是指在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)遠(yuǎn)離晶圓200的側(cè)面，保持環(huán)140的徑向截面是指與保持環(huán)140的底面141平行的截面，保持環(huán)140處于圖1所示的狀態(tài)時(shí)，保持環(huán)140的徑向截面也是保持環(huán)140的水平截面。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，柔性膜130上可以一體地形成有多個(gè)環(huán)形肋131，其中多個(gè)環(huán)形肋131可以通過(guò)利用壓環(huán)180固定在基座120的下表面上以將柔性膜130固定到基座120上，相鄰兩個(gè)環(huán)形肋131可以限定出一個(gè)環(huán)形空間，且最內(nèi)側(cè)的環(huán)形肋131可以限定出中心空間，下腔室160可以由所述中心空間和全部的環(huán)形空間構(gòu)成。具體地，環(huán)形肋131的末端可以設(shè)置有垂直于環(huán)形肋131的本體的環(huán)狀板132，壓環(huán)180可以壓在環(huán)狀板 132上以將柔性膜130固定到基座120上。柔性膜130可以由彈性材料制成，例如可以由氯丁二烯或者硅橡膠制成。如圖1所示，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，下腔室160可以具有多個(gè)與外界連通的子腔室，在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)向所述多個(gè)子腔室內(nèi)通入一定壓力的流體，這樣在所述多個(gè)子腔室內(nèi)形成有流體壓力，所述流體壓力由柔性膜130傳遞給晶圓200。在本發(fā)明的一個(gè)具體示例中，基座120可以設(shè)置有多個(gè)與外界連通的基座通道，且所述多個(gè)基座通道分別與所述多個(gè)子腔室對(duì)應(yīng)地相連通，從而可以使所述多個(gè)子腔室與外界連通，也就是說(shuō)可以使下腔室160與外界連通。這樣可以利用例如流體伺服閥通過(guò)相對(duì)應(yīng)的所述基座通道向每個(gè)所述子腔室內(nèi)通入一定壓力的流體。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，蓋板110、主隔膜150和基座120可以限定出與外界連通的上腔室170，其中下腔室160可以通過(guò)上腔室170與外界連通。具體地，蓋板110可以設(shè)置有蓋板通道，或者基座120可以設(shè)置有基座通道，可以利用例如流體伺服閥通過(guò)所述蓋板通道或者所述基座通道向上腔室170內(nèi)通入壓力為P的流體。所述流體對(duì)基座120施加一個(gè)方向向下的壓力F，其中F = PX S，S為主腔室170的底面面積。由于所述流體的壓力P(如圖1所示)在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中保持不變，因此所述流體對(duì)基座120施加的方向向下的壓力F保持不變。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，下腔室160可以通過(guò)連接通道122與上腔室170相連通，從而可以與外界連通。上腔室170可以使向所述多個(gè)子腔室內(nèi)通入一定壓力的流體更加簡(jiǎn)便，這樣蓋板110或者基座120只需設(shè)置一個(gè)蓋板通道或者基座通道。具有一定壓力的流體通過(guò)所述蓋板通道或者基座通道進(jìn)入上腔室170后，再通過(guò)連接通道122進(jìn)入與連接通道122相連通的下腔室160內(nèi)，即通過(guò)連接通道122進(jìn)入與連接通道122相連通的各個(gè)所述子腔室內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭100不僅可以防止晶圓200在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中被甩出，而且可以獲得均勻的、一致的拋光效果。此外，由于保持環(huán)140的磨損不會(huì)降低拋光效果，因此保持環(huán)140可以具有更長(zhǎng)的使用壽命，從而降低了拋光成本。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種拋光頭，其特征在于，包括 蓋板；主隔膜，所述主隔膜為環(huán)形且具有彈性，所述主隔膜固定在所述蓋板的下表面上； 基座，所述基座固定在所述主隔膜的下表面上；柔性膜，所述柔性膜固定在所述基座的下表面上，其中柔性膜與所述基座限定出與外界連通的下腔室；和保持環(huán)，所述保持環(huán)固定在所述基座的下表面上，所述保持環(huán)的徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光頭，其特征在于，其中所述蓋板、主隔膜和基座限定出與外界連通的上腔室，其中所述下腔室通過(guò)所述上腔室與外界連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光頭，其特征在于，所述保持環(huán)的內(nèi)側(cè)面沿所述保持環(huán)的軸向延伸，且所述保持環(huán)的外側(cè)面向外傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拋光頭，其特征在于，所述保持環(huán)的內(nèi)側(cè)面為臺(tái)階面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光頭，其特征在于，所述柔性膜上一體地形成有多個(gè)環(huán)形肋，其中所述多個(gè)環(huán)形肋通過(guò)利用壓環(huán)固定在所述基座的下表面上以將所述柔性膜固定到所述基座上，相鄰兩個(gè)環(huán)形肋限定出一個(gè)環(huán)形空間，且最內(nèi)側(cè)環(huán)形肋限定出中心空間，所述下腔室由所述中心空間和全部的環(huán)形空間構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光頭，其特征在于，所述主隔膜為彈簧或者橡膠件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光頭，其特征在于，所述柔性膜由氯丁二烯或者硅橡膠制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光頭，其特征在于，所述保持環(huán)通過(guò)螺栓固定在所述基座的下表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光頭，其特征在于，所述保持環(huán)由聚亞苯基硫醚、聚醚醚酮或者陶瓷制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種拋光頭，所述拋光頭包括蓋板；主隔膜，所述主隔膜為環(huán)形且具有彈性，所述主隔膜固定在所述蓋板的下表面上；基座，所述基座固定在所述主隔膜的下表面上；柔性膜，所述柔性膜固定在所述基座的下表面上，其中柔性膜與所述基座限定出與外界連通的下腔室；和保持環(huán)，所述保持環(huán)固定在所述基座的下表面上，所述保持環(huán)的徑向截面的面積沿從下向上逐漸減小。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭不僅可以防止晶圓在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中被甩出，而且可以獲得均勻的、一致的拋光效果。此外，由于所述保持環(huán)的磨損不會(huì)降低拋光效果，因此所述保持環(huán)可以具有更長(zhǎng)的使用壽命，從而降低了拋光成本。
文檔編號(hào)B24B39/06GK102172887SQ20111003926
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者何永勇, 王同慶, 路新春, 雒建斌 申請(qǐng)人:清華大學(xué)