專利名稱：膜總成及具有所述膜總成的承載頭的制作方法
技術領域：
本文中所揭示的本發明涉及一種化學機械拋光設備的承載頭，且更特定來說，涉及一種膜總成及具有所述膜總成的承載器，所述膜總成及所述承載器可通過對圓片的邊緣部分加壓而擴大圓片的有效區域。
背景技術：
化學機械拋光(CMP)設備用于通過消除單元區與外圍電路區之間的高度差來廣泛地使圓片的表面平坦化，所述高度差是由因重復地執行掩蔽工藝、蝕刻工藝及布線工藝而產生的不均勻圓片表面引起的。而且，CMP設備用于精確地拋光圓片表面，以改善因分離接觸/布線層從而形成電路并高度集成裝置引起的圓片表面粗糙度。在CMP設備中，在拋光工藝期間承載頭通過直接及間接地真空抽吸圓片來固持或接收圓片，同時圓片的拋光表面面向拋光墊。通常，正廣泛地使用膜類型的承載頭。又，已提議一種多區劃分拋光承載頭技術，在所述技術中，可通過在圓片的表面上局部地施加不同壓力來以各種方式控制圓片的拋光輪廓。相較于通過簡單地在圓片的表面上施加均勻壓力來均勻地拋光圓片的表面的技術來說，此技術為更先進技術。圖Ia及圖Ib為說明典型多區劃分拋光膜類型的承載頭H的結構及在將某些空氣壓力Pl及P2分別加載至所劃分腔室Cl及C2中時的承載頭H的操作狀態的示意圖。如圖Ia中所圖示，膜110安裝于承載頭H的底表面上。環狀膜支撐桿120整體地形成于膜110的頂表面上。膜110被環狀膜支撐桿120劃分成內腔室Cl及外腔室C2。膜110通過以下各者而固定堆疊于膜11的上部部分內部的膜板11及膜夾鉗12，以及環繞膜板11及膜夾鉗12的外圓周的固持環3。在上文所描述的承載頭H中，當分別經由中心空氣通路2及外部空氣通路24加載預定空氣壓力Pl及P2時，如圖Ib中所圖示，空氣壓力Pl將預定壓力施加至內腔室Cl以允許內腔室Cl膨脹。此外，空氣壓力P2將預定壓力施加至外腔室C2以允許外腔室C2膨脹。此時，由于膜支撐桿120的上端通過膜板11及膜夾鉗12而固定，因此膜支撐桿120并不因內腔室Cl及外腔室C2的膨脹而變形。因此，沿膜支撐桿120的下端的外圓周在內腔室Cl與外腔室C2之間形成明顯圓形拐折點121。拐折點121對執行多重拋光工藝有不利影響，所述多重拋光工藝是通過局部差壓負載來執行以在單一圓片的表面上實現預定區劃分輪廓。換句話說，由于圓片的后表面在拐折點121的一部分處的明顯形狀/壓力變化下被不穩定地加壓，因此區劃分邊界處的拋光速度降低，且因此發生異常拋光現象。因此，減小了半導體的生產成品率。
在上文所描述的典型承載頭的狀況下，圓片吸附于耦合至承載頭的底表面的膜的底表面上。在這種狀況下，為了固定圓片，使用間接抽吸方法。對于間接抽吸方法來說，由于遞送至圓片的腔室真空壓力相對小于遞送至膜的壓力，因此可發生圓片抽吸錯誤。因此，在遞送圓片或裝設/卸下圓片期間圓片可能與承載頭分離，且因此受到損壞。具體來說，在典型承載頭膜的狀況下，由于壓力無法均勻地施加至吸附于膜的底表面上的圓片，且因此圓片的邊緣區被不充分地拋光。因此，圓片的包括邊緣區的整個區無法被用以生產半導體裝置，從而導致成品率的惡化。同時，膜為承載頭中的相對昂貴的組件，但膜為在拋光工藝期間部分損壞的消耗品，或膜在長時間使用之后無法再使用。因此，必須周期性地更換膜。然而，由于膜具有復雜的結構，所述復雜結構具有用于耦合至膜夾鉗的固定部分及用于多區劃分拋光的分割區，因此膜的更換需要組裝及拆卸承載頭的組件。此情形使承載頭的使用期限及拋光工藝的效率惡化。因此，需要一種膜，所述膜可易于用新膜更換且在更換膜期間不會損壞承載頭的 組件。

發明內容
本發明提供一種承載頭，其被設計成易于抽吸及裝設/卸下圓片且具有極佳拋光工藝效率。本發明也提供一種膜，其可通過在所述圓片的整個區域上施加均勻壓力而改善拋光工藝效率。本發明也提供一種膜，其可易于對準并提供牢固緊密接觸。本發明的實施例提供一種在化學機械拋光設備中的承載頭的膜總成，所述膜總成包括主要膜，其具有在執行化學機械拋光工藝時與圓片接觸的圓片接觸表面；以及圓形環，其安置于所述主要膜的邊緣部分處且接收空氣壓力從而將所述空氣壓力向下施加至所述主要膜。在一些實施例中，所述圓形環可具有中空剖面，所述中空剖面經形成以具有關于所述圓片接觸表面傾斜的傾斜表面。在其他實施例中，所述膜總成可進一步包括劃分膜，所述劃分膜具有用于界定數個腔室的至少一個分割區且安置于所述主要膜的頂表面上。在再其他實施例中，所述圓形環可包括外壁，其與所述主要膜的邊緣翼形部的內表面接觸；所述傾斜表面，其安置于所述外壁的相反表面處以將所述空氣壓力的方向自水平方向改變至垂直方向；以及向下突起，其自所述外壁及所述傾斜表面向下延伸。在甚至其他實施例中，所述主要膜可包括自所述主要膜的所述邊緣部分垂直地延伸的翼形部部分，及自所述翼形部部分延伸的邊緣腔室，所述邊緣腔室與所述傾斜表面接觸以便將所述空氣壓力施加至所述傾斜表面。在又其他實施例中，所述邊緣腔室可包括直接與所述圓形環的所述傾斜表面接觸的傾斜部分。在其他實施例中，所述劃分膜可包括形成于所述劃分膜的頂表面上的環狀加壓突起。
在再其他實施例中，所述主要膜可包括定位突起，所述定位突起形成于所述主要膜的所述頂表面上的位置處，對應于所述劃分膜的中心通孔。在甚至其他實施例中，所述主要膜可具有大于所述劃分膜的厚度。在又另一實施例中，所述主要膜的所述邊緣部分可包括邊緣翼形部，且所述邊緣翼形部可包括向下形成于所述邊緣翼形部的內表面上且提供接收溝槽的突起部分。在本發明的其他實施例中，一種在化學機械拋光設備中的承載頭的膜總成包括主要膜，其在其平坦底表面上提供圓片接觸表面且包含形成于邊緣部分處且接收空氣壓力的邊緣腔室；以及圓形環，其耦合至所述主要膜且在其剖面上具有傾斜表面，所述傾斜表面接收來自所述邊緣腔室的空氣壓力且使所述空氣壓力轉向所述主要膜的所述底表面。在一些實施例中，所述膜總成可進一步包括劃分膜，所述劃分膜包含用于提供多個壓力腔室的至少一個分割區，且具有將被緊密附著至所述主要膜的頂表面的平坦底表面。 在其他實施例中，所述圓形環可經形成以具有具中空部分的剖面。在本發明的再其他實施例中，一種承載頭包括根據所述上述實施例中的任一者的膜總成；以及用于將壓力供應至所述膜總成的主要膜的空氣通路。


包括附圖以提供對本發明的進一步理解，且附圖并入于本說明書中并構成本說明書的一部分。諸圖式說明本發明的示范性實施例，且與描述一起用來解釋本發明的原理。在諸圖式中圖Ia及圖Ib為典型承載頭的截面圖；圖2為根據本發明的示范性實施例的承載頭的半截面圖；圖3為圖2的承載頭的雙層膜的截面圖；圖4為描繪于圖3中的劃分膜的截面圖；圖5為描繪于圖3中的主要膜；圖6a及圖6b分別為圓形環的俯視圖和截面圖；圖7為根據本發明的示范性實施例的膜總成的截面圖；圖8為圖7的局部放大圖；圖9為提供于圖7的劃分膜上的多重劃分腔室的截面圖；以及圖10為說明施加于圖9的劃分膜的加壓突起上的力的示意圖。
具體實施例方式下文將參看隨附圖式更詳細地描述本發明的優選實施例。然而，本發明可以不同形式來體現，且不應被解釋為限于本文中所闡述的實施例。實情為，提供此等實施例以使得本發明將為詳盡的且完整的，且將本發明的范疇完全傳達給所屬領域的技術人員。下文中，將結合隨附圖式來描述本發明的示范性實施例。本發明揭示包括劃分膜、主要膜以及圓形環的膜總成。圖2圖示根據本發明的示范性實施例的具有膜總成的承載頭。承載頭200可包括可旋轉地連接至驅動軸(未圖示)的驅動單元202。具有形成于固持環206內部的圓片接觸表面的膜總成可安置于承載頭200的底表面上。膜總成可包括劃分膜220，其直接接收承載頭200中的空氣壓力；主要膜210，其與劃分膜220緊密接觸以間接地接收空氣壓力且具有圓片接觸表面；以及圓形環230，其耦合至主要膜以將額外壓力施加至圓片的邊緣部分。主要膜210及劃分膜220可分別固定于承載頭的不同組件(例如，膜固持器206)上。圖3為膜總成的劃分膜220及主要膜210的截面圖。當從頂部檢視時，劃分膜220形成于具有中心通孔220h的薄盤型結構中，用于抽吸圓片10的空氣壓力即是通過中心通孔220h施加。當從頂部檢視時，主要膜210也形成于具有中心通孔210h的薄盤型結構中，用于抽吸圓片10的空氣壓力即是通過中心通孔210h施加。與中心通孔220h相比較，中心通孔210h具有較小直徑。根據示范性實施例的膜總成經由中心通孔施加空氣壓力以直接抽吸圓片，且可通 過將均勻壓力遞送至圓片的拋光表面來改善拋光質量。根據本發明的另一示范性實施例，膜總成的劃分膜及主要膜可能不具備中心通孔。劃分膜220及主要膜210可由諸如硅橡膠的可撓性或彈性材料形成。劃分膜220及主要膜210可由相同材料或不同材料形成。雖然劃分膜220及主要膜210形成為較薄的，但其需要高硬度以在嚴苛的拋光工藝中保持耐久性。因此，膜的硬度可為肖氏(SHORE)A40至50。膜總成形成于雙層膜中，其中劃分膜220的底表面與主要膜210的頂表面緊密接觸。可提供用于相互耦合且位置固定至劃分膜及主要膜的專用耦合單元。為了接收劃分膜，主要膜可具有大于劃分膜的長度。根據示范性實施例，由于承載頭的膜總成形成于具有劃分膜及主要膜的雙層結構中，因此與單層膜相比較，有可能大大減小所述膜中的每一者的厚度。在這種狀況下，可僅更換易于在拋光工藝期間損壞的主要膜，且因此可減小材料成本。此外，可容易且經濟地執行更換工作。根據示范性實施例的膜總成，經由承載頭中的空氣通路遞送的空氣壓力被直接施加至劃分膜，且間接地施加至主要膜以將壓力施加至圓片。劃分膜及主要膜可通過專用單元而夾緊至承載頭的其他組件。或者，可僅夾緊主要膜，同時將劃分膜穩定地安置于主要膜的頂表面上。下文中，將通過具體實施例更詳細地描述膜總成。由于膜總成為對稱的，因此將參看半截面圖進行膜總成的描述。圖4說明劃分膜。多個垂直分割區222及223形成于劃分膜220的頂表面上。劃分膜220的底表面為平坦的。設計分割區222及223，以使得通過將不同空氣壓力施加至相應區，可能實現多區劃分拋光。分割區的數目、大小及位置可關于拋光工藝而變化。水平延伸的翼形部224可形成于分割區的末端上，以便通過承載頭中的其他組件來夾緊劃分膜。分割區的厚度可大于劃分膜的厚度以達到可足以承受空氣壓力的實體支撐力。加壓突起225及226形成于劃分膜的頂表面上。當自頂部檢視時，加壓突起225及226是形成為環形形狀的部件。突起225及226與膜總成整體地形成，且局部擴大遞送至劃分膜的空氣壓力所施加至的區域。此情形稍后將予以描述。加壓突起225及226可形成于劃分膜的頂表面上的至少兩個位置處。舉例來說，加壓突起226可形成于接近中心通孔的位置處，且加壓突起225可形成于邊緣附近，使得劃分膜可與主要膜牢固地接觸。突起可實質上形成于劃分膜的頂表面上的同心圓上。同時，盡管在圖式中未圖示，但多個壓紋可形成于劃分膜的頂表面上。壓紋使得有可能操控為薄膜的劃分膜，且均勻地分布施加至劃分膜的空氣壓力。圖5說明主要膜。提供劃分膜的安置表面的主要膜的頂表面211a為平坦的。邊緣翼形部212及213整體地形成于中心通孔部分及邊緣 部分上以通過承載頭中的其他組件來夾緊劃分膜。提供用于抽吸圓片的抽吸表面的主要膜的底表面211b為平坦的。主要膜與圓片直接接觸并抽吸圓片。由于主要膜可易于受到化學或物理損壞，因此主要膜的厚度可大于劃分膜的厚度。具備接收溝槽的突起部分215設在由邊緣翼形部213界定的內表面上，邊緣翼形部213自主要膜的邊緣部分垂直延伸。劃分膜的末端可插入至接收溝槽216中。此外，突起部分215形成于環形形狀中，其向上延伸以提供另一接收溝槽。圓形環耦合于由內表面界定的空間217中，所述內表面由邊緣翼形部213及突起部分215界定。主要膜具備由內表面水平地形成的邊緣腔室214，所述內表面由在突起部分215上方的邊緣翼形部界定。邊緣腔室214包括自邊緣翼形部水平地延伸的上部翼形部214a及下部翼形部214b。邊緣腔室為空氣壓力在不通過劃分膜的情況下直接施加至的獨立腔室。水平施加至邊緣腔室的空氣壓力經由圓形環在垂直方向上改變其方向。稍后將描述此情形。環狀定位突起218可在主要膜的頂表面上形成于中心通孔的邊緣翼形部212附近。當劃分部件安置于主要膜上時，定位突起實質上對應于劃分膜的中心通孔以固定劃分膜的位置。圖6a為膜總成的環的俯視圖，且圖6b為沿線A_A截取的截面圖。環可由與膜相同的材料形成或由具有某種剛性的彈性材料形成。圓形環可分離地制成并與主要膜組裝。或者，圓形環可與主要膜整體地形成。如圖6b中所圖示，環230的剖面通常類似于梯形。環230包括外壁，其與主要膜的邊緣翼形部213的內表面接觸；傾斜表面232，其安置于外壁231的相反表面處以將水平遞送的水平壓力轉換成垂直壓力；以及突起233，其在外壁及傾斜表面下延伸。如圖6b中所圖示，盡管環230可能不具備中空部分，但環230可具有具中空部分的剖面，這是因為向下傳送所接收壓力更有效率。水平突起234在傾斜表面232下水平地延伸。突起及水平突起用來將環固定于主要膜中。圖7說明通過組裝膜總成的構成組件而形成的組裝成的本體。劃分膜220的末端插入至主要膜210的突起部分215的下部部分中。在此時，主要膜210的定位突起218插入至劃分膜的中心通孔中。由于環230耦合至主要膜，因此自劃分膜施加的空氣壓力使相對較弱的下部膜邊緣部分E的壓力增加。上部膜及主要膜通過配合耦合(fit-coupling)彼此緊密接觸。主要膜及環也通過配合耦合彼此緊密接觸。因此，不需要專用耦合部件及黏著劑。因此，在完成拋光工藝之后，主要膜、劃分膜及環可易于分離，且其可個別地用新的主要膜、劃分膜及環更換。圖8為說明圖7的邊緣部分的放大圖。當環與主要膜的邊緣部分的邊緣翼形部213接觸時，突起234耦合至在突起225上方的接收溝槽。傾斜表面232插入至邊緣腔室214的后部部分中。邊緣腔室包括上部翼形部214a及下部翼形部214b。上部翼形部214a水平地延伸。下部翼形部214b包括傾斜部分214c，傾斜部分214c在傾斜狀態下自邊緣翼形部213的內表面延伸。邊緣腔室的傾斜部分214c的后表面與環的傾斜表面232直接接觸。環的水平突起233朝向邊緣腔室的下部翼形部的水平部分延伸，以防止環與下部膜分離。經由承載頭內部遞送的空氣壓力被遞送至邊緣腔室以及由劃分膜的分割區界定的相應腔室。初始水平壓力被施加至邊緣腔室，且接著遞送至邊緣腔室的傾斜部分214c以施加至環的傾斜表面232。環將遞送的壓力經由傾斜表面向下D傳送。此壓力允許較大力作用在附著于主要膜的外表面上的圓片10的邊緣區E上。因此，在拋光工藝中施加至圓片的壓力相對較小，且因此使拋光效率惡化，藉此允許使用尚未用以生產產品的邊緣區。圖9說明由膜總成提供的多個空氣壓力腔室。多個腔室Cl至C5由劃分膜的垂直
分割區界定于膜中。可將不同壓力施加至相應腔室。通過將適當空氣壓力供應至相應腔室
中以將間接壓力施加至圓片的后表面，使得能夠進行精確多重劃分拋光。當從頂部檢視時，界定腔室的垂直分割區形成于圓形形狀中。換句話說，分割區可安置于劃分膜中的同心圓上。同時，由于提供多個腔室的劃分膜與主要膜的頂表面緊密接觸，因此劃分膜顯著衰減了根據在拋光工藝期間施加至相應腔室的空氣壓力在區劃分拋光輪廓的邊界部分處明顯拐折點的形成。因此，可防止由腔室邊界部分處的拋光速度變化引起的異常拋光現象，由此實現了所要拋光輪廓并在所有區處維持穩定的拋光速度。在拋光工藝過程中，需要劃分膜與主要膜之間的緊密接觸，以防止諸如空氣或拋光殘渣的外來物質滲透至劃分膜與主要膜之間的接觸表面中。根據本發明的示范性實施例，由于形成于劃分膜上的環狀加壓突起在局部將較大力施加至主要膜，因此可充分地防止外來物質的滲透。圖10說明在劃分膜220及主要膜210形成雙層結構時將空氣壓力P施加至劃分膜的工藝。加壓突起從劃分膜的頂表面突出以擴大表面積。因此，當將相同壓力施加至劃分膜時，遞送至主要膜的壓力在形成加壓突起的一個區X處比在另一區N處大。因此，劃分膜與主要膜之間的接觸力在形成加壓突起的區處較大。因此，由于無外來物質滲透至劃分膜與主要膜之間的接觸表面中。另一方面，由于無黏著層存在于劃分膜與主要膜的相對表面之間，因此當移除施加至劃分膜的表面的空氣壓力時，可易于將劃分膜與主要膜分成獨立膜。上文所揭示的標的應被視為說明性的而非約束性的，且附加權利要求書意欲涵蓋屬于本發明的真正精神及范疇內的所有此等修改、增強及其他實施例。因此，在法律所允許的最大程度上，本發明的范疇應由對以下權利要求書及其等效物的最寬廣可容許解譯來確定，且不應受前述詳細描述約束或限制。
權利要求
1.一種在化學機械拋光設備中的承載頭的膜總成，其包含 主要膜，其具有在執行化學機械拋光工藝時與圓片接觸的圓片接觸表面；以及圓形環，其安置于所述主要膜的邊緣部分處且接收空氣壓力以將所述空氣壓力向下施加至所述主要膜。
2.根據權利要求I所述的膜總成，其中所述圓形環具有中空剖面，所述中空剖面經形成以具有相對于所述圓片接觸表面傾斜的傾斜表面。
3.根據權利要求I所述的膜總成，其進一步包含劃分膜，所述劃分膜具有用于界定數個腔室的至少一個分割區且安置于所述主要膜的頂表面上。
4.根據權利要求2所述的膜總成，其中所述圓形環包含外壁，其與所述主要膜的邊緣翼形部的內表面接觸；所述傾斜表面，其安置于所述外壁的相反表面處以將所述空氣壓力的方向自水平方向改變至垂直方向；以及向下突起，其從所述外壁及所述傾斜表面向下延伸。
5.根據權利要求I所述的膜總成，其中所述主要膜包含從所述主要膜的所述邊緣部分垂直地延伸的翼形部部分，及從所述翼形部部分延伸的邊緣腔室，所述邊緣腔室與所述傾斜表面接觸以便將所述空氣壓力施加至所述傾斜表面。
6.根據權利要求5所述的膜總成，其中所述邊緣腔室包含與所述圓形環的所述傾斜表面直接接觸的傾斜部分。
7.根據權利要求3所述的膜總成，其中所述劃分膜包含形成于所述劃分膜的頂表面上的環狀加壓關起。
8.根據權利要求3所述的膜總成，其中所述主要膜包含定位突起，所述定位突起形成于所述主要膜的所述頂表面上的位置處，對應于所述劃分膜的中心通孔。
9.根據權利要求3所述的膜總成，其中所述主要膜具有大于所述劃分膜的厚度。
10.根據權利要求3所述的膜總成，其中所述主要膜的所述邊緣部分包含邊緣翼形部，且所述邊緣翼形部包含向下形成于所述邊緣翼形部的內表面上且提供接收溝槽的突起部分。
11.一種在化學機械拋光設備中的承載頭的膜總成，其包含 主要膜，其在其平坦底表面上提供圓片接觸表面且包含形成于邊緣部分處且接收空氣壓力的邊緣腔室；以及 圓形環，其耦合至所述主要膜且在其剖面上具有傾斜表面，所述傾斜表面接收來自所述邊緣腔室的空氣壓力且使所述空氣壓力轉向所述主要膜的所述底表面。
12.根據權利要求11所述的膜總成，其進一步包含劃分膜，所述劃分膜包含用于提供多個壓力腔室的至少一個分割區，且具有將被緊密附著至所述主要膜的頂表面的平坦底表面。
13.根據權利要求11所述的膜總成，其中所述圓形環經形成以具有具中空部分的剖面。
14.一種承載頭,其包含 根據權利要求I至13中任一權利要求所述的膜總成；以及 空氣通路，其用于將壓力供應至所述膜總成的主要膜。
全文摘要
本發明提供一種在化學機械拋光設備中的承載頭的膜總成。所述膜總成包括主要膜及圓形環。所述主要膜具有在執行化學機械拋光工藝時與圓片接觸的圓片接觸表面。所述圓形環安置于所述主要膜的邊緣部分處且接收空氣壓力以在所述邊緣部分處將所述空氣壓力向下施加至所述主要膜。
文檔編號B24B37/27GK102806518SQ20121017540
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月30日 優先權日2011年5月31日
發明者孫準晧 申請人:K.C.科技股份有限公司