研磨装置用承载头及用于该承载头的隔膜的制作方法

本实用新型涉及研磨装置用承载头及用于该承载头的隔膜，更具体而言，涉及一种可以使研磨量偏差实现最小化并且提高研磨品质的研磨装置用承载头及用于该承载头的隔膜。

背景技术：

化学机械式研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)工序是以向制作具备研磨层的半导体所需的晶片与研磨盘之间供应了浆料的状态进行相对旋转，从而使晶片的表面平坦化的工序。

如图1所示，化学机械式研磨装置1以使研磨垫11配置于研磨盘10上表面的状态自转，利用承载头20，使基板W被加压于研磨垫11的表面并旋转，平坦地研磨基板W的表面。为此，具备对研磨垫11的表面进行重整的调节器30，以便研磨垫11的表面保持既定的状态，通过浆料供应管40，向研磨垫11的表面供应执行化学研磨的浆料。

参照图2，承载头20包括：本体部22；底座部24，其与本体部22一同旋转；卡环26，其以环绕底座部24的环状，能上下移动地安装，与底座部24一同旋转；弹性材质的隔膜28，其固定于底座部24，在与底座部24之间的空间形成压力腔C1、C2、C3、C4、C5。

隔膜28包括：底板28a，其接触晶片W的板面；多个隔壁28b-1～28b-4，其具有环状地在底板28a的上表面延伸形成，形成独立划分的压力腔室C1、C2、C3、C4、C5。

在化学机械式研磨工序中，借助于从压力调节部(图中未示出)接入的空气压力，压力腔C1、C2、C3、C4、C5在膨胀的同时，通过隔膜28的底板28a对晶片W的板面加压。

与此同时，与本体部110及底座部120一同旋转的卡环130的底面也对研磨垫11加压并旋转，从而防止被卡环130环绕的晶片W脱离到承载头1之外。

另一方面，如果参照图3及图4，在以隔膜140接触晶片W的状态进行研磨工序期间，如果发生压力腔室C1、C2、C3、C4、C5间的压力差异，则沿着隔壁28b-1～28b-4的外周面，发生圆周应力(例如，б1、б2)(hoopstress)。

所谓作用于隔壁28b-1～28b-4的圆周应力，意味着随着隔壁28b-1～28b-4沿着底板28a的半径方向膨胀(拉伸)而作用于隔壁28b-1～28b-4的拉伸应力，通过下述[数学式1]算出。

[数学式1]

б1(б2)＝P*D/2t

(其中，P为施加于隔壁的内周面的压力，D为隔壁的直径，t为隔壁的厚度。)

如上所述，作用于隔壁28b-1～28b-4的圆周应力随着隔壁28b-1～28b-4的直径D尺寸而异，因而为了使作用于各隔壁28b-1～28b-4的圆周应力(例如，б1、б2)相互均匀，隔壁28b-1～28b-4的厚度t应根据隔壁28b的直径D尺寸而异。

但是，以往与隔壁28b-1～28b-4的直径尺寸无关，各隔壁28b-1～28b-4全部以相同的厚度t形成，因此，每个隔壁28b-1～28b-4不同大小的圆周应力(例如，б1〉б2)进行作用，因而在各隔壁28b-1～28b-4中(或邻接隔壁的区域)发生晶片W研磨量偏差，存在研磨均匀度低下的问题。

例如，如果参照图3，尽管第三隔壁28b-3具有大于第二隔壁28b-2的直径，但第二隔壁28b-2与第三隔壁28b-3以相互相同的厚度形成，因而作用于第三隔壁28b-3的圆周应力б2大于作用于第二隔壁28b-2的圆周应力б1。

如上所述，随着发生作用于第二隔壁28b-2和第三隔壁28b-3的圆周应力偏差，在第二隔壁28b-2对晶片W加压的加压力P2与在第三隔壁28b-3对晶片W加压的加压力P1发生偏差，如图5所示，发生第二隔壁28b-2部位与第三隔壁28b-3中的研磨量偏差ΔRR，因而难以准确地控制晶片W的研磨轮廓，存在晶片W的研磨均匀度低下的问题。

为此，最近进行了旨在在研磨工序中使研磨量偏差实现最小化、提高研磨品质的多样研究，但还远远不够，要求对此进行开发。

技术实现要素：

所要解决的技术问题

本实用新型目的在于提供一种能够准确控制基板的研磨量、提高研磨均匀度的研磨装置用承载头及用于其的隔膜。

特别是本实用新型目的在于，使得可以均匀地控制隔膜的隔壁中的研磨量，准确地控制基板的研磨轮廓。

另外，本实用新型目的在于，使得能够准确控制施加于基板的加压力，提高研磨品质。

技术方案

旨在达成所述本实用新型目的的本实用新型提供一种研磨装置用承载头的隔膜，其包括：底板，其对基板进行加压；第一隔壁，其在底板的上表面延伸形成，具有第一厚度；第二隔壁，其配置于第一隔壁的外侧，在底板的上表面延伸形成，具有与第一厚度不同的第二厚度。

其中，第二隔壁的第二厚度厚于第一隔壁的第一厚度。

其中，第一隔壁以具有第一直径的闭合截面形状形成，第二隔壁以具有比第一直径更大的第二直径的闭合截面形状，从底板延伸形成。

其中，第一隔壁与第二隔壁的闭合截面为圆形。

其中，第一隔壁与第二隔壁以底板的中心为基准，配置成同心。

其中，第一隔壁与第二隔壁中的至少一个包括从底板沿垂直方向延伸形成的区间。

其中，第一厚度是第一隔壁的从底板沿垂直方向延伸形成的区间的厚度，第二厚度是第二隔壁的从底板沿垂直方向延伸形成的区间的厚度。

其中，第一厚度与第二厚度中的至少一个厚度为平均厚度。

其中，第二隔壁的第二厚度与第二隔壁的第二直径成正比，并且设定为与第一厚度相比线性增加的尺寸。

其中，第二隔壁的第二厚度薄于第一隔壁的第一厚度。

其中，第二隔壁的第二厚度与第二隔壁的第二直径成正比，并且设定为与第一厚度相比线性减小的尺寸。

其中，底板与第一隔壁及第二隔壁以柔韧性材质形成。

其中，底板具有整体上相同的厚度。

其中，包括第三隔壁，第三隔壁配置于第二隔壁的外侧，在底板的上表面延伸形成，具有厚于第二厚度的第三厚度。

另外，本实用新型提供一种研磨装置用承载头，其包括：承载头本体；隔膜，其包括底板、第一隔壁、第二隔壁，底板借助于承载头本体而对基板进行加压，第一隔壁在底板的上表面延伸形成，具有第一厚度，第二隔壁配置于第一隔壁的外侧，在底板的上表面延伸形成，具有与第一厚度不同的第二厚度。

其中，承载头本体包括：本体部，其进行旋转驱动；底座部，其借助于本体部而旋转，用于安装隔膜；在底座部与底板之间，形成有借助于第一隔壁及第二隔壁而独立地划分的多个压力腔室。

其中，第二隔壁的第二厚度厚于第一隔壁的第一厚度。

其中，第一隔壁以具有第一直径的闭合截面形状形成，第二隔壁以具有比第一直径更大的第二直径的闭合截面形状，从底板延伸形成。

其中，第一隔壁与第二隔壁的闭合截面为圆形。

其中，第一隔壁与第二隔壁以底板的中心为基准，配置成同心。

其中，第一隔壁与第二隔壁中的至少一个包括从底板沿垂直方向延伸形成的区间。

其中，第一厚度是第一隔壁的从底板沿垂直方向延伸形成的区间的厚度，第二厚度是第二隔壁的从底板沿垂直方向延伸形成的区间的厚度。

其中，第一厚度与第二厚度中的至少一个厚度为平均厚度。

其中，第二隔壁的第二厚度与第二隔壁的第二直径成正比，并且设定为与第一厚度相比线性增加的尺寸。

其中，第二隔壁的第二厚度薄于第一隔壁的第一厚度。

其中，第二隔壁的第二厚度与第二隔壁的第二直径成正比，并且设定为与第一厚度相比线性减小的尺寸。

其中，底板与第一隔壁及第二隔壁以柔韧性材质形成。

其中，底板具有整体上相同的厚度。

其中，包括第三隔壁，第三隔壁配置于第二隔壁的外侧，在底板的上表面延伸形成，具有厚于第二厚度的第三厚度。

有益效果

综上所述，根据本实用新型，可以准确地控制基板的研磨量，提高研磨均匀度。

特别是根据本实用新型，与隔壁直径的增加相对应，薄薄地形成隔壁的厚度，借助于此，可以按具有不同直径的隔壁而均匀地保持圆周应力，因而可以均匀地控制隔壁中的研磨量，并且准确地控制基板的研磨轮廓。

另外，根据本实用新型，可以准确地控制施加于基板的加压力，并且提高研磨品质。

附图说明

图1是用于说明现有的化学机械式研磨装置的图。

图2是用于说明现有的化学机械式研磨装置的承载头的剖视图。

图3是图2的“A”部分的放大图。

图4是用于说明作用于隔膜的隔壁的圆周应力的图。

图5是用于说明现有的化学机械式研磨装置的隔膜各区域的基板研磨量的图。

图6是用于说明本实用新型的研磨装置用承载头的图。

图7是用于说明本实用新型的研磨装置用承载头的隔膜的仰视图。

图8是图6的“B”部分的放大图。

图9是用于说明本实用新型的研磨装置用承载头的隔膜各区域的基板研磨量的图。

附图标记

120：承载头

121：承载头本体

130：本体部

140：底座部

150：卡环

160：隔膜

162：底板

164a、164b、164c、164d：隔壁

具体实施方式

下面参照附图，详细说明本实用新型的优选实施例，但并非本实用新型由实施例所限制或限定。作为参考，在本说明中，相同的标记指称实质上相同的要素，在这种规则下，可以引用不同图中记载的内容进行说明，判断为从业人员不言而喻或重复的内容可以省略。

如果参照图6至图9，本实用新型的化学机械式研磨装置用承载头120包括：承载头本体121；隔膜160，其具备第一隔壁164a和第二隔壁164b，所述第一隔壁164a在底板162的上表面延伸形成，具有第一厚度，所述第二隔壁164b配置于第一隔壁164a的外侧，在底板162的上表面延伸形成，具有厚于第一厚度t1的第二厚度t2。

这是为了在研磨工序中准确地控制基板W的研磨量，提高研磨均匀度。

即，如果发生邻接隔壁的压力腔室间的压力偏差，则使得圆周应力作用于隔壁。此时，如果与隔壁直径尺寸无关，各隔壁均以相同的厚度形成，则每个隔壁不同大小的圆周应力进行作用，因而在各隔壁(或邻接隔壁的区域)中发生基板研磨量偏差，存在研磨均匀度低下的问题。例如，如果发生作用于第一隔壁164a和第二隔壁164b的圆周应力的偏差，则发生在第一隔壁164a中对基板进行加压的加压力与在第二隔壁164b中对基板进行加压的加压力的偏差，因而难以准确地控制基板的研磨轮廓，存在基板的研磨均匀度低下的问题。

但是，本实用新型根据隔壁164a、164b、164c、164d的直径，不同地形成隔壁164a、164b、164c、164d的厚度，借助于此，可以均匀地保持分别作用于隔壁164a、164b、164c、164d的圆周应力б1、б2、б3、б4，因而均匀控制在隔壁164a、164b、164c、164d中的研磨量，可以准确地控制基板W的研磨轮廓。

更重要的是，本实用新型将具有比第一隔壁164a更大直径的第二隔壁164b的第二厚度t2形成得比第一隔壁164a的第一厚度t1厚，借助于此，均匀地保持作用于第一隔壁164a和第二隔壁164b的圆周应力，可以均匀地控制基板W的研磨量。

作为参考，承载头120提供用于从放置架(图中未示出)载入基板W后，在浆料供应到在研磨盘(图中未示出)上提供的研磨垫(图中未示出)上表面的状态下，对基板W加压，执行化学机械式研磨工序，在利用研磨垫及浆料的化学机械式研磨工序结束后，将基板W移送到清洗装置。

在本实用新型中，所谓基板W，可以理解为能够在研磨垫上研磨的研磨对象物，并非本实用新型由基板W的种类及特性所限制或限定。作为一个示例，作为基板W，可以使用晶片。

承载头本体121可以以能安装隔膜160的多样结构提供，并非本实用新型由承载头本体121的结构所限制或限定。

承载头本体121包括与驱动轴(图中未示出)连接并旋转的本体部130、与本体部130连接并一同旋转的底座部140。

本体部130上端结合于图中未示出的驱动轴并进行旋转驱动。作为参考，在本实用新型的实施例中，虽然列举本体部130只以一个主体形成的示例进行说明，但根据情况，也可以结合2个以上主体而构成本体部。

底座部140配置得相对于本体部130排列在同轴上，与本体部130连接结合得一同旋转，与本体部130一同旋转。

另外，在承载头本体121上安装有卡环150，所述卡环150在化学机械式研磨工序中约束基板的脱离。

隔膜160安装于底座部140，配备得以接触基板W上表面的状态，将基板W加压于研磨垫(参照图2的11)。

更具体而言，隔膜160以弹性柔韧性材质(例如，聚氨酯)形成，包括底板162和多个隔壁164a、164b、164c、164d，所述多个隔壁164a、164b、164c、164d在底板162上表面延伸形成，形成多个压力腔室C1～C5。

另外，隔膜160包括在底板162的最外侧边缘向上延伸的侧面(图上未示出)，侧面的端部固定于卡环150及底座部140。

底板162以具有与基板对应直径的圆板形状形成。优选地，底板162整体以上相同的厚度形成。

隔壁164a、164b、164c、164d可以构成得根据要求的条件及设计样式而以多样形状划分压力腔室C1～C5。优选地，隔壁164a、164b、164c、164d以闭合截面形状形成，沿着基板W的半径方向独立地划分，形成具有环状的多个压力腔室C1～C5。

作为一个示例，隔壁164a、164b、164c、164d可以以环状形成。根据本实用新型的另一实施例，隔壁可以以椭圆状形成，此时，隔壁的厚度可以根据椭圆的曲率半径而不同地确定。不同于此，隔壁也可以以诸如四边形的其他不同闭合截面形状形成。

隔壁164a、164b、164c、164d的个数及尺寸可以根据要求的条件及设计样式而多样地变更。作为一个示例，隔膜160可以包括4个隔壁164a、164b、164c、164d，4个隔壁164a、164b、164c、164d形成独立划分的5个压力腔室C1～C5。

另外，在多个压力腔室C1～C5，可以提供用于分别测量压力的压力传感器(图上未示出)。各压力腔C1～C5的压力可以根据压力控制部图中未示出的控制而个别地调节，调节各压力腔C1～C5的压力，可以个别地调节各加压板部141a、141b、141c、141d、141e对基板W加压的压力。

更具体而言，隔膜160包括：底板162，其对基板W加压；第一隔壁164a，其在底板162的上表面延伸形成，具有第一厚度；第二隔壁164b，其以沿着底板162的半径方向配置于第一隔壁164a的外侧的方式，在底板162的上表面延伸形成，具有厚于第一厚度的第二厚度。

下面，列举隔膜160包括第一隔壁164a及第二隔壁164b以及第三隔壁164c、第四隔壁164d的例子进行说明，其中，所述第三隔壁164c以沿着底板162的半径方向配置于第二隔壁164b外侧的方式在底板162的上表面延伸形成，具有厚于第二厚度的第三厚度，所述第四隔壁164d以沿着底板162的半径方向配置于第三隔壁164c外侧的方式在底板162的上表面延伸形成，具有厚于第三厚度的第四厚度。根据本实用新型的另一实施例，隔膜可以包括3个以下或5个以上的隔壁。

优选地，第一隔壁164a至第四隔壁164d以沿着底板162的半径方向，具有从中心向边缘越来越大直径的环状形成。更优选地，第一隔壁164a至第四隔壁164d以底板162的中心为基准配置成同心。根据本实用新型另一实施例，也可以偏心地形成第一隔壁至第四隔壁。

更具体而言，第一隔壁164a以具有第一直径D1的环状形成，第二隔壁164b以具有大于第一直径D1的第二直径D2的环状形成。另外，第三隔壁164c以具有比第二隔壁164b的第二直径D2大的第三直径D3的环状形成，第四隔壁164d以具有比第三隔壁164c的第三直径D3大的第四直径D4的环状形成。

更优选地，例如，第二隔壁164b的第二厚度t2与第二隔壁164b的第二直径D2增大成比例地线性增加。换句话说，第二隔壁164b的第二厚度t2与第二隔壁164b的第二直径D2成正比，并且与第一隔壁164a的厚度t1相比线性增加。

此时，也可以以比第二隔壁164b的直径D2增加比率大或小的比率，较厚地形成第二隔壁164b的厚度。假定如果第二隔壁164b的直径D2比第一隔壁164a的直径D1大2倍，则第二隔壁164b的厚度t2可以以第一隔壁164a的厚度t1的1.8～2.2倍形成。

作为参考，第一隔壁164a与第二隔壁164b中的至少一个包括从底板162沿垂直方向延伸形成的区间。优选地，第一隔壁164a的厚度t1是在第一隔壁164a中沿垂直方向延伸形成的区间的厚度，第二隔壁164b的第二厚度t2是在第二隔壁164b中沿垂直方向延伸形成的区间的厚度。

而且，第一隔壁164a的厚度t1与在第一隔壁164a中沿垂直方向延伸形成的区间之后弯曲的区间的厚度无关。同样地，第二隔壁164b的第二厚度t2与在第二隔壁164b中沿垂直方向延伸形成的区间之后弯曲的区间的厚度无关。

更优选地，第一隔壁164a的第一厚度t1和第二隔壁164b的第二厚度t2中的至少一个意味着平均厚度。

其中，所谓第一隔壁164a的第一厚度t1为平均厚度，定义为在第一隔壁164a中沿垂直方向延伸形成的区间的平均厚度为第一厚度t1。作为一个示例，在第一隔壁164a中沿垂直方向延伸形成的区间形成得具有既定厚度的剖面。作为另一示例，在第一隔壁164a中沿垂直方向延伸形成的区间形成得具有厚度进行变化的剖面。

以相同的方式，第三隔壁164c(或第四隔壁)的第三厚度t3(或第四厚度)与第三隔壁164c(或第四隔壁)的第三直径D3(或第四直径)增加成比例地线性增加。

如上所述，根据隔壁164a、164b、164c、164d的直径D1～D4，按各隔壁164a、164b、164c、164d不同地形成厚度t1～t4，借助于此，即使按相互邻接的压力腔室C1～C5而发生压力P偏差，也可以将按照具有不同直径的隔壁164a、164b、164c、164d进行作用的圆周应力б1、б2、б3、б4均匀地保持于既定的范围以内，因而可以均匀地控制各隔壁164a、164b、164c、164d中的研磨量，并且准确地控制基板W的研磨轮廓。

作为参考，在本实用新型中，所谓作用于隔壁164a、164b、164c、164d的圆周应力б1、б2、б3、б4(hoop stress或circumferential stress)，意味着随着隔壁164a、164b、164c、164d向底板162半径外侧方向膨胀而作用于隔壁164a、164b、164c、164d的拉伸应力(参照图4)，作用于隔壁164a、164b、164c、164d的拉伸应力通过下述[数学式1]算出。

[数学式1]

б1(б2)＝P*D/2t

(其中，P为施加于隔壁内周面的压力，D为隔壁的直径，t为隔壁的厚度。)

如果参照[数学式1]可知，作用于各隔壁164a、164b、164c、164d的圆周应力因隔壁164a、164b、164c、164d的直径D1～D4尺寸而异。因此，为了使作用于各隔壁164a、164b、164c、164d的圆周应力б1、б2、б3、б4相互均匀，隔壁164a、164b、164c、164d的厚度应随着隔壁164a、164b、164c、164d的直径D1～D4尺寸而异。

以往，与隔壁的直径尺寸无关，各隔壁全部以相同的厚度形成，因此每个隔壁不同大小的圆周应力进行作用，因而在各隔壁中(或隔壁及与隔壁邻接的区域中)，无法以均匀的加压力对基板准确地加压，因而发生基板研磨量偏差，存在研磨均匀度低下的问题。

但是，本实用新型与隔壁164a、164b、164c、164d的直径D1～D4增加相对应，较厚地形成隔壁164a、164b、164c、164d的厚度，借助于此，可以将按照具有不同直径的隔壁164a、164b、164c、164d进行作用的圆周应力б1、б2、б3、б4均匀地保持在既定范围以内，因而可以均匀地控制各隔壁164a、164b、164c、164d中的研磨量，并且准确地控制基板W的研磨轮廓。

更具体而言，例如如图8所示，将具有比第二隔壁164b大的直径的第三隔壁164c的第三厚度t3，形成得比第二隔壁164b的第二厚度t2厚，借助于此，沿着第二隔壁164b的圆周方向作用于第二隔壁164b的第一圆周应力(first hoop stress)б1与沿着第三隔壁164c的圆周方向作用于第三隔壁164c的第二圆周应力(second hoop stress)б2保持于既定范围以内。

即，尽管第三隔壁164c具有大于第二隔壁164b的直径D3>D2，但将第三隔壁164c的第三厚度t3形成得厚于第二隔壁164b的第二厚度t2，借助于此，作用于第二隔壁164b的第一圆周应力和作用于第三隔壁164c的第二圆周应力在既定范围以内保持均匀。因此，如图9所示，可以将在第二隔壁164b中对基板W加压的加压力P2和在第三隔壁164c中对基板W加压的加压力P1保持在均匀范围，因而可以准确地控制基板W的研磨轮廓，并且提高研磨均匀度。

在前述及图示的本实用新型的实施例中，列举第二隔壁的第二厚度形成得比第一隔壁的第一厚度厚的示例进行了说明，但根据本实用新型的另一实施例，也可以将第二隔壁的第二厚度形成得比第一隔壁的第一厚度薄。而且，第二隔壁的第二厚度可以与第二隔壁的第二直径成正比，并且与第一厚度相比线性地减小。

如上所述，参照本实用新型的优选实施例进行了说明，但如果是相应技术领域的熟练从业人员便会理解，在不超出权利要求书记载的本实用新型的思想及领域的范围内，可以多样地修订及变更本实用新型。